covid-19|新冠疫情在2021年及以后将走向何方？
原文作者：Ewen Callaway
科学家提醒不要盲目对比早期试验的免疫应答 ， 并表示获得有效疫苗的途径可能不止一条 。
2021年6月 。 世界已经进入大流行模式一年半了 。 病毒继续以缓慢的速度蔓延；间歇性的封锁成为了新的常态 。 一种已获批准的疫苗可提供六个月的保护 ， 但国际交易拖慢了疫苗的分销速度 。 据估计 ， 彼时全世界已有2.5亿人被感染 ， 175万人死亡 。
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插图：Ana Kova
类似这样的场景设想了 COVID-19大流行可能会走向何方[1] 。 在世界各地 ， 流行病学家正在构建短期和长期预测 ， 以准备好应对并缓解SARS-CoV-2（导致COVID-19的病毒）的传播和影响 。 尽管不同建模师的预测和时间线各不相同 ， 但他们在两件事上达成了共识：COVID-19会一直存在 ， 而未来取决于很多未知数 ， 包括人们是否会对病毒产生持久的免疫力 ， 季节性是否会影响病毒的传播 ， 以及——也许是最重要的——政府和个人的选择 。 “很多地方都在解封 ， 也有很多地方没有 。 我们还真的不知道会发生什么 。 ”伦敦卫生与热带医学院（LSHTM）的传染病模型师Rosalind Eggo说 。
“未来在很大程度上取决于社会流动的恢复程度 ， 以及我们采取什么样的预防措施 。 ”香港大学的疾病建模师胡子祺（Joseph Wu）说 。 最新模型和封锁成功的证据表明 ， 如果大多数人（但不一定是所有的人）遵守封锁措施要求 ， 这种行为改变可以减少COVID-19的传播 。
不久前 ， 全球确诊的COVID-19感染人数超过了1500万 ， 死亡人数约65万 。 哈佛陈曾熙公共卫生学院的流行病学家Yonatan Grad说 ， 许多国家的封锁措施正在放宽 ， 让一些人误以为这场大流行快要结束了 ， “但事实并非如此 。 这是一场持久战 。 ”
如果人体对新冠病毒的免疫力只能持续一年不到 ， 譬如说 ， 与传播中的其他人类冠状病毒相似 ， 那么到2025年及以后 ， COVID-19的感染数可能会出现年度激增 。 在此 ， 《自然》探讨了科学研究对于未来数月和数年的预测 。
在不久的将来会发生什么？
这场大流行在各地的表现不尽相同 。 中国、新西兰和卢旺达等国家在经历了不同时长的封锁后 ， 病例数已经降到了较低水平 ， 目前正在放宽限制 ， 同时注意防范疫情的再度暴发 。 在其他国家 ， 如美国和巴西 ， 政府迅速解除封锁或从未在全国范围内实施封锁 ， 这些地区的病例数正在快速上升 。
后一种情况让建模师非常担心 。 目前 ， 南非的COVID-19累计确诊病例位居世界第五位 。 据一个建模师联盟估计[2] ， 该国可能在8月或9月达到峰值 ， 活跃病例（active case）数达到100万左右 ， 到11月初有症状病例累计达1300万 。 在医院资源方面 ， “有一些地区已经突破了容量极限 ， 所以我认为我们的最好场景并不是什么好的场景 。 ”斯泰伦博斯大学南非流行病学建模和分析中心主任Juliet Pulliam说 。
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中国杭州电影院的观众遵循新的规范：保持距离 ， 佩戴口罩 。 来源：AFP/Getty 。
但是 ， 随着封锁的放松 ， 也出现了令人鼓舞的消息 。 早期的证据表明 ， 个人行为的改变 ， 如勤洗手和戴口罩 ， 在严格的封锁措施结束后仍保留了下来 ， 这有助于遏制感染潮 。 在6月的一份报告[3]中 ， 伦敦帝国理工学院MRC全球传染病分析中心的一个团队发现 ， 在53个逐渐放开管控的国家中 ， 感染率并没有像早期数据预测的那样大幅飙升 。 “人们在戴口罩、勤洗手和保持社交距离方面发生了一定的行为改变 ， 这一点被低估了 。 现在和过去完全不同了 。 ”伦敦帝国理工学院的传染病流行病学家、该研究的共同作者Samir Bhatt说 。
病毒热点地区的研究人员一直在研究这些行为习惯到底有多大帮助 。 在巴西圣保罗的安汉比莫隆比大学 ， 计算生物学家Osmar Pinto Neto及其同事运行了超过25万个关于保持社交距离策略的数学模型 ， 这些策略分为恒定型、间歇型或“降级型”——分阶段减少限制措施；他们还研究了戴口罩和洗手等行为干预 。
该团队得出的结论是 ， 如果50-65%的人在公共场合注意防护 ， 那么每80天放宽一次社交隔离措施 ， 或有助于防止未来两年内出现进一步的感染高峰[4] 。 Neto说：“我们需要改变我们与他人的互动文化 。 ”总的来说 ， 这是一个好消息 ， 即使没有检测或疫苗 ， 行为举止也能在预防疾病传播中发挥重要作用 ， 他补充道 。
