三种韩国非洲猪瘟病毒分离株的圈内传播参数评估：贝叶斯ABC-SMC与随机基于代理模型的联合研究

《Transboundary and Emerging Diseases》：Evaluation of Transmission Parameters of Three Korean African Swine Fever Virus Isolates: A Bayesian ABC-SMC and Agent-Based Modeling Approach

　　

非洲猪瘟（ASF）仍是全球养猪生产的主要威胁。理解圈内传播动力学对于设计有效的预防和控制措施至关重要。研究人员使用代表大韩民国不同流行阶段的韩国非洲猪瘟病毒（ASFV）分离株——Korea/Pig/Paju1/2019、Korea/Pig/Yeongwol/2021和Korea/Pig/Hongcheon/2023——开展了三项独立的直接接触（DC）传播实验。每项实验中，两头接种供体猪与五头DC易感猪共同饲养，观察至接种后天数（dpi）最长18天。采用两种互补建模方法估计传播参数。首先，将近似贝叶斯计算序贯蒙特卡洛（ABC-SMC）框架应用于确定性易感–暴露–感染–移除（SEIR）常微分方程（ODE）模型。其次，使用随机基于代理的模型（ABM）验证参数估计并量化圈内暴发概率。三个实验组的所有DC猪均发生ASFV感染并在暴露后18天内死亡。贝叶斯SEIR模型估计Paju、Yeongwol和Hongcheon分离株的传播系数（β）分别为每易感–感染对每日0.503、0.435和0.308。值得注意的是，Korea/Pig/Hongcheon/2023分离株表现出较Korea/Pig/Paju1/2019（ε=7.23天；95%可信区间[CrI]：5.36–9.48）和Korea/Pig/Yeongwol/2021（ε=6.11天；95% CrI：4.57–7.73）更短的后验潜伏期（ε=3.78天；95% CrI：2.78–4.83）。使用后验参数分布的ABM模拟得出Paju、Yeongwol和Hongcheon分离株的每头供体猪继发感染估计（R_pd；每头供体猪感染DC猪的平均数，结构上受栏舍规模限制）分别为1.95、2.10和2.37。在敏感性分析中，Hongcheon/2023分离株较短的潜伏期在替代暴露时间假设、距离函数权重和先验设定下均持续观察到，尽管β和ε的绝对值取决于所假设的暴露时间。本研究提供了多种韩国ASFV分离株圈内传播动力学的首个比较分析。尽管各分离株总体传播潜力相似，Korea/Pig/Hongcheon/2023分离株表现出更短的估计潜伏期和略高的R_pd。由于分离株身份与实验年份混杂，该差异需要在同期实验中确认；尽管如此，它可能对猪场内的早期检测和快速传播具有意义。

研究背景：非洲猪瘟（ASF）是猪的重要传染病，世界动物卫生组织（WOAH）将其列为须通报疾病，可限制猪及猪产品国际贸易并造成显著经济损失；尽管减毒活疫苗已在少数国家如越南获批使用，但包括大韩民国在内的多数受影响地区尚无广泛可用疫苗，且无有效治疗，早期检测、快速扑杀和严格移动控制仍是主要防控策略。ASF在过去18年广泛传播，亚洲自2018年中国首次入侵后疫情逐步恶化；韩国2019年9月在京畿道Paju猪场首次确诊，随后扩散至其他猪场和野猪群体，流行病学分析识别出至少三个与2019、2021和2023年韩国ASFV分离株相关的遗传上不同的流行波，为比较不同流行阶段病毒的病毒学和流行病学特征提供了机会。理解猪栏内传播动力学对评估防控策略至关重要，基本再生数（R₀）、传播系数（β）、潜伏期（ε）和感染期（r）等参数可提示栏内传播速度、群体风险比例及检测干预时间窗。已有全球动物传播实验提供了参考值，如Guinat et al.估计Georgia 2007/1基因II型毒株R₀=2.5，Main et al.报告欧洲ASFV栏内R₀为1.8–4.6，Oh et al.报告越南ASFV分离株R₀为2.916和4.015；但韩国已有ASFV动物实验主要评价毒力及不同传播途径的临床和病理结局，未用数学模型量化栏内传播动力学，尤其缺乏对不同年份、代表不同流行阶段的韩国ASFV分离株传播参数的系统比较。因此，研究人员开展本研究以估计并比较三种韩国ASFV分离株的栏内传播参数。

研究人员对Korea/Pig/Paju1/2019、Korea/Pig/Yeongwol/2021和Korea/Pig/Hongcheon/2023开展了三项独立DC传播实验，并联合使用ABC-SMC SEIR模型和随机ABM进行参数估计与验证。结论显示，三组所有DC猪均感染ASFV并在暴露后18天内死亡；Paju、Yeongwol和Hongcheon分离株β分别为0.503、0.435和0.308每易感–感染对每日，ε分别为7.23、6.11和3.78天，r分别为8.23、6.86和7.68天，SEIR-derived R₀分别为20.18、14.66和11.83；ABM-derived R_pd分别为1.95、2.10和2.37，完全栏内传播概率分别为36.4%、48.9%和81.0%。Hongcheon/2023分离株的估计潜伏期较短且在敏感性情景中排序稳健，提示其可能具有更快的栏内传播速度；但由于分离株身份与实验年份混杂，该差异需同期头对头实验确认。该研究提供了韩国多种ASFV分离株栏内传播动力学的首个比较分析，为评估防控策略的数学模型提供基线参数，并提示持续监测韩国ASFV传播特征的重要性。

