吸血蝙蝠体内狂犬病病毒动力学的生态决定因素及其对家畜的溢出

 蝙蝠宿主中的病原体传播动态是减少人类健康风险和加强蝙蝠保护的努力的基础，但众所周知，解决这一问题具有挑战性。对于吸血蝙蝠狂犬病，地方性循环的地理范围，环境因素是否调节基线风险，以及宿主内的过程如何影响种群水平的动态仍未解决。作者对3709只秘鲁吸血蝙蝠进行了为期11年的空间重复血清学调查，研究了狂犬病暴露模式以及家畜中的同时爆发。血清阳性率在邻近地点之间是相关的，但在更远的地方波动不同步。一个广义的加性混合模型证实了空间分隔的传播周期，但蝙蝠人口统计学或环境背景对血清阳性率没有影响。在427只重新捕获的蝙蝠中，作者观察到狂犬病暴露和抗体减弱后的长期存活，支持免疫机制影响病毒维持的假设。最后，蝙蝠的血清阳性率与家畜的疫情之间只有微弱的相关性，这加强了即使有大量数据也能预测溢出的挑战。总之，作者的结果表明，狂犬病的维持需要在多个邻近的蝙蝠群体中传播，而保护性免疫的减弱可能会促进这种传播。然而，入侵的可能性和蝙蝠群体内的传播动态似乎在很大程度上与蝙蝠生态无关。这些结果的影响溢出预测和控制传播的源头进行了讨论。

 了解蝙蝠种群中病原体传播的决定因素对于管理人类和伴侣动物的健康风险以及蝙蝠保护的威胁是必要的。不幸的是，蝙蝠种群的数据通常来自短期研究，不太可能解开蝙蝠体内病原体循环或溢出到其他物种背后的生态复杂性。此外，有助于了解人类和牲畜疾病的健康监测数据仅限于蝙蝠病原体，包括人畜共患病，因为检测到的溢出事件通常很少。目前对蝙蝠病原体传播的有限了解阻碍了疾病控制的战略干预，包括溢出宿主的疫苗接种或通过种群控制(即扑杀)、蝙蝠扩散或新疗法减少蝙蝠种群内发病率的努力。病原体发病率的纵向监测被认为是了解蝙蝠病原体循环的一种可能方法。然而，由于对隐居野生动物的纵向研究中隐含的逻辑限制，实例仍然很少，并且当实现时，在病原体维持的机制中留下了相当大的不确定性，这可能是由于可用数据的有限广度。过去的研究还受到低再捕获率的限制，这妨碍了对受感染个体的长期命运的了解。具有时间和/或空间扩展数据的生物系统，以及可以随时跟踪个体蝙蝠的感染状态的生物系统，对于评估病原体监测的范围以通知管理人员是有价值的。

在拉丁美洲，吸血蝙蝠(圆形叶口蝠)传播的狂犬病病毒(VBRV)引起人类的零星致命感染，并且每年因牲畜死亡造成数千万美元的损失。尽管50多年来投资于人类和牲畜的疫苗接种，并使用抗凝血毒药扑杀蝙蝠，VBRV的负担和地理范围在几个国家仍在增加。此外，观察研究和流行病学模型表明，蝙蝠扑杀可能会通过增加蝙蝠群体的混合而无意中增加狂犬病的传播，类似于在英国扑杀獾中观察到的牛结核病的动力学。尽管VBRV的长期维护策略是对蝙蝠相关人畜共患病了解最多的策略之一，但仍存在不确定性和未经测试的假设。例如，流行病学对牲畜中爆发的种系发生分析显示了在景观尺度上传播的感染波，这导致了地方一级的谱系入侵、灭绝和更替模式。与空间介导的维持相一致，基于蝙蝠血清学数据的数学模型预测，单个群体无法长时间维持传播。然而，当地动物流行病的频率、持续时间和规模，以及这些流行病学结果的变化是否可预测地随环境因素或蝙蝠人口统计学而变化，仍然是未知的。数学模型还预测，观察到的暴露模式将需要减弱对亚致死暴露的保护性免疫力。虽然病毒中和抗体是常见的，但它们的保护性本质以及它们是否会在野生蝙蝠中可预见地减少，都没有得到经验上的证实。尽管有间接证据表明空间介导的维持，另一种假设是VBRV通过目前知之甚少的机制在蝙蝠群体中持续存在。例如，压力被假设诱导其他蝙蝠RNA病毒的重新激活和脱落。虽然压力诱导的VBRV激活还没有经过实验评估，但据推测，圈养蝙蝠的意外爆发与压力有关。或者，延长的潜伏期在狂犬病中得到很好的认可，并可能在易感人群恢复到阈值水平后导致动物流行，产生可能在表面上类似于灭绝的模式——由病毒空间传播驱动的再集群动态。澄清有关VBRV维护的知识差距可能会改善高危人群的疫苗分配，并指导吸血蝙蝠管理策略。例如，如果VBRV在本地维持，了解蝙蝠的环境应激源并管理易感蝙蝠种群低于流行阈值(通过接种疫苗或扑杀)可能会减轻其负担。或者，如果蝙蝠的发生率和溢出是通过景观尺度上的过程产生的，而景观尺度上的过程较少依赖于当地的蝙蝠密度，那么理解维护的地理范围将使得跨地方性区域的管理同步化。

