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COVID群体免疫难以实现的5大原因

Mar 30, 2021 No Comments

 

COVID群体免疫难以实现的5大原因
到目前为止,约50%的以色列人接种了COVID-19疫苗,但群体免疫仍然难以实现。

 

即使大力推广COVID-19疫苗接种,想要达到群体免疫的理论阈值似乎仍遥不可及。

随着全球COVID-19疫苗接种率的提高,人们有理由开始提出疑问:新冠病毒疫情是不是要结束了?但不幸的是,这是一个充满不确定性的问题。一度流行的想法是,有足够多的人最终会获得对SARS-CoV-2的免疫力,从而阻止大多数传播——也就是所谓的“群体免疫阈值”。但目前看来,这个阈值仍然遥不可及。

这一阈值一般只有在高接种率的情况下才能达到。许多科学家曾认为,一旦人们开始集体免疫,将使社会恢复正常。大多数估计认为,通过接种疫苗或过去接触病毒而获得免疫力的人口需要达到总人口的60-70%,才能实现群体免疫。但随着疫情进入第二个年头,人们的想法开始转变。今年2月,独立数据科学家Youyang Gu将其广受欢迎的COVID-19预测模型的名称从“群体免疫之路”改为“正常之路”。他指出,由于疫苗接种的犹豫、新的变异的出现以及儿童疫苗迟迟未面世等因素,达到群体免疫阈值看起来是不可能的。

Gu是一名数据科学家,但他的想法与流行病学领域的许多人一致。德克萨斯大学(University of Texas)奥斯汀分校COVID-19建模联盟(COVID-19 Modeling Consortium)执行主任、流行病学家Lauren Ancel Meyers表示,他们放弃了群体免疫的想法。尽管这一转变反映了大流行的复杂性和挑战性,但并不否定接种疫苗正在起作用的事实。虽然疫苗将意味着病毒将开始自行消散,但是,随着新的变种出现,以及对感染的免疫力可能减弱,在几个月或一年之后我们可能仍在与这种威胁作斗争,并不得不应对未来可能激增的威胁。

大流行的长期前景可能包括COVID-19成为一种局部流行病,就像流感一样。但在近期内,科学家正在考虑一种不包括群体免疫的新常态。以下是这种心态背后的一些原因,以及它们对明年的大流行的影响。

 

1. 目前还不清楚疫苗是否能预防传播

群体免疫的关键是,虽然有一个人被感染了,但是由于周围的易感宿主太少,导致病毒无法维持传播——那些接种过疫苗或已经感染过病毒的人无法感染和传播病毒。例如,由Moderna公司和Pfizer–BioNTech公司开发的COVID-19疫苗在预防症状性疾病方面极为有效,但目前仍不清楚它们是否能够保护人们免受感染,或防止病毒传播给他人。这对群体免疫造成了问题。

华盛顿特区乔治敦大学(Georgetown University)的数学生物学家Shweta Bansal表示,只有当我们有一种阻断传播的疫苗时,群体免疫才有意义。如果疫苗不能阻断传播,那么在人群中获得群体免疫的唯一方法就是给每个人注射疫苗。疫苗阻止传播的有效性需要“相当高”才能发挥作用,而目前的数据还不是决定性的。尽管现在Moderna公司和Pfizer–BioNTech公司的数据看起来相当鼓舞人心,但这些疫苗和其它疫苗在多大程度上阻止人们传播病毒还不明确,这一信息非常关键。

一种疫苗阻止传播的能力并不需要达到100%,就能起到作用。马萨诸塞州波士顿市东北大学(Northeastern University)研究传染病的科学家 Samuel Scarpino提到,即使70%的有效性也足够“令人惊讶”了,但此时仍会有大量的病毒传播,想打断病毒传播链并非易事。

 

2. 疫苗的推广参差不齐

宾夕法尼亚州立大学传染病动力学中心(Pennsylvania State University’s Center for Infectious Disease Dynamics)的流行病学家Matt Ferrari指出,由于各种原因,疫苗推广的速度和分布对群体免疫非常重要。一个完美协调的全球行动本来可以消灭COVID-19,至少理论上是这样。这在技术上是可行的,但在现实中,我们不太可能在全球范围内实现这一目标。在国家之间,甚至在国家内部,疫苗推广的效率存在巨大差异(图:各国疫苗接种率的差异)。

