2009年,我在《生命新知》五月刊的卷首语上无厘头地写到:“在过去的300年间,共记录过6次流感世界大流行,每两次间隔时间为50年~60年,最近一次流感大流行发生在1968年。据此推算,下一次流感大流行的时间应在2021年之前”,此文章的标题是“必然的大流行”。
2020年,世界大流行终于要来了,虽然不是禽流感或猪流感,而是新型冠状病毒,也让我禁不住“哇”了一声:“我的预言很准”。但是,得意只是一瞬间,遂自责“乌鸦嘴”,汗毛竖起,细思恐极,尽管一切尽在规律之中:利用300年先验数据建立的模型及设计的算法,10年前预测了世界大流行的时间、模式、可能的地点、传播的路径,但人们被自大冲昏头脑,自以为是的态度及行为让人恐惧及悲哀。“没有”、“有限”、“较弱”定义敌人,“可控”、“一定”、“能力”认知自己,大流行应该会成真,病毒会染指地球村的每一个角落,无论你是村长、村委、会计、保安、小组长、村医、村民都无从幸免。
在2020大流行的前夜,让我们复读一下10年前的短文。
“自1975年以来, 世界上新发现了40多种人类致病微生物, 其中包括Ebola病毒、Nipah病毒、hanta病毒、SARS和HIV等。同时,现有的病原微生物也在不断变异,逃避着人类的免疫以及药物的杀伤。
虽然“聪明”的HIV仅有6个基因,但人类的免疫系统却成为其手下败将,全世界4000万人携带病毒,每年致300万人死亡,艾滋病已流行了25年;善变的SARS病毒完成了种系间的跳跃,启动超强的免疫反应,使人类死伤在自身免疫系统的火力之下,2003年导致大流行;顽固金葡菌在人类滥用抗生素的习惯下,变成了MRSA,并从医院蔓延到社区,造成了大流行;结核每年导致1000万人发病,多重耐药性结核已出现,同艾滋病狼狈为奸,正在流行;凶险的Ebola病毒已逃逸出非洲森林,东南亚的猪成为其新宿主,又向人类靠近了一大步。
如今,SARS 的阴影刚刚挥去,H5N1禽流感的恐惧还没有消减,猪流感又向人类袭来。一个月的时间,猪甲型H1N1 流感(swine influenza A,H1N1)病毒已流窜至世界四大洲。一片恐慌,甚至有人提议,将猪斩尽杀绝。
H1N1 本是禽流感病毒,在1918年大流行(pandemic)。当年3 月,美国堪萨斯州的兵营里出现士兵因流感死亡,至5月,全美国、欧洲、日本、中国均出现大流行,但死亡率不高。同年9月,第二个流行高潮到来,病程凶险,死亡率高达10%,导致全球5000万人死亡,其中,青壮年为主要死亡人群。之后,H1N1禽流感病毒在人体内不断减毒,每年于局部流行(epidemics),成为典型的人流感,与人类共生存。
因此,合理的科学推测是:人类将H1N1流感病毒传给了猪,与猪体内的病毒发生了基因重组,基因发生了变异,增加了其毒性,并跨越种系,感染了人类。因为人类对此变异病毒没有免疫力,同时,在感染变异病毒后产生剧烈的炎症反应,从而导致较高的死亡率。猪在此次事件中充当了一个“搅拌机”,而罪魁祸首可能还是我们人类。我们曾经将结核的罪名强加给牛,但近期研究表明,在人类饲养牛之前,牛没有患结核病的痕迹,是人将结核杆菌传染给了牛。人类对大自然的侵犯,对物种间平衡的破坏,让人类承受了沉重的惩罚。
在过去的300年间,共记录过6次流感世界大流行,每两次间隔时间为50年~60年,最近一次流感大流行发生在1968年。据此推算,下一次流感大流行的时间应在2021年之前。当今,世界人口是1918年的3.5 倍(60 亿),按20%的感染率,10%的死亡率计算,届时将有十数亿人患病,上亿人死亡,我们的公共卫生体系将无法应对。庆幸的是,本次流感的传染性及致死性不强,截至2009 年5 月6 日,全球共有1600 余人确诊为H1N1猪流感患者,死亡人数为44 人,死亡率不超过0.3%。人类要认真反思,精心准备,全球合作,阻止或延缓这次不可避免的流感大流行。但历史的经验表明,需要警惕H1N1继续变异、毒性增强,预防可能在秋天出现的第二波袭击。”
借用十年前的卷首语,不是偷懒,是面对新冠病毒疫情的全球走向、趋势、态度、举措,实在无语。尽管如此,还是要感慨几句:新冠病毒不是流感,目前的数据显示,她(R0=2.6)比流感(R0=1.3)传染力强两倍,潜伏期长三倍。好多未知,希望权威们不要太快下结论,要学会说“不知道”、“不确定”。疫苗不会在2个月内造出来;新药要经过严格的研究和验证,方具备写入治疗指南的基础;政客不是科学家,不能用无科学依据的行政命令、哲学、推理、传统治病方式防疫;数万名医生护士从全国驰援武汉,再次成为中国最可爱的人,再次被贴上天使的标签,但愿疫情过后不要健忘得太快。
请关注本期疫情复盘专刊。
