放長遠來看,新冠或許會像流感一樣成為地方性流行病,科學傢們也正在規劃無法實現群體免疫策略情況下的疫情新常態。本文將闡述這一設想背後的若幹原因,及其對於新冠持續流行的意義,供讀者朋友思考討論。

撰文| Christie Aschwanden

編譯 | 洪俊賢

原標題:《終結新冠,還是與毒共存?五大原因或致群體免疫失敗,新冠許是下一個流感》

疫情常態化之路:從“pandemic”到“endemic”

“新冠大流行(pandemic)究竟還會持續多久?”

全民新冠疫苗接種工作正在如火如荼地開展,全球疫苗接種率也在快速提升,大傢不禁充滿瞭希望:這場疫情是不是快要結束瞭?

但學界認為答案似乎依然充滿不確定性,即使各國全力進行疫苗接種,完全攻克新冠(COVID-19)的門檻仍舊遙不可及。曾經廣為流行、抱有極大希望的“群體免疫終結新冠”策略,似乎也已經變得不太現實瞭。

圖1:群體免疫策略示意圖[1]。群體免疫策略指希望足夠多的人獲得免疫力、使免疫人群比例達到某個閾值(即群體中易感個體比例足夠低),從而間接保護易感人群、阻斷病毒傳播的策略。一般來講,這一閾值為已免疫人群達60%到70%。獲得免疫力的主要途徑則有①人工疫苗接種和②被病毒自然感染。

通常來說,達到群體免疫閾值主要靠人工疫苗接種,並且接種率要達到一定水平。學界一度認為,一旦開始大規模疫苗接種,就可以很快實現群體免疫,恢復正常社會秩序。然而,隨著人類進入“新冠紀元”的第二年,這一設想也發生瞭轉變。

顧友陽(Youyang Gu,音譯)是一名獨立數據科學傢,疫情初期,他個人建立瞭一個死亡人數預測模型,預測的準確度極高,遠超倫敦帝國學院和美國衛生計量與評估研究所的官方預測模型。[2] 之前,他曾把他的疫情預測模型命名為“群體免疫之路(Path to Herd Immunity)”,但現在,他把模型改名為“疫情常態化之路(Path to Normality)”。顧友陽認為,人群對接種疫苗遲疑、病毒突變株出現、兒童疫苗接種延遲,種種因素之下,群體免疫似乎已經很難達到。這一觀點與許多流行病學傢的想法如出一轍。美國德克薩斯大學奧斯汀分校 COVID-19 建模組織執行會長、著名流行病學傢 Lauren Ancel Meyers 也認為:“我們已經放棄瞭以群體免疫終結大流行的想法。”

學界對群體免疫態度的轉變,反映瞭疫情的復雜性和挑戰性,但這絕不是說接種疫苗毫無幫助。Meyers說:“疫苗接種意味著疫情會逐漸自行消退。但隨著新的突變株不斷出現,人們對病毒感染的抵抗力可能會因此減弱。幾個月、甚至一年後我們很可能還在與新冠做鬥爭,也必須要時刻準備好應對未來的不確定性。”

放長遠來看,新冠或許會像流感一樣成為地方性流行病(endemic),科學傢們也正在規劃無法實現群體免疫策略情況下的疫情新常態。

圖2-Path to Normality網站首頁[3]。

疫苗能否阻斷病毒傳播尚不清楚

群體免疫的關鍵在於,即使有零星的感染病例,病毒傳播也會由於環境中沒有足夠的易感宿主而被及時阻斷。因此,實現群體免疫的重要條件就是,已接種疫苗或已感染病毒的人不會再次感染或傳播病毒。

然而,疫苗在預防癥狀方面似乎非常有效,但在阻斷二次感染和病毒傳播上的作用還有待明確。如喬治城大學數學生物學傢Shweta Bansal所說,“隻有在疫苗能夠阻斷病毒傳播的情況下,‘群體免疫’才有意義”[4]。以莫德納(Moderna)和輝瑞(Pfizer-BioNTech)的mRNA疫苗為例,“疫苗的臨床數據的確十分鼓舞人心,但如果能明確它們能在何種程度上阻止病毒傳播,會更有意義。”

馬薩諸塞州東北大學學者Samuel Scarpino則說,“若希望實現群體免疫,疫苗阻斷病毒傳播的能力也並不需要達到100%,即使隻達到70%,效果都將十分驚人。”他認為,目前仍然持續存在病毒傳播,這讓打破病毒傳播鏈變得異常艱難。

圖3:《自然》雜志學者調查中,幾乎90% 的受訪者認為新冠將成為地方性流行病(endemic)[5]。

Endemic,即在某個特定地區或人群中持續存在的流行病,其感染規模往往會由於一定比例人群形成免疫等因素而發展穩定,例如某些熱帶地區的瘧疾。Pandemic,即世界廣泛范圍內傳播的流行病,會影響大比例的人群,也稱為“大流行”。2020年3月,世衛組織稱新冠肺炎已成為“大流行”。