由于可用数据有限，解决蝙蝠种群中的VBRV循环一直具有挑战性。野生蝙蝠很少出现活动性感染(感染比例不到1%)，因此无法通过RT-PCR和病毒系统发育研究直接了解种群水平的发病率。受感染牲畜的发病率和分子数据可能很广泛，但被动监测固有的观察偏差(如可变报告和疫苗接种覆盖率)意味着这些数据只能间接洞察蝙蝠种群的动态过程。因此，血清学，即检测血清中病原体特异性抗体，仍然是监测野生蝙蝠VBRV最实用的选择。事实上，实验接种表明，病毒中和抗体在不到6个月的时间内是可检测的，这提供了一个粗略的时间分辨的病毒暴露指标，该指标应接近人群规模的传播。在这里，作者使用来自秘鲁39个吸血蝙蝠群体的纵向(11年)血清学监测数据来研究能够长期维持狂犬病的生态机制。具体来说，作者的目标是:(1)确定病毒维持的性质和地理范围；(2)评估个体、群体、景观或时空变量是否解释血清阳性率；和(3)经验测试病毒暴露是否提供短暂的保护性免疫。最后，(4)使用同域动物中同时发生的狂犬病爆发的数据集，作者评估蝙蝠中的抗体流行是否是对非蝙蝠物种溢出风险的有用代理。

纵向监测被认为是阐明蝙蝠感染的个体和群体水平决定因素的一种途径，但很少被完成。通过对39个秘鲁吸血蝙蝠群体超过11年的研究，作者发现狂犬病暴露的空间和时间分布在空间和时间上是动态的，在短距离内是同步的，但在很大程度上与景观特征、蝙蝠人口统计或牲畜密度无关。监测重新捕获的蝙蝠表明暴露于狂犬病的蝙蝠长期存活，并支持亚致死感染提供短暂的保护性免疫的假设。蝙蝠扩散导致的病毒空间传播和动态免疫景观之间的复杂相互作用似乎共同决定了蝙蝠群体中的狂犬病发病率。最后，蝙蝠的血清阳性率与家畜的狂犬病发病率呈正相关，但大量无法解释的变异突出了预测时空动态病毒溢出的异常挑战。

血清流行率随距离的衰减同步性，在蝙蝠地点集群中观察到的病毒暴露的异步模式，在个别地点假定的病毒灭绝和再入侵，以及附近病毒循环对未来暴露的影响，大体上与病毒在全球范围内的入侵一致，随后是持续时间不定的局部传播。这种现象已经从家畜的VBRV报告中得到暗示，但是以前从未在野生蝙蝠种群中观察到。虽然作者对这一入侵过程的大规模测量(外圈描述了距离每个地点10-20公里的牲畜爆发模式)没有预测蝙蝠的血清阳性率，但这可能反映了观察更大地理区域的不可避免的影响。例如，远离观察到的蝙蝠地点的地区可能既没有家畜也没有吸血蝙蝠种群，而这些必然在较短的距离内同时出现，这解释了为什么内圈变量而不是外圈变量与血清阳性率相关。有趣的是，在一些地点，血清阳性率也连续多年超过零，表明持续的病毒暴露。鉴于家畜狂犬病的爆发往往有较长的动物间流行期，作者认为，蝙蝠群体中持续的血清阳性反应最简单的解释是偶然的病毒暴露，这是由受感染蝙蝠在不同地点之间的传播引起的，而不是由某些群体中的永久病毒循环引起的。鉴于缺乏血清阳性率的人口统计学或景观预测指标，相对于明显的灭绝，明显的持续血清阳性可能更依赖于吸血蝙蝠群体的空间结构，而不是它们的大小、性别比例或年龄组成。因此，改善目前对吸血蝙蝠群体空间分布的稀疏知识应该是一个优先事项，这最终可以预测狂犬病在一个区域内是会保持还是会灭绝，从而改善预防和控制资源的分配。

