COVID-19 专题
2021年05月号

COVID群体免疫, 为什么是不可能的?

作者:生命新知

长期来看COVID-19大流行可能成为一种像流感一样的流行性疾病。但在近期内,科学家们正在考虑一种并非群体免疫的新常态。以下是背后的一些原因,以及它们对下一年大流行的意义。

随着COVID-19疫苗接种率在世界范围内提高,人们有理由开始问:大流行还会持续多久?这是一个充满不确定性的问题。但一度流行的观点认为,有足够多的人最终会获得对SARS-CoV-2的免疫力,从而阻断大多数传播,即达到“群体免疫阈值”,现在看来似乎不太可能实现了。

一般来说,只有在接种率高的情况下才能达到这一阈值,许多科学家曾认为,一旦人们开始集体接种疫苗,群体免疫将使社会恢复正常。大多数估计将阈值定为60%~70%的人群获得免疫力,这些人要么是接种疫苗,要么是过去接触过病毒。但随着大流行进入第二年,人们的想法开始转变。2021年2月,独立数据科学家顾友阳(Youyang Gu)将他广受欢迎的COVID-19预测模型的名称从“群体免疫路径”修改为“正常路径”。他说,由于疫苗接种结果不确定、新变种的出现以及儿童疫苗接种的延迟等因素,达到群体免疫阈值的可能性不大。

顾友阳是一位数据科学家,但他的想法与流行病学界的许多人一致。德克萨斯大学奥斯汀分校COVID-19模型联合会的执行主任、流行病学家Lauren Ancel Meyers说:“我们正在摆脱这样的想法,即我们将达到群体免疫阈值,然后大流行将永远消失。”这一转变反映了大流行的复杂性和挑战,而不应掩盖接种疫苗有益的事实。“疫苗接种意味着病毒将开始自行消散。”Meyers说。但随着新变种的出现,“我们可能会发现自己在未来数月或一年仍在与病毒威胁作斗争,并不得不应对未来的感染激增”。

长期来看COVID-19大流行可能成为一种像流感一样的流行性疾病。但在近期内,科学家们正在考虑一种并非群体免疫的新常态。以下是背后的一些原因,以及它们对下一年大流行的意义。

目前不清楚疫苗是否能阻断传播

群体免疫的关键在于,即使一个人感染了病毒,周围的易感宿主也太少,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和辉瑞-BioNTech开发的两种COVID-19疫苗在预防症状性疾病方面非常有效,但目前尚不清楚它们是否能保护人们免受感染,或防止病毒传播给他人。这给群体免疫带来了问题。

“只有当我们拥有一种能阻断传播的疫苗,群体免疫才有意义。”华盛顿乔治城大学的数学生物学家Shweta Bansal说,“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。”而且,疫苗阻断传播的有效性需要达到“相当高的水平”,才能实现群体免疫。“Moderna和辉瑞公司的数据看起来相当令人鼓舞。”他说。但这些疫苗、以及其他疫苗究竟能在多大程度上阻止人们传播病毒,确定这一问题意义重大。

疫苗阻断传播的能力不需要100%。马萨诸塞州波士顿东北大学研究传染病的网络科学家Samuel Scarpino说,即使是70%的阻断能力也会非常“惊人”。但仍可能有大量的病毒传播,这将使打破传播链变得更加困难。

疫苗推广不均衡

宾夕法尼亚大学传染病动力学中心的流行病学家Matt Ferrari说,疫苗推广的速度和分布有各种各样的原因。他说,一场完美协调的全球战役至少在理论上可以消灭COVID-19。他说:“这在技术上是可行的,但实际上,我们不大可能在全球范围内实现这一目标。”疫苗在国家间甚至在国家内部的推广效率均存在巨大差异。

以色列于2020年12月开始为其公民接种疫苗,目前在推广方面处于世界领先地位。以色列理工学院的生物医学数据科学家Dvir Aran说,在早期,卫生工作者每天要给超过1%的以色列人接种疫苗。截至2021年3月中旬,该国大约50%的人口已经接种完了两剂疫苗。“现在的问题是年轻人不想注射。”Aran说,所以当地政府用免费的比萨和啤酒等东西来吸引他们。与此同时,以色列的邻国黎巴嫩、叙利亚、约旦和埃及还没有为各自的人口接种疫苗。

在整个美国,获得疫苗的机会是极不平等的。例如,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,疫苗是按年龄分层分布的,优先考虑老年人,因为他们死于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。辉瑞-BioNTech与Moderna目前已将青少年纳入疫苗的临床试验,牛津-阿斯利康和科兴疫苗正在3岁儿童身上进行试验。Bansal说,如果不能给儿童接种疫苗,需要更多的成年人接种疫苗才能获得群体免疫。16岁及以上的人可以接种辉瑞-BioNTech疫苗,但其他疫苗只允许18岁及以上的人接种。例如,在美国,根据2010年人口普查数据,24%的人年龄在18岁以下。如果大多数18岁以下的人不能接种疫苗,那么18岁以上的人必须100%接种疫苗,才能达到人口中76%的免疫力。