2009年,我在《生命新知》五月刊的卷首语上无厘头地写到:“在过去的300年间,共记录过6次流感世界大流行,每两次间隔时间为50年~60年,最近一次流感大流行发生在1968年。据此推算,下一次流感大流行的时间应在2021年之前”,此文章的标题是“必然的大流行”。
2020年,世界大流行终于要来了,虽然不是禽流感或猪流感,而是新型冠状病毒,也让我禁不住“哇”了一声:“我的预言很准”。但是,得意只是一瞬间,遂自责“乌鸦嘴”,汗毛竖起,细思恐极,尽管一切尽在规律之中:利用300年先验数据建立的模型及设计的算法,10年前预测了世界大流行的时间、模式、可能的地点、传播的路径,但人们被自大冲昏头脑,自以为是的态度及行为让人恐惧及悲哀。“没有”、“有限”、“较弱”定义敌人,“可控”、“一定”、“能力”认知自己,大流行应该会成真,病毒会染指地球村的每一个角落,无论你是村长、村委、会计、保安、小组长、村医、村民都无从幸免。
在2020大流行的前夜,让我们复读一下10年前的短文。
“自1975年以来, 世界上新发现了40多种人类致病微生物, 其中包括Ebola病毒、Nipah病毒、hanta病毒、SARS和HIV等。同时,现有的病原微生物也在不断变异,逃避着人类的免疫以及药物的杀伤。
虽然“聪明”的HIV仅有6个基因,但人类的免疫系统却成为其手下败将,全世界4000万人携带病毒,每年致300万人死亡,艾滋病已流行了25年;善变的SARS病毒完成了种系间的跳跃,启动超强的免疫反应,使人类死伤在自身免疫系统的火力之下,2003年导致大流行;顽固金葡菌在人类滥用抗生素的习惯下,变成了MRSA,并从医院蔓延到社区,造成了大流行;结核每年导致1000万人发病,多重耐药性结核已出现,同艾滋病狼狈为奸,正在流行;凶险的Ebola病毒已逃逸出非洲森林,东南亚的猪成为其新宿主,又向人类靠近了一大步。
如今,SARS 的阴影刚刚挥去,H5N1禽流感的恐惧还没有消减,猪流感又向人类袭来。一个月的时间,猪甲型H1N1 流感(swine influenza A,H1N1)病毒已流窜至世界四大洲。一片恐慌,甚至有人提议,将猪斩尽杀绝。
H1N1 本是禽流感病毒,在1918年大流行(pandemic)。当年3 月,美国堪萨斯州的兵营里出现士兵因流感死亡,至5月,全美国、欧洲、日本、中国均出现大流行,但死亡率不高。同年9月,第二个流行高潮到来,病程凶险,死亡率高达10%,导致全球5000万人死亡,其中,青壮年为主要死亡人群。之后,H1N1禽流感病毒在人体内不断减毒,每年于局部流行(epidemics),成为典型的人流感,与人类共生存。
因此,合理的科学推测是:人类将H1N1流感病毒传给了猪,与猪体内的病毒发生了基因重组,基因发生了变异,增加了其毒性,并跨越种系,感染了人类。因为人类对此变异病毒没有免疫力,同时,在感染变异病毒后产生剧烈的炎症反应,从而导致较高的死亡率。猪在此次事件中充当了一个“搅拌机”,而罪魁祸首可能还是我们人类。我们曾经将结核的罪名强加给牛,但近期研究表明,在人类饲养牛之前,牛没有患结核病的痕迹,是人将结核杆菌传染给了牛。人类对大自然的侵犯,对物种间平衡的破坏,让人类承受了沉重的惩罚。
在过去的300年间,共记录过6次流感世界大流行,每两次间隔时间为50年~60年,最近一次流感大流行发生在1968年。据此推算,下一次流感大流行的时间应在2021年之前。当今,世界人口是1918年的3.5 倍(60 亿),按20%的感染率,10%的死亡率计算,届时将有十数亿人患病,上亿人死亡,我们的公共卫生体系将无法应对。庆幸的是,本次流感的传染性及致死性不强,截至2009 年5 月6 日,全球共有1600 余人确诊为H1N1猪流感患者,死亡人数为44 人,死亡率不超过0.3%。人类要认真反思,精心准备,全球合作,阻止或延缓这次不可避免的流感大流行。但历史的经验表明,需要警惕H1N1继续变异、毒性增强,预防可能在秋天出现的第二波袭击。”
借用十年前的卷首语,不是偷懒,是面对新冠病毒疫情的全球走向、趋势、态度、举措,实在无语。尽管如此,还是要感慨几句:新冠病毒不是流感,目前的数据显示,她(R0=2.6)比流感(R0=1.3)传染力强两倍,潜伏期长三倍。好多未知,希望权威们不要太快下结论,要学会说“不知道”、“不确定”。疫苗不会在2个月内造出来;新药要经过严格的研究和验证,方具备写入治疗指南的基础;政客不是科学家,不能用无科学依据的行政命令、哲学、推理、传统治病方式防疫;数万名医生护士从全国驰援武汉,再次成为中国最可爱的人,再次被贴上天使的标签,但愿疫情过后不要健忘得太快。
请关注本期疫情复盘专刊。
有两种可以合理解释SARS-CoV-2起源的场景:(1)在突变为人畜共患病之前,病毒在非人类动物宿主中的自然选择;以及(2)成为人畜共患病之后,在人类中的自然选择。
