白尾鹿中SARS-CoV-2的建立与传播：慢性消耗性疾病管理区内的共现模式分析

《Viruses》：SARS-CoV-2 Establishment and Spread in White-Tailed Deer in a Chronic Wasting Disease Management Area

　　

摘要：白尾鹿（White-tailed deer, WTD）是美国境内一种数量丰富的物种，它们与人类生活密切接触并携带人畜共患病原体。2020年，严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2, SARS-CoV-2）从人类溢出至WTD并在其种群中传播。在美国许多地区，慢性消耗性疾病（Chronic Wasting Disease, CWD）是一种进展缓慢且致命的朊病毒病，已在WTD种群中呈地方性流行。感染CWD的WTD可能因行为或生理状态的改变而更易感染其他病原体。本研究旨在探讨CWD与SARS-CoV-2的共现模式。研究人员在两个秋冬季（2021–2022年和2022–2023年）期间，对伊利诺伊州CWD流行区的个体WTD进行了SARS-CoV-2和CWD的双重检测。研究人员在个体层面和空间上的管理“分区”尺度考察了两种疾病的共现情况，以识别潜在的预测因素。研究人员未发现证据表明SARS-CoV-2更可能出现在同时检测CWD阳性的个体WTD中。然而，检测到CWD的管理分区使SARS-CoV-2检测概率提高了481%，这表明CWD的存在增加了同一区域内SARS-CoV-2被检出的机会。研究人员还发现，在分区水平上，SARS-CoV-2的发生受到的环境因素与CWD不同，这暗示两者非随机的空间共现并非由相同的潜在机制驱动。

论文解读：白尾鹿中SARS-CoV-2与慢性消耗性疾病的共现机制与空间格局

一、研究背景与科学问题

白尾鹿（Odocoileus virginianus, WTD）是北美地区分布广泛且与人类栖息地高度重叠的鹿科动物。2020年起，严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2, SARS-CoV-2）经由多次人传鹿的溢出事件进入WTD种群，并在美国多地形成持续传播。与此同时，慢性消耗性疾病（Chronic Wasting Disease, CWD）作为一种由错误折叠朊蛋白引起的、致死率极高的神经退行性疾病，已在多个州的WTD种群中呈现地方性流行。

目前存在两个关键的科学问题尚未解决：其一，CWD感染是否会通过引发慢性应激或改变宿主行为，增加WTD对SARS-CoV-2的易感性；其二，这两种疾病的空间共现究竟是源于共同的生态驱动因素（如宿主密度、栖息地类型等影响直接传播的环境变量），还是由于CWD的存在本身改变了局部区域内的感染风险格局。以往的国家级监测数据往往仅提供粗粒度（如县级）的采样地点信息，难以揭示景观尺度上的精细驱动因素。因此，亟需在更高空间分辨率的条件下，系统评估两种疾病在个体与群体层面的相互作用及其背后的生态学机制。

二、研究设计与主要结论

为解答上述问题，研究人员在伊利诺伊州CWD流行区开展了为期两个秋冬季（2021–2022年和2022–2023年）的系统性监测。研究共采集了1925只WTD的配对样本，记录其收获位置至公共土地测量系统（Public Land Survey System, PLSS）定义的“分区”（section）级别（约2.6 km2）。通过对每只鹿同时进行SARS-CoV-2核酸与血清抗体检测以及CWD诊断测试，并结合分区尺度的环境变量（包括人类居住密度、开放空间覆盖率、农业用地比例、WTD栖息地质量指数等），研究人员利用广义线性障碍模型分别分析了两种疾病的发生（occurrence）与流行强度（prevalence）。

研究得出以下核心结论：

第一，在个体层面，卡方独立性检验显示SARS-CoV-2阳性与CWD阳性在单个WTD中的共现并未显著高于随机预期（X2(1, 1925)=2.38，p=0.12），即不支持CWD感染直接增加个体对SARS-CoV-2易感性的假设。

第二，在空间分区层面，CWD的出现是预测SARS-CoV-2发生的最强因子——检测到CWD的分区中，SARS-CoV-2的检出概率提高了481%（p<0.001）。此外，开放空间（如公园、高尔夫球场等人类与鹿高重叠区域）覆盖率每增加1%，SARS-CoV-2发生的概率上升6.95%（p=0.03）。

第三，当两种疾病分别建模时，驱动它们发生的环境变量并不相同：开放空间显著预测SARS-CoV-2发生但对CWD无效，而CWD模型中的所有环境变量均未达到统计显著性。这表明两种疾病的空间共现并非由共享的生态驱动因素所致，而是CWD的存在通过某种机制增强了同一区域内SARS-CoV-2的传播机会。

