當(dāng)?shù)貢r(shí)間3月11日，頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）子刊《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》（Science Translational Medicine）在線(xiàn)發(fā)表社論文章“新冠狀病毒暴發(fā)：大流行預(yù)防的框架問(wèn)題（New coronavirus outbreak: Framing questions for pandemic prevention）”。

作者們聚焦防控流行病中起著重要作用的預(yù)測(cè)問(wèn)題，他們認(rèn)為目前針對(duì)新冠肺炎（COVID-19）的一些預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型都相對(duì)簡(jiǎn)單，不足以支撐專(zhuān)家們達(dá)成共識(shí)并指導(dǎo)疾病防控?！拔覀冃枰私夂土炕刂芐ARS-CoV-2暴發(fā)的主要變量，而不是僅僅依賴(lài)確診病例及其地理空間傳播?！?/p>

然而，更全面的數(shù)學(xué)模型可能需要幾個(gè)月甚至幾年來(lái)開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證?，F(xiàn)有的此前為流感大流行或SARS、MERS疫情開(kāi)發(fā)的數(shù)學(xué)模型或可借鑒，這些模型考慮了病原體、社會(huì)和干預(yù)變量的變化，準(zhǔn)確性進(jìn)一步提高。

作者們呼吁，目前正在獨(dú)立進(jìn)行COVID-19數(shù)學(xué)建模研究的美國(guó)、中國(guó)和歐洲的團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該在政府支持下協(xié)同合作，而努力的重點(diǎn)是確定預(yù)測(cè)模型中關(guān)鍵變量。這些變量的信息也應(yīng)在科學(xué)界、紅十字會(huì)、其他非政府組織和應(yīng)急響應(yīng)人員等之間自由共享。他們還建議建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)病原體-宿主、基于社會(huì)和干預(yù)-影響模塊來(lái)組織信息，這些資源將連接所有現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)。

作者們強(qiáng)調(diào)了三個(gè)具體目標(biāo)：第一、預(yù)測(cè)中國(guó)COVID-19的進(jìn)一步傳播；第二、預(yù)測(cè)其在不同條件下向其他地區(qū)傳播和在當(dāng)?shù)剡M(jìn)一步傳播的可能性；第三、預(yù)測(cè)不同緩解策略（如檢疫、接觸隔離、手部衛(wèi)生和使用口罩）的有效性。

從左至右：Scott P. Layne、James M. Hyman、David M. Morens、Jeffery K. Taubenberger

這篇社論的作者包括：美國(guó)加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校公共衛(wèi)生學(xué)院流行病學(xué)系名譽(yù)教授Scott P. Layne、美國(guó)杜蘭大學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院Evelyn and John G. Phillips杰出數(shù)學(xué)教授James M. Hyman、美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）下屬?lài)?guó)家過(guò)敏和傳染病研究所（NIAID）主任辦公室的主任高級(jí)顧問(wèn)David M. Morens、NIAID傳染病實(shí)驗(yàn)室病毒發(fā)病和進(jìn)化機(jī)理部門(mén)主任Jeffery K. Taubenberger。其中，Taubenberger為通訊作者。

值得注意的是，用數(shù)學(xué)模型研究傳染病的傳播問(wèn)題，這種方法在1927年首次使用，歷經(jīng)近百年發(fā)展已日益受到重要。盡管科學(xué)界無(wú)法保證開(kāi)發(fā)的數(shù)學(xué)模型和現(xiàn)實(shí)的物理傳播過(guò)程完全相符，但無(wú)比接近的精確模擬仍功不可沒(méi)。

2004年，L.Hufangel等人即通過(guò)數(shù)學(xué)模型還原了SARS全球傳播的過(guò)程，模擬結(jié)果和實(shí)際結(jié)果得到了很好的擬合。類(lèi)似的這些研究至少在一定程度上說(shuō)明了：傳染病全球傳播是可預(yù)測(cè)的。

截至2019年，世衛(wèi)組織已宣布5起“國(guó)際關(guān)注的突發(fā)公共衛(wèi)生事件”。2020年1月30日，世衛(wèi)組織宣布了第6起，即COVID-19。當(dāng)?shù)貢r(shí)間3月11日，世界衛(wèi)生組織（WHO）總干事譚德塞在日內(nèi)瓦舉行的例行記者會(huì)上則進(jìn)一步表示，疫情的傳播程度和嚴(yán)重性令人深感擔(dān)憂(yōu)，“因此我們?cè)u(píng)估認(rèn)為，新冠肺炎疫情從特征上可稱(chēng)為大流行”。

作者們提出：在這一正在蔓延的流行病中，全球需要在專(zhuān)家共識(shí)的指導(dǎo)下采取行動(dòng)，正如這篇社論所強(qiáng)調(diào)的那樣，需要在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型的進(jìn)一步指導(dǎo)下采取行動(dòng)。

SARS-CoV-2傳染力、病死率估計(jì)數(shù)字令人擔(dān)憂(yōu)

