《Ecology and Evolution》：Vector Potential Index: Bridging Competence and Contribution as an Integrative Measure of Relative Transmission Capability
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本文提出媒介潜能指数（Vector Potential Index, VPI），该创新指标通过整合媒介效能（vector competence）和宿主利用（host use）数据，为评估蚊媒在虫媒病毒（如西尼罗病毒WNV）传播循环中的相对贡献提供了统一框架。研究采用荟萃分析方法，以东美为例对多种库蚊（Culex）和伊蚊（Aedes）物种进行排序，证实VPI能有效识别在自然传播中起关键作用的物种，弥补了传统单一参数评估的局限，为虫媒病监测和防控策略提供了数据驱动的科学工具。
1 引言
虫媒病毒病正以日益增长的速度（再次）出现，成为全球公共卫生的重大关切。这些由病毒和寄生虫等病原体引起的疾病，通过吸血节肢动物媒介传播。虫媒病毒病的传播需要具备能力的媒介、易感宿主以及病原体在许可的环境中进行时空重叠，以便病原体在自然环境中维持和扩增。这些要求意味着可以利用生物特征，特别是媒介效能和宿主利用，来识别推定媒介并评估它们对虫媒病毒病传播周期的潜在贡献。虽然基于特征的方法为推进对复杂生态系统功能的生态学理解提供了强大框架，并在群落生态学中变得越来越重要，但在虫媒病毒病生态学领域，特征（尤其是媒介宿主利用）在用于评估传播风险的定量框架中仍未得到充分利用。
评估特征在人兽共患虫媒病毒病系统中尤为重要，这类系统通常涉及多个宿主和媒介物种，媒介特征的天然变异会影响病原体的循环和传播结果。尽管有大量评估吸血节肢动物物种宿主利用的研究，但目前尚缺乏一个简单且可推广的指标，能够联合考虑媒介效能和宿主利用特征来量化一个媒介物种对传播的潜在贡献。其结果是缺乏定量评估节肢动物群落和疾病系统中媒介物种潜在作用的能力。开发这样的指标可提供一种数据驱动的工具，可能为理解和预测多媒介、多宿主系统中的地方性和动物流行性传播风险提供所需的新见解。
2 材料与方法
2.1 以西尼罗病毒为研究系统
西尼罗病毒是一种全球分布的蚊媒黄病毒，在多种宿主、多种媒介的疾病系统中循环，通过感染性雌蚊的叮咬传播。该病毒自然维持在一个地方性循环中，涉及鸟类扩增宿主和嗜鸟蚊媒（主要是库蚊属）。既以鸟类也为哺乳动物供血的蚊种可以作为桥梁媒介，促进西尼罗病毒偶尔外溢感染人类和马匹。尽管大多数人感染无症状，但西尼罗病毒是全球虫媒病毒性脑炎的主要原因，约每150例感染中有1例会发展为神经侵袭性疾病。西尼罗病毒宿主和媒介群落在区域尺度上的组成差异，导致美国各地地方性和动物流行性传播呈现异质性模式。
2.2 文献检索
我们使用Google Scholar和Web of Science进行了全面的文献检索。使用特定特征和一般搜索词的组合来识别关于西尼罗病毒媒介效能和媒介物种宿主利用的科学文献。检索截止到2023年10月18日发表的所有可获取的文章和书籍章节。此外，还通过查阅相关文献的引用来补充数据库检索结果。
首先筛选已识别研究的标题和摘要，排除与搜索目的不符的参考文献。然后根据以下通用纳入标准审查剩余文章：报告原创研究或先前未发表的数据；为每个报告的物种指定（最小）样本量；测试源自北美的蚊标本；将蚊子鉴定到物种水平；可以从表格、文本或图中提取相关数据。