作者的结果也为吸血蝙蝠狂犬病的季节性提供了一些证据，血清阳性率在旱季开始时下降(4月至5月)。这种影响可能与蝙蝠的行为和/或出生的季节性有关。南美洲其他国家的旱季与觅食行为和栖息时间的变化有关，这可能会改变病毒暴露率。在雨季的大部分时间里，血清阳性率较高。这可能反映了未感染狂犬病的幼年蝙蝠的扩散(因为更多的混合预计会增加血清阳性率)，或者尚未描述蝙蝠行为的季节性变化。尚未广泛检测到牲畜的季节性溢出，这进一步表明个别因素(如吸血蝙蝠的季节性繁殖)可能不足以导致或加强溢出。相比之下，季节性可能与群体间传播更相关。在这种情况下，观察到的血清阳性反应是由于居住的蝙蝠暴露于分散感染的蝙蝠，引发流产感染和可检测抗体的产生。因为流产感染是常见的，溢出可能是罕见的，这种暴露可能不会引发大到足以导致溢出的局部动物流行病。

鉴于牲畜是吸血蝙蝠的主要食物来源，吸血蝙蝠的数量往往在牲畜饲养区更大，导致预计在牲畜密度较大的地区病毒传播水平较高。有趣的是，作者没有发现狂犬病动力学人为放大的证据。牲畜密度较高的地区不会出现大量狂犬病疫情。虽然可以想象，这种关系的缺失反映了牲畜数量越多，疫苗接种率越高，但考虑到秘鲁常见的反应性疫苗接种做法(即在检测到疫情后),这种情况不太可能发生。作者还发现蝙蝠的血清阳性率似乎随着家畜密度的增加而下降(尽管很弱)而不是增加。如果作者在其他地方观察到的牲畜密度增加蝙蝠种群密度的假设在作者的研究地点成立，这些发现意味着狂犬病传播仅微弱地依赖于蝙蝠密度，这支持了早先对扑杀蝙蝠用于狂犬病控制的效用的担忧。如果叮咬(VBRV在蝙蝠中的主要传播途径)独立于蝙蝠密度和/或集合种群维持引起的单个蝙蝠群体内病毒循环的短暂性质，则可能出现弱密度依赖性。对这一结果的一个可能的警告是，在牲畜密度较大的地区，蝙蝠群也可能经历更多的淘汰，因此密度较低。然而，蝙蝠扑杀对秘鲁狂犬病爆发的反应性质以及早期的工作表明扑杀对蝙蝠接触狂犬病有积极而非消极的影响，这与这种情况不一致。为什么血清阳性率不仅没有增加，而且似乎随着牲畜密度的增加而下降还不清楚。一种可能性是，食物资源的增加可能需要更少的觅食努力和更低的营养压力，从而实现更高的免疫投资。

作者的结果从生态学角度解释了为什么目前的狂犬病控制方法收效甚微，并为吸血蝙蝠狂犬病的管理提供了机会。从理论上讲，对于具有密度依赖性传播的地方性病原体，扑杀会更有效。这里显示的结果表明这两个先决条件都不成立。事实上，考虑到空间驱动的病毒维持，成功利用扑杀进行狂犬病控制将需要利用景观水平的流行病学知识战略性地部署扑杀(即，在病毒入侵之前扑杀)或跨地方性区域进行空间同步。虽然前一种策略在病毒入侵途径可预测的罕见情况下是可行的，在大于150公里的距离上空间同步性的相对快速的崩溃，表明，干预措施的有效同步在操作上可能更普遍可行。使用全球定位系统跟踪和/或群体遗传学的未来研究可能会加深对其他因素的理解，如栖息行为(如血液共享餐)、蝙蝠扑杀、牲畜密度和森林砍伐如何影响蝙蝠的传播，从而影响病毒维持和疾病控制干预的空间范围。