截至2020年3月4日，新型冠狀病毒SARS -CoV-2已席卷了至少83個(gè)國(guó)家，感染了超過(guò)94200人，其中3200多人死亡(https://systems.jhu.edu/research/publichealth/ncov/)。

作者們認(rèn)為，要了解SARS-CoV-2帶來(lái)的前所未有的挑戰(zhàn)，僅僅依靠確診病例及其地理空間傳播是不夠的。目前關(guān)于疾病嚴(yán)重程度分類(lèi)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是有價(jià)值的，但也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。此前的2月17日，中國(guó)疾病預(yù)防控制中心新型冠狀病毒肺炎應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制流行病學(xué)組在《中華流行病學(xué)雜志》上發(fā)表的一項(xiàng)超過(guò)7萬(wàn)人的研究顯示，在44672例確診病例中，80.9%屬于輕/中癥、13.8%屬于嚴(yán)重、4.7%屬于危重癥。

作者們指出，我們必須了解和量化控制當(dāng)前疫情的主要變量。

這篇社論中提到傳染病暴發(fā)一個(gè)重要特征基本傳染數(shù)，即R0。如果這個(gè)數(shù)字大于1（R0>1），則統(tǒng)計(jì)學(xué)上來(lái)說(shuō)該病例就有能力將感染傳播給繼發(fā)性病例。如果該數(shù)值等于1或小于1（R0≤1），則意味著繼發(fā)傳播能夠很快結(jié)束。

根據(jù)目前中國(guó)的初步估計(jì)，SARS-CoV-2的R0值在2.5到2.9之間，與之相關(guān)的全年齡段病死率估計(jì)為2.3%。相比之下，1918-1919年西班牙流感大流行在全世界造成了約5000萬(wàn)人死亡，對(duì)那次流感的估計(jì)R0值是1.8左右，病死率為1%-2%。

因此，關(guān)于SARS-CoV-2的上述這些估計(jì)數(shù)字令人擔(dān)憂(yōu)。但作者們提到，僅憑這些數(shù)據(jù)，專(zhuān)家還不足以對(duì)持續(xù)存在的COVID-19威脅進(jìn)行評(píng)估。

2002-2003年的嚴(yán)重急性呼吸綜合征（SARS）、2012-2015年的中東呼吸系統(tǒng)綜合癥（MERS）這兩次傳染病的暴發(fā)，后續(xù)對(duì)它們估計(jì)的R0<2。而就病毒傳播特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，最近的研究報(bào)告表明，COVID-19患者在癥狀較輕甚至未發(fā)病之前（無(wú)癥狀時(shí)期）就能排毒和傳播感染。這種特征在人類(lèi)流感病毒和許多其他呼吸道病毒中都可以觀(guān)察到，但在SARS和MERS冠狀病毒中不存在。

類(lèi)比來(lái)考慮，當(dāng)前COVID-19的傳播模式引發(fā)關(guān)注，因?yàn)轭?lèi)似的或更大的R0值意味著類(lèi)似或更短的病例倍增時(shí)間。

更全面的數(shù)學(xué)模型

然而，許多相關(guān)的問(wèn)題仍然沒(méi)有答案。作者們提出，哪些病原相關(guān)變量可以解釋這些擴(kuò)增傳播？哪些基于社會(huì)的變量與SARS和MERS事件不同，或者自那以來(lái)發(fā)生了什么變化？哪些人口區(qū)域?qū)⒕S持R0>1，以及這種傳播程度的決定因素是什么？

要解決這些問(wèn)題，需要進(jìn)一步深入研究變量要素。

第一，是與病原體-宿主相互作用相關(guān)的變量。包括：病毒排出時(shí)間（時(shí)間）、病毒排出滴度（感染釋放數(shù)量）、病毒穩(wěn)定性持續(xù)時(shí)間（環(huán)境）、病毒排出異質(zhì)性(如“超級(jí)傳播者”)。此外，也要考慮病毒的人類(lèi)適應(yīng)性，也就是病毒基因組的變化。他們認(rèn)為，可以想象，隨著時(shí)間的推移改，這些變量的平均值會(huì)改變。

第二，基于社會(huì)的有關(guān)變量則包括：人口密度（密度）、日常通勤（居家和工作結(jié)構(gòu)）、密切的接觸互動(dòng)（更多的外出機(jī)會(huì)）、新的行為模式（城市化和更大的流動(dòng)性），以及其他許多變量。

第三，需要考慮的干預(yù)措施包括隔離檢疫、患者和接觸者的隔離、手部衛(wèi)生、口罩、個(gè)人防護(hù)的公共教育、治療（抗病毒藥物和抗體）和未來(lái)疫苗的影響。

研究團(tuán)隊(duì)提到，目前，一些研究團(tuán)隊(duì)采用流行病學(xué)暴發(fā)的基本數(shù)學(xué)模型來(lái)估計(jì)R0，但這些模型不能確定基于病原的變量。這些估計(jì)還需要結(jié)合臨床觀(guān)察和“皮鞋（shoe-leather）”流行病學(xué)（也就是所謂的現(xiàn)場(chǎng)流行病學(xué)）。