美国斯克里普研究院的Kristian G. Andersen及哥伦比亚大学的W. Ian Lipkin等6位国际知名学者,在virological.org网站上联合发表了探讨新型冠状病毒SARS-CoV-2起源的一篇文章,支持SARS-CoV-2并非来自于实验室或者人工构建病毒的观点。
2019年12月湖北省武汉市报告新型冠状病毒肺炎(COVID-19)以来,关于引起本次疫情暴发的SARS-CoV-2的起源,一直存在大量讨论和争议。截至2020年2月14日,SARS-CoV-2感染在中国已非常普遍,波及中国大陆的每一个省份,已经确诊了数万例新冠肺炎患者,其中数千例患者死亡。由于新冠肺炎存在一定数量的轻型患者和无症状患者,这类患者不一定就诊,因此感染患者数字可能要高于官方报告的病例数,并且该病毒显然存在人际传播现象。由于SARS-CoV-2可能传播到医疗体系较薄弱的国家,世界卫生组织WHO已宣布COVID-19疫情为国际关注的突发公共卫生事件(PHEIC)。 目前尚无针对该疾病的疫苗或特异性疗法。
SARS-CoV-2是已知的感染人类的冠状病毒科的第七名成员,其中三种病毒可以引起严重的疾病,SARS-CoV、MERS-CoV和SARS-CoV-2;另外四种与轻度呼吸道症状有关,HKU1、NL63、OC43和229E。本文中,基于已知的基因组序列数据的比较分析,作者回顾了可以推断的SARS-CoV-2起源和早期进化,特别是展示了SARS-CoV-2基因组中的显著特征,并讨论了可能出现这些特征的场景。重要的是,该分析提供了证据支持,表明SARS-CoV-2不是来自于实验室构建,也不是人为有意操纵的病毒。
对α和β冠状病毒属(冠状病毒科Coronaviridae)的基因组比较,确定了SARS-CoV-2基因组的两个显著特征:
(1)基于结构模型和早期生化实验,SARS-CoV-2似乎更容易与人ACE2受体结合;
(2)SARS-CoV-2高度可变的刺突(S)蛋白上,在S1和S2边界位置通过插入12个碱基,形成一个多碱基酶切位点,该事件同时导致在多碱基酶切位点附近获得了三个O-连接聚糖。
特征一:SARS-CoV-2受体结合结构域的突变
SARS-CoV-2的第一个显著特征,是受体结合结构域的突变。SARS-CoV和SARS相关冠状病毒刺突(S)蛋白中的受体结合域(RBD),是病毒基因组中最易变化的部位。RBD中的六个氨基酸残基,对于病毒结合人类的ACE2受体以及确定宿主范围,至关重要。SARS-CoV Urbani株的氨基酸残基为Y442、L472、N479、D480、T487和Y491,与之对应的SARS-CoV-2中相应残基为L455、F486、Q493、S494、N501和Y505。与其最密切相关的病毒RaTG13(来自于中华菊头蝠,该病毒与SARS-CoV-2有96%的同源性)相比,在SARS-CoV-2中这六个残基中的五个发生了改变(图1a)。基于结构模型和早期生化实验,SARS-CoV-2的RBD与人、非人灵长类、雪貂、猪和猫以及其他具有高受体同源性物种的 ACE2,可能有高结合亲和力;相反,包括啮齿动物和果子狸等其他物种,SARS-CoV-2可能与其ACE2的亲和力较弱。
SARS-CoV-2 S蛋白中的F486(苯丙氨酸)与SARS-CoV Urbani株的L472(亮氨酸)相对应。值得注意的是,在SARS-CoV细胞培养实验中,亮氨酸L472突变为苯丙氨酸,这一突变会显著提高SARS-CoV的RBD与人类ACE2受体结合的亲和力。但是,这一突变在自然宿主蝙蝠和穿山甲的相关冠状病毒都早已经存在 (图1a)。虽然SARS-CoV-2与人类ACE2受体具有高亲和力,但 RBD中的另外几个关键氨基酸的突变也都有可能导致亲和力的增强,SARS-CoV的RBD氨基酸残基并非目前已知的亲和力最高的残基。因此,SARS-CoV-2的S蛋白似乎是在人或其他物种的ACE2上进行选择的结果,这种突变造成了病毒与ACE2亲和力升高,然而和实验室推导的更高亲和力的突变并不相同。这是最有力的证据,表明SARS-CoV-2 并不是基因工程的产物。
特征二:多碱基酶切位点和O-连接聚糖
SARS-CoV-2的第二个显著特征,是在S蛋白两个亚基S1和S2的连接处,插入一个12个碱基的多碱基酶切位点(RRAR)。插入的12个碱基,除了对应插入2个精氨酸和1个丙氨酸外,还插入了1个脯氨酸,因此,完全插入的序列是4个氨基酸的PRRA(图1b)。脯氨酸插入,导致在多碱基酶切位点侧面的S673、T678和S686中形成O-连接聚糖。之前在β冠状病毒B亚群中未观察到多碱基酶切位点,这是SARS-CoV-2的独特结构。然而在人β冠状病毒A亚群的HCoV-HKU1,具有多碱基酶切位点,以及在S1 / S2交界处具有O-连接聚糖。
