这些疾病会随着季节而减退,COVID-19会吗?

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截至2020年3月24日,COVID-19全球感染人数已超过37万。随着北半球夏季的即将到来,一些人希望疫情会像流感一样,逐渐减轻直至消失。

 

不同的疾病有不同的流行模式,有些高峰在初冬或晚冬,有些高峰在春季或夏季,但也有许多疾病没有季节性周期。目前没人知道SARS-CoV-2是否会随着季节的改变而消失。就算季节确实能影响SARS-CoV-2,但因为人类还没有对抗这种病毒的免疫力,在第一年它也有可能违背季节模式而继续蔓延。

 

对于一些已知的季节性疾病,目前也还不清楚背后的机制。跨越多个季节来验证一个研究假设需要2-3年的时间,一些混杂因素也会影响研究的结果。尽管如此,也有很多理论被提出来。

 

很多研究会关注病原体、环境和人类行为间的相关性,例如,由于湿度、温度、饮食结构和维生素D水平的变化等因素,流感会发生变化。Martinez正在研究另一种理论:人类的免疫系统可能会随着季节的变化而变化,对病原体更敏感或更能抵抗

 

流行病日历

 

哥伦比亚大学的Micaela Martinez教授在2018年发表的一篇论文显示,至少有68种传染病存在季节性,但它们并不同步,且因地理位置而异。在下图中,每个气泡代表每个月病例占年度总病例的百分比。(有些疾病在发明疫苗后发病率下降,在某些情况下降至零)

 

Martinez写道,除赤道地区外,呼吸道合胞病毒(RSV)在冬季高发,水痘在春季高发。轮状病毒在美国西南部的12月或1月达到高峰,但在东北部则是4月和5月达到高峰。生殖器疱疹春季和夏季在全美流行,而破伤风盛夏高发。淋病在夏季和秋季高发,百日咳在6月到10月的发病率最高。印度在冬季时丙型肝炎高发,而埃及、中国和墨西哥在春季或夏季则达到丙肝的高峰。

 

对于在雨季由昆虫传播的疾病,例如非洲昏睡病,登革热和河盲症,季节性很容易理解。但对于很多传染病,很难掌握传播的时间规律。宾夕法尼亚大学病毒学家Neal Nathanson说:“令人惊讶的是,有些病毒的传播高峰几乎每年发生在同一地点、同一环境中”。 

 

Nathanson表示,研究病毒在体外的存活能力更为重要。有些病毒的遗传物质除了包裹在衣壳蛋白中,还存在由脂质构成的一层包膜。Nathanson表示,带有包膜的病毒更容易受到外部环境的影响,例如夏季炎热和干燥天气等。

 

2018年《Scientific Reports》中的一项研究验证了这一想法。爱丁堡大学的病毒学家Sandeep Ramalingam等分析了36,000多份呼吸道样本,发现了9种病毒存在季节性特征。Ramalingam表示“存在包膜的病毒具有非常明显的季节性特征”。

 

RSV和人间质肺炎病毒有包膜(如流感),在冬季会达到高峰。鼻病毒是引起普通感冒的常见原因,没有包膜,对寒冷天气没有特殊的亲和力:研究发现,在一年中84.7%的日子里,可以在呼吸道样本中检测到这种病毒。研究还表明,当孩子们返校时会达到顶峰。腺病毒是另一类引起感冒的病毒,也缺乏包膜,并且具有类似的模式,传播时间超过半年。

 

Ramalingam的团队还研究了病毒与每日天气变化间的关系。当24小时内的相对湿度变化低于平均值(差异25%)时,流感和RSV传播性最强。Ramalingam总结说,当湿度急剧变化时,“脂质包膜中的某些物质更易被破坏”。

 

哥伦比亚的气候地球物理学家Jeffrey Shaman则认为,重要的是绝对湿度,而不是相对湿度。在2010年的《PLOS生物学》杂志上,哈佛大学流行病学家Marc Lipsitch发表文章称,绝对湿度很低比相对湿度或温度能更好解释美国流感的爆发原因。但是,为什么绝对湿度低有利于某些病毒的传播,目前尚不清楚。Shaman说,可能影响病毒膜活力的变量包括渗透压,蒸发速率和pH值的变化。

 