关键技术方法（不超过250字）：样本队列来源为2019—2023年韩国国内猪场获得的28株ASFV中选取3株；27头8周龄Landrace猪来自无ASF、古典猪瘟、口蹄疫和猪繁殖与呼吸综合征等重大猪病毒病史的商业猪场。三项独立实验在生物安全三级（BSL-3）设施进行，每组2头接种供体猪与5头DC猪共舍，并设2头非接触对照。关键技术包括每日采集血液、口腔拭子和直肠拭子，以p72基因实时聚合酶链反应（qPCR）检测ASFV DNA并进行临床评分；构建确定性SEIR ODE模型；采用Bayesian ABC-SMC（800粒子，最多6代或容差0.5）估计β、ε和r；以随机ABM每分离株2000次模拟验证参数并计算R_pd；对暴露时间、距离函数权重和先验设定进行敏感性分析。

研究结果：3.1 临床评估与疾病动态：通过每日体温、临床评分和qPCR监测，三组供体猪病毒血症首次检出均值3.0–3.5 dpi，发热4.0–6.0 dpi，口/直肠排毒晚于病毒血症1.0–2.0天，供体生存期分别为7.0、9.0和9.5 dpi；DC猪中Paju组病毒血症9.8±0.4 dpi、发热11.6±0.9 dpi、死亡16.6±1.5 dpi，Yeongwol组直肠排毒10.4±1.1 dpi、死亡15.2±1.8 dpi，Hongcheon组直肠排毒最早8.8±0.8 dpi、死亡最快13.6±0.9 dpi；三组均为5/5 DC猪感染并死亡或达人道终点，攻击率100%。3.2 贝叶斯ABC-SMC估计SEIR参数：通过ABC-SMC拟合SEIR ODE，得到Paju、Yeongwol和Hongcheon分离株β=0.503（95% CrI：0.209–1.071）、0.435（0.216–0.799）和0.308（0.180–0.498）每易感–感染对每日；ε=7.23（5.36–9.48）、6.11（4.57–7.73）和3.78（2.78–4.83）天；r=8.23（6.41–11.10）、6.86（5.43–8.97）和7.68（5.78–10.66）天；R₀=20.18、14.66和11.83；Hongcheon/2023的ε较Paju1/2019和Yeongwol/2021短，且95% CrI不重叠。3.3 随机ABM模拟：以ABC-SMC后验分布抽样运行2000次ABM，预测区间覆盖观察到的感染猪日计数轨迹；R_pd为1.95±0.58（95% PI：0.50–2.50）、2.10±0.50（1.00–2.50）和2.37±0.32（1.50–2.50），结构上限为2.5；完全栏内传播概率为36.4%、48.9%和81.0%，Hongcheon/2023较高主要归因于其较短潜伏期。3.4 敏感性分析：在替代暴露时间（day 0或day 3）、等权重、剔除E compartment及共同先验等情景下重复ABC-SMC，r稳健（后验中位数6.7–9.1天）；Hongcheon/2023潜伏期最短的排序在所有情景中保留，共同先验下估计基本不变（中位数3.90天 vs 重跑基线3.77天）；剔除E compartment后点估计排序仍保留但CrI变宽并重叠；β和SEIR-derived R₀对暴露时间敏感，其绝对值应解释为条件于暴露时间重建，而分离株间相对比较和r估计稳健。

讨论部分总结：本研究提供了代表韩国ASF流行不同阶段（2019、2021和2023年）的韩国ASFV分离株栏内传播动力学的首个比较分析。ABM-derived R_pd不是基本再生数，不能与已发表R₀直接比较，但其数量级与同类实验报道的基因II型ASFV栏内R₀相近并处于下限，可能部分反映小栏规模、较短观察期和实验设计赋予R_pd的结构上限2.5；SEIR-derived R₀较高是因为其按β·S₀·r计算，反映封闭五猪栏内密度依赖接触下的预期继发暴露数，而R_pd为经验性每供体感染DC猪数，两者均与近乎确定的栏内传播一致。Hongcheon/2023较短潜伏期有经验数据佐证，即该组DC猪直肠拭子阳性更早；原文讨论其可能反映分离株内在复制动力学差异，但因每组DC猪仅5头需谨慎解释。分离株身份与实验年份完全混杂，需同期随机头对头传播实验确认。局限包括小样本导致宽CrI、SEIR-ODE对离散随机过程的确定性近似、BSL-3统一饲养条件对商品猪场代表性有限、年度混杂以及每日采样导致的区间删失。尽管如此，该研究是少数使用贝叶斯和ABM方法定量比较韩国不同流行阶段ASFV分离株栏内传播动力学的研究，提示Hongcheon/2023较短潜伏期对ASF监测和早期预警系统设计具有实际意义。

研究结论翻译：本研究使用贝叶斯ABC-SMC SEIR建模和随机ABM模拟估计了三种韩国ASFV分离株（Korea/Pig/Paju1/2019、Korea/Pig/Yeongwol/2021和Korea/Pig/Hongcheon/2023）的栏内传播参数。三种分离株均使共舍DC猪100%感染，并得出每供体继发感染估计（R_pd）约2.0–2.4，符合ASFV基因II型已知的高传播效率。Hongcheon/2023分离株的特征是估计潜伏期持续较短（ε≈3.8天），该排序在替代暴露时间假设、距离函数权重和先验设定下稳健，且其模拟的完全栏内传播概率更高，提示其栏内病毒传播可能较2019和2021年韩国分离株更快。由于分离株身份与实验年份混杂，该差异应在同期头对头传播实验中确认。这些发现为韩国ASFV提供了基线传播参数，可为进一步评估控制策略效果的数学模型提供信息，并强调随着疫情演变持续监测韩国ASFV传播特征的重要性。