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终结新冠,还是与毒共存?五大原因或致群体免疫失败

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  放长远来看,新冠或许会像流感一样成为地方性流行病,科学家们也正在规划无法实现群体免疫策略情况下的疫情新常态。本文将阐述这一设想背后的若干原因,及其对于新冠持续流行的意义,供读者朋友思考讨论。

  疫情常态化之路:

  从“pandemic”到“endemic”

  “新冠大流行(pandemic)究竟还会持续多久?”

  全民新冠疫苗接种工作正在如火如荼地开展,全球疫苗接种率也在快速提升,大家不禁充满了希望:这场疫情是不是快要结束了?

  但学界认为答案似乎依然充满不确定性,即使各国全力进行疫苗接种,完全攻克新冠(COVID-19)的门槛仍旧遥不可及。曾经广为流行、抱有极大希望的“群体免疫终结新冠”策略,似乎也已经变得不太现实了。

  

  图1:群体免疫策略示意图[1]。

  群体免疫策略指希望足够多的人获得免疫力、使免疫人群比例达到某个阈值(即群体中易感个体比例足够低),从而间接保护易感人群、阻断病毒传播的策略。一般来讲,这一阈值为已免疫人群达60%到70%。获得免疫力的主要途径则有①人工疫苗接种和②被病毒自然感染。

  通常来说,达到群体免疫阈值主要靠人工疫苗接种,并且接种率要达到一定水平。学界一度认为,一旦开始大规模疫苗接种,就可以很快实现群体免疫,恢复正常社会秩序。然而,随着人类进入“新冠纪元”的第二年,这一设想也发生了转变。

  顾友阳(Youyang Gu,音译)是一名独立数据科学家,疫情初期,他个人建立了一个死亡人数预测模型,预测的准确度极高,远超伦敦帝国学院和美国卫生计量与评估研究所的官方预测模型。[2] 之前,他曾把他的疫情预测模型命名为“群体免疫之路(Path to Herd Immunity)”,但现在,他把模型改名为“疫情常态化之路(Path to Normality)”。顾友阳认为,人群对接种疫苗迟疑、病毒突变株出现、儿童疫苗接种延迟,种种因素之下,群体免疫似乎已经很难达到。这一观点与许多流行病学家的想法如出一辙。美国德克萨斯大学奥斯汀分校 COVID-19 建模组织执行会长、著名流行病学家 Lauren Ancel Meyers 也认为:“我们已经放弃了以群体免疫终结大流行的想法。”

  学界对群体免疫态度的转变,反映了疫情的复杂性和挑战性,但这绝不是说接种疫苗毫无帮助。Meyers说:“疫苗接种意味着疫情会逐渐自行消退。但随着新的突变株不断出现,人们对病毒感染的抵抗力可能会因此减弱。几个月、甚至一年后我们很可能还在与新冠做斗争,也必须要时刻准备好应对未来的不确定性。”

  放长远来看,新冠或许会像流感一样成为地方性流行病(endemic),科学家们也正在规划无法实现群体免疫策略情况下的疫情新常态。

  

  图2-Path to Normality网站首页[3]。

  疫苗能否阻断病毒传播尚不清楚

  群体免疫的关键在于,即使有零星的感染病例,病毒传播也会由于环境中没有足够的易感宿主而被及时阻断。因此,实现群体免疫的重要条件就是,已接种疫苗或已感染病毒的人不会再次感染或传播病毒。

  然而,疫苗在预防症状方面似乎非常有效,但在阻断二次感染和病毒传播上的作用还有待明确。如乔治城大学数学生物学家Shweta Bansal所说,“只有在疫苗能够阻断病毒传播的情况下,‘群体免疫’才有意义”[4]。以莫德纳(Moderna)和辉瑞(Pfizer-BioNTech)的mRNA疫苗为例,“疫苗的临床数据的确十分鼓舞人心,但如果能明确它们能在何种程度上阻止病毒传播,会更有意义。”