墨西哥国立自治大学的传染病建模师Jorge Velasco-Hernández及其同事还研究了封锁和个人防护之间的权衡 。 他们发现 ， 如果墨西哥70%的人口在3月下旬开始的自愿封锁后 ， 做好勤洗手和戴口罩等个人防护 ， 那么该国的疫情在5月底或6月初达到高峰后就会下降[5] 。 然而 ， 政府在6月1日解除了封锁 ， 但每周COVID-19的死亡人数却居高不下 。 Velasco-Hernández的团队认为 ， 两个公共假期发生了超级传播事件 ， 在政府正要解除限制之际推高了感染率[6] 。
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保持社交距离可能需要断断续续实施多年 ， 才能抑制COVID-19高峰的来临 。 来源：John Edelson/AFP/Getty 。
在COVID-19看似正在缓解的地区 ， 研究人员说最好的办法是开展密切监测 ， 即检测和隔离新病例并追踪其接触者 。 香港的情况就是如此 。 “我们正在试验、观察 ， 慢慢调整 。 ”胡子祺说 。 他预计 ， 这一策略将防止感染病例再度骤增——除非航班的增加会带来大量输入性病例 。
但究竟需要多少接触者追踪和隔离才能有效控制疫情呢？LSHTM的传染病数学模型中心COVID-19工作组进行了一项分析[7] ， 模拟了从5例、20例或40例输入性病例开始的传染性不同的新发疫情 。 工作组得出结论：要想控制疫情 ， 必须快速、广泛地追踪接触者——在几天内追踪80%的接触者 。 共同作者Eggo说 ， 该小组现在正在评估接触者数字追踪的有效性 ， 以及将暴露个体隔离多长时间是可行的 。 “在人们能够忍受的策略和能够控制疫情的策略之间找到平衡点 ， 真的很重要 。 ”
在每周新增病例以千计的地区 ， 追踪80%的接触者几乎是不可能的——更糟糕的是 ， 即使是最高的病例数也可能被低估了 。 麻省理工学院的一个团队6月发布了一篇预印本论文[1] ， 分析了来自84个国家的COVID-19检测数据 ， 认为全球感染数是官方报告的12倍 ， 死亡人数比官方报告的多50%（见“预测病例数和死亡人数”） 。 “实际的病例数比数据显示的要多得多 。 因此 ， 感染风险其实比人们认为的要高 。 ”该研究的共同作者、麻省理工学院系统动力学组主任John Sterman说 。
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资料来源：数据来自参考文献[1] ， 更新至截至2020年7月10日的作者估算值 。
Bhatt说 ， 目前为缓解疫情所采取的措施需要尽可能地延长 ， 如保持社交距离 ， 以避免第二次大规模暴发 。 “也就是说 ， 这些措施要维持到冬季 ， 那时情况又会变得更危险一些 。 ”
天冷了会怎样？
现在很明显 ， 夏季并不会让病毒停止肆虐 ， 但温暖的天气或有助于控制温带地区的病毒传播 。 专家们认为 ， 在2020年下半年将变冷的地区 ， 病毒传播很可能会增加 。
许多人类呼吸道病毒——流感病毒、其他人类冠状病毒和呼吸道合胞病毒（RSV）——随季节起伏 ， 在冬季暴发 ， 而SARS-CoV-2很可能也是这样 。 耶鲁医学院的免疫生物学家岩崎明子（Akiko Iwasaki）说：“我预计SARS-CoV-2感染率和潜在的患病后果 ， 在冬季会更严重 。 ”有证据表明 ， 冬季干燥的空气能提高呼吸道病毒的稳定性和传播性[8] ， 吸入干燥的空气可能会损害呼吸道的免疫防御 ， 她补充说 。
此外 ， 在寒冷的天气里 ， 人们更有可能待在室内 ， 病毒通过飞沫传播的风险更大 ， 瑞士巴塞尔大学的计算生物学家Richard Neher说 。 Neher小组的模拟结果显示 ， 季节性变化很可能会影响病毒的传播 ， 并会使今年冬天北半球的病毒遏制工作更加困难[9] 。
未来 ， 每年冬天可能都会暴发几波SARS-CoV-2疫情 。 Neher说 ， 已经得过COVID-19的成年人可能风险较低 ， 就像流感一样 ， 但是那将取决于对新冠病毒的免疫力的消退速度 。 除此之外 ， 秋冬季节有COVID-19、流感和RSV叠加在一起 ， 也将带来不小的挑战 ， Velasco-Hernández说 。 他正在创建模型来说明这些病毒可能会如何相互作用 。
感染其他人类冠状病毒是否能提供一定的保护力来对抗SARS-CoV-2 ， 目前仍是未知数 。 在一项涉及SARS-CoV-2和近缘病毒SARS-CoV的细胞培养实验中 ， 来自一种冠状病毒的抗体可以与另一种冠状病毒结合 ， 但无法使其失活 ， 也不具有中和作用[10] 。
若要结束这场大流行 ， 要么在全世界范围内消灭这种病毒——大多数科学家都认为这几乎是不可能的 ， 因为它已经无处不在了；要么让人们通过感染或借助疫苗形成足够的免疫力 。 据估计 ， 要做到这一点 ， 必须让55-80%的人口对新冠病毒免疫 ， 具体比例取决于各个国家的实际情况[11] 。
