2025 年百日咳（Bordetella pertussis）研究：流行病学、毒力靶点与疫苗展望

美国流行病学概况与本地爆发警报

百日咳（俗称百日咳）是由百日咳鲍特菌（Bordetella pertussis）引起的高度传染性呼吸道疾病。根据 2014 年模型估算，全球每年约有 2410 万例 5 岁以下儿童病例和 16.07 万例死亡（Yeung et al., 2017; CDC, 2024）[1]。在美国，尽管疫苗覆盖率高，但每 3–5 年仍会出现周期性流行，主要由无细胞百日咳（aP）疫苗免疫力衰减及病原体适应性进化驱动。2024 年 11 月达到高峰后病例数有所下降，但 2025 年初步报告仍高于疫情前水平[2]。

免疫学上，易感性源于百日咳毒素（PT）中和抗体下降及 Th1/Th17 应答受损，导致细菌定植于纤毛上皮。

Fig. 1. U.S. Pertussis Incidence Heatmap with Wyandotte County Highlight (2024 YTD )

 

病原体结构与免疫学特征

B. pertussis 基因组约 4.1 Mb，包含约 3800 个基因，其中许多与黏附、毒素产生和免疫调控相关。主要毒力因子实现气管定植、纤毛麻痹及系统性效应。2025 年基因组监测显示 ptxP3 和 prn 缺陷 株流行率上升，与 aP 疫苗选择压力下适应性增强及疫苗逃逸相关，不同国家流行率存在差异[5]。

百日咳毒素（PT）促进淋巴细胞增多并干扰 G 蛋白信号；丝状血凝素（FHA）介导黏附；腺苷酸环化酶毒素（ACT）通过结合 CD11b/CD18（CR3）整合素升高 cAMP，抑制吞噬细胞趋化、氧化爆发及吞噬体成熟；气管细胞毒素（TCT）损伤纤毛细胞。这些因子协同建立持续感染并驱动剧烈咳嗽以利传播。对于 PRN 缺陷株，通过 FHA 与菌毛（Fim）协同增强黏附与免疫逃逸，维持毒力[6]。

关键靶点及其功能与应用：

百日咳鲍特菌关键抗原、功能与科研应用

靶点	功能与免疫学特征	应用场景
百日咳毒素（PT）	S1–S5 亚单位全毒素；ADP 核糖基化 Gi 蛋白，引发淋巴细胞增多、组胺致敏、胰岛素分泌；aP 疫苗后主要中和靶点但抗体快速衰减	血清学诊断（anti-PT IgG）；疫苗效力生物标志物；毒素中和实验
丝状血凝素（FHA）	主要黏附素；结合整合素与纤毛上皮；诱导抗黏附抗体但也耐受性应答；aP 疫苗中高免疫原性	黏附抑制研究；黏膜疫苗设计；补体介导的调理作用研究
腺苷酸环化酶毒素（ACT/CyaA）	双功能毒素（腺苷酸环化酶 + 溶血素结构域）；结合 CD11b/CD18 升高 cAMP，抑制趋化、氧化爆发、吞噬体成熟；早期免疫抑制关键	先天免疫逃逸研究；宿主导向治疗靶点；巨噬细胞感染模型
百日咳素（PRN）	自转运黏附素；增强对中性粒细胞杀伤的抵抗；prn 缺陷株全球上升，与 aP 疫苗压力相关；由 FHA/Fim 协同代偿	疫苗逃逸监测；基因分型面板；黏附机制验证
菌毛（Fim2/3）	血清型特异性菌毛；介导初始附着；抗体与短期保护相关；循环株中观察到抗原漂移	血清分型诊断；多价疫苗配方；凝集实验
气管细胞毒素（TCT）	肽聚糖片段；选择性杀伤纤毛细胞，引起黏液滞留与持续咳嗽；与 ACT 协同造成组织损伤	气道病理模型；纤毛停滞实验；治疗靶点筛选

近期研究强调 ACT 如何通过升高 cAMP 抑制巨噬细胞吞噬功能并阻碍吞噬体成熟，促进细菌持续存在。这些发现推动含稳定化 PT 与新型佐剂的下一代疫苗研发，以恢复持久 Th1/Th17 记忆。

Fig. 2. Schematic of B. pertussis virulence factors. Adapted concept from Melvin JA et al., Nat Rev Microbiol 2014;12:274–288. Used here for educational context.

