Science:数学模型可提前两年预测肠道病毒暴发疫情

2018-09-04 程唯珈 科学网

肠道病毒每年都有新变化,如果能预测下一次肠道病毒疫情的暴发时间,就能提前研制出更有针对性的疫苗。日前,美国新一期《科学》杂志就刊登了这样一项研究成果,一种新的预测模型有望准确预测各种病毒株及类型的动态传播。

肠道病毒每年都有新变化,如果能预测下一次肠道病毒疫情的暴发时间,就能提前研制出更有针对性的疫苗。日前,美国新一期《科学》杂志就刊登了这样一项研究成果,一种新的预测模型有望准确预测各种病毒株及类型的动态传播。



肠道病毒肠道病毒CV-A4暴发与日本出生率对照

据了解,感染人的肠道病毒的血清型超过100种,它们引起各种疾病,其中包括脑膜炎、脑炎、瘫痪、上呼吸道感染及手足口病(HFMD)等。肠道病毒的流行病学特征为频繁的无症状感染,夏季是疾病暴发的高峰期。

尽管肠道病毒感染拥有规律的季节性,但个体血清型则显示出不同的长期循环模式。例如,肠道病毒A71(EV-A71)在马来西亚和日本持续了3年周期,在中国存在了1年周期。

“有些肠道病毒每年都会引起流行病,而有些每两到三年引发一次流行病。然而,到目前为止,我们还不知道是什么决定了这些暴发的频率,或者为什么某些病毒似乎在某些年份引起大规模暴发。”帝国理工学院公共卫生学院Margarita Pons-Salort博士告诉《中国科学报》记者,为了解这些不定时“炸弹”暴发的原因,他们选取了拥有肠道病毒株及类型资料较为详细的的日本作为样本。

首先,Margarita Pons-Salort博士和Nicholas Grassly博士对2000-2015年间在日本采集的有关肠道病毒的长期监测数据进行了统计分析。

科学家观察到,肠道病毒CV-A4在2000年到2004年呈现1年周期,既2004年后开始转为2年一周期。“我们假设CV-A4表现为高度免疫感染,这种时间模式可以通过日本在过去二十年中普遍下降的出生率来解释。因为在这种情况下,只有分娩才能补充易感人群,从而确定暴发发生的可能性。”Margarita Pons-Salort博士解释说。

一旦孩子感染了特定类型的肠道病毒,他们通常会对进一步感染该病毒产生免疫力。科学家同时发现,每一次疫情暴发之后都存在一定的时间间隔:从疫情开始到结束不断有新生儿受到影响,当疫情结束之后,下一批新生儿没有受到该病毒的波及,则会在后续的时间中再次受到感染,此时就会出现新一波的疫情。

这意味着特定类型肠道病毒的暴发在很大程度上取决于每年出生的儿童数量以及感染后对该类型的长期免疫力的发展。

为详细掌握这些“恐怖分子”下一次的“作案”计划,研究人员使用了14年的信息来建立模型(从2000年到2014年),模拟出20种最常见肠道病毒中每一种的流行模式。

模型测试中,科学家发现它能够预测2015年和2016年大多数类型肠道病毒的后续暴发。

“我们模型解释数据的准确性意味着我们现在明白为什么这些暴发会发生,并且它们实际上是高度可预测的。”Margarita Pons-Salort博士说。

她同时表示,这些信息有助于公众和医护人员在疾病发生前两年内为疫情做好准备。该模型还将帮助设计疫苗接种策略(即应该接种疫苗的人员和何时接种疫苗),并预测疫苗的影响。

“上述发现再次提示了病原监测体系的重要性,对于肠道病毒疫苗研发和免疫策略具有重要意义。”军事医学研究院微生物流行病研究所病毒室主任秦成峰认为,我国目前同时存在多种型别肠道病毒流行,手足口病等疾病负担非常严重。与日本不同,我国EV71疫苗已经在我国上市,其他型别的肠道病毒疫苗也在研究中,利用这种模型对我国的肠道病毒监测数据进行分析将非常值得期待。

该团队现在正在测试其他国家/地区的数据模型,以确保它可以应用于世界更多地区。

原始出处:
Margarita Pons-Salort, Nicholas C. Grassly, et al. Serotype-specific immunity explains the incidence of diseases caused by human enteroviruses. Science, 24 Aug 2018.

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