《The Lancet Microbe》：Integrating environmental and clinical surveillance for typhoid: insights from a prospective wastewater surveillance study in urban India
编辑推荐：
摘要
背景
废水监测可用于监测社区中伤寒沙门氏菌血清型Typhi（S Typhi）的传播，从而实现早期疫情发现和疫苗效果评估。本研究旨在建立伤寒结合疫苗（TCV）引入前，在地方性流行城市环境中废水S Typhi的基线检出率，并评估其与伤寒临床负担的关系
摘要
背景
废水监测可用于监测社区中伤寒沙门氏菌血清型Typhi（S Typhi）的传播，从而实现早期疫情发现和疫苗效果评估。本研究旨在建立伤寒结合疫苗（TCV）引入前，在地方性流行城市环境中废水S Typhi的基线检出率，并评估其与伤寒临床负担的关系。
方法
研究人员在印度泰米尔纳德邦韦洛尔市，于2022年12月12日至2023年6月30日，在实施TCV整群随机对照试验前开展了废水S Typhi监测。从50个采样点采集了723份抓取样本（grab samples）和723份Moore拭子（Moore swabs），抓取样本采用Nanotrap A颗粒浓缩，Moore拭子作为被动采样器。通过针对ttr、staG和tviB基因的多重定量PCR（qPCR）检测S Typhi。血培养确诊的伤寒病例通过基于医院的监测记录，该监测是独立进行的VeVact研究（一项观察者盲法、整群随机对照试验，评估TCV [TyphiBEV] 的效果）的一部分。研究人员计算了废水采样点的伤寒阳性比例和血培养确诊伤寒病例的发病率。进行了空间分析以检测研究区域中伤寒病例的统计学显著热点。使用集成嵌套拉普拉斯近似（INLA）的贝叶斯推断和混合效应时空回归，量化了废水S Typhi检测与伤寒发病率之间的关联。
发现
在1446份废水样本中，80份（5·5%）检出S Typhi，其中抓取样本（60份 [8·3%] of 723）高于Moore拭子（20份 [2·8%] of 723）。记录了207例伤寒病例，病例在2023年3月至5月达到高峰。伤寒病例的空间聚集与较高的废水S Typhi检出率相对应。当分析60个疫苗试验整群（Spearman’s ρ=0·32；p=0·014）或非重叠废水站点汇水区（ρ=0·57；p<0·0001）时，研究期间废水样本阳性比例与伤寒发病率相关。调整时空随机效应、人类粪便污染水平、降雨量和实验室处理方法后的混合效应逻辑回归显示，每增加10倍伤寒发病率，废水样本中检出S Typhi的几率增加2·43倍（95% CI 1·38–4·27）。
解释
废水监测数据与地方性流行环境中的临床疾病发病率相关，可用于监测包括TCV引入在内的靶向干预措施。
资金
盖茨基金会。
论文解读文章
研究背景、问题与开展原因
伤寒（typhoid fever）由伤寒沙门氏菌血清型Typhi（S Typhi）引起，在全球低收入和中等收入国家持续流行。2021年全球疾病负担研究估计新增伤寒病例约720万例，相关死亡4.6万至15.8万例，其中近90%发生在亚洲，印度贡献了超过全球一半的负担。传统伤寒监测主要依赖血培养或血清学检测的临床病例发现，但受限于求医行为、血培养可及性和诊断准确性，难以全面反映社区传播。废水监测（wastewater surveillance）作为一种新兴工具，可捕获无症状携带者和居家治疗病例，提供更完整的疾病传播图景。然而，在印度地方性流行区域，大规模废水监测与血培养确诊伤寒病例相关性研究仍缺乏，采样类型、实验室处理方法、汇水区大小及人类粪便负荷对检测灵敏度的影响尚不完全清楚。为此，本研究在伤寒结合疫苗（TCV）引入前，于印度城市韦洛尔开展前瞻性废水监测，旨在建立基线检出率，评估其与临床发病率的关联，为疫苗效果评估提供依据。
研究内容、结论与意义