  马萨诸塞州东北大学学者Samuel Scarpino则说,“若希望实现群体免疫,疫苗阻断病毒传播的能力也并不需要达到100%,即使只达到70%,效果都将十分惊人。”他认为,目前仍然持续存在病毒传播,这让打破病毒传播链变得异常艰难。

  

  图3:《自然》杂志学者调查中,几乎90% 的受访者认为新冠将成为地方性流行病(endemic)[5]。

  Endemic,即在某个特定地区或人群中持续存在的流行病,其感染规模往往会由于一定比例人群形成免疫等因素而发展稳定,例如某些热带地区的疟疾。Pandemic,即世界广泛范围内传播的流行病,会影响大比例的人群,也称为“大流行”。2020年3月,世卫组织称新冠肺炎已成为“大流行”。

  疫苗推广分配难达均衡

  疫苗接种的分布和推广速度受很多因素的影响,不同国家间、甚至同一国家内部的疫苗推广率都存在着巨大差异。宾夕法尼亚州立大学流行病学家 Matt Ferrari 表示,通过“完美协调的全球性运动”来消灭新冠大流行,在理论上或许是可行的,但实际上人类不大可能在全球范围内实现这一目标。

  以色列从去年12月开始为公民接种疫苗,在疫苗推广方面领先世界,但群体免疫所达到的效果仍然不确定。以色列理工大学生物统计学者Dvir Aran表示,在疫苗推广早期,全国每天有超过1%的人口接种疫苗;截至3月中旬,约50%的以色列人口已经接种了全部剂次疫苗。他认为,当前主要的问题是年轻人不愿意打疫苗,当地政府不得不开始用免费披萨、啤酒等活动来吸引年轻人。而与以色列形成鲜明对比的是,其邻国黎巴嫩、叙利亚、约旦和埃及的疫苗接种人群比例还不足1%。

  在美国,各地的疫苗推广率也参差不齐。在乔治亚州、犹他州等一些州,接种完整剂次(完成两针注射)疫苗的人数比例不到10%,而阿拉斯加州、新墨西哥州等地接种完整剂次疫苗的人口已经超过16%。

  在大多数国家,疫苗都是按年龄来分配的。一般来说,老年人因为风险最高而被安排优先接种。然而,何时会有、以及是否会有用于儿童的疫苗,这一点还有待观察。辉瑞和莫德纳公司已经开始招募青少年参与疫苗临床试验(辉瑞公司上周刚公布了12-16岁临床结果[6]);牛津-阿斯利康和中国科兴生物的疫苗也正在三岁儿童等人群中开展试验。Bansal认为,如果儿童不能接种疫苗,就需要为更多的成年人接种疫苗,以实现群体免疫。

  目前,辉瑞疫苗允许16岁及以上人群接种,其他大多数疫苗只允许18岁及以上人群接种[7] 。以美国为例,根据2010年的人口普查数据,18岁以下人口占比为24%。如果大多数18岁以下的人都不能接种疫苗,那么18岁以上人群必须要100%地接种疫苗,才能达到总体人群76%的免疫比例要求。

  群体免疫的地理结构也同样重要,其中就包括围绕一个个社区所形成的“免疫堡垒”。此前,由于公众集群行为及政策管控的不力,美国各地社区都已经了出现新冠流行。历史上的疫苗接种工作表明,疫苗接种数量会呈现出地理上的社区集群效应,例如,局部地区居民对麻疹疫苗的抵制就曾导致过小规模的麻疹再流行。即使是以色列这种疫苗接种率很高的国家,如果周边国家无法实现高水平的免疫、且人群依然能够流通,也仍然可能暴发新的疫情。

  “地理的集群让实现群体免疫的道路更加曲折。”Bansal打了一个生动的比方,“就好像打地鼠。”

  