以色列从2020年12月开始为其公民接种疫苗,这部分得益于与Pfizer-BioNTech公司的一项协议——以色列与Pfizer-BioNTech公司分享数据以换取疫苗剂量,目前以色列在疫苗推广方面属于全球领先。位于海法的以色列理工学院(Technion – Israel Institute of Technology)的生物医学数据科学家Dvir Aran表示,在疫苗接种推广初期,卫生工作者每天为以色列超过1%的人口接种疫苗。截至3月中旬,该国约50%的人口已经接种了产生保护效果所需的两剂疫苗。Aran提出,现在的问题是年轻人不想打预防针。因此,当地政府用免费披萨和啤酒等东西来吸引这些人群进行疫苗接种。与此同时,以色列的邻国黎巴嫩、叙利亚、约旦和埃及的疫苗接种率甚至不到人口总数的百分之一。

在美国各地,疫苗接种的情况参差不齐。一些州,如乔治亚州和犹他州,完全接种疫苗的人口不到10%,而阿拉斯加和新墨西哥州完全接种疫苗的人口超过16%。

在大多数国家,疫苗分发按年龄分层,优先分发给老年人,因为老年人死于COVID-19的风险最高。然而,何时以及是否会有一种疫苗被批准用于儿童,还有待观察。Pfizer-BioNTech公司和Moderna公司目前已招募青少年参与其疫苗的临床试验,Oxford-AstraZeneca公司和Sinovac Biotech公司的疫苗正在三岁的儿童身上进行测试。但结果要几个月后才能出来。Bansal指出,如果不可能为儿童接种疫苗,那么需要为更多的成年人接种疫苗以实现群体免疫(16岁及以上的人可以接Pfizer-BioNTech公司生产的疫苗,但其它疫苗只允许18岁及以上的人接种)。例如,根据2010年的人口普查数据,美国18岁以下的人口比例为24%。如果大多数18岁以下的人不能接种疫苗,那么必须100%的18岁以上的人接种疫苗,才能达到人群76%的免疫力。

Bansal表示,另一个需要考虑的重要问题是群体免疫的地理结构。她提出,没有一个社区是一个孤岛,一个社区周围地区的疫苗接种情况对该社区的群体免疫也很重要。由于人们的行为或地方政策,COVID-19在美国各地群集发生。以前的疫苗接种工作表明,在地理上,接种或不接种也将倾向于聚集。例如,对麻疹疫苗的局部抵抗导致了疾病的死灰复燃。地理聚集将使免疫群体的路径不再是一条直线,本质上意味着我们将与新冠病毒疫情玩打地鼠游戏。即使对于一个疫苗接种率很高的国家,如以色列,如果周边国家没有采取同样的措施,本国民众与其他国家的民众来往接触,新的疫情爆发的可能性仍然存在。

 

COVID群体免疫难以实现的5大原因1

 


3. 新的基因突变改变了群体免疫的进程

目前疫苗推广计划面临分配障碍,SARS-CoV-2的新突变正在不断出现,它们可能更具传染性,并对疫苗具有耐药性。新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)的数学和计算流行病学家Sara Del Valle表示,他们正在与新突变赛跑。阻止病毒传播所需的时间越长,这些突变出现和传播的时间就越长。

发生在巴西的事情给全球敲响了警钟。发表在《科学》(Science)杂志上的研究表明,5月至10月期间玛瑙斯市COVID-19疫情放缓可能是由于群体免疫效应。巴西圣保罗大学(University of São Paulo)的免疫学家Ester Sabino计算出,到2020年6月,该地区有超过60%的人口受到了感染。根据一些估计,这应该足以使该种群达到群体免疫阈值,但在2021年1月,玛瑙斯市出现病例的大规模复苏。这种激增发生在一种名为P.1的新突变出现之后,这表明以前的感染产生的免疫不足以抵抗新的病毒株。Sabino指出,1月的马瑙斯市内所有的新冠病例都是由P.1引起的。Scarpino怀疑60%的数字可能高估了。即便如此,他认为,在面对高水平的免疫时,新冠病毒仍然会死灰复燃。

Ferrari表示,随着群体免疫力的增加,还有另一个问题需要解决。较高的免疫率会产生选择性压力,这会促进对现有疫苗产生抵抗的病毒株的产生。迅速而彻底地接种疫苗可以防止新突变的产生。但是Ferrari提醒,疫苗推广的不平衡再次带来了挑战。虽然群体具有一定的免疫力,但病毒仍然有一些传播。疫苗几乎不可避免地会诱导新毒株的产生,这就是为什么需要建立监测新病毒株的基础设施和过程。