Bansal说,另一个需要考虑的重要问题是群体免疫的地域分布。她说:“没有哪个社区是一座孤岛,社区周围的免疫环境真的很重要。”由于人们的行为以及地方政策,COVID-19在美国各地聚集出现。Bansal补充说,以前的疫苗接种工作表明,疫苗的利用率也会在地理上聚集。例如,对麻疹疫苗接种的局部抗药性导致了一小部分疾病复发。“地理上的聚集将使群体免疫的道路不再是一条直线,这意味着我们不得不面对冠状病毒暴发的恶作剧。”即使对于一个疫苗接种率很高的国家(如以色列),如果周边国家没有这样做,随着人口融合,新疫情暴发的可能性仍然存在。

新变种改变了群体免疫

不仅疫苗的推广计划面临着供应和分配的障碍,新的SARS-CoV-2变种也正在出现,而且可能更具传染性和更强的抗疫苗能力。新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的数学和计算流行病学家 Sara Del Valle说:“我们正在与新的变种赛跑。”她说,阻断病毒传播的时间越长,这些变种出现和传播的时间就越长。

巴西发生的事件是一个警示。发表在《科学》(Science)杂志上的研究表明,2020年5月至10月间,巴西马瑙斯市COVID-19的下降可能归因于群体免疫效应。巴西圣保罗大学的免疫学家Ester Sabino和她的同事计算出,到2020年6月,该地区已经有超过60%的人口被感染。根据一些估计,这本应足以使人群达到群体免疫阈值,但在2021年1月份马瑙斯市的感染病例大幅回升。这一高峰发生在一种称为P.1的新变种出现之后,这表明以前的感染并不能给病毒提供广泛的保护。Sabino说:“1月份,马瑙斯市的病例100%是由P.1引起的。”Scarpino怀疑原来60%的感染率数据可能被高估了。

Ferrari说,随着人口免疫整体的增长,还有另一个问题需要解决。较高的免疫率会带来选择性压力,这将有利于能够感染已免疫人群变种的进化。快速而彻底地接种疫苗可以防止一种新的变种站稳脚跟。不过,Ferrari表示,疫苗推广的不均衡性再次带来了挑战。疫苗几乎不可避免地会产生新的进化压力,催生新的变异,因此,必须建立监控体系。

免疫力可能不会长久

群体免疫的计算考虑了个体免疫的两个来源——疫苗和自然感染。Bansal说,感染SARS-CoV-2的人似乎对该病毒产生了一定的免疫力,但这种免疫力持续多久仍然是个问题。鉴于已知的其他冠状病毒和SARS-CoV-2的初步证据,似乎感染相关的免疫力会随着时间的推移而减弱,因此需要在计算中考虑到这一点。“我们仍然缺乏关于免疫力下降的确凿数据,但我们知道这不是零,也不是100。”Bansal说。

疫苗不是100%有效。如果以感染为基础的免疫只持续几个月左右,那就为疫苗供应设定了一个紧迫的“deadline”。同样重要的是要了解疫苗免疫的持续时间,以及随着时间的推移是否需要加强疫苗免疫。出于这两个原因,COVID-19可能会变得像流感。

疫苗可能会改变人类行为

Aran说,按照目前的疫苗接种率,以色列正接近理论上的群体免疫阈值。但问题是,随着更多的人接种疫苗,他们会增加相互接触,这改变了群体免疫平衡,在一定程度上取决于有多少人暴露于病毒。假设疫苗能提供90%的保护:“如果在接种疫苗之前你最多遇到一个人,而现在接种完疫苗你遇到十个人,那你就回到原点了。”

Meyers说,建立COVID-19模型最具挑战性的是社会学方面。“到目前为止,我们对人类行为的了解已经被抛到了窗外,因为我们生活在一个前所未有的时代,行为方式也是前所未有的。”Meyers和其他人正试图调整模型,以解释戴口罩和社交距离等行为的变化。

Del Valle说,非药物干预将继续在控制病例增长方面发挥重要作用。她说,关键是要切断传播途径,限制社交接触、以及持续的保护行为有助于在疫苗推广时减少新变种的传播。

但是它很难阻止人们回到大流行前的行为。德克萨斯州和其他一些美国州政府已经取消了戴口罩的要求。Scarpino说,看到人们现在放松保护行为令人沮丧,因为继续采取一些措施,比如限制室内集会,可能会有助于尽快结束大流行。

要理解行为和免疫力的叠加效应,可以从这个异常温和的流感季着眼。流感的传染性可能不亚于COVID-19,Scarpino说:“几乎可以肯定的是,今年流感没有出现的原因是因为我们通常有30%的人口对流感免疫,因为他们之前被感染过,而疫苗覆盖率可能还有30%。所以社会大概有60%左右的免疫群体。”再加上戴口罩和保持社交距离,流感就不会流行了。这个简单的计算说明了行为是如何改变传染病流行的,以及为什么当人们停止执行诸如保持社交距离之类的行为时,更多的人需要接种疫苗才能获得群体免疫力。

结束病毒传播是恢复正常的方法之一。伦敦卫生与热带医学院的疫苗流行病学家Stefan Flasche说,鉴于目前对COVID-19的了解,“仅通过疫苗不太可能实现群体免疫”。是时候有更现实的预期了。Flasche说,疫苗是“一个绝对惊人的发展”,但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。即使没有群体免疫,给易感染人群接种疫苗也正在减少因COVID-19而住院或死亡的人数。这种疾病可能不会很快消失,但它对可能会减弱。

参考文献:Christie Aschwanden. Why Herd Immunity for COVID is Probably Impossible[J]. Nature,2021,591:520-522.

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