 

预防与疫苗研发挑战

• 诊断挑战：卡他期早期类似病毒感染；推荐鼻咽拭子/吸出物用于 PCR（发病后 0–3 周最佳）或培养（＜2 周）；血清学（anti-PT IgG）适用于 ≥3–4 周，但近期接种者受限[7]。
• 治疗瓶颈：大环内酯类（如阿奇霉素）仅在卡他期/早期阵发期有效；婴儿以支持治疗为主。美国偶见大环内酯耐药株（23S rRNA 突变），总体罕见；需持续菌株与基因分型监测[2]。
• 疫苗挑战：aP 疫苗（DTaP/Tdap）因反应性于 1990 年代取代 wP，但诱导免疫持续时间短（4–12 年），随时间衰减（见 CDC 趋势）[2]。BPZE1 活减毒鼻腔疫苗已完成多项 II 期研究及 IIb 期挑战试验注册，显示良好免疫原性与安全性；IIb 期定植终点结果待正式发表[8]。

Fig. 3. Pertussis Transmission and Intervention Timeline

 

科研应用场景

与 2025 年百日咳研究重点对齐，关键靶点支持：

• 免疫诊断开发：PT/FHA 双抗原 ELISA 用于流行率调查与爆发确认。
• 疫苗逃逸监测：PRN/Fim 基因分型追踪抗原漂移。
• 黏膜免疫研究：FHA 与 ACT 用于鼻腔挑战模型测试下一代疫苗。
• 治疗筛选：ACT 抑制剂恢复吞噬细胞功能。

Fig. 4. Applications of Key Antigens in Pertussis Research. Adapted from Scanlon K, et al. Toxins. 2019;11(7):373. doi:10.3390/toxins11070373 (CC BY 4.0)

 

Pertussis Product Catalog

High-purity recombinant proteins and monoclonal antibodies for pertussis research:

Pertussis-related proteins and antibodies (catalog overview)

Type	Catalog No.	Product Name
Protein	JN113012	Recombinant Bordetella pertussis dnt3 Protein, N-His
	JN030012	Recombinant Bordetella pertussis fhaB/FHA Protein, N-His
	JN114012	Recombinant Bordetella pertussis pagL Protein, N-His
	JN115012	Recombinant Bordetella pertussis prn/P.94 Protein, N-His
	JN968012	Recombinant Bordetella pertussis ptxA/PTXS1 Protein, N-His
Antibody	JN113014	Anti-Bordetella pertussis dnt3 Polyclonal Antibody
	JN030013	Anti-Bordetella pertussis fhaB/FHA Antibody (T5)
	JN030014	Anti-Bordetella pertussis fhaB/FHA Polyclonal Antibody
	JN114014	Anti-Bordetella pertussis pagL Polyclonal Antibody
	JN115014	Anti-Bordetella pertussis prn/P.94 Polyclonal Antibody
	JN968014	Anti-Bordetella pertussis ptxA/PTXS1 Polyclonal Antibody
	JN987010	InVivoMAb Anti-Bordetella pertussis cyaA/Cyclolysin Antibody (Iv0144)
	JN987020	InVivoMAb Anti-Bordetella pertussis cyaA/Cyclolysin Antibody (Iv0145)

 

关于 abinScience

abinScience 是一家总部位于法国的生物技术公司，专注于感染病研究与公共卫生创新。我们开发高品质科研级工具，赋能全球科学家对抗百日咳——从快速爆发检测、菌株监测，到下一代疫苗设计与免疫机制研究。

 

References

• Yeung KH, et al. (2017). An update of the global burden of pertussis in children younger than 5 years: a modelling study. Lancet Infect Dis, 17(9):974-980.
• Centers for Disease Control and Prevention. (2025). Pertussis Surveillance and Trends. 
• Wyandotte County Health Department. (2025). Health Officials Warn of Rise in Whooping Cough Cases. 
• Kansas City Star. (2025). Whooping cough surge in Wyandotte County. 
• Safarchi A, et al. (2015). Pertactin negative Bordetella pertussis demonstrates higher fitness under vaccine selection pressure in a mixed infection model. Vaccine, 33(46):6277–6281. doi: 10.1016/j.vaccine.2015.09.064.
• Kroes MM, et al. (2021). Naturally circulating pertactin-deficient Bordetella pertussis strains induce distinct gene expression and inflammatory signatures in human dendritic cells. Emerg Microbes Infect, 10(1):1358-1368. doi: 10.1080/22221751.2021.1943537.
• CDC. (2025). Laboratory Testing for Pertussis. 
• Faust SN, et al. (2025). Immunogenicity and Safety of BPZE1 in Children. Open Forum Infect Dis, 12(Suppl 1).
• Melvin JA, et al. (2014). Bordetella pertussis pathogenesis: current trends and future prospects. Nat Rev Microbiol, 12(4):274–288. doi:10.1038/nrmicro3223.
• Scanlon K, et al. (2019). The Structure, Function and Regulation of Bordetella pertussis Virulence Factors. Toxins, 11(7):373. doi:10.3390/toxins11070373.