揭示吸血蝙蝠狂犬病“溢出传播”的复杂性

Luis E Escobar

摘要

背景

病毒“溢出”一词体现了一种非常复杂的现象，通常用于指病毒从一个原始宿主传播到一个新的、自然易受感染的和允许的宿主物种。溢出传播会导致病毒变得致病，如果成功感染和传播，会导致新宿主患病和死亡。

主要文本

不同学科的科学文献几乎不加区分地使用了病毒溢出、溢出传播、跨物种传播和宿主转移等术语来暗示病毒从原始宿主(来源/供体)到原始宿主(受体)建立的复杂过程，这些过程具有或近或远的分类学或进化联系。如果病毒在传播前死亡，外溢传播可能导致不成功的继续传播。或者，如果随后在相同新物种的个体之间和在其他同域易感物种之间发生二次传播，则可能在新宿主中成功建立病毒。因此，病毒溢出传播是一种常见但高度复杂的现象，包括多个微妙的阶段，可以分解开来单独研究，以更好地了解疾病出现的驱动因素。狂犬病病毒(RABV)是一种已被充分证明的病毒病原体，由于与几个病毒宿主存在大量时空和生态重叠，它仍然对整个拉丁美洲的人类、伴侣动物、野生动物和家畜造成严重影响。因此，狂犬病疾病系统代表了一种稳健的途径，通过这种途径，围绕溢出传播的驱动因素和不确定性可以在其不同的微妙阶段得到揭示，以更好地理解它们如何受到粗略、中等和精细尺度变量的影响。

结论

对病毒溢出传播的持续研究需要阐明其复杂性，以更好地评估与溢出成功倾向相关的生态力量的跨尺度影响。提高重建和预测溢出传播的能力将防止对全球最高危人群的公共卫生影响。

背景

病毒与它们的宿主相互作用至少已经有几千年了。事实上，大多数病毒被认为是宿主专一——感染单一宿主物种，而不是宿主多面手——感染多个宿主物种。这种长期的宿主-病毒关系允许病毒在一种称为共同进化的过程中对其宿主造成可忽略不计的损害。因此，宿主-病毒共同进化通过减少相互伤害来促进共存:病毒调节它们对宿主的毒性，宿主调节它们对病毒的免疫反应。然而，稳定的宿主-病毒关系可以被外力破坏，导致疾病的表现(即，病毒对宿主的有害影响)。跨物种病毒传播，从最初的宿主到新的宿主，发生在鱼类、植物和野生动物中，也被称为溢出传播。这篇评论文章使用生态框架揭示了溢出传输严格定义为允许引起人类疾病(即病原体)的病毒跨物种传播的过程(即动物传染病病原体；框1)。然而，这一原理可能对非人畜共患病和非直接传播的病毒和其他传染物有用。

超过75%的人类新发传染病源于宿主之间的溢出传播事件，这些宿主没有明显的进化历史。因此，有人提出进化生物学本身无法预测新出现的传染病。这种失败可能部分是由于溢出传播研究的确认偏差，这些研究过去一直集中于(1)在幼稚宿主中成功建立的病毒，导致新的传播周期的出现，(2)对幼稚但易感的宿主有毒的病毒，导致明显的疾病，以及(3)人畜共患病毒。然而，在溢出传播事件中，野生动物病毒不能保证在原始宿主中存活，并且可能或可能不会对人类产生负面影响。因此，识别或揭示与溢出传播相关的不同复杂程度的因素是更好地理解和预测疾病出现的关键。

定义溢出传输

病毒从一个物种到另一个物种的传播被称为“”溢出传输” 。因此，“病毒溢出”是人畜共患病流行病学中常用的正确术语，指跨物种或种间传播事件。相比之下，“疾病外溢”是灰色文献中常用的一个不正确的术语，用来指代同一现象。疾病外溢是对外溢术语的错误使用，因为疾病本身不能传播，只能传播其病原体(如病毒)。许多新出现的传染病起源于病毒从原始或主要野生动物宿主(即宿主)向新的、未受感染的家养动物宿主的溢出传播，随后是成功的种内传播(图.1)。在某些情况下，从野生动物传播到家养动物的广泛宿主范围的病毒可以通过二次溢出传播事件(即，从新宿主而不是原始宿主的溢出传播)到达人类。例如，在过去二十年中，溢出传播引起的疫情包括:狂犬病病毒(RABV狂犬病病毒)从吸血蝙蝠到拉丁美洲的牛、猪急性腹泻综合征冠状病毒(SADS-CoV；阿尔法冠状病毒)从菊头鹦鹉物种中国的蝙蝠到猪、尼帕病毒(亨尼帕病毒)从狐蝠到孟加拉的猪、来自非洲果蝠的马尔堡病毒(埃及红海龟)到非洲的灵长类动物，严重急性呼吸综合征冠状病毒(SARS-CoV或SARS-CoV-1；贝塔冠状病毒)从蝙蝠到果子狸、中东呼吸综合征(MERS-CoV；贝塔冠状病毒)在中东从蝙蝠到骆驼、亨德拉病毒(HeV亨尼帕病毒)从狐蝠到澳大利亚的马，以及严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(新型冠状病毒；贝塔冠状病毒)从蝙蝠到东南亚未知的第二宿主(图.1)。