  图4:世界疫苗接种速率。以色列在疫苗推广方面领先世界,但群体免疫所达到的效果仍然不确定。Source: Our World In Data。

  突变株打破群体免疫平衡

  就在疫苗推广和分配面临巨大障碍的同时,新冠病毒也在不断产生新的突变株,其中一些可能更具有传播性,或更能逃逸疫苗的保护。如新墨西哥州 Los Alamos 国家实验室的计算流行病学家 Sara Del Valle 所说,“我们正在与病毒突变赛跑。病毒传播时间越久,突变株出现和传播的可能性就越大。”

  在突变株方面,巴西疫情的发展似乎是给世人的一项警告。圣保罗大学Ester Sabino团队在《科学》杂志发表的一项研究表明[8],巴西马瑙斯地区于去年6月已有60%以上的新冠感染率,足以达到群体免疫阈值;5月至10月期间,该地新冠病例数也不断下降,可能正是归因于群体免疫效应。但由于P.1新突变株的出现,当地1月份感染病例再次激增。

  “马瑙斯市1月份的病例100%都是由P.1突变株引起的,这表明曾经的感染很可能无法抵御新突变株。” Ester Sabino 写道。Scarpino 则怀疑,此前对于马瑙斯地区60%的感染比例估计可能过高了,但即便有60%的人群产生了免疫,也依然会有新的疫情暴发。

  随着免疫人群比例逐渐升高,新的问题也可能相继出现。Ferrari 认为,较高的人群免疫比例会对病毒产生进化选择压,从而促进突变株的产生,进而可感染已免疫的人群。因此,疫苗接种越快、越彻底越好,以减少突变株的产生。

  “不均衡的疫苗接种使人们处于一种中间状态,即一方面获得了更高的免疫保护,另一方面也可能增加了被感染的风险。”Ferrari 认为,“因为疫苗几乎不可避免地会产生新的进化压力、促进突变株的产生,所以我们要建立起相应的基础设施和操作流程,以持续监控突变株的发展。”

  免疫保护或许无法持久

  上面谈到,群体免疫的数学模型中主要考虑了个体免疫力的两个来源,即疫苗接种和自然感染。Bansal认为,已经感染新冠的人似乎会产生一定的免疫力,但这种免疫保护的具体持续时间依然成谜。结合对其他冠状病毒的了解以及新冠研究的一些初步证据,病毒感染带来的免疫力似乎会随着时间的流逝而减弱。

  “我们还缺乏新冠免疫力衰退的确凿数据,但可以肯定的是,人体感染后获得的免疫保护既不是零,也不是百分之百。”Bansal 表示,在计算群体免疫阈值时,数学模型无法精确包含每个被感染个体,同时也要考虑疫苗保护并非100%有效的事实。如果感染后的免疫保护只能持续几个月,那么疫苗接种期限就更加紧迫了——基本上,接种期限就等于免疫保护期限。目前,辉瑞疫苗临床三期的继续跟踪结果显示,接种第二针疫苗6个月之后的有效性仍维持在91%[9]。很多专家猜测免疫保护的期限会超过1年。

  了解疫苗提供免疫保护的持续时间,以及随着时间的推移是否需要加强免疫接种都非常重要。也因此,新冠很可能会变成下一个流感。

  疫苗接种会影响社交行为

  Aran认为,按目前的疫苗接种率,以色列正在接近理论上的群体免疫阈值。但随着更多人接种疫苗,人们的社交和集群活动会相应增多,病毒暴露的风险也随之发生变化,进而改变了群体免疫的平衡。

  疫苗并不能让人刀枪不入。打个比方,一个人每天最多接触1个人,这时他接种了一款保护力为90%的疫苗,但接种后他每天接触10个人,那么总体的感染风险也就又回到了原水平

  “我们对新冠疫情建模时,最具挑战性的可能还是社会学因素。”Meyers 认为,到目前为止,疫情模型一直没有把人们的行为方式考虑进去。在这个前所未有的时代里,人的行为方式也同样前所未有。Meyers等人正试图调整统计模型,以适应戴口罩、社交隔离等行为模式的转变。

