达尔文评论:人类病原体毒力的进化(2)

Darwin review: the evolution of virulence in human pathogens

当一种新的传染病开始广泛流行时，我们特别关心其病原体毒力进化的趋势：变弱还变强？

绝大多数情况下，人类病原体毒力进化的趋势是逐渐变弱，但在某些情况下也有可能逐渐变强。

我们需要更深入地了解其中的规律，使我们在未来新的传染病出现时，能及时准确推测其毒力演变的方向，从而能更有效地采取应对措施。

在今年２月１４日出版的《Proceedings of the  Royal Society. B　(英国皇家学会报B)》上，英国牛津大学生物系的Sunetra Gupta 博士发表了一篇综述论文，题目是《Darwin review: the evolution of virulence in human pathogens （达尔文评论:人类病原体毒力的进化）》，对上述问题进行了充分的讨论。现将此文译成中文，供参考。

目录：

摘要

1.前言

2. 抗原多样性背景下病原体进化的基本框架

3. 完全交叉免疫下毒力的进化

4. 免疫规避的作用

5. 离散多位点毒株类型的出现

6.不稳定毒株的动力学

7.免疫对严重疾病的作用

8.药物干预的效果

9.结论

2. 抗原多样性背景下病原体进化的基本框架

A basic framework for pathogen evolution in the context of antigenic diversity

在病原体种群内的毒力进化必须在其基因型如何映射到其表型的背景下理解。我们可以将每个单独的病原体概念化为包含决定其毒力和传播性以及抗原性特征的元素(图1a)。这些决定了我们用来研究传染病系统的流行病学和演变的理论框架的组成部分。

例如，经典的S-I-R模型[2]，其中宿主群体的成员被分类为易感的（Susceptible）、已感染的(Infected)或已康复的(Recovered)，假定病原体群体在控制人均感染风险(λ)和康复率(σ)的传播因素、决定疾病相关死亡率(α)的毒力因素和引发终身免疫的抗原决定簇（antigenic determinants）之间是全部相同的。

表征病原体基本传播性的一种方法是采用其基本繁殖数R0, R0相当于完全易感人群中由原发性感染产生的继发病例的平均数量[2]。这基本上是病原体的最大传播率，可以用相关参数的函数来表示； 例如，在图1a所描述的系统中，R0= β/(σ + α)，其中β是人均感染风险λ与已感染者所占比例线性相关的参数组合。模型结构可以扩大，以包括人口统计参数、接触网络的细节和其他因素，但许多基本行为是由基本传播潜力R0决定的。

该系统的一个重要特征是，它将趋向于一种“地方性流行的平衡（endemic equilibrium）”，即群体免疫相对于感染的比例在1-1/R0之间徘徊，无论对感染的免疫力丧失得有多快。在病原体感染后能引发终身免疫的情况下，免疫群体的死亡会导致此比例的缓慢下降，而无免疫力的新生儿的感染则可缓慢提供补偿，从而有助于此比例保持恒定。对于其他许多病原体，如SARS-CoV- 2（新冠病毒），宿主群体在地方性流行时的相同免疫水平(即1-1 /R0的量级)是通过感染阻断免疫（infection-blocking immunity）的快速丧失和再感染来维持的[4,5]。

图1. 病原体毒力进化的概念框架(A conceptual framework for evolution of pathogen virulence)。

(a) 病原体基因映射到决定传播率、毒力和抗原决定簇的特征上，这些特征会影响感染动力学的简单SIR模型中的特定参数(λ是人均感染风险，σ是感染的恢复率，α是疾病相关死亡率)。

(Pathogen genes map onto features dictating transmissibility, virulence and antigenic determinants which influence specific parameters in a simple SIR model of infection dynamics (λ is the per capita risk of infection, σ the recovery rate from infection and α the disease-related death rate). )

(b)在强交叉免疫(抗原决定簇不变性)下，R0最高的毒株获胜。

(Under strong cross-immunity (invariance of antigenic determinants), the strain with the highest R0 wins. )

(c)毒株间的交叉免疫可能是不完全的(0 < γ<1)，也可能是不对称的(γ1 > γ2)，导致毒株间在一定的R0差异范围内共存[2]。  

(Cross immunity may be incomplete (0 < γ<1) and also asymmetric (γ1 > γ2) between strains, giving rise coexistence between strains [2] within certain bounds of difference in R0.)

（未完待续）

原文全文链接：

Gupta S. (2024) Darwin review: the evolution of virulence in human pathogens. Proceedings of the  R.oyal society. B　(英国皇家学会学报),  291( 2016): 20232043.　14 February 2024，https://doi.org/10.1098/rspb.2023.2043 

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