尽管尚不清楚SARS-CoV-2中多碱基酶切位点的具体功能,但实验表明,在S1 / S2交界处这样的位点改变,可增强细胞-细胞融合,且不影响病毒进入。多碱基酶切位点允许弗林蛋白酶和其他蛋白酶有效裂解。禽流感病毒血凝素(HA)蛋白两个亚基的连接处获得多碱基酶切位点,可将低致病性禽流感病毒转化为高致病性形式。细胞培养和动物间传播条件下,还观察到了流感病毒HA获得的多碱基酶切位点。O-连接聚糖的潜在功能尚不清楚,但它们可以产生一个“粘蛋白样结构域”,该结构域可以保护S蛋白上的潜在表位或关键残基。需要进行生化分析或结构研究,以确定是否O-连接聚糖位点的具体功能。
SARS-CoV-2起源的理论
不可能通过实验室处理SARS相关冠状病毒,从而构建SARS-CoV-2。如上所述,虽然SARS-CoV-2的RBD和人ACE2受体的结合能力有所提高,但和目前实验室预测的更高结合能力的结构并不一致。此外,如果已经进行了基因工程操作,则需要使用可用于β冠状病毒的几种反向遗传系统之一。但是事实并非如此,在SARS-CoV-2并未发现反向遗传系统痕迹。
相反,有两种可以合理解释SARS-CoV-2起源的场景:(1)在突变为人畜共患病之前,病毒在非人类动物宿主中的自然选择;以及(2)成为人畜共患病之后,在人类中的自然选择。作者还讨论了在传代过程中进行的选择是否会引起类似所观察到的特征。
1、动物宿主自然选择
由于许多早期的COVID-19病例与武汉华南海鲜批发市场(存在野生动物交易)有关,因此该市场可能存在某个动物来源。鉴于SARS-CoV-2与蝙蝠SARS样CoV(尤其是RaTG13)的相似性,认为蝙蝠是SARS-CoV-2的宿主是有道理的。但是要注意,先前在人类中暴发的冠状病毒存在蝙蝠以外的中间动物宿主,其中包括携带SARS-CoV-1的果子狸(引发SARS)和携带 MERS-CoV的骆驼(引发MERS)。
以此类推,与SARS-CoV-2密切相关的前体病毒可能在一种或多种动物中传播。初步分析表明,非法进口到广东省的马来穿山甲(Manis javanica)的CoV与SARS-CoV-2相似。尽管蝙蝠病毒RaTG13在整个基因组中仍然是最接近SARS-CoV-2的,但马来亚穿山甲CoV在所有六个关键RBD残基上都与SARS-CoV-2相同(图1)。但是,尚未鉴定出在整个基因组中与SARS-CoV-2足够相似的穿山甲CoV,以支持其直接感染人类。另外,穿山甲冠状病毒不携带多碱基酶切位点。为了使前体病毒获得适合于人ACE2受体结合的多碱基酶切位点和S蛋白中的突变,动物宿主可能必须具有较高的种群密度,才能有效地进行自然选择,并且该动物的ACE2基因类似于人类ACE2基因。穿山甲和其他动物中可能带有SARS-CoV样病毒,应作为未来公共卫生的重点。
2、人际传播隐秘适应
SARS-CoV-2前体病毒的上述特征,也有可能是在人际传播过程中获得的。研究者推测,一旦(同时或连续)获得了这些特征促使疫情得以暴发,从而产生足够大且不同寻常的肺炎病例群,从而最终触发了医疗卫生系统的关注。
到目前为止,所有测序的SARS-CoV-2基因组都具有突变的RBD和多碱基酶切位点,因此这些特征是从共同祖先获得的。
使用当前可用的基因组序列数据估算SARS-CoV-2共同祖先(tMRCA)的出现时间,表明病毒于2019年11月下旬至12月上旬出现,这与最早的回顾性确诊病例一致。可以假定,在最初发展为人际传播、获得多碱基酶切位点期间,存在一段无法识别的人际传播时期。如果很长时间内,存在人畜共患病传播和人际传播,也有可能造成小范围的病情暴发。这基本上是阿拉伯半岛MERS-CoV的情况,其中所有人类病例都是病毒从骆驼反复传播的结果,最终形成单一感染或传播短链,不再发生进一步的人际传播。迄今为止,在过去8年中发生了2499例病例之后,MERS-CoV还没有获得人类适应性,这使得MERS未能造成大规模全球性传播事件。
我们如何测试SARS-CoV-2之前已在人群中造成的隐秘传播呢?对血清样品的基因组学研究可能会提供重要信息,但鉴于病毒血症的时间通常相对较短,因此可能无法在早期库存样品中检测到低水平的SARS-CoV-2。回顾性血清学研究可能会提供参考,并且已经进行了一些此类研究。有人发现动物进口贸易商对冠状病毒的血清阳性率为13%,有研究指出,中国南方一个村庄的居民中有3%对这些病毒呈血清阳性。有趣的是,对来自于武汉的200名居民的研究中没有显示冠状病毒的血清反应阳性。至关重要的是,这些研究无法区分阳性血清反应是由于先前感染SARS-CoV-1还是-2。应该进行进一步的回顾性血清学研究,以确定先前人类在不同地理区域接触过β冠状病毒的程度,尤其是使用可以区分多种β冠状病毒的测定方法。
3、实验室传代培养选择?