当绝对湿度和相对湿度上升时,具有包膜的SARS-CoV-2病毒在春季和夏季会变得脆弱吗?SARS于2002年底出现,并于2003年夏季消失。MERS曾在医院中引起爆发,但从未像COVID-19那样形成广泛的人传人现象。两种病毒的传播时间都不足够长,也没有形成足够大的规模,无法评估任何季节性周期。

 

关于COVID-19与温度、湿度的关系,近期在预印服务器上发表的两篇新论文则得出了相反的结。Lipsitch等的一篇文章研究了COVID-19在中国19个省份的分布,这些省份的气候涵盖了寒冷、干燥、炎热,但都存在持续的人传人现象。第二项研究得出的结论是:持续传播似乎仅发生在温度在5°C至11°C之间,相对湿度在47%至70%之间的地区。

 

但归根结底,环境因素与人的免疫系统之间有一个平衡。其他冠状病毒已经存在很久了,因此一部分人群已具有免疫力,这可能有助于在某些条件下阻止这些病毒传播。但对COVID-19来说却并非如此。Martinez说:“即使季节性下降的可能性很大,但如果仍存在很多易感人群,它也可以持续很长时间”。Lipsitch也不认为该病毒会在4月份消失。

 

人的免疫力会随季节发生变化?

 

Martinez还在研究可能影响COVID-19的其他因素。Martinez的团队对免疫细胞进行计数,评估血液中的代谢物和细胞因子,破译粪便微生物组,检测激素等,以验证季节或许可以“重建”免疫系统这一理论,即某些类型的细胞在某些情况下变得更加丰富,而其他细胞则变少,从而影响我们对病原体的敏感性。

 

有动物研究支持免疫力随季节变化的观点。格罗宁根大学的鸟类学家Barbara Hall等研究了欧洲的一种鸟,通过在一年的时间内采集多个血液样本,他们发现鸟类在夏天时免疫系统增强,但在秋天降低,也可能是因为迁徙消耗了大量能量。

 

褪黑素,主要在晚上由松果体分泌的激素,是导致这种变化的主要驱动力。西弗吉尼亚大学的内分泌学家Randy Nelson说,褪黑激素不仅可以跟踪一天的变化,还可以作为季节的“生物学日历”。当夜晚变长时,会释放更多的褪黑激素。在对西伯利亚仓鼠的研究中,Nelson等已经证明,白天注射褪黑素或改变光照模式可以改变免疫反应高达40%。

 

人类的免疫系统似乎也具有先天的昼夜节律。伯明翰大学的研究人员在276名成年人中进行了一项疫苗试验,随机分配一半的人在早上接受流感疫苗注射,另一半人在下午接受注射。研究人员报告称,早上组的参与者对疫苗中三种流感菌株中的两种的抗体应答明显更高。

 

有证据表明人类免疫基因的作用也存在季节性变化。在对来自欧洲,美国,冈比亚和澳大利亚的10,000多人的血液和组织样本进行的大规模分析中,剑桥大学的研究人员发现了约4000种与免疫功能有关的基因,这些基因具有“季节性表达特征”。在一个德国人群队列中,整个基因组中近四分之一的基因在白细胞中的表达因季节而异。

 

然而,正如免疫学家Xaquin Castro Dopico等在2015年描述该发现的论文中所解释的那样,这些巨大变化如何影响人体抵抗病原体的能力尚不清楚。而且某些变化可能是感染的果,而不是因此外,季节性免疫力的变化不能完全解释疾病表现出的季节性变化。

 

但Martinez于2019年12月进行的一项分析表明,在免疫系统的记忆和应答中起着重要作用的某个白细胞亚群,在一天的特定时间中会升高。她希望通过明年开展类似但规模更大的研究来验证这一发现。

 

Martinez也告诫说,人造光可能会破坏昼夜节律,从而对疾病的易感性产生不可预测的影响。为了探讨这一影响,Martinez与Helm分别在纽约和新泽西的城市和农村地区进行了一项研究。他们在树木和电线杆上安装了光传感器,并为参与者配备了监测光线暴露和体温的设备。

 

Martinez表示,无论最终结果如何,都可能带来重要的公共卫生利益。“如果我们知道如何最佳地利用疫苗,即如何在一年和一天中的最佳时间来利用我们的免疫系统,获益将更大” 。

 

原文链接:

https://www.sciencemag.org/news/2020/03/why-do-dozens-diseases-wax-and-wane-seasons-and-will-covid-19

 

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