而基于社會(huì)的變量可以從現(xiàn)有的人口統(tǒng)計(jì)、交通和電信數(shù)據(jù)中提取。然而，由于隱私和安全問(wèn)題，大多數(shù)國(guó)家的收集機(jī)構(gòu)可能不愿意共享這些數(shù)據(jù)，即使是在災(zāi)難或突發(fā)公共衛(wèi)生事件期間。

目前已發(fā)表的論文和在線(xiàn)資源中，可以看到有研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)提出一些能夠在幾周內(nèi)對(duì)COVID-19病例進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型。然而，作者們指出，包括復(fù)雜的病原體和基于社會(huì)變量的更全面的數(shù)學(xué)模型，可能需要大量的時(shí)間和精力來(lái)開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證，通常需要幾個(gè)月甚至幾年。

利用現(xiàn)有的此前為流感大流行或SARS、MERS疫情開(kāi)發(fā)的數(shù)學(xué)模型，是作者們提出的救急方法之一。這些模型包括由美國(guó)國(guó)立普通醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所(NIGMS)開(kāi)發(fā)的傳染病Agent模型研究（MIDAS）項(xiàng)目中的一些。這些微分方程模型考慮了病原體、社會(huì)和干預(yù)變量的變化。顯然，它們預(yù)測(cè)COVID-19傳播的準(zhǔn)確性將取決于傳播模型和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

MIDAS致力于采用數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)模型研究突發(fā)傳染病應(yīng)急管理。例如，其研發(fā)的FluTE模擬系統(tǒng)主要以季節(jié)性流感在美國(guó)境內(nèi)的大流行為情景進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果可通過(guò)第三方工具進(jìn)行可視化展示。FluTE的特點(diǎn)還在于其開(kāi)源性，系統(tǒng)源代碼可在MIDAS官網(wǎng)下載。MIDAS還研發(fā)了GEM系統(tǒng)，是一個(gè)針對(duì)流感全球流行的可視化模擬系統(tǒng)。

美國(guó)、中國(guó)和歐洲的數(shù)學(xué)建模小組需協(xié)作

基于目前的現(xiàn)狀，作者們認(rèn)為，科學(xué)界的努力方向就是需要確定上述關(guān)鍵變量的值和范圍，以及確定任何其他重要的變量。

此外，有關(guān)這些變量的信息應(yīng)在科學(xué)界、紅十字會(huì)、其他非政府組織和應(yīng)急響應(yīng)人員等之間自由共享。他們建議建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)病原體-宿主、基于社會(huì)和干預(yù)-影響模塊來(lái)組織信息，這可能為共享這些不同的信息提供最有效的方法。這種資源將連接所有現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)。此外，這樣的“集中式交換”庫(kù)可以引入自動(dòng)工具來(lái)查找、組裝和評(píng)估數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行后續(xù)的管理和鏈接。

值得一提，眼下美國(guó)、中國(guó)和歐洲的許多數(shù)學(xué)建模小組正在獨(dú)立工作，以預(yù)測(cè)COVID-19感染的傳播。作者們認(rèn)為，這些團(tuán)體之間的協(xié)同合作是必要的，政府機(jī)構(gòu)應(yīng)予以支持。

另外，此前的2020年2月12日，世界衛(wèi)生組織（WHO）在瑞士日內(nèi)瓦主辦了一次新型冠狀病毒全球研究與創(chuàng)新論壇，并制定了一份與目標(biāo)相關(guān)的研究藍(lán)圖。

作者們?cè)谶@篇社論文章中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)圍繞世衛(wèi)組織目標(biāo)的三個(gè)具體目標(biāo)：第一、預(yù)測(cè)中國(guó)COVID-19的進(jìn)一步傳播；第二、預(yù)測(cè)其在不同條件下向其他地區(qū)傳播和在當(dāng)?shù)剡M(jìn)一步傳播的可能性；第三、預(yù)測(cè)不同緩解策略（如檢疫、接觸隔離、手部衛(wèi)生和使用口罩）的有效性。

他們最后還討論了治療和預(yù)防的基本情況。在醫(yī)療方面，盡管多項(xiàng)臨床試驗(yàn)在嘗試尋找治療COVID-19的方法，但目前還沒(méi)有批準(zhǔn)用于治療冠狀病毒感染的疫苗或抗病毒藥物。包括住院和重癥監(jiān)護(hù)病房管理的支持性護(hù)理，是現(xiàn)在唯一的治療選擇。

但幸運(yùn)的是，在公共衛(wèi)生方面，一些傳統(tǒng)的干預(yù)措施還能保護(hù)大量人群，包括旅行限制、隔離檢疫、患者/接觸者隔離等。

然而，作者們認(rèn)為需要明確的是，確定應(yīng)對(duì)COVID-19的最佳措施將需要了解驅(qū)動(dòng)COVID-19暴發(fā)的主要因素，并監(jiān)測(cè)這些因素如何隨時(shí)間和地點(diǎn)發(fā)生變化。

論文原文鏈接：https://stm.sciencemag.org/content/12/534/eabb1469