世界各地的多个BSL-2(生物安全二级)实验室,多年来一直在开展有关蝙蝠SARS样冠状病毒在细胞培养和动物模型中传代的基础研究。之前也发生过SARS-CoV-1实验室泄漏感染实验室人员及亲属的实例。因此,我们必须考虑有意或无意释放SARS-CoV-2或其前体病毒的可能性。从理论上讲,SARS-CoV-2有可能在适应细胞培养传代过程中获得RBD突变位点,正如在SARS-CoV和MERS-CoV的研究中所观察到的那样。然而,通过细胞培养或动物传代产生SARS-CoV-2,需要事先分离具有非常高遗传相似性的祖病毒,此外,多碱基酶切位点的产生,要在细胞培养物或具有类似于人的ACE-2受体的动物(例如雪貂)中进行大量传代程序。在细胞培养传代中是否会产生O-连接聚糖也是值得考虑的,因为这种突变通常表明免疫系统的参与,这在体外是不存在的。
结论
在全球COVID-19公共卫生事件中,有理由怀疑疫情的起因是什么。对动物病毒如何越过物种边界感染人类造成公共卫生事件的详细了解,将有助于在未来预防类似的人畜共患病事件。例如,如果SARS-CoV-2已预先适应另一种动物,那么即使目前的流行病得到控制,也有未来再发生COVID-19事件的风险。相反,如果我们描述的适应性过程发生在人类中,那么即使再次发生人畜共患病的传播,除非发生相同系列的突变,它们也不太可能造成严重事件。此外,确定SARS-CoV-2最亲近的动物亲属,将大大有助于病毒功能学的研究。
本文描述的基因组特征,可以部分解释SARS-CoV-2在人类中的传染性和传播性。尽管基因组证据不支持SARS-CoV-2是实验室构建的观点,但目前尚无法证明或反证本文所述的其起源的其他理论,并且尚不清楚未来的数据和研究是否会帮助解决此问题。确定直接的非人类动物来源并从中获得病毒序列,将是揭示病毒起源最确定的方法。此外,获得有关该病毒的更多遗传和功能数据将是有帮助的,包括受体结合以及多碱基酶切位点和O-连接聚糖作用的实验研究。同样,对SARS-CoV-2潜在中间宿主的鉴定,以及包括与武汉市场无关的早期病例的测序,也将具有重要意义。无论SARS-CoV-2的起源如何,对人类和其他动物进行肺炎的持续监测显然至关重要。
(报道:赵永刚)
参考文献:virological.org
从2019年12月中旬开始,密切接触者之间的人际传播就开始出现,并在此后一个月内逐渐扩散,在这一阶段武汉市新冠肺炎病例约每7.4天增加一倍,这项研究为对接触者实施14天医学观察或检疫提供了重要证据。
2020年1月29 日,《新英格兰医学杂志》发表了新型冠状病毒肺炎在武汉早期传播的研究,通过2019年12月至2020年1月间,最初发现的 425 例新冠肺炎确诊患者数据,研究了早期在武汉新冠病毒传播的规律。
中国疾控中心等单位开展了这项研究,收集了截至1月22日已报告的实验室确诊的新冠肺炎患者的人口统计学特征、接触史和发病时间等信息,研究结果显示,在425名患者中,患者年龄中位数为59岁,其中56%为男性,没有小于15岁以下儿童病例,研究人员分三个时间段对病例进行了特征性分析:
第一个时间段为2020年1月1日前发病的病例,1月1日即华南海鲜批发市场关闭之日;
第二个时间段为1月1日至1月11日发病的病例,1月11日即向武汉提供RT-PCR试剂之日;
第三个时间段为1月12日之后发病的患者。
早期发病的患者年龄较小,男性发病的可能性较大,更有可能有华南海鲜市场暴露史。并且,这三个时期医护人员感染的比例逐步上升。
研究者分析了10例确诊病例的暴露时间,估计中位潜伏期为5.2天,95%的病例潜伏期都在12.5 天内。根据6对病例的发病日期,估计病毒由一人传染给其他人的平均间隔时间为 7.5 天。对于新型冠状病毒,研究估计出的R0(基本再生数)值为 2.2,这意味着在疫情早期,平均每个患者将感染传播给其他2.2人。
据分析,1月1日前发病的45名患者从发病到首次就诊的时间平均为5.8天,与1月1日至1月11日发病的207名患者的时间相似,平均为4.6天。
44例发病于1月1日前的患者中,从发病到入院的平均时间估计为12.5天,比189例发病于1月1日至11日的时间长。研究者没有分析1月12日之后发病患者的数据,因为截止发稿日期,发病持续时间较长的患者还没有被发现。
从2019年12月中旬开始,密切接触者之间的人际传播就开始出现,并在此后一个月内逐渐扩散,在这一阶段武汉市新冠肺炎病例约每7.4天增加一倍,这项研究为对接触者实施14天医学观察或检疫提供了重要证据。