不幸的是 ， 早期调查表明 ， 还有很长的路要走 。 根据抗体检测（可显示某人是否曾暴露于病毒并产生了抗病毒的抗体）的估算结果 ， 目前被感染过的人口比例还较小 ， 疾病模型也证实了这一点 。 一项针对11个欧洲国家的研究[12]计算得出 ， 截至5月4日的感染率为3-4% ， 这是从感染/死亡比以及死亡人数的数据中推断出来的 。 美国的COVID-19死亡病例已经超过15万 。 在美国疾病控制与预防中心（CDC）的协调下 ， 研究人员对数千份血清样本进行了调查 ， 发现抗体流行率（antibody prevalence）从1%到6.9%不等 ， 具体取决于地点[13] 。
2021年及以后会怎样？
明年大流行的进程将在很大程度上取决于疫苗的到来 ， 以及免疫系统在接种疫苗或从感染中恢复后能保持多长时间的保护力 。 许多疫苗可以提供数十年的保护 ， 比如预防麻疹或小儿麻痹症的疫苗 ， 而其他疫苗（包括百日咳和流感疫苗）则会随着时间流逝而失效 。 同样 ， 一些病毒感染会诱发持久的免疫力 ， 另一些只能引起短暂的免疫应答 。 Grad和哈佛大学流行病学家Marc Lipsitch及其同事在5月的一篇论文[14]中写道：“到2025年 ， SARS-CoV-2的总发病率将主要取决于免疫力的持续时间 。 ”这篇论文探讨了若干可能发生的场景（见“接下来会发生什么？”） 。
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资料来源：参考文献[14] 。
到目前为止 ， 研究人员对SARS-CoV-2免疫力可以持续多久知之甚少 。 一项针对康复患者的研究[15]发现 ， 中和抗体在感染开始后至多持续40天；另外几项研究表明 ， 抗体水平在数周或数月后逐渐下降 。 如果COVID-19遵循与SARS类似的模式 ， 抗体可能会在5个月内持续保持高水平 ， 并在2-3年内缓慢下降[16] 。 不过 ， 抗体的产生并不是免疫保护的唯一形式；记忆B细胞和T细胞也能抵御未来的病毒感染 ， 但到目前为止 ， 人们对它们在SARS-CoV-2感染中的作用也不太知晓 。 明尼苏达大学明尼阿波利斯分校传染病研究与政策中心（CIDRAP）主任Michael Osterholm说 ， 要想得到关于免疫力的明确答案 ， 研究人员需要长期跟踪研究大量的人群 。 “我们只能等待 。 ”
如果在没有疫苗或持久免疫力的情况下 ， 感染率继续迅速上升 ， “我们将看到病毒发展为定期、广泛的传播 。 ”Grad说 。 在这种情况下 ， 病毒将成为地方病（endemic） ， Pulliam说 ， “那将是非常痛苦的 。 ”而这并不难想象：疟疾就是一种可防可治的疾病 ， 但每年仍然造成40多万人死亡 。 “这些最坏的场景正在许多国家上演 ， 可预防的疾病已经造成了巨大的生命损失 。 ”Bhatt说 。
哈佛研究团队表示 ， 如果新冠病毒诱导的是短期免疫力——类似于另外两种人类冠状病毒OC43和HKU1 ， 对它们的免疫力一般持续约40周——那么人们可能会再次感染 ， 并且可能会每年暴发 。 CIDRAP的一份补充报告[17]基于8次全球流感大流行的趋势 ， 指出COVID-19至少在未来18-24个月内会有明显的活动：或者是一系列逐渐衰减的高峰和低谷 ， 或者是“慢热”式的持续传播 ， 没有明显的波动模式 。 然而这些场景仍然只是猜测 ， 因为这次新冠病毒大流行到目前为止都没遵循流感大流行的模式 ， Osterholm说 。 “我们身处的这场冠状病毒大流行没有先例可循 。 ”
另一种可能是 ， 对SARS-CoV-2的免疫力是永久性的 。 在这种情况下 ， 即使没有疫苗 ， 在一次席卷全球的暴发之后 ， 新冠病毒也有可能在2021年之前自行毁灭并消失 。 然而哈佛团队发现 ， 如果免疫力适中 ， 持续两年左右 ， 那么病毒可能看起来已经消失 ， 但最迟会在2024年反弹 。
但是 ， 这一预测并没有考虑到特效疫苗的出现 。 Velasco-Hernández说 ， 考虑到投入该领域的大量努力和资金 ， 以及一些候选疫苗已经在进行人体试验的事实 ， 不可能永远没有疫苗 。 世界卫生组织列出了目前正在进行人体试验的26种COVID-19疫苗 ， 其中12种处于II期试验 ， 6种处于III期 。 胡子祺说 ， 即使一种疫苗不能提供完全的保护 ， 它也能通过降低疾病严重程度和住院的必要性来发挥作用 。 不过 ， 生产和分发一种成功的疫苗仍需要几个月的时间 。
COVID-19对世界各地的影响不会是同等的 。 老年人口多的地区可能会在新冠病毒大流行的后期阶段出现不成比例的更多病例 ， Eggo说；她的团队在6月发布了一个数学模型[18] ， 基于6个国家的数据 ， 表明儿童和20岁以下的人对新冠病毒的易感性约为老年人的一半 。