针对西尼罗病毒媒介效能的研究，应用了额外的纳入标准，仅选择那些经口使雌蚊暴露于西尼罗病毒、将血餐后标本维持在28°C ± 3°C、在暴露后约14天评估传播率、并使用美国有记录的病毒株的研究。对于媒介宿主利用的研究，额外的特定特征纳入标准要求研究测试野外捕获雌蚊的血餐，并且未在其收集方案中使用动物或人类诱饵。
2.3 数据获取与准备
我们通过审查符合纳入标准的研究文章和支持信息创建了两个数据集。对于每项研究和测试的蚊种群，我们记录了最高报告分类分辨率下的学名、样本量、蚊采样和实验设计的时空信息以及任何报告的特征特定变量。使用“taxize”包验证学名，并根据需要更新种级名称，以考虑分类身份随时间的变化，并促进种级荟萃分析。排除了物种杂交或分组物种的数据。然后使用来自研究区域的野外收集数据来确定要纳入分析的物种。
媒介效能定义为雌蚊在摄取感染性血餐后能够传播病毒的比例。因此，如果研究使用其他传播指标量化媒介效能而未提供计算摄食血餐雌蚊传播西尼罗病毒比例所需的数据，则被排除。宿主利用定义为单个蚊物种的类级宿主关联，通过从某宿主类获取的已识别血餐比例来衡量。对于每个测试的蚊种群，将所有已识别的血餐记录在宿主纲一级进行汇总。
2.4 荟萃分析
我们实施了广义线性混合效应模型（GLMMs）对单个比例进行荟萃分析，以综合媒介效能、鸟类宿主利用和哺乳动物宿主利用的总体比例。对所有分析，比例计算为阳性事件数除以测试总数，然后在合并前进行logit转换以避免其受限范围导致的偏态抽样分布。
首先，我们为每个特征拟合了元分析多水平GLMM，以研究方差在不同研究结果间的分布。然后，应用“meta::metaprop()”函数中的默认设置来拟合随机截距逻辑回归模型，并为每个特征和物种综合汇总比例。
2.5 媒介潜能指数
采用两步法来表征物种水平的地方性和动物流行性传播周期的VPI。首先量化媒介物种对传播的潜在贡献，然后将计算出的原始VP值应用等距尺度进行分级。将VP值分类使得VPI可以作为一个描述性工具，便于跨物种和地方性及动物流行性传播周期进行解释。
2.5.1 计算VP
使用从每个特征的荟萃分析获得的汇总比例来计算VP，作为它们的联合概率。对于地方性维持周期，物种的西尼罗病毒VP计算为确保将高分分配给具有高媒介效能和频繁鸟类宿主利用的物种。为了估计西尼罗病毒动物流行性周期的VP，在公式中加入了哺乳动物宿主利用。
2.5.2 分配VPI
对于相对VPI，等级从零缩放到目标区域或特定研究中包含的任何物种计算出的最高VP值。使用五步等距尺度为VP值大于零的每个物种分配一个相对VPI等级，代表从低（VPI5= 1）到高（VPI5= 5）的潜能。对于绝对VPI，等级缩放到给定传播周期的最高可能VP值，允许跨物种和传播周期进行更广泛的比较。使用十步尺度为地方性和动物流行性传播周期中VP值大于零的每个物种分配一个绝对VPI等级。
3 结果
3.1 西尼罗病毒媒介效能
我们的文献检索确定了23项已发表的西尼罗病毒媒介效能研究符合纳入标准和数据要求。这些文章提供了27种蚊子的数据，最终数据集中包括了19种出现在东部温带森林生态区的物种。数据可用性在物种间差异很大。约80%的物种，我们的检索仅确定了一项或两项评估西尼罗病毒媒介效能的研究。研究最多的蚊子是尖音库蚊、致倦库蚊、刺痛伊蚊和休息库蚊。我们发现媒介效能数据集中大量的方差不能归因于偶然性（I2 = 95%）。测试蚊种间的差异解释了观察到的跨数据方差的近一半（I2 = 45%）。在纳入荟萃分析的物种中，西尼罗病毒媒介效能的总体比例最高的是黑背伊蚊，其次是白纹伊蚊、日本伊蚊和盐泽库蚊，后者是排名最高的库蚊。
3.2 宿主利用
