牛津大学建立群体感染模型,预测新冠病毒灭绝时间

2020
07/31

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病毒学 /  生命科学前沿
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该研究给出了群体免疫政策下,新冠病毒将会迎来的第二次峰值。预计在2020年冬季或2021年春季,感染将达到第二高峰。


7月25日,由英国牛津大学领衔,英国华威(Warwick)大学和伦敦卫生与热带医学院共同参与的新冠病毒群体免疫感染模型建立成功,为群体免疫政策制定者提供参考依据,希望谨慎制定政策,充分考虑现实状况。

该研究给出了群体免疫政策下,新冠病毒将会迎来的第二次峰值。预计在2020年冬季或2021年春季,感染将达到第二高峰。

自3月23日以来,英国实行了非药物干预措施(封锁),通过关闭学校和商店来减少社会交往。鼓励家庭工作和公共场所的社会隔离。自2020年2月下旬以来,其他欧洲国家也采取了类似的措施,从2020年5月起在法国,德国和意大利放宽了限制。在欧洲疾病控制策略的背景下,瑞典一直是一个例外,对目标人群的社会混合设置了较少的限制,以期在人群中增强免疫力。

感染病毒后,住院患者会出现急性免疫反应。症状发作后,病毒特异性IgM和IgG抗体的效价分别最高达到15-21和22-27天。在住院患者和动物模型中产生的抗SARS-CoV-2抗体可在感染后至少几周内提供保护,这表明康复患者不可能立即再次感染病毒。

但仅有有限的证据表明症状更严重的住院患者显示出更高的抗体反应。无症状个体的IgG较弱,对SARS-CoV-2的特异性抗体应答不强,并且在恢复后更可能出现血清阴性。虽然目前尚不知道对SARS-CoV-2的免疫力的持续时间,但已证据显示冠状病毒SARS-CoV和MERS-CoV的抗体滴度会随时间而衰减。

此外,据估计,对季节性循环冠状病毒的免疫力可持续不到一年,并且从少数冠状病毒(如NL63)中恢复的个体有可以被再次感染的现象发生。

群体免疫动力学模型

该动力学模型是以年龄结构为基础的确定性分析模型,通过使用来自英国人口的联系数据探索了新冠病毒在不同条件或者年龄层的潜在免疫动力学。

且该动力学模型分析预测,在SARS-CoV-2迅速传播的初期或流行初期,所有年龄段的人都参与了传播,特别是那些20-39岁的人。例如,预计20-24岁年龄段的参考病例在基线时平均会产生3.1个继发病例。随着锁定或凤城措施的生效,由于接触较少并且接触后感染的可能性较低,因此大大减少了预期的继发病例数。因此,在锁定期间,年龄在20-24岁之间的个体的平均继发病例数降至0.9。

此外,在英国政府在新冠病毒大流行期间官方宣布群体免疫策略的基础下,依据英国人口数量及活动范围,该模型设置了4种不同条件下的轨迹分析。得出,在进行干预的第一天(2020年3月23日),有96,000例SARS-CoV-2新病例,这在英国估计的新病例的95%可信区间内,即当天(54,000–155,000),并且有124,000的人在此日期具有传染性。从2月16日到3月23日,所有年龄段的累计病例为717,000,≥19岁的成年人为680,000,这在这个期间的累计病例数估计值的可信区间内已经很小(266,000–628,000)。

当六月份大多数锁定措施放松时,总人口的5.5%和≥19岁的成年人中有6.8%的人对SARS-CoV-2具有免疫力,与抗体估计值相当(截止到2020年5月24日,依据英国人口的献血水平阳性值为6.8%(95%置信区间为5.2–8.6%;≥18岁的人)。以上数据再次印证了此模型的可靠性。

同时,该研究也给出了群体免疫政策下,新冠病毒将会迎来的第二次峰值。预计在2021年春季或2020年冬季,感染将达到第二高峰。

次峰的高度由免疫力丧失的速率决定。在最坏的情况下,非住院患者的免疫平均持续三个月,住院患者一年,然后第二个峰值将超过初始峰值。到2020年12月,最多有409,000个感染者和每天133,000个新病例。与永久免疫的情况相比(免疫力不丧失),次高峰期的最大感染人数为13.7万,每天有45,000例新病例。

如果机体在强免疫力转至低免疫力情况下,即当免疫力迅速下降时,在2021年4月将观察到次高峰,最多有161,000个感染者和每天52,000个新病例,永久免疫方案和短期免疫方案之间的传染性个体第二高峰的高度将相差六倍。

相比之下,当患者一直保持或者具有永久免疫力时,新感染的数量会逐渐减少而不是加速,并且预计到2021年4月只有24,000个感染者和每天5,000个新病例,这就是英国政客或者政策制定者期望的结果,即人人获得免疫力。

进一步,研究人员发现,这种流行病的年龄分布不会随时间变化很大。在永久免疫和短暂免疫的情况下,每个年龄组感染比例的程度保持不变。

那么病毒将在何时走向灭绝呢?依据群体免疫状态下的模型分析,研究人员认为,若群体产生长免疫力,那病毒将在2021年4月至11月之间走向衰退,具体取决于免疫力强弱情况。但如果免疫力是永久的(或强的),则该流行病将于2022年5月灭绝。

不难看出,本次研究通过以年龄为导向设置预测层次可以很清晰的阐明老年人所代表的较弱免疫力群体现状。不同于成年人可以产生较长或者较强的免疫保护力,很多非健康个体所产生的免疫力是有限的甚至是很微弱的。况且,现实来讲,群体产生的抵抗力不可能是永久的,这种永久的群体免疫策略是以牺牲老年人所代表的低抵抗力或免疫力为代价的,仅保留健康个体的免疫力,显然是不可取的。

最后,研究人员希望通过本次模型的建立,提醒英国的决策者们考虑现实因素。并建议,如果重新感染的免疫力不是永久性的,旨在实现群体免疫的策略可能会导致反复感染,后果将不可想象。

参考文献:

https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.07.24.20157982v1


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关键词:
免疫力,感染,免疫,病毒,英国

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