 

COVID群体免疫难以实现的5大原因2
今年1月,巴西开始广泛分发Sinovac Biotech的冠状病毒疫苗。

 

4. 免疫力可能不会长期存在

群体免疫的计算一般会考虑个体免疫的两个来源——疫苗和自然感染。Bansal指出,感染过SARS-CoV-2的人似乎对这种病毒产生了一定的免疫力,但这种免疫力能持续多久仍然是个问题。鉴于对其它冠状病毒的已知情况和SARS-CoV-2的初步研究证据,感染相关的免疫力似乎会随着时间的推移而减弱,因此需要在计算时考虑到这一点。Bansal提醒,尽管他们仍然缺乏关于免疫力下降的确凿数据,但他们知道下降的幅度既不是百分之百,也不是完全为零。

当计算一个种群接近群体免疫阈值的时候,建模者无法纳入所有被感染的人。他们还必须考虑到疫苗不是100%有效的事实。如果以感染为基础的免疫只能持续几个月左右,那么尽快提供疫苗就非常必要了。同样重要的是了解基于疫苗的免疫能持续多久,以及随着时间的推移是否需要增强剂量。由于这两个原因,COVID-19可能变得像流感一样。

 

5. 疫苗可能会改变人类的行为

Aran指出,按照目前的疫苗接种率来考虑,以色列正在接近理论上的群体免疫阈值。问题是,随着接种疫苗的人越来越多,他们之间的相互作用也会增加,这就改变了群体免疫进程,而这在一定程度上取决于有多少人暴露在病毒之下。疫苗并非百分百有效。设想一下,一种疫苗能提供90%的保护,如果在接种疫苗之前,你最多只会见一个人,而现在接种了疫苗,你会肆无忌惮,去见十几个人,那是否接种疫苗就没大的差别了。

Meyers指出,为COVID-19建模最具挑战性的方面是社会学的组成部分。迄今为止,我们对人类行为的了解都被抛到了脑后,因为我们生活在前所未有的时代,以前所未有的方式生活。Meyers等人试图不断调整他们的模型,以适应戴口罩和社交距离等行为的变化。

Del Valle表示,非药物干预将继续在控制病例方面发挥关键作用。关键是要打破传播途径,限制社会接触和持续的保护行为,比如戴口罩,可以在疫苗推出时帮助减少新突变病毒的传播。

但是很难阻止人们恢复到大流行前的行为。德克萨斯州和美国其它一些州政府已经取消了戴口罩的规定,尽管这些州有相当一部分人口仍未受到保护。Scarpino再次,现在看到人们放松警惕是令人沮丧的,因为继续采取那些似乎正在起作用的措施,比如限制室内聚会,可能对帮助结束疫情大有帮助。群体免疫阈值“不是‘我们是安全的’阈值,而是‘我们更安全的’阈值”。即使超过了阈值,仍然会发生孤立的病毒爆发。

近期流感疫情得到了很大改善,这是免疫和防范行为双重叠加的效果。Scarpino提醒,流感的传染性可能不亚于COVID-19,几乎可以肯定的是,今年流感没有出现的原因是我们通常有大约30%的人口免疫,因为他们在前几年已经被感染了,而接种疫苗覆盖了可能另外30%的人口。所以群体中大概有60%左右的免疫力。再加上戴口罩和保持社交距离,流感就不会爆发了。这个粗略的计算显示了行为如何改变群体免疫,以及为什么当人们停止执行保持社交距离等措施时,更多的人需要接种疫苗以获得群体免疫。

终止病毒的传播是恢复正常的方法之一。但是伦敦卫生和热带医学学院(London School of Hygiene & Tropical Medicine)的疫苗流行病学家Stefan Flasche认为,另一个可能是预防严重疾病和死亡。鉴于目前对COVID-19的了解,仅通过疫苗达到群体免疫是相当不可能的。现在是时候提出更现实的期望了。Flasche表示,这种疫苗是“绝对令人震惊的技术”,但它不太可能完全阻止病毒的传播,因此我们需要考虑如何与病毒共存。这并没有听起来那么可怕。即使没有群体免疫,为弱势人群接种疫苗的能力似乎也在减少因COVID-19而住院的人数和死亡人数。虽然这种疾病可能不会很快消失,但它的严重性可能会减弱。

 

原文检索:
Christie Aschwanden. (2021) Five reasons why COVID herd immunity is probably impossible. Nature, 591: 520-522.
张洁/编译

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