(报道:刘元)
参考文献:New England Journal of Medicine 2020 doi:10.1056/NEJMoa2001316
研究反映,2019-nCoV存在人与人之间的传播,并且可能出现无症状感染者,所以尽早收治、隔离患者,并追踪和隔离亲密接触者仍然至关重要。
此外,还需要对大众进行公共卫生和个人卫生教育,并提醒医护人员应遵循感染防控措施,以警惕超级传播事件的发生。
2020年1月24日,《柳叶刀》(Lancet)杂志在线发表了一项研究,由香港大学新发传染性疾病国家重点实验室主任袁国勇院士及其同事,报告了来自于同一家庭的6例新冠肺炎患者的流行病学、临床、实验室、放射学和微生物学发现,其中5例有武汉旅行史,另外1例患者家庭成员没有去武汉。这是第一篇2019-nCoV(现称SARS-CoV-2)发生人传人或院内感染的文献。截至该篇文章发表时,专业学术杂志上没有人传人或医护工作者感染的文献发表。
武汉市卫健委在2019年12月31日宣布通告,称发现27例不明原因肺炎;2020年1月11日,这一数字上升为41例,其中7例重症患者,1例死亡。部分患者出现放射学磨玻璃样影,淋巴细胞和血小板水平正常或降低,低氧血症,肝功能和肾功能受损。部分患者有武汉市华南海鲜批发市场相关接触史,媒体报道该市场贩卖野生动物。在这些患者体内检测到一种新型的冠状病毒,中国学者完成了对该病毒的分离和基因组测序工作。该病毒被WHO暂时命名为2019年新型冠状病毒(2019 novel coronavirus,2019-nCoV),现改为SARS-CoV-2。
据媒体报道,1月17日,袁国勇通过书面报告,向国家疾控中心主任高福院士和广东省疾控中心通报了此项研究中涉及的一家六口的家族聚集性案例。并且,作为新冠肺炎国家卫健委高级别专家组成员,他也将此信息透露给其他专家组成员。
1月20日下午,国家卫健委高级别专家组组长钟南山院士明确表示,根据目前广东和武汉感染病例,肯定此次新型冠状病毒感染的肺炎存在人传人的现象。
流行病学调查
香港大学深圳医院2020年1月10日收治了两例患者,患者1-母亲和患者2-父亲,有发烧、呼吸道症状和影像学肺部浸润表现;1月11日,同一家庭的另外4名成员(患者3-女儿,患者4-女婿,患者5-外孙,患者6-外孙女)到该院检查;1月15日,患者7 -患者4母亲到本院检查。最后,患者6-外孙女排除新冠肺炎,其余6人确诊新冠肺炎。患者临床特征、实验室检查及家庭关系见表1。该家庭临床症状、就诊时间轴,及该家庭武汉亲属的相关状况见图1。
该家庭的6名患者(患者1~6)在2019年12月29日从深圳飞往武汉,2020年1月4日从武汉飞回深圳。官方宣布的新冠肺炎首例患者的症状时间是2019年12月12日。在此期间,该家庭无动物接触史,无包括武汉华南海鲜批发市场等在内的各类菜市场接触史,无食用野味情况。
武汉旅行期间,该家庭入住同一家酒店。患者1-母亲和患者2-父亲入住一个房间,患者3/4/5/6入住另外一个房间。1月1号时患者4-女婿出现发烧及腹泻症状,后患者1/2/5/6入住同一房间,患者3陪伴患者4入住同一房间。
患者1和患者3于2019年12月29日去武汉某医院探望亲戚1。亲戚1系亲戚2的儿子,1岁龄,因发热性肺炎住院治疗,亲戚2陪床并过夜。亲戚2-亲戚5分别是患者3的表妹和三个姑妈。亲戚1,康复并于2019年12月31日出院回家。
患者3在医院探望期间佩戴外科口罩,患者1未佩戴。武汉旅行期间,患者1~6和亲戚2~5每天见面并一起就餐。
亲戚4经常去鲜活家禽菜市场,但未去过被卫生主管部门认定为传染源的华南海鲜批发市场。亲戚2~5,从2020年1月4日起出现发热、咳嗽、乏力症状。
2020年1月4日该家庭返回深圳后,患者3~6与患者7-女婿母亲同住直至2020年1月11日。
新冠肺炎的潜伏期通常在3天~6天,本家庭中患者1~4有发烧等症状,但在出现症状后6天~10天到香港大学深圳医院就诊,并最后确诊新冠肺炎(图1)。
患者5和患者6,无症状:患者5,10岁,经CT检查发现磨玻璃样改变,确诊新冠肺炎;患者6,7岁,听从父母指导并在武汉期间绝大多数时间佩戴外科口罩,影像学、血液、CT检查无异常,最后排除新冠肺炎诊断。
患者7:没有去过武汉,发病前14日内未去过深圳的菜市场。出现背痛、乏力等症状,2020年1月8日到深圳本地另一家医院门诊就诊,医生处方头孢克洛,服用3日,无改善。随后出现发热、干咳症状,2020年1月12日到之前同一家医院门诊复诊,静滴头孢唑林。因症状持续,2020年1月15日在香港大学深圳医院收治住院。