研究人员在印度泰米尔纳德邦韦洛尔市33个城区（覆盖约225,000人口）的Vellore健康与人口监测系统（VHDSS）区域内，于2022年12月12日至2023年6月30日进行前瞻性废水监测，同期实施一项独立、观察者盲法、整群随机对照TCV试验（TyphiBEV，即VeVact研究）。通过采集抓取样本和Moore拭子，采用多重qPCR检测S Typhi特异性基因（ttr、staG、tviB），并与血培养确诊伤寒病例进行空间和时空关联分析。结论显示：废水S Typhi检出与伤寒发病率呈显著正相关，每增加10倍发病率，检出几率增加2.43倍；抓取样本结合Nanotrap A颗粒浓缩方法灵敏度优于Moore拭子；空间热点分析发现病例聚集区与高废水检出区域对应。该研究发表于《The Lancet Microbe》，表明废水监测可作为地方性流行环境中监测TCV等干预措施效果的实用工具。
主要关键技术方法
研究人员在Vellore的33个城区（覆盖约225,000人口，来自VHDSS队列）的50个采样点，每两周采集抓取样本（1000 mL）和部署48小时的Moore拭子。抓取样本采用Nanotrap A颗粒浓缩，Moore拭子经通用前增菌液孵育后膜过滤。使用多重qPCR（针对ttr、staG、tviB基因）检测S Typhi，并定量人类粪便污染标志物HF183。临床病例来自VeVact试验，由14家医疗机构通过血培养确诊并地理编码。空间分析采用Getis-Ord Gi*热点分析，贝叶斯建模使用集成嵌套拉普拉斯近似（INLA）和随机偏微分方程（SPDE）方法，混合效应逻辑回归调整时空随机效应、HF183水平、降雨量和处理方法。
研究结果
**废水S Typhi检出**
在1446份废水样本中，80份（5.5%）检出S Typhi（三个基因靶标均阳性），抓取样本阳性率（8.3%，60/723）显著高于Moore拭子（2.8%，20/723）。仅40%的Moore拭子阳性与同期抓取样本阳性配对。29个采样点（58%）从未检出，21个点（42%）至少检出一次，3个点检出率超过35%。tviB基因的平均拷贝数为69.22 gc/mL（标准差195），中位数为10.54 gc/mL（IQR 4.99–42.28）。
**临床伤寒病例**
研究期间记录207例血培养确诊伤寒病例，未调整发病率为180.2/100,000人年（95% CI 155.7–204.8）。5–14岁儿童发病率最高（699.1/100,000人年），其次为5岁以下（685.1/100,000人年），30岁以上最低（19.9/100,000人年）。病例在2023年3月至5月达到高峰，空间热点分析识别出研究区域北部15个显著热点，Moran's I指数为0.446（Z=45.195，p<0.0001）。
**废水与临床相关性**
废水S Typhi阳性比例与伤寒发病率在50个采样点汇水区（Spearman's ρ=0.44，p=0.001）、37个非重叠汇水区（ρ=0.57，p<0.0001）及所有汇水区均呈显著正相关。混合效应逻辑回归（调整时空随机效应、HF183水平、降雨量和处理方法）显示，每增加10倍伤寒发病率，废水检出S Typhi的调整后几率比（aOR）为2.43（95% CI 1.38–4.27，p<0.001）。
**影响因素分析**
多因素分析中，人类粪便污染水平（HF183浓度每增加10倍，aOR 1.32，95% CI 1.01–1.72，p=0.044）、Nanotrap A方法（相对于Moore拭子，aOR 4.46，95% CI 2.28–8.73，p<0.001）和采样日降雨量（每毫米，aOR 1.04，95% CI 1.01–1.07，p=0.018）均与S Typhi检出显著相关。贝叶斯时空模型显示基线检出几率低（OR 0.01，95% CrI 0.0008–0.069），空间效应为主要变异来源（标准差2.46，95% CrI 1.30–4.35）。
总结讨论与结论
讨论部分指出，废水S Typhi检出率（5.5%）与既往COVID-19期间韦洛尔的研究（11.4%）及孟加拉国、尼泊尔等地的疫情检测结果一致，但低于仅基于staG基因的检测（可能包含非伤寒沙门菌）。抓取样本结合Nanotrap A颗粒的方法优于Moore拭子，与既往膜过滤研究相反，可能因磁珠高效捕获。空间聚类显示病例热点与高废水检出区域高度重叠，提示废水监测可预警局部暴发。人类粪便污染水平是影响检出的关键因素，降雨量适度增加与检出率微弱正相关，可能因冲刷效应。研究局限性包括采样频率限制、未纳入水卫习惯、开放排水沟的流量变异性、单站降雨数据、6个月短期未覆盖完整季节变异。结论：废水监测数据与地方性流行环境中的临床疾病发病率相关，可用于监测包括TCV引入在内的靶向干预措施。
