母源抗体的滴度动态与婴儿住院登革热疾病的风险

Maternally derived antibody titer dynamics and risk of hospitalized infant dengue disease

作者信息Megan O'Driscoll, Darunee Buddhari, Angkana T Huang, Adam Waickman, Surachai Kaewhirun, Sopon Iamsirithaworn, Direk Khampaen, Aaron Farmer, Stefan Fernandez, Isabel Rodriguez-Barraquer, Anon Srikiatkhachorn, Stephen Thomas, Timothy Endy, Alan L Rothman, Kathryn Anderson, Derek A T Cummings, Henrik Salje
PMID37774093
发布时间2023-10-10
DOI10.1073/pnas.2308221120

实验完整度

中

包含纵向队列血清学数据与医院住院数据,通过数学模型进行机制比较分析,但缺乏直接的功能验证或动物实验,实验层级较为单一。

主要模型

泰国曼谷母婴队列(2000-2003) 泰国甘烹碧家庭队列(2015-2021) 曼谷QSNICH医院婴儿登革热住院病例(1974-2014) 甘烹碧医院婴儿登革热住院病例(1994-2019)

重点核对

婴儿队列纳入标准:需有至少3次在第一年内的血液样本且无DENV感染证据 检测方法:PRNT50和HI测定,HI采用二倍稀释,检测下限为1:10 模型假设:抗体滴度呈指数衰减,估计半衰期(PRNT50: 28.1天,HI: 47.0天,甘烹碧HI: 38.5天) 机制模型:ADE和非ADE模型,其中ADE模型包括正态或对数正态函数形式 模拟参数:每年DENV传播强度λ为0.01(每月),婴儿脆弱性下降率δ固定或估计

摘要

在登革病毒(DENV)流行的国家,小于1岁的婴儿登革热发病率很高。这种负担通常归因于抗体依赖性增强(ADE),即母源DENV抗体的浓度变得不足以中和,反而增强感染。由于抗体的动态性质及其测量过程的不完善,理解增强婴儿登革热疾病风险的抗体相关机制是一个重大挑战。此外,关于出生率、人群感染风险和母亲年龄的长期变化对新生儿DENV免疫格局及其婴儿期严重登革热疾病风险的影响,存在关键的不确定性。在这里,我们分析了来自两个婴儿队列的DENV抗体数据(N = 142名婴儿,605次血液采样)和泰国40年的婴儿登革热住院数据。我们使用数学模型重建母源抗体的动态,考虑离散化测量过程和检测限。然后,我们探索了增强婴儿登革热疾病风险的可能的抗体相关机制及其重建观察到的住院婴儿登革热病例的年龄分布的能力。我们发现ADE机制最能重建观察到的数据。最后,我们描述了泰国登革热流行病学的变化,加上出生率的下降,如何在40年内将婴儿登革热疾病的绝对风险降低了88%,而对婴儿住院登革热的平均年龄影响很小。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
母源DENV抗体滴度动态如何影响婴儿住院登革热的风险,以及何种抗体相关机制最能解释观察到的婴儿住院登革热的年龄分布?
核心机制
抗体依赖性增强(ADE)机制,即当母源抗体滴度降低至亚中和水平时,反而增强感染,导致婴儿住院风险增加。
主要证据
通过分析两个婴儿队列的血清学数据和两所医院的住院数据,利用数学模型重建抗体动态,发现ADE模型比非ADE模型能更好地重建观察到的婴儿住院登革热年龄分布(通过WAIC比较)。
研究意义
研究提供了监测婴儿登革热风险的方法,并量化了流行病学和人口统计学变化对婴儿疾病风险的影响,可为公共卫生决策和预防措施提供信息。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

队列数据和样本采集

收集婴儿出生至12个月期间的血液样本和母亲及脐带血样本,以测量DENV抗体滴度。

从曼谷(2000-2003)和甘烹碧(2015-2021)的两个纵向队列中,在出生时采集母亲和脐带血,并在3、6、9、12个月(曼谷)或约1岁(甘烹碧)采集婴儿血液。

2

抗体滴度测量

测定婴儿和母体血清中DENV各血清型的中和抗体(PRNT50)和血凝抑制(HI)抗体滴度。

使用PRNT50和HI法对曼谷队列样本进行检测,甘烹碧队列使用HI法。HI采用二倍稀释,下限为1:10;PRNT50连续尺度,检测下限为10。

3

抗体动力学模型构建

重建婴儿出生后12个月内母源抗体的真实连续尺度滴度动态,考虑测量误差。

开发数学模型,假设真实抗体滴度呈指数衰减(或双相衰减),并考虑检测下限和HI的离散化过程。比较不同模型参数化,如恒定衰减、双相衰减、血清型特异性衰减等。

4

机制模型比较

探索抗体滴度与婴儿住院登革热风险之间的关系,比较ADE机制和非ADE阈值机制。

基于重建的抗体滴度,模拟预期住院病例数,并与观察到的年龄分布比较。ADE模型假设风险随滴度呈正态或对数正态分布,非ADE模型设定阈值。同时考虑年龄特异性脆弱性效应。

5

长期趋势模拟

评估泰国40年间DENV传播强度和人口统计学变化对婴儿登革热风险的影响。

使用泰国年龄特异性生育率和假设的DENV传播强度线性下降(0.4到0.04),模拟母体免疫状态和婴儿抗体滴度,估计婴儿感染和住院风险的时间趋势。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

评估体内效果
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
蚀斑减少中和试验----
血凝抑制试验----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
队列数据采集
出生时母亲和脐带血样本的采集,婴儿随访时间和血液采集时间点(曼谷:3、6、9、12个月;甘烹碧:约1岁,且部分婴儿在第一年内有额外采样)
阅读提示:Methods中的Cohort Data部分
抗体滴度测量
PRNT50和HI测定的具体步骤,稀释系列,检测下限(1:10),以及低于检测下限的处理方式
阅读提示:Methods中的Cohort Data和Estimating Infant Maternally Derived Antibody Titers部分
抗体动力学模型
衰减模型假设(恒定或双相),半衰期估计值,WAIC比较结果,模型拟合细节(链数、迭代数、预热)
阅读提示:Methods中的Estimating Infant Maternally Derived Antibody Titers部分
机制模型
ADE和非ADE模型定义,各模型参数(μ,σ),年龄特异性脆弱性效应(δ),λ值,泊松似然假设
阅读提示:Methods中的Modeling Titer-Related Mechanisms of Enhanced Infant Dengue Disease Risk部分
长期趋势模拟
生育率数据来源,传播强度线性下降假设,母亲抗体滴度分布假设,婴儿风险计算方式
阅读提示:Methods中的Modeling Temporal Trends in Infant Risk of Hospitalized Dengue Disease部分