表面上健康的蝙蝠中的RVNAs通常被认为是由不会导致传播或死亡的“流产”感染引起的。然而，这些个体在野外的长期命运及其在种群水平上对狂犬病传播的流行病学意义尚不清楚。作者的结果显示，以前血清反应阳性的蝙蝠的再捕获间隔时间延长，而血清反应仍然阳性的蝙蝠的再捕获间隔时间缩短，这表明蝙蝠在狂犬病暴露后的存活率提高，免疫力相对快速下降。作者分析的一个局限是一些血清转换可能被遗漏了，特别是对于有很长再捕获间隔的蝙蝠。然而，从这些结果中得出的主要结论不太可能对这些差距敏感。首先，阳性-阴性-阳性的历史可以解释不常观察到的长阳性-阳性再捕获间隔。在这些长时间间隔中的个体明显不够常见，不足以改变在阳性到阳性类别中观察到的分布，这仍然是最短的血清阳性率类别(0.63年)。第二，原则上，阴性-阳性-阴性血清转换可能隐藏在阴性-阴性类别分布中，但是，如果阴性-阳性-阴性的整个周期经常发生，作者预计阴性-阴性分布会延长，但事实并非如此。事实上，从阳性到阴性血清转换的持续时间平均比任何其他类别都长。血清阳性时的额外暴露(例如免疫增强)也可以扩大阳性到阴性的分布，这将进一步支持作者关于保护性免疫的结论。总之，流产感染的潜在保护作用和作者对抗体减弱的直接观察证实了早期数学模型的预测，即尽管病毒流行率低，但保护性免疫的减弱有助于空间维持的可行性。未来的定量演习，纳入不确定性从错过的事件(如隐马尔可夫模型)，将有助于估计真正的速度抗体减弱和血清转换。

据作者所知，作者的结果是一个罕见的例子，其中野生蝙蝠宿主的感染动态可以与观察到的非蝙蝠物种的溢出率联系起来。在这里，推导这些关系的能力源于蝙蝠到家畜传播的异常高的频率。尽管作者发现蝙蝠种群的血清阳性率与狂犬病向家畜蔓延的强度之间存在一致的正相关关系，但这种关系并不明显。弱相关性的部分原因是难以从野生动物的血清学数据中推断出病毒传播的周期。然而，即使在更大的时空范围内，这种关系也没有得到加强，在这种范围内，病毒传播和血清阳性率可能会更加一致。研究血清学的一个注意事项是，它不记录活动性感染，它记录过去没有导致活动性感染的暴露(在狂犬病的情况下)。理论上，病毒循环的直接数据(例如通过RT-PCR在吸血蝙蝠的唾液中检测到病毒)可以更准确地描述风险，但野生蝙蝠中活动性狂犬病感染的低流行率排除了此类数据。此外，几乎所有解释的变异都归因于随机效应，这表明有一些重要的预测因子缺失。这项工作体现了现代对溢出作为一个复杂的生态过程的看法，其中几个条件需要协调一致，其中一部分发生在溢出宿主的层面。关于暴露率和牲畜免疫力的数据可能会进一步帮助预测VBRV对牲畜的溢出。

总之，作者的结果为吸血蝙蝠狂犬病的空间介导病毒维持、弱密度依赖性和保护性免疫减弱提供了新的证据。因此，更好地理解蝙蝠群体的结构和蝙蝠的扩散如何相互作用以形成狂犬病发病率和蝙蝠的空间传播，是改善拉丁美洲狂犬病管理的下一个重要步骤。作者的研究还显示了将宿主中病毒循环的可及的纵向测量与溢出联系起来的挑战；这表明，有必要采用更全面的方法来预测病原体的出现，这些方法包括来自蝙蝠储存库的补充数据和溢出宿主中出现的变异。

 引用：Meza DK, Mollentze N, Broos A, Tello C, Valderrama W, Recuenco S, Carrera JE, Shiva C, Falcon N, Viana M, Streicker DG. Ecological determinants of rabies virus dynamics in vampire 蝙蝠s and spillover to livestock. Proc Biol Sci. 2022 Sep 14;289(1982):20220860. doi: 10.1098/rspb.2022.0860. Epub 2022 Sep 7. PMID: 36069012.