第四，空间相关性分析显示，SARS-CoV-2的发生与流行强度在距离超过43.8公里的分区之间相关性降至10%以下，提示其空间分布由多个独立的溢出事件主导；而CWD的相关性衰减较慢（108.6公里），反映了其作为慢性感染的更均匀空间扩散特征。

三、关键技术方法概述

1. 1.
   样本采集与诊断：样本来源于猎人自愿捐赠及美国农业部野生动物服务处的管理行动。每只鹿采集鼻拭子用于SARS-CoV-2实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测，Nobuto血片用于中和抗体（NAbs）检测（采用GenScript cPass试剂盒），咽后淋巴结用于CWD诊断。CWD检测流程为先酶联免疫吸附试验（ELISA）初筛，再以免疫组织化学（IHC）确认。
2. 2.
   分区尺度变量获取：研究区域划分为459个PLSS分区（面积0.77–4.51 km2）。环境变量包括：来自NASA社会经济数据与应用中心（SEDAC）的网格化人口密度（约1 km2分辨率）、来自美国地质调查局（USGS）2019年国家土地覆盖数据库（NLCD）的开放空间与农业用地百分比、以及基于Mori等人提出的土地覆盖效用评分表征的WTD栖息地质量。
3. 3.
   统计分析框架：采用广义线性障碍模型（hurdle model），其中二项式分量分析疾病发生（occurrence），截断泊松分量分析给定发生后的病例数（prevalence）。模型纳入采样量作为偏移项，并包含马特恩空间随机效应以描述相邻分区的空间依赖性。模型拟合优度通过受试者工作特征曲线下面积（AUC）和麦克法登伪R2评估。

四、研究结果详述

3.1 描述性结果：第一年（2021年10月–2022年9月）767只WTD中，SARS-CoV-2感染率为6%，血清阳性率27%，CWD病例数36例（5%）；第二年（2022年10月–2023年3月）1160只WTD中，SARS-CoV-2感染率降至0.9%，血清阳性率13%，CWD病例数71例（6%）。SARS-CoV-2和CWD在各分区的检出数量存在空间异质性。

3.2 样本水平分析：1925份样本中，29份（1.5%）两种疾病均为阳性，78份（4.1%）仅CWD阳性，371份（19.3%）仅SARS-CoV-2阳性，1447份（75.2%）双阴性。卡方检验未发现两种疾病状态在个体间存在显著关联（p=0.12）。

3.3 分区水平分析：

• •
  SARS-CoV-2模型：二项式分量AUC=0.84，表现良好。CWD检出是最强预测因子，使SARS-CoV-2发生概率提高481%（p<0.001）；开放空间覆盖率每增1%使发生概率提高6.95%（p=0.03）。截断泊松分量麦克法登R2仅为0.12，无任何环境变量显著预测SARS-CoV-2流行强度。空间相关性在43.8公里以上降至10%以下。
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  CWD模型：二项式分量AUC=0.85，但所有环境变量均不显著。截断泊松分量R2=0.05，同样无显著预测因子。CWD的空间相关性衰减更慢，108.6公里以上才降至10%以下。

五、讨论与结论总结

研究人员指出，尽管个体水平未发现CWD与SARS-CoV-2的直接关联，但分区水平的强共现关系支持了CWD的存在通过改变局部生态条件（而非个体易感性）促进SARS-CoV-2传播的假说。开放空间作为人类-鹿高重叠区域，是SARS-CoV-2溢出的关键场所，这与先前Giglio等人发现的郊区环境中多起独立溢出事件一致。相比之下，CWD不受人类相关变量的影响，反映其不同的传播动力学。

SARS-CoV-2空间相关性快速衰减（43.8公里）提示其由多个独立的溢出事件驱动，而非持续的鹿间传播；而CWD的慢速衰减（108.6公里）则符合其慢性病程和频率依赖的环境传播特性。研究人员强调，CWD诊断中IHC方法对早期感染的敏感性不足可能导致个体水平关联被低估，未来可结合实时震动诱导转化（RT-QuIC）或蛋白错误折叠循环扩增（PMCA）等技术改进检测。

研究结论：开放空间是人与鹿溢出的关键区域，可能增加SARS-CoV-2回传至人类的风险。鉴于WTD数量丰富且能携带多种广宿主病原体，识别人类-鹿接触热点对于未来疫情预警与防控至关重要。