从总共41篇出版物中提取的数据被纳入最终的宿主利用数据表，包含西尼罗病毒媒介效能荟萃分析中包括的19个物种中18个的记录。野外收集的血餐PCR结果为10个物种提供了额外的宿主利用数据。宿主利用数据集中大量的方差不能归因于偶然性（I2 = 99%）。在属级中，库蚊物种显示出最高的鸟类宿主利用，特别是休息库蚊和尖音库蚊。致倦库蚊和黑尾库蚊几乎同等地以鸟类和哺乳动物为食。参与西尼罗病毒媒介能力研究的物种很少以爬行动物或两栖动物宿主为食。
3.3 媒介潜能指数
VPI评分显示，在可以计算VP的18种蚊子中，有16种显示出至少对西尼罗病毒传播有一定贡献的潜力，并且VPI在物种和西尼罗病毒传播周期之间存在异质性。大多数物种的相对VPI较低，所有具有较大媒介潜能的物种都是库蚊属的成员。对地方性周期具有最大相对潜在贡献的物种是尖音库蚊、休息库蚊以及盐泽库蚊，后者也是唯一一个具有最高可能相对动物流行性媒介潜能的物种。此外，研究显示，在西尼罗病毒地方性周期传播中具有较高潜在贡献的物种数量多于动物流行性传播。所有纳入的物种在地方性和动物流行性周期中对西尼罗病毒传播的绝对潜在贡献均较低，但盐泽库蚊的绝对动物流行性VPI接近中等媒介潜能。
4 讨论
理解和预测人兽共患虫媒病毒病的传播风险对于制定有效的预防和干预策略至关重要。本文介绍的媒介潜能指数（VPI）整合了媒介效能和宿主利用这两个重要的媒介特征，它们通过影响传播率来改变虫媒病毒病动态。以东美西尼罗病毒为模型系统，我们证明VPI量化了物种在地方性和动物流行性西尼罗病毒周期中对传播的潜在贡献，相对和绝对VPI评分与文献中报告的物种作用一致。VPI指标为评估和比较吸血节肢动物媒介对人兽共患虫媒病毒病传播的潜力提供了一个强大而灵活的指标。
我们的结果表明，通过联合考虑媒介效能和宿主利用，VPI等级提供了对蚊种在自然环境中对人兽共患虫媒病毒病传播潜在贡献的现实近似。VPI评分揭示了跨物种和西尼罗病毒传播周期的异质性。将VPI置于物种分布的空间背景下，我们发现我们的结果与美东西尼罗病毒传播动态的大尺度模式一致。
定量评估媒介物种特征的一个挑战是研究间观察到的高度变异性，这可能是由于测试种群的性状变异以及实验设计的差异造成的。本文证明，使用荟萃分析方法综合跨研究的信息可以为虫媒病毒病生态学提供信息。此外，我们发现从比例荟萃分析获得的性状估计值适用于识别推定媒介物种间可推广的模式。
我们的案例研究说明了VPI如何用于评估和比较区域尺度多媒介疾病系统中可能有助于传播的不同蚊种。VPI是一个实用且高度通用的工具，可在物种、种群或群落水平应用，并且既可以作为独立应用，也可以与现有方法集成。将VPI与物种分布模型结合使用可能特别有见地。
虽然基于性状的VPI可以为虫媒病毒病系统中的传播动态提供有价值的见解，但也存在局限性。VPI框架可以轻松适应其他生态系统，包括宿主/寄生虫系统或植物/传粉者系统。最重要的是，我们提出客观且可重复的VPI作为科学家和公共卫生从业人员的强大而简单的工具，这种基于特征的方法在为复杂疾病系统提供新见解和加强虫媒病毒病监测及干预策略方面具有巨大潜力。
5 结论
我们的VPI指标整合了影响病原体传播率的两种媒介特征的差异，为评估和比较媒介在虫媒病毒病系统中传播的潜在贡献提供了一个灵活的框架。VPI在多种虫媒病毒病和尺度上具有许多可能的应用，包括在物种和群落水平上的研究。如我们的案例所示，该指标可以专注于与特定疾病系统或传播周期相关的不同媒介，但也可以专注于单个蚊种及其对各种病原体的媒介潜能。我们注意到VPI框架也可以很容易地适应其他生态系统。最重要的是，我们提出客观且可重复的VPI作为科学家和公共卫生从业人员的强大而简单的工具，这种基于特征的方法在为复杂疾病系统提供新见解和加强虫媒病毒病监测及干预策略方面具有巨大潜力。