图1 近期溢出传播事件。天然宿主是其他宿主物种的病毒来源，在这些宿主物种中，病毒可能是致命的。这种偶然的跨物种传播(即溢出传播)(红色箭头)，发生在没有进化相关性的宿主物种之间。在最近出现的传染病中，两个遗传上不相关的物种之间的溢出传播已被记录，其中来自原始野生动物宿主(左)的病原体被传播(初级溢出；左边的红色箭头)到另一种野生动物或家养物种(中间)，并从它们到一个人类(二次溢出；对)。SADS冠状病毒:猪急性腹泻综合征冠状病毒。严重急性呼吸综合征冠状病毒。中东呼吸综合征。新型冠状病毒:严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2。

引人注目的是，没有已知的经验指标来预测溢出事件的可能性。然而，溢出传播事件对一些病毒有更好的描述，如拉丁美洲蝙蝠传播的狂犬病，这为更好地理解溢出传播和成功地向二级易感宿主传播提供了机会。从微观到宏观，一系列因素可能导致病毒在不同规模上的溢出传播和成功建立。在精细尺度上，宿主的易感性、免疫状态、遗传学、种群密度、资源可用性(如饮食)、性别和年龄可能与更高水平的病毒脱落或更高的接触率相关联，从而增加溢出传播和新物种中成功的病毒建立(图.2)。从中间层面来看，生物多样性构成、农业扩张和畜牧生产集约化可通过促进物种间的相互作用，在溢出传播的可能性中发挥作用。最后，在粗略的尺度上，全球气候和景观变化或物种范围的扩大也可能影响溢出传播的风险。

图2 与跨尺度溢出传播潜在相关的因素。不同的生物过程在不同的空间尺度上起作用，并可能对这些尺度产生不同的影响。在疾病生态学中，哪种尺度适合于研究特定的模式和参数仍是一个未解决的问题。精细尺度的研究提供了高度的细节和特异性，但覆盖的区域较小，而粗尺度的研究覆盖了较大的地理区域，但却牺牲了细节

此外，促进溢出传播的因素可能跨尺度发挥作用，并相互关联。例如，古生物学证据表明，气候变化导致的大型哺乳动物灭绝增加了病原体在剩余野生动物群落中的地方性，这可能导致野生动物向人类的溢出传播增加。此外，气候和景观变化调节哺乳动物物种组成，从而形成病毒物种形成和地方性，改变原始宿主和同域宿主之间的病毒溢出率。因此，全球变化导致的生物多样性损失可能会影响病毒溢出传播的倾向，由先前关于环境变化对野生动物物种集合的潜在变化的影响的研究证明。

溢出传播与疾病出现

病原体毒性和病原体诱导的灭绝风险通常被认为在储存宿主中较低。尽管如此，在新的宿主溢出传播可以有两种不同的结果:成功和不成功的建立(图.3)。在不成功的病毒建立中，由于诸如新宿主没有细胞受体亲和力等因素，病毒不能在新宿主中建立，低细胞内相容性(例如，不相容的密码子用法)，清除感染的强大免疫反应，或具有减少暴露于病毒的行为(例如，独居物种对群居物种)。类似地，由于在新的宿主物种中的高毒力，病毒可能无法建立，这导致被感染的宿主在持续繁殖或在同种物种之间继续传播之前死亡。在溢出传播过程中不产生继发感染或在同种间继续传播的新宿主称为“终宿主”或者，病毒可以成功地建立并产生短暂或持续的向前传播，产生一个“新的”宿主。例如，新的宿主可能具有不足以清除感染的免疫反应，从而允许病毒繁殖并在新的个体宿主死亡之前传播给相同物种的新个体。病毒的建立可以在不需要病毒进化或适应——“毒力保守性”——或反映为病毒进化变化——“宿主转移”的情况下实现。由成功的病毒建立导致的二次向前传播，无论有无病毒进化，都是疾病出现的前奏。在疾病出现方面尚未充分探索的一个重要知识空白包括生境条件或生物多样性梯度的作用，它们可能限制或促进二次传播(方框1)。