所有受疫情波及的国家、城市和社区有一个共同点 。 “我们对这种病毒还有很多不了解的地方 。 ”Pulliam说 ， “在我们拥有更好的数据之前 ， 我们只能面对各种各样的不确定性 。 ”
参考文献：
1. Rahmandad, H., Lim, T. Y. & Sterman, J. Preprint at SSRN https://ssrn.com/abstract=3635047 (2020).
2. South African COVID-19 Modelling Consortium. Estimating Cases for COVID-19 in South Africa: Long-term National Projections (SACEMA, 2020); available at https://go.nature.com/31jkaws.
3. Nouvellet, P.et al. Report 26: Reduction in Mobility and COVID-19 Transmissionhttps://doi.org/10.25561/79643 (Imperial College London, 2020).
【covid-19|新冠疫情在2021年及以后将走向何方？】4. Kennedy, D. M., Zambrano, G., Wang, Y. & Neto, O. P.J. Clin. Virol.128, 104440 (2020).
5. Acu a-Zegarra, M. A., Santana-Cibrian, M. & Velasco-Hernández, J. X.Math. Biosci.325, 108370 (2020).
6. Santana-Cibrian, M., Acuna-Zegarra, M. A. & Velasco-Hernández, J. X. Preprint at medRxiv https://doi.org/10.1101/2020.07.23.20161026 (2020).
7. Hellewell, J.et al. Lancet Glob. Health8, e488–e496 (2020).
8. Moriyama, M., Hugentobler, W. J. & Iwasaki, A.Annu. Rev. Virol.https://doi.org/10.1146/annurev-virology-012420-022445 (2020).
9. Neher, R. A., Dyrdak, R., Druelle, V., Hodcroft, E. B. & Albert, J.Swiss Med. Wkly150, w20224 (2020).
10. Ly, H.et al. Cell Rep.31, 107725 (2020).
11. Kwok, K. O., Lai, F., Wei, W. I., Wong, S. Y. S. & Tang, J. W. T.J. Infect.80, e32–e33 (2020).
13. Havers, F. P.et al. J. Am. Med. Assoc. Intern. Med.https://doi.org/10.1001/jamainternmed.2020.4130 (2020).
14. Kissler, S. M., Tedijanto, C., Goldstein, E., Grad, Y. H. & Lipsitch, M.Science368, 860–868 (2020).
15. Zhao, J.et al. Clin. Infect. Dis.https://doi.org/10.1093/cid/ciaa344 (2020).
16. Wu, L.-P.et al. Emerg. Infect. Dis.13, 1562–1564 (2007).
17. Center for Infectious Disease Research and Policy.COVID-19: The CIDRAP Viewpoint (CIDRAP, 2020); available at https://go.nature.com/2dfmbqj.
原文以How the pandemic might play out in 2021 and beyond为标题发表在2020年8月 5日的《自然》新闻特写版块
nature
doi:10.1038/d41586-020-02278-5
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