基于废水监测的轮状病毒RNA浓度与美国感染和疫苗接种指标关联性研究

《npj Viruses》：Wastewater concentrations of rotavirus RNA are associated with infection and vaccination metrics in the USA

本刊推荐：为解决美国轮状病毒疫苗利用率不足和临床监测数据有限的问题，研究人员开展了全国性废水固体中轮状病毒RNA浓度的时空分布研究。通过对185个污水处理厂全年样本的检测分析，发现废水RNA浓度与临床感染指标高度相关（Kendall's tau=0.84），且高疫苗接种覆盖率区域病毒活跃期显著缩短。该研究证实废水监测可作为疫苗可预防疾病的重要补充监测工具，为精准定位疫苗接种薄弱区域提供新策略。

　　

轮状病毒作为全球腹泻性死亡的主要病因，尽管已有有效疫苗，但其在美国的监测仍面临重大挑战。由于轮状病毒疾病不属于法定报告传染病，临床监测数据存在严重局限，加之COVID-19大流行期间儿童疫苗接种覆盖率进一步下降至75.1%，远低于《健康人民2020》设定的80%目标。这种监测缺口使得公共卫生部门难以准确掌握病毒流行规律和疫苗保护效果，特别是在疫苗接种存在明显地域和人口差异的背景下。

为突破传统临床监测的局限，斯坦福大学研究团队创新性地利用废水监测技术，对全美40个州和哥伦比亚特区185个污水处理厂开展为期一年的追踪研究。这项发表于《npj Viruses》的研究通过分析33,471份废水固体样本中的轮状病毒RNA浓度，首次在全美范围内系统揭示了轮状病毒流行规律与疫苗接种指标的关联性。

研究团队采用的关键技术方法主要包括：全国范围的废水固体样本采集系统（每周3次从185个WWTPs收集）；基于ddRT-PCR（微滴数字逆转录聚合酶链反应）的病毒RNA定量检测技术；利用胡椒轻度斑驳病毒(PMMoV)进行粪便浓度标准化校正；结合美国疾病控制中心(CDC)国家免疫调查(NIS)和Epic Cosmos电子健康记录的疫苗接种覆盖率数据；以及基于蒙特卡洛模拟的病毒传播动力学模型。

废水轮状病毒RNA浓度与事件发生规律

研究结果显示，全国范围内轮状病毒RNA浓度呈现明显的冬季-春季流行模式，主要流行期为2024年1月1日至6月23日。值得注意的是，2023年秋季的病毒浓度显著高于2024年同期，这可能预示着轮状病毒两年周期流行规律在疫情后发生改变。空间传播分析表明，病毒活动首先在南部地区出现，随后依次在中西部、西部和东北部地区扩散，这种传播模式与疫苗接种覆盖率较低和出生率较高地区的易感人群积累规律相符。

废水监测与临床指标相关性

废水监测数据与两种临床监测指标均显示出显著正相关。与Epic Cosmos电子健康记录数据的相关性(Kendall's tau=0.84)高于基于实验室报告的NREVSS系统(Kendall's tau=0.49)，这表明废水监测能够有效捕获临床监测系统可能遗漏的感染病例，特别是成人中的轻症或无症状感染。

疫苗接种覆盖率与病毒流行持续时间关联

研究发现高疫苗接种覆盖率区域的轮状病毒活跃期显著短于低覆盖率区域。在人口特征分析中，黑人儿童比例、无保险儿童比例以及年轻母亲所生儿童比例等指标与病毒流行持续时间呈中度至高度相关(η2=0.073-0.14)，凸显了健康不平等对疾病传播的深远影响。

人群病毒排放率估算

基于质量平衡模型的估算显示，轮状病毒RNA排放人群比例存在较大不确定性，范围在0.000053%至3.0%之间。模型对粪便病毒排放浓度参数高度敏感，特别是对PMMoV粪便浓度的敏感性比率高达987倍，这表明需要更精确的病毒排放动力学数据来提高模型可靠性。

研究结论强调，废水监测为疫苗可预防疾病提供了前所未有的全人群视角，能够有效识别疫苗接种覆盖的薄弱区域。这种方法克服了临床监测对就医人群的偏向性，特别适合监测成人中的轻症感染。尽管在精确量化感染率方面仍存在挑战，但废水监测作为公共卫生工具的价值已得到充分验证，特别是在支持全球中低收入国家的疫苗优先分配策略方面具有巨大潜力。未来需要进一步优化检测方法（如引入热激步骤提高双链RNA病毒检测效率）并扩展监测网络，以充分发挥这一技术在传染病防控中的作用。