呼吸道及肺部表现
患者1~5和患者7,全部6例患者CT检查均有肺部浸润表现;患者1、2、3、4、7这5例有发烧表现;3例年老患者(患者1、2、7,年龄60岁以上),有干咳和乏力症状;患者3和患者4,37岁和36岁的青壮年患者,有腹泻和上呼吸道症状,包括咽喉痛、鼻塞、流涕等;患者3有胸膜炎性胸痛;患者4有排痰性咳嗽。
实验室检查
除外患者4,其余5例患者白细胞计数正常或降低;3例年老患者(患者1、2、7)的C反应蛋白、纤维蛋白原、乳酸脱氢酶水平升高。患者1和患者2出现淋巴细胞减少、轻度血小板降低、活化部分凝血活酶时间延长。
影像学:6例患者CT扫描均出现双肺多发磨玻璃影,符合病毒性肺炎改变。
PCR(聚合酶链式反应)
患者呼吸道样本,经PCR检测,常见的18种呼吸道病毒和4种细菌均呈阴性结果。
患者3和患者4有腹泻症状,采集排泄物样本进行PCR检测,未发现常见腹泻相关的病毒、细菌和寄生虫。
患者1、2、4、5和7的呼吸道样本,常规RT-PCR检测RdRp(聚合酶)和S基因经均为阳性,实时RT-PCR检测S基因呈阳性。证实存在冠状病毒感染。
患者3呼吸道样本的RdRp和S基因均为阴性,基于该患者流行病学上的强关联性和暴露史,并且影像学检查肺部多灶性磨玻璃影,因此仍将其视为感染病例。
仅患者2的血液样本对冠状病毒检测呈阳性,其他的血液、尿液和粪便样本均为阴性。
对PCR产物的系统进化分析表明,这五位患者的RdRp和S基因的扩增子序列都是新颖的(图2),并且与其他已知的人或动物冠状病毒,包括SARS和蝙蝠SARS相关的冠状病毒不同。
可能的传播过程
第一种情景:也是最有可能的,患者1探望亲戚(亲戚1)时在武汉医院感染,随后患者1~5返回深圳后,将病毒传播给了患者7。
第二种情景:患者1~5直接从亲戚2~5那里感染了病毒,并在返回深圳后,传染给了患者7。这种情形发生的可能性较小,因为患者1~5出现症状早于亲戚2~5。
第三种情景:患者1~5被武汉的一个未知来源感染,并在返回深圳后传染给患者7。亲戚2至5则可能是在医院或社区感染的。
结语与建议
正如本研究所反映的,2019-nCoV存在人与人之间的传播,并且可能出现无症状感染者,所以尽早收治、隔离患者,并追踪和隔离亲密接触者仍然至关重要。
此外,还需要对大众进行公共卫生和个人卫生教育,并提醒医护人员应遵循感染防控措施,以警惕超级传播事件的发生。
与2003年SARS暴发不同,中国的疫情监控网络和实验室能力大幅改善,能够在几周内识别出这种暴发,并宣布了病毒基因组序列,这将有助于快速诊断和有效的流行病学控制。
这项研究表明,这种新型冠状病毒可以在家庭或医院中进行人与人之间的传播,并且可以在城市间传播,因此在这种流行的早期阶段就应采取警惕的控制措施。
(报道:赵永刚)
参考文献:Lancet 2020;395:514-523
2019-nCoV人际传播的早期模式令人想起2002年SARS-CoV的出现。为了遏制2019-nCoV的蔓延,国际合作和协调将是至关重要的。在这一阶段,应特别注意预防可能发生的罕见但爆炸性的超级传播事件,但不能排除由初级病例建立持续传播链的可能性。
自2019年12月以来,一种新型冠状病毒(2019- nCoV,现名SARS-CoV-2)在中国大规模暴发,这种病毒可导致呼吸道疾病和严重肺炎。来自瑞士的学者根据中国5997例确诊病例和其他几个国家的68例确诊病例,利用计算机对早期暴发轨迹进行了随机模拟,分析了早期人传人的模式,论文于2020.1.30发表在《Euro Surveillance》上。
研究者估计2019-nCov的基本传染数R0在2.2左右,这表明其有持续的人传人潜力。传播特征与严重急性呼吸综合征相关冠状病毒(SARS-CoV)和大流行性流感相似,表明存在全球传播的风险。
流行参数
2019-nCov的传播主要取决于两个关键属性。首先是R0,基本传染数R0表示在暴发早期,完全易感人群中首个感染病例产生的继发病例的平均数量,即一个病人在其患病期内所传染的平均数量。如果R0>1(临界阈值),就会出现持续的人际传播,传播链也会持续。