图3 在新宿主中成功和不成功建立病毒的溢出传播事件图.宿主物种的地理范围转移可能导致与新宿主物种的接触。宿主物种集合的这种干扰可能导致病毒从原宿主传播到新的、未受感染的宿主，导致新宿主的疾病表现或死亡。或者，由于宿主不能与新病毒相互作用，感染病毒的新宿主可能表现出完全无毒。a由于病毒的清除(例如，免疫系统清除了感染，或者由于缺乏与细胞受体的亲和力而没有细胞嗜性相容性)，病原体通常不能在幼稚宿主(橙色)中成功建立。b病原体也可能由于宿主的死亡而不能在新的宿主中建立(例如，病原体杀死了原始宿主)。病原体未能在新宿主(也称为“末端宿主”(橙色))中建立，不会产生二次传播。c在罕见的溢出传播事件中，病原体在缺乏病原体适应的情况下成功地在幼稚宿主中建立(病原体不会改变；即病原体的完整基因组高度保守，没有适应性突变。在这种情况下，病原体主要呈现中性进化)。e或者，病原体可以发展适应(即突变)来调节其毒性并逃脱或克服宿主的免疫力或增加细胞受体亲和力(病原体改变，即宿主转移)。病原体在原始宿主(也称为“新宿主”)中的成功建立是疾病出现的前奏

框1界定溢出

在这篇观点文章中，溢出传播并不一定意味着新宿主被感染后的继续传播。相反，溢出传播指的是在特定的时间和空间，当一个特定的病毒因子在其主要宿主体内建立后，偶然遇到一个新的宿主。因此，溢出传播可以严格地称为相遇时刻，这意味着病毒以某种方式进入了新的宿主。然而，进入新的宿主并不一定意味着病毒将成功建立感染，因此能够在特异性内(即，在同种个体之间)或特异性间(即，在不同种的个体之间)传播。这两种情况都表示向前传播，尽管有一些细微的差别。

一旦发生溢出传播(遭遇)，继续传播将取决于成功感染(即病毒在新宿主体内的建立)。只有当病毒找到足够的许可靶细胞，并且病毒拥有有效的工具或机制来逃避宿主的先天和适应性免疫反应时，成功的感染才会发生。溢出可以被认为是一个随机事件，它可以由一个新的宿主接触到来自另一个物种的病毒的概率来控制，而不考虑该病毒引起成功感染并随之传播的能力

空间尺度

不同生物过程在不同的空间尺度上起作用。例如，虽然行为可能与解释地方层面的传播模式有关，但气候对于解释大陆层面的传播可能更为重要。研究特定模式和参数的适当尺度在疾病生态学中仍然是一个未解决的问题。精细尺度的研究提供了高细节和特异性，但覆盖的区域较小，而粗尺度的研究覆盖了较大的地理区域，但以牺牲细节为代价(图.4)。已经在分子、个体和群体水平上研究了从原始宿主到原始宿主的溢出和向前传播。然而，有必要进行更大规模的溢出传播研究，以理清跨物种传播的生物地理因素。不同的空间比例允许使用具有不同信息和不同细节级别的数据(即，颗粒；图.4)。在精细的空间尺度上，溢出研究可以分析宿主水平的数据(例如，性别、年龄、遗传变异、体型等)。)评估储层特征对溢出风险的作用。在中等空间尺度上，研究人员应评估景观层面的数据(如土地覆被变化、城市化强度、牲畜密度)，以了解这些特征对溢出倾向的影响。在粗略的空间尺度上，未来的研究应探索生物地理因素(如温度、降水、蒸散)如何解释为什么病毒溢出传播发生在一些地区而不是其他地区，以及何时更有可能继续传播。