  Del Valle也表示,非药物干预依然会在疫情控制中发挥重要作用。打破传播途径的关键是限制社交接触和持续采取保护(如戴口罩),这也能有效减少突变株的传播。

  然而,阻止人们恢复疫情前的行为模式可谓相当困难。美国德克萨斯州和其他一些州有很大一部分人口还未接种疫苗,而当地政府却已经取消了口罩令。不少学者都对此表示“十分沮丧”,因为继续采取限制聚会等措施对于终结疫情无疑是有巨大作用的。Scarpino说,群体免疫或许不能让我们“绝对安全”,但可以让我们“更加安全”。

  

  图5:美国加州,抗议者们呼吁结束基于新冠疫情带来的社交限制。[10]

  要想理解社会行为限制和群体免疫保护对于控制疫情的协同作用,今年流感的低水平流行就是最好的例子。Scarpino表示,流感病毒的传播能力可能并不比新冠逊色,但今年并没有出现流感大范围流行,这几乎可以确定地归功于群体免疫保护和社交限制措施的协同作用。一般来说,有大约30%的人口在前些年已感染流感而获得免疫,还有30%的人口会接种疫苗,使群体免疫水平达到60%左右。再加上戴口罩、限制社交等措施,流感很难流行起来。这有力地说明了社会行为会很大程度上改变疫情的发展。如果人们要解禁、开放社交,就相应地需要更高比例的人群进行免疫。

  新冠疫苗的研发速度着实惊人,但仅通过疫苗和群体免疫策略似乎已经无法完全阻断病毒传播了,我们或许需要考虑更现实一些的可能性。

  但幸运的是,形势也并非像听起来那样严峻。因为即使没有实现群体免疫、无法实现终结病毒的愿望,为高风险人群接种疫苗也会大大减少因新冠导致的住院和死亡人数。这意味着就算新冠不会很快消失,它的危害性也很可能大大弱化。

  正如伦敦卫生与热带医学学院的疫苗流行病学家Stefan Flasche 所说:“我们也可以通过降低重症率和死亡率使生活秩序恢复正常。”

  编译来源:Nature 591, 520-522 (2021) doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00728-2

  参考文献

  [1] Randolph HE, Barreiro LB. Herd Immunity: Understanding COVID-19. Immunity. 2020;52(5):737-741. doi:10.1016/j.immuni.2020.04.012

  [2] https://www.bloomberg.com/news/articles/2021-02-19/covid-pandemic-how-youyang-gu-used-ai-and-data-to-make-most-accurate-prediction

  [3] Path-to-herd-immunity. https://covid19-projections.com/path-to-herd-immunity/

  [4] Can COVID vaccines stop transmission? Scientists race to find answers. https://www.nature.com/articles/d41586-021-00450-z

  [5] The coronavirus is here to stay — here’s what that means. https://www.nature.com/articles/d41586-021-00396-2

  [6]https://www.pfizer.com/news/press-release/press-release-detail/pfizer-biontech-announce-positive-topline-results-pivotal

  [7] Product Info by US Vaccine. CDC.https://www.cdc.gov/vaccines/covid-19/info-by-product/moderna/index.htmlhttps://www.cdc.gov/vaccines/covid-19/info-by-product/pfizer/index.html

  [8] Buss LF, Prete CA Jr, Abrahim CMM, et al. Three-quarters attack rate of SARS-CoV-2 in the Brazilian Amazon during a largely unmitigated epidemic. Science. 2021;371(6526):288-292. doi:10.1126/science.abe9728

  [9] Pfizer and BioNTech Confirm High Efficacy and No Serious Safety Concerns Through Up to Six Months Following Second Dose in Updated Topline Analysis of Landmark COVID-19 Vaccine Study | pfpfizeruscom

  [10] COVID-vaccine results are on the way — and scientists’ concerns are growing. https://www.nature.com/articles/d41586-020-02706-6

  撰文| Christie Aschwanden

  编译 | 洪俊贤

  本文经授权转载自返朴(ID:fanpu2019),原标题为《终结新冠,还是与毒共存?五大原因或致群体免疫失败,新冠许是下一个流感》。如需二次转载请联系原作者

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