其次是次级病例的个体差异,可以预期疫情动态和是否有可能出现超级传播者。如果继发性病例数量分散程度很高,那么次级病例数量多的原因可能是少数病例而不是大量病例传播病原体。虽然超级传播始终是一个罕见事件,但它可以导致大规模、爆炸性的传播事件,并对流行病过程有很大的影响。相反,较低的离散度将导致疫情更稳定的增长,每个特定病例的继发病例数量更加一致。这对控制工作具有重要意义。
模拟早期的暴发轨迹
第一步,作者使用初级病例初始化模拟。对于每个初级病例,作者根据平均R0和离散度k生成次级病例。离散参数k量化次级病例数量的变异性,并可解释为衡量超级传播事件的影响指标(k值越小,传播的影响越大)。作者探索了广泛的参数组合(表),并对每个单独的组合进行了1000次随机模拟。在瑞士伯尔尼大学的高性能计算集群上总共运行了352万个初级病例模拟。
第二步,作者考虑了不确定的初级病例的初始数量(n)和武汉华南海鲜市场最初的人畜共患病由动物传染给人类的日期(T)。具有多个初级病例的流行病可视为多个独立流行病的集合,每个流行病都有一个初级病例。作者对一个初级病例的流行病学进行抽样(替换),对每个初级病例的发病日期进行抽样,并将流行曲线汇总在一起。R0(22点)、k(20点)、D(8点)和n(6点)各组合重复此步骤100次,共模拟了211.2万次完整的流行过程。
2019年新型冠状病毒的传播特征
如果在2020年1月18日之前达到1000至9700例感染病例,2019-nCov的早期人际传播特征是R0值约为2.2(中值,高密度区间为90%:1.4~3.8)(图1)。在这一点上观察到的数据与离散参数k的大范围值相一致(中位数:0.54,90%高密度区间:0.014~6.95)。 但是,模拟表明,极低的k值不太可能出现。这些估计包括了关于2020年1月18日流行病总规模以及最初的人畜共患病事件的日期和规模的不确定性(图2)。
与以往呼吸道病毒暴发的比较
图3显示了在该流行阶段最有可能出现的R0和k的组合。作者对R0和k的估计更类似于先前对北京和新加坡SARS-CoV早期人际传播的估计,而不是中东呼吸综合征相关冠状病毒(MERS-CoV)。
MERS-CoV的传播特点是在动物间反复发生传播事件后出现小的传播群集,主要由医院环境中发生的超级传播事件驱动。然而,MERS-CoV只能维持有限的人传人。相反,SARS-CoV的国际传播持续了9个月,是由持续的人际传播驱动的,并偶尔会出现超级传播事件。它在全世界导致了8000多起病例,在各地公共卫生当局的广泛努力下才得到控制。作者对2019-nCov早期传播的评估表明,2019-nCov可能遵循类似的路径。
作者对2019年nCov的估计也与1918年流感大流行一致。流感病毒人传人的特点是R0值介于1.5到2之间,k值较大,这意味着传播更稳定,不会出现超级传播。冠状病毒在许多方面与流感病毒不同,2019-nCoV在病死率、无症状个体的传播能力和传播速度方面的证据仍然有限。
优势和局限
作者称由于现有数据的匮乏,极大地限制了其估算的准确性,尚无法可靠地预测流行病的传播。研究者根据1月23日武汉实施封城措施之前在外国发现的病例,通过对1月18日疫情规模的间接估计,尽量避免监测偏差。
分析虽然由于数据稀缺而受到限制,但有两个重要的优势。首先,它是基于对有关流行病参数的各种可能性的模拟:关于流行病的规模,关于华南海鲜市场上最初人畜共患事件的规模,关于初始动物与人类传播事件的日期。由于它解释了所有这些不确定性,这项分析总结了关于2019-nCoV人际传播的状况。其次,虽然对k的估计仍然不精确,但模拟表明,k<0.1的非常低的值比<0.1的更高值(对应于更均匀的传播模式)的可能性小。然而,k值在0.1~0.2范围内仍然有较小的发生超传播事件的风险,特别是在医院环境中。
结论
分析表明,2019-nCoV人际传播的早期模式令人想起2002年SARS-CoV的出现。为了遏制2019-nCoV的蔓延,国际合作和协调将是至关重要的。在这一阶段,应特别注意预防可能发生的罕见但爆炸性的超级传播事件,但不能排除由初级病例建立持续传播链的可能性。
SARS-CoV的先前经验表明,已建立的感染控制措施,例如及早发现和隔离,接触者追踪以及使用个人防护设备,可以阻止这种流行病。鉴于病死率和传播方面存在不确定性,这项发现证实了筛查、监视和防控工作,特别是在机场和其他交通枢纽的重要性,以防止2019-nCoV的进一步国际传播。
(报道:刘亚青)
参考文献:Euro Surveillance 2020; 25(4).doi:10.2807/1560-7917.ES.2020.25.4.2000058