疫苗推廣分配難達均衡

疫苗接種的分佈和推廣速度受很多因素的影響,不同國傢間、甚至同一國傢內部的疫苗推廣率都存在著巨大差異。賓夕法尼亞州立大學流行病學傢 Matt Ferrari 表示,通過“完美協調的全球性運動”來消滅新冠大流行,在理論上或許是可行的,但實際上人類不大可能在全球范圍內實現這一目標。

以色列從去年12月開始為公民接種疫苗,在疫苗推廣方面領先世界,但群體免疫所達到的效果仍然不確定。以色列理工大學生物統計學者Dvir Aran表示,在疫苗推廣早期,全國每天有超過1%的人口接種疫苗;截至3月中旬,約50%的以色列人口已經接種瞭全部劑次疫苗。他認為,當前主要的問題是年輕人不願意打疫苗,當地政府不得不開始用免費披薩、啤酒等活動來吸引年輕人。而與以色列形成鮮明對比的是,其鄰國黎巴嫩、敘利亞、約旦和埃及的疫苗接種人群比例還不足1%。

在美國,各地的疫苗推廣率也參差不齊。在喬治亞州、猶他州等一些州,接種完整劑次(完成兩針註射)疫苗的人數比例不到10%,而阿拉斯加州、新墨西哥州等地接種完整劑次疫苗的人口已經超過16%。

在大多數國傢,疫苗都是按年齡來分配的。一般來說,老年人因為風險最高而被安排優先接種。然而,何時會有、以及是否會有用於兒童的疫苗,這一點還有待觀察。輝瑞和莫德納公司已經開始招募青少年參與疫苗臨床試驗(輝瑞公司上周剛公佈瞭12-16歲臨床結果[6]);牛津-阿斯利康和中國科興生物的疫苗也正在三歲兒童等人群中開展試驗。Bansal認為,如果兒童不能接種疫苗,就需要為更多的成年人接種疫苗,以實現群體免疫。

目前,輝瑞疫苗允許16歲及以上人群接種,其他大多數疫苗隻允許18歲及以上人群接種[7]。以美國為例,根據2010年的人口普查數據,18歲以下人口占比為24%。如果大多數18歲以下的人都不能接種疫苗,那麼18歲以上人群必須要100%地接種疫苗,才能達到總體人群76%的免疫比例要求。

群體免疫的地理結構也同樣重要,其中就包括圍繞一個個社區所形成的“免疫堡壘”。此前,由於公眾集群行為及政策管控的不力,美國各地社區都已經瞭出現新冠流行。歷史上的疫苗接種工作表明,疫苗接種數量會呈現出地理上的社區集群效應,例如,局部地區居民對麻疹疫苗的抵制就曾導致過小規模的麻疹再流行。即使是以色列這種疫苗接種率很高的國傢,如果周邊國傢無法實現高水平的免疫、且人群依然能夠流通,也仍然可能暴發新的疫情。

“地理的集群讓實現群體免疫的道路更加曲折。”Bansal打瞭一個生動的比方,“就好像打地鼠。”

圖4:世界疫苗接種速率。以色列在疫苗推廣方面領先世界,但群體免疫所達到的效果仍然不確定。Source: Our World In Data。

突變株打破群體免疫平衡

就在疫苗推廣和分配面臨巨大障礙的同時,新冠病毒也在不斷產生新的突變株,其中一些可能更具有傳播性,或更能逃逸疫苗的保護。如新墨西哥州 Los Alamos 國傢實驗室的計算流行病學傢 Sara Del Valle 所說,“我們正在與病毒突變賽跑。病毒傳播時間越久,突變株出現和傳播的可能性就越大。”

在突變株方面,巴西疫情的發展似乎是給世人的一項警告。聖保羅大學Ester Sabino團隊在《科學》雜志發表的一項研究表明[8],巴西馬瑙斯地區於去年6月已有60%以上的新冠感染率,足以達到群體免疫閾值;5月至10月期間,該地新冠病例數也不斷下降,可能正是歸因於群體免疫效應。但由於P.1新突變株的出現,當地1月份感染病例再次激增。(詳見《新冠病毒變異株大梳理:變異必將繼續,人類何去何從?| 117三人行》)

“馬瑙斯市1月份的病例100%都是由P.1突變株引起的,這表明曾經的感染很可能無法抵禦新突變株。” Ester Sabino 寫道。Scarpino 則懷疑,此前對於馬瑙斯地區60%的感染比例估計可能過高瞭,但即便有60%的人群產生瞭免疫,也依然會有新的疫情暴發。

隨著免疫人群比例逐漸升高,新的問題也可能相繼出現。Ferrari 認為,較高的人群免疫比例會對病毒產生進化選擇壓,從而促進突變株的產生,進而可感染已免疫的人群。因此,疫苗接種越快、越徹底越好,以減少突變株的產生。