图4 溢出研究的多尺度框架。a精细、中等和粗糙尺度的病原体溢出研究允许自下而上和自上而下的评估。b不同的尺度可以覆盖不同的研究区域范围，从个体到生态系统。

蝙蝠和溢出效应

众所周知，蝙蝠是许多病毒的主要宿主，因此也是能在原始物种(受体宿主)中成功繁殖的微生物的主要来源(供体或源宿主)。大量的蝙蝠物种(约1200种)自然会产生相应数量和多样性的病毒(病毒圈)，有可能感染人类和其他哺乳动物。也就是说，随着研究工作的增加，预计会发现更多蝙蝠携带的病毒。因此，全球蝙蝠多样性的热点地区有望孕育出更多更多样的具有疫情潜力的微生物。

病毒在新宿主中的建立依赖于溢出传播事件的频率和新宿主的人口统计学。中等水平的毒力也非常适合在原始宿主物种中成功建立。病原体的毒性通常取决于受影响的宿主(图.3)。也就是说，一种病毒可能对某些宿主物种或个体具有高毒性，但对其他物种或个体没有毒性。对于许多源于溢出的新出现疾病，分子水平的感染机制已得到充分理解；因此，溢出传导研究的下一个前沿是关注溢出事件本身的驱动因素，以理解溢出为什么会发生，这在许多溢出传导研究中被忽略了。

狂犬病是一个溢出传播的模型

狂犬病是由所有成员狂犬病病毒属，并被列为最了解和调查最好的疾病系统。RABV是该属中分布最广的病原体，其检测和鉴定可通过全大陆的综合监测系统高度确定地实现。RABV分布于全球，沿着新热带地区有病毒多样性的热点。狂犬病病毒传播需要直接接触，通过咬伤和抓伤，并且在食肉目和翼手目的不同物种和种群中已经建立了不同的病毒谱系。此外，狂犬病的研究是疫苗接种思想发展的基础(即由路易斯·巴斯德)；现代分子流行病学；根据同一健康方法根除疾病；制定口服疫苗接种策略；以及理解疾病的持久性、自然免疫、流产感染、溢出传播、疾病生态学和进化。狂犬病对感染者几乎100%致命，每年造成约59，000人死亡，每年造成至少86亿美元的经济损失。总之，狂犬病是一种很好理解的，数据丰富的疾病，具有高度的宿主可塑性和跨宿主谱系的病毒保守性，导致疾病的持久性。这些因素使狂犬病系统成为一个独特的机会，促进全球对跨地区、宿主分类群和时期的溢出传播的理解。

狂犬病病毒的溢出传播

虽然犬狂犬病在美洲几乎已经根除，但蝙蝠传播的狂犬病现在是一个新出现的公共卫生和农业问题。在拉丁美洲，大多数人类和家畜的狂犬病病例源于普通吸血蝙蝠(圆形叶口蝠)(图.5)，是三种100%依赖血液生存的哺乳动物之一。该物种的地理分布很广，以各种猎物的血液为食，包括野生动物、家畜、宠物和人类。一些最南端的D. rotundus蝙蝠南美洲的种群甚至以海洋哺乳动物(如海狮)和鸟类(如企鹅)为食。在喂食过程中，D. rotundus蝙蝠会将狂犬病病毒传播给猎物(图.5)，这可能导致初级溢出传播或甚至次级溢出到其他物种(例如，狂犬病从D. rotundus蝙蝠到猫，再从猫到人)。吸血蝙蝠传播的狂犬病病毒(VB-RABV)在人类中的爆发表明，死亡主要发生在热带和亚热带地区。例如，巴西报告了每年两例由蝙蝠携带的狂犬病病毒引起的人类狂犬病，这些病毒已被实验室确认为抗原变异体3，这是一种RABV变异体，与D. rotundus。然而，未经实验室确认的低报病例可能更为常见。记录VB-RABV如何从D. rotundus蝙蝠传播到其他物种可以提供信息和指导策略，以防止VB-RABV溢出传播到人类和家畜，并有助于防止潜在的传播D. rotundus蝙蝠狂犬病从拉丁美洲传入美国。

图5圆形叶口蝠狂犬病病毒溢出和继续传播。狂犬病病毒意外地从一个被感染的吸血鬼传播到它的猎物。狂犬病病毒从被感染的吸血蝙蝠(即宿主)传播到其他物种，这些物种可能会也可能不会保持传播(即宿主对新宿主；图.3).初级溢出传播事件在拉丁美洲很常见。二次溢出传播也会发生，并导致人畜共患病溢出(即人类感染)

