2020年11月24日，復旦大學公共衛生學院餘宏傑課題組牽頭，聯合湖南省疾病預防控制中心、美國國立衛生研究院等團隊，在新型冠狀病毒肺炎的傳播動力學與非藥物性幹預措施的防控效果研究領域取得重要進展，相關成果以「Transmissionheterogeneities, kinetics, and controllability of SARS-CoV-2」為題，於11月24日以快速通道的Research Article形式在線發表在國際頂尖學術期刊Science 雜誌。
餘宏傑課題組前期的研究已闡明新冠肺炎人群易感性的年齡別差異、非藥物性幹預措施實施後人群接觸模式的改變對新冠肺炎傳播的影響，相關文章已於4月初發表在Science（點擊閱讀）。
然而，由人口學特徵、疾病嚴重程度和接觸模式（例如接觸類型與累計接觸時長）等因素綜合驅動的新冠肺炎的傳播機制尚不清楚。此外，在新冠肺炎大流行期間，尤其是在缺乏新冠疫苗的情況下，針對個體與群體的幹預措施如何調控新冠肺炎的傳播？如何使幹預措施既能考慮新冠肺炎的傳播動力學特徵，又能最大化降低社會經濟成本？
回答這些關鍵科學問題，可以明確哪些人群對於控制新冠肺炎的傳播最有效，進而制定、採取並及時調整幹預措施。為此，餘宏傑課題組基於2020年1月21日至4月2日期間湖南省確診的SARS-CoV-2感染者的個案及其密切接觸者的追蹤數據，開展了一項流行病學模型研究，旨在闡述個體水平上新冠病毒傳播的異質性、非藥物性幹預措施實施後新冠肺炎的傳播動力學特徵，以及針對個體與群體的幹預措施對新冠肺炎傳播的影響。
針對個體水平的新冠病毒傳播異質性的研究結果表明，實施非藥物性幹預措施後，家庭內接觸發生新冠肺炎傳播的概率（7.2%，95% CI：1.2-19.6）顯著高於親屬間接觸（1.7%, 95% CI：0.4-5.6%）、社會接觸（0.9%, 95% CI：0.2-2.7%）和社區接觸（0.4%, 95% CI：0.1-1.1%）。同時，個體間的接觸程度與累計接觸概率（cumulative contact rate, CCR）在不同接觸模式間存在較大差異，個體在家庭內與親屬間的接觸程度與累計接觸概率顯著高於社會與社區接觸。而新冠肺炎的傳播風險隨接觸時長的增加而增高，接觸時長每增加1天將導致傳播風險增高10%（95% CI：5-15%）（圖1）。
圖1：各接觸類型下SARS-CoV-2感染者接觸概率的異質性及非藥物性幹預措施的影響。A: 傳播概率分布；B: 暴露時長的累計分布函數；C: 感染者的接觸人數分布；D: 基於年齡的接觸矩陣；E: 累計接觸概率比
為闡明非藥物性幹預措施實施後新冠肺炎的傳播動力學特徵，本研究又重建了配對的傳染者-感染者（infector-infecteepairs），並基於重建後的傳播鏈估算了傳播動力學參數。結果表明，系列間隔（serial interval）與代際間隔（generation interval）的中位數均為5.3天，症狀前傳播的比例為63.4%（95% CI：60.2%-67.2%）。及時快速的隔離措施能夠提前阻斷潛在感染者和易感者的接觸，將疾病傳播事件限制在感染的早期階段，病例隔離時間越早，症狀前傳播的比例越高，其對應的系列間隔與代際間隔越短。
考慮非藥物性幹預措施的實施時間，本研究進一步分三個階段（第一階段：1月27日前；第二階段：1月27日至2月4日；第三階段：2月4日後）分析了新冠肺炎的傳播動力學特徵。結果表明，從第一到第三階段，通過主動監測發現的病例比例從22%上升至66%，發病至隔離的時間間隔的中位數從5.4天（四分位數間距: 2.7, 8.2）縮短至-0.1天（四分位數間距: -2.9, 1.8），基本再生數由1.75降低至1.01。
隨後又採用數學模型重建了無幹預措施實施時的代際間隔與傳染期分布。結果表明，無幹預措施實施時，病例的傳染性在發病前0.1天達到峰值，87%的傳播事件發生在病例發病前5天內和發病後5天內，症狀前傳播比例約為53%。此外，研究還發現，隔離措施實施的速度越快、病例隔離的比例越高，基本再生數降低的比例越大，即非藥物性幹預措施的有效性越好，但需要將個體水平和群體水平的幹預措施相結合，才能達到控制疫情的最佳效果（圖2）。
圖2：非藥物性幹預措施對新冠肺炎的傳播動力學參數的影響。A：代際間隔；B：系列間隔；C：症狀前傳播比例；D：從感染開始的平均傳播風險；E：從發病開始的平均傳播風險；F：不同發病至隔離的時間間隔和病例的隔離比例所對應的基本再生數降低的比例；G-H：不同R0和發病至隔離的時間間隔、人群接觸概率的改變量、病例隔離的比例所對應的有效再生數。
本研究揭示了由接觸模式與非藥物性幹預措施共同決定的新冠肺炎傳播的異質性，估算了各種接觸模式下新冠肺炎的傳播風險，深入分析了針對個體與群體水平的幹預措施對接觸模式與新冠肺炎傳播的影響，定量評估了生物學因素、行為學因素與非藥物性幹預措施對新冠肺炎傳播的相對貢獻。研究成果旨在為全球各國放鬆和/或重新實施幹預措施時提供重要科學證據，從而最大程度地減少新冠肺炎對全球健康、社會和經濟的影響。
美國國立衛生研究院博士後孫開元、復旦大學公共衛生學院博士生王微和湖南省疾病預防控制中心高立冬為共同第一作者，餘宏傑和孫開元為共同通訊作者。本研究得到國家自然科學基金委國家傑出青年科學基金（81525023）等項目的資助。
論文連結：
https://science.sciencemag.org/content/early/2020/11/23/science.abe2424
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