“不均衡的疫苗接種使人們處於一種中間狀態,即一方面獲得瞭更高的免疫保護,另一方面也可能增加瞭被感染的風險。”Ferrari 認為,“因為疫苗幾乎不可避免地會產生新的進化壓力、促進突變株的產生,所以我們要建立起相應的基礎設施和操作流程,以持續監控突變株的發展。”

免疫保護或許無法持久

上面談到,群體免疫的數學模型中主要考慮瞭個體免疫力的兩個來源,即疫苗接種和自然感染。Bansal認為,已經感染新冠的人似乎會產生一定的免疫力,但這種免疫保護的具體持續時間依然成謎。結合對其他冠狀病毒的瞭解以及新冠研究的一些初步證據,病毒感染帶來的免疫力似乎會隨著時間的流逝而減弱。

“我們還缺乏新冠免疫力衰退的確鑿數據,但可以肯定的是,人體感染後獲得的免疫保護既不是零,也不是百分之百。”Bansal 表示,在計算群體免疫閾值時,數學模型無法精確包含每個被感染個體,同時也要考慮疫苗保護並非100%有效的事實。如果感染後的免疫保護隻能持續幾個月,那麼疫苗接種期限就更加緊迫瞭——基本上,接種期限就等於免疫保護期限。目前,輝瑞疫苗臨床三期的繼續跟蹤結果顯示,接種第二針疫苗6個月之後的有效性仍維持在91%[9]。很多專傢猜測免疫保護的期限會超過1年。

瞭解疫苗提供免疫保護的持續時間,以及隨著時間的推移是否需要加強免疫接種都非常重要。也因此,新冠很可能會變成下一個流感。

疫苗接種會影響社交行為

Aran認為,按目前的疫苗接種率,以色列正在接近理論上的群體免疫閾值。但隨著更多人接種疫苗,人們的社交和集群活動會相應增多,病毒暴露的風險也隨之發生變化,進而改變瞭群體免疫的平衡。

疫苗並不能讓人刀槍不入。打個比方,一個人每天最多接觸1個人,這時他接種瞭一款保護力為90%的疫苗,但接種後他每天接觸10個人,那麼總體的感染風險也就又回到瞭原水平。

“我們對新冠疫情建模時,最具挑戰性的可能還是社會學因素。”Meyers 認為,到目前為止,疫情模型一直沒有把人們的行為方式考慮進去。在這個前所未有的時代裡,人的行為方式也同樣前所未有。Meyers等人正試圖調整統計模型,以適應戴口罩、社交隔離等行為模式的轉變。

Del Valle也表示,非藥物幹預依然會在疫情控制中發揮重要作用。打破傳播途徑的關鍵是限制社交接觸和持續采取保護(如戴口罩),這也能有效減少突變株的傳播。

然而,阻止人們恢復疫情前的行為模式可謂相當困難。美國德克薩斯州和其他一些州有很大一部分人口還未接種疫苗,而當地政府卻已經取消瞭口罩令。不少學者都對此表示“十分沮喪”,因為繼續采取限制聚會等措施對於終結疫情無疑是有巨大作用的。Scarpino說,群體免疫或許不能讓我們“絕對安全”,但可以讓我們“更加安全”。

圖5:美國加州,抗議者們呼籲結束基於新冠疫情帶來的社交限制。[10]

要想理解社會行為限制和群體免疫保護對於控制疫情的協同作用,今年流感的低水平流行就是最好的例子。Scarpino表示,流感病毒的傳播能力可能並不比新冠遜色,但今年並沒有出現流感大范圍流行,這幾乎可以確定地歸功於群體免疫保護和社交限制措施的協同作用。一般來說,有大約30%的人口在前些年已感染流感而獲得免疫,還有30%的人口會接種疫苗,使群體免疫水平達到60%左右。再加上戴口罩、限制社交等措施,流感很難流行起來。這有力地說明瞭社會行為會很大程度上改變疫情的發展。如果人們要解禁、開放社交,就相應地需要更高比例的人群進行免疫。

新冠疫苗的研發速度著實驚人,但僅通過疫苗和群體免疫策略似乎已經無法完全阻斷病毒傳播瞭,我們或許需要考慮更現實一些的可能性。

但幸運的是,形勢也並非像聽起來那樣嚴峻。因為即使沒有實現群體免疫、無法實現終結病毒的願望,為高風險人群接種疫苗也會大大減少因新冠導致的住院和死亡人數。這意味著就算新冠不會很快消失,它的危害性也很可能大大弱化。

正如倫敦衛生與熱帶醫學學院的疫苗流行病學傢Stefan Flasche 所說:“我們也可以通過降低重癥率和死亡率使生活秩序恢復正常。”

編譯來源:Nature 591, 520-522 (2021) doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00728-2

參考文獻

[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.html

https://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