总之，VB-RABV已经被记录了一个多世纪，并且作为一个系统展示了溢出传播的许多有趣元素。来自野生物种的VB-RABV定期传播给家畜和人类，具有保守病毒，在一些溢出事件中没有观察到其显著的病毒基因组变化，并拥有原始的宿主物种(来自新大陆的蝙蝠)，该物种通常在进化上与其受体宿主(例如，来自旧大陆的食草动物)相距较远。此外，D. rotundus蝙蝠是美洲最受研究的哺乳动物之一(图.6；本种的标本的相当可得性)，并且分布在被充分研究的物种稀少的热带地区。关于狂犬病毒和吸血蝙蝠在新热带地区的地理分布的全面文献和可用数据以连续和标准化的形式得到了合理的收集。也就是说，通过一个全大陆范围的综合监测系统，蝙蝠宿主和病毒的检测和鉴定具有很高的确定性。仅在拉丁美洲，1970年至2021年间就报告了至少23，536起VB-RABV外溢至牛的疫情。例如，VB-RABV谱系抗原变体3，特异于D. rotundus蝙蝠，表明在溢出传播到牲畜后未能建立向前传播。这些因素使得吸血蝙蝠携带的狂犬病成为一个非常独特的野生动物疾病系统，有助于促进对跨大型研究区域的溢出传播的理解。

图6 大型吸血蝙蝠标本。未发表的记录圆形叶口蝠标本在拉丁美洲随处可见。例如，标本保存在拉丁美洲的生物标本馆，可供未来研究外溢传播和疾病出现时使用。

结论

病毒溢出传播作为疾病出现的前奏，是一种知之甚少的高度复杂的现象。尽管由于全球变化，预计今后几年外溢传播的发生率和地理范围将会增加，不同复杂程度的环境因素的作用很少被定量研究。由于这些不确定性，对溢出传播内在过程(微妙阶段)的机械理解很差，这限制了人类预测跨不同区域的病毒溢出传播的能力。因此，疾病生态学中一个长期未解决的问题是溢出传播在地方、区域和大陆水平(即跨空间尺度)上的量化和预测程度。仍然需要对导致跨物种病毒传播的生态和生物地理驱动因素进行研究，以确定促进宿主病毒跨区域和环境梯度动态的机制。了解溢出传播事件更有可能发生的地方是进行重点监测的关键的第一步，以预测有效的早期预防和控制计划以前病毒溢出传播在疾病出现时终止。这现状溢出传播研究揭示了预测的局限性，即无法确定溢出传播事件何时会导致爆发、流行和大流行，如新型冠状病毒引起的新冠肺炎疫情。

吸血蝙蝠传播狂犬病(VB-RABV)是研究溢出传播的理想生物系统。例如，RABV很容易理解，而且有一种有效的疫苗可以降低研究人员的生物安全风险。此外，VB-RABV溢出来自D. rotundus蝙蝠在拉丁美洲，对牲畜的虐待是频繁而普遍的。最后，VB-RABV对牛的初级溢出传播导致最终宿主，因此有巨大的机会更好地理解实际的溢出传播事件，这些事件不一定导致新的传播周期的建立，可能导致长期持续的流行病。

这一领域的未来研究应关注五个关键问题。(1)溢出传播事件首先需要什么样的景观条件？(2)生物多样性构成如何调节溢出传播的可能性？以及(3)病毒基因组中哪种类型的突变有利于溢出传播和随后的疾病在不同物种间传播？(4)是否有任何气候驱动因素有利于或限制溢出传播？(5)景观如何变化，例如由于紧急商品或自然资源开发引起的变化(例如，锂)还是武装冲突冲击溢出传播野生动物病毒后的大规模破坏？考虑到动物源性病毒在野生动物中的传播通常对人类健康和社会/经济发展构成威胁，这些研究路线具有重要的公共利益。通过了解野生动物传播人畜共患病病毒溢出传播的具体驱动因素，并通过预测适合成功溢出传播的区域，卫生专业人员可以实施早期检测、控制和消除策略，以有效遏制疫情，降低经济影响。

Escobar LE， Velasco-Villa A， Satheshkumar PS， Nakazawa Y， Van de Vuurst P. Revealing the complexity of vampire bat rabies "spillover transmission". Infect Dis Poverty. 2023 Feb 13;12(1):10. doi: 10.1186/s40249-023-01062-7. PMID: 36782311.