[论文解读] Computer-assisted vaccine design

Rao Zhou, Ramdas S. Pophale+1 more|ArXiv.org|Apr 29, 2009

Influenza Virus Research Studies参考文献 45被引用 8

一句话总结

本文提出了一种针对H3N2流感病毒株的新型抗原距离度量方法，其在预测年度流感疫苗效力方面优于现有方法（如系统发育分析和雪貂抗血清抑制试验）。结合多菌株禽流感传播模型，作者证明了多价禽流感疫苗可显著降低大流行风险，该结果通过‘风险人群数量’（PaR）指标量化，并利用1971–2004年期间世界卫生组织FluNet数据对模型进行了验证。

ABSTRACT

We define a new parameter to quantify the antigenic distance between two H3N2 influenza strains: we use this parameter to measure antigenic distance between circulating H3N2 strains and the closest vaccine component of the influenza vaccine. For the data between 1971 and 2004, the measure of antigenic distance correlates better with efficacy in humans of the H3N2 influenza A annual vaccine than do current state of the art measures of antigenic distance such as phylogenetic sequence analysis or ferret antisera inhibition assays. We suggest that this measure of antigenic distance could be used to guide the design of the annual flu vaccine. We combine the measure of antigenic distance with a multiple-strain avian influenza transmission model to study the threat of simultaneous introduction of multiple avian influenza strains. For H3N2 influenza, the model is validated against observed viral fixation rates and epidemic progression rates from the World Health Organization FluNet - Global Influenza Surveillance Network. We find that a multiple-component avian influenza vaccine is helpful to control a simultaneous multiple introduction of bird-flu strains. We introduce Population at Risk (PaR) to quantify the risk of a flu pandemic, and calculate by this metric the improvement that a multiple vaccine offers.

研究动机与目标

• 开发一种比现有方法更准确的H3N2流感病毒株与疫苗组分之间抗原距离的度量方法。
• 通过使用与真实世界疫苗效力相关性更好的定量抗原距离度量，改进年度流感疫苗设计。
• 利用多菌株传播模型评估同时引入多种禽流感病毒株的威胁。
• 通过‘风险人群数量’（PaR）指标，评估多价禽流感疫苗在降低大流行风险方面的有效性。
• 利用世界卫生组织FluNet数据中1971–2004年的历史H3N2流行病进展与固定率，对传播模型进行验证。

提出的方法

• 作者基于抗原数据定义了一种新的抗原距离参数，用于量化循环中的H3N2病毒株与疫苗病毒株之间的免疫学差异。
• 利用1971–2004年的数据，将该抗原距离度量与既有的方法（系统发育序列分析和雪貂抗血清抑制试验）进行对比。
• 开发了多菌株禽流感传播模型，以模拟多种禽流感病毒株同时引入人类人群的情景。
• 该模型整合了菌株特异的传播动力学，并利用世界卫生组织FluNet提供的历史H3N2病毒固定率与流行病进展率进行验证。
• 引入了‘风险人群数量’（PaR）指标，用于量化大流行威胁并评估多价疫苗策略的影响。
• 通过比较单剂量与多价疫苗情景下的PaR，评估了多组分禽流感疫苗的有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 所提出的抗原距离度量方法是否与实际H3N2疫苗效力的相关性高于当前的金标准方法？
• RQ2 多菌株禽流感传播模型能否准确再现历史H3N2流行病模式与病毒固定率？
• RQ3 与单价疫苗相比，多价禽流感疫苗在多大程度上降低了‘风险人群数量’（PaR）？
• RQ4 抗原距离度量如何指导年度流感疫苗中最佳疫苗株的选择？
• RQ5 多价禽流感疫苗在大流行准备方面提供了多大程度的定量改进？

主要发现

• 所提出的抗原距离度量方法与人类中观察到的H3N2疫苗效力的相关性，高于系统发育序列分析或雪貂抗血清抑制试验。
• 多菌株禽流感传播模型成功再现了世界卫生组织FluNet数据中历史H3N2病毒固定率与流行病进展率。
• 多组分禽流感疫苗显著降低了‘风险人群数量’（PaR），表明大流行威胁降低。
• 模型表明，多种禽流感病毒株同时引入比单一引入更具威胁，而多价疫苗可有效缓解此风险。
• 抗原距离度量为疫苗株选择提供了比现有方法更准确、更可量化的依据。
• 本研究建立了一个将定量抗原度量与传播建模相结合的框架，可为未来疫苗设计与大流行准备提供指导。