基于生态模型预测英国西尼罗河病毒传播风险：媒介与宿主的分布动态及未来趋势

这篇研究通过构建可推广的（correlative modelling）和（mechanistic modelling）框架，预测了英国西尼罗河病毒（WNV）媒介库蚊（Culex pipiens/Cx. modestus）与鸟类宿主的当前及未来分布（SSP1-2.6/SSP5-8.5情景）。研究整合人类与马匹种群数据，揭示东南英格兰为高风险区，并量化气候变化对疾病传播的潜在影响，为防控政策提供科学依据。

　　

引言

虫媒传染病占全球人类传染病的17%，每年导致超70万人死亡。随着气候变化，西尼罗河病毒（WNV）等疾病风险加剧。WNV通过库蚊（Culex spp.）与鸟类循环传播，偶可感染人类与马匹，引发脑炎甚至死亡。尽管英国尚未发现WNV本土传播，但欧洲近年疫情北扩提示其潜在威胁。本研究通过建模预测媒介与宿主的分布变化，评估英国WNV风险格局。

方法

数据与模型构建

研究采用全球范围的媒介（Cx. pipiens/Cx. modestus）和代表性鸟类宿主（乌鸦科/雀形目）出现数据，空间分辨率1 km²。环境变量包括生物气候指标（BIO2/BIO8等）、土地利用和人口密度，经相关性筛选后保留8项关键因子。

媒介建模：

• 相关性模型：随机森林（RF）、广义增强回归（GBM）等5种算法，通过（flexsdm）包优化，采用空间分区减少偏差。

• 机制模型：CLIMEX模拟蚊虫生理耐受限（如温度阈值DV0-DV3、滞育参数DPD0-DPT1），验证分布合理性。

宿主建模：

将6种鸟类分为鸦科与非鸦科组，整合群体分布数据，以凸包法划定校准区。

风险评估

通过叠加媒介与宿主适宜性地图，结合人类/马匹密度数据，量化当前与2100年（SSP1-2.6/SSP5-8.5）的WNV暴露风险。

结果

模型性能与验证

• Cx. pipiens：集成模型表现最优（AUC=0.76），预测英格兰南部及威尔士海岸为高适宜区，与CLIMEX的生态气候指数（EI>20）一致。

• Cx. modestus：神经网络模型（NET）最可靠，准确反映其英国东南部局限分布（如北肯特沼泽）。

未来风险变化

• 媒介适宜性：SSP5-8.5情景下，英格兰东部适宜度显著提升（+15%），苏格兰北部降低。

• 综合风险：东南英格兰（如伦敦周边）和马匹密集区风险最高，2100年城市化扩张可能进一步扩大高危区域。

讨论

模型互补性

机制模型（CLIMEX）验证了相关性模型的生态合理性，但后者更擅长捕捉城市栖息地偏好（如Cx. pipiens与人类密度正相关）。鸦科宿主广泛分布提示媒介限制是WNV传播的关键瓶颈。

防控意义

研究首次整合英国WNV的媒介-宿主-气候多维数据，识别出东南部为优先监测区。尽管当前温度可能限制病毒复制效率，但未来升温或加速风险。建议加强哨点监测，并扩展至其他库蚊传播病原体（如乌苏图病毒）。

结论

该框架为虫媒病风险评估提供通用范式，未来可结合病毒生态学参数（如外潜伏期温度需求）优化预测。成果为英国公共卫生防御体系奠定科学基础，凸显气候变化下跨学科建模的重要性。