作者解读全球斑点热群立克次体空间分布的系统综述与模型预测研究

　　《柳叶刀-数字医疗》（The Lancet Digital Health）发表一项关于全球斑点热群立克次体空间分布的系统综述与模型预测的研究，由军事科学院军事医学研究院方立群/刘玮团队和美国佐治亚大学杨洋教授等团队共同完成。该研究系统分析了全球所有地域1906年1月至2021年3月文献报道的48种斑点热群立克次体感染人、动物和传播媒介的地理分布特征及其病原-宿主/媒介之间的相互关系，基于机器学习模型预测的17种主要斑点热群立克次体的风险区主要聚集于5个具有较高生境相似度的地域，气温、降水和动物分布是影响斑点热群立克次体传播风险最重要的因素，研究结果为气候变化对全球健康影响的评估方面提供了关键证据。我们特别邀请作者团队带来文章解读。
　　作者解读
　　研究背景
　　斑点热群立克次体（Spotted Fever Group Rickettsiae, SFGR）是属于立克次体目立克次体科立克次体属斑点热群的一组专性细胞内寄生的细菌。由SFGR引起的蜱传斑点热群立克次体病是已知最古老的媒介传播的人畜共患病之一。硬蜱是SFGR的主要媒介，部分蚊、蚤、螨等节肢动物体内也可检测到SFGR。[1,2] 野生动物和家畜是SFGR的主要宿主，人作为偶然宿主和终末宿主只在少数情况下被感染。SFGR在全球广泛分布，随着诊断技术的发展，新发和再发斑点热立克次体病的危害日益受到关注，但其全球的风险分布和疾病负担不明。
　　研究方法
　　通过系统收集、整合1906年1月至2021年3月期间的文献数据，分析SFGR种属分类及其感染的媒介和宿主动物类型，全面绘制传播媒介、宿主动物、人群感染SFGR种群的地理信息图谱，分析其空间分布特征。基于地理信息技术和机器学习算法，评估了17种主要SFGR物种分布的生态驱动因子，并进行了风险预测和适宜生境的聚集性特征分析。
　　研究结果
　　（1）SFGR种群特征
　　本研究共纳入1565篇文献，最早的SFGR 感染记录于1906年美洲的一名R. rickettsii感染患者。自20世纪80年代中期以来，文献发表数量大幅上升。1906年1月至2021年3月，全球共报道48种SFGR，其中47种在媒介生物中检测到，17种在宿主动物体内检测到。人体内共检测到24种SFGR，其中17种可同时感染宿主动物和媒介生物，6种仅能同时感染媒介生物，其余1种（Candidatus R. kellyi）仅在人体内检测到，尚未从宿主动物和媒介生物发现该病原体（图1）。SFGR 感染的主要临床症状为皮疹、发热、肌痛、头痛和焦痂，但不同种SFGR感染后的症状存在一定差异，如患者感染R. conorii后出现皮疹的比例最高，而R. rickettsii、R. africae感染后分别出现发热、焦痂的比例最高（均在85%以上）。
　　图1：关于动物、媒介和人类发现SFGR的文献情况
　　（2）不同媒介和宿主中SFGR的发现
　　共198种媒介生物体内可检测到47种SFGR，其中包括146种蜱、24种蚤、15种蚊、6种螨、4种虱、2种蝇和1种蝽。3个属的6种软蜱可携带6种SFGR，7个属的140种硬蜱可携带46种SFGR，其中硬蜱属携带SFGR种最多（24种硬蜱可携带32种SFGR）。有关动物感染的记录中，9个目43种野生动物和7种家养动物体内共检测到17种SFGR。野生动物中携带SFGR最多的动物是啮齿目（24种啮齿动物携带8种SFGR）；狗是检测到SFGR种最多的家养动物（11种）（图2）。
　　图2：每种SFGR感染的媒介和动物种类数
　　（3）地理分布
　　感染SFGR的蜱在地理分布上呈现显著的空间异质性，主要表现为纬度和洲际大陆聚集性。例如，检测到携带SFGR的革蜱和硬蜱主要分布在北半球中高纬度地区（约30-60°N），而SFGR阳性的花蜱则主要分布在美洲和非洲，尤其是靠近海岸线区域。非洲和欧洲报道野生动物感染SFGR的频率最高，美洲地区，尤其是北美洲是家养动物感染报道最多的区域。人类感染SFGR的地理分布与媒介和动物的分布基本重叠，主要分布于北美洲、欧洲、非洲南部及东亚、东南亚的沿海和人口稠密地区（图3）。
　　图3：SFGR感染的全球分布
　　欧亚大陆SFGR的种群丰度最高（16种SFGR），其次是非洲13种，美洲10种，大洋洲有2种。R. felis是分布最广泛的SFGR（图4）。
　　图4：四个大陆17种主要SFGR的地理分布
　　（4）模型和聚类分析
　　基于地理信息技术及机器学习算法，采用增强回归树模型、随机森林等三种模型对全球17种主要SFGR的空间分布格局进行了生态环境影响因素分析和风险预测，发现模型预测的SFGR高风险热点区域比现有记录地区范围更广，其中R. felis高风险地域的面积最大（约1500万平方公里），潜在影响的人口数最多（约44亿），危害最为严重。其余分别为R. conorii（覆盖1100万平方公里区域和潜在影响37亿人口）和R. africae（990万平方公里和36亿人口）。气候气象（如温度和降水相关的变量）和动物分布（如绵羊、马密度、哺乳动物丰度）是对SFGR传播风险影响最大的影响因素，其中，年平均气温在大多数SFGR预测模型中的相对贡献度均超过10%。加权平均聚类分析显示，主要斑点热群立克次体风险区主要聚集于5个具有较高生境相似度的地域，其中I类SFGR聚集区主要分布在纬度较高的北美中部地区、欧洲、亚洲中部以及东部地区；II、III、IV类SFGR聚集区则在全球各个大陆均有分布；V类SFGR聚集区主要分布在美洲大陆（图5），聚类分析结果进一步明确了全球主要SFGR分布的生境特征。
　　图5：全球主要17种SFGR的聚类分析结果
　　来自美国芝加哥西北大学预防医学系的Dr Yuan Luo（没有参与此研究）在相关评论中指出，长期以来，全球健康研究中一直采用系统综述和meta分析来汇总现有研究结果，斑点热群立克次体的研究模式对已发表的研究系统地审查、地理定位和建模可以在全球范围内评估传染病的传播风险。作者回顾了1906年1月至2021年3月期间发表的关于SFGR的文献，并对未掌握的全球SFGR的空间分布、生态位和临床表现进行了系统刻画，使用机器学习模型为疾病监测提供信息并指导有针对性的数据收集，这是迈向主动机器学习的第一步。同时，该研究为掌握将来气候变化导致的潜在公共卫生影响提供了重要证据（如本研究阐释的年平均气温变化对SFGR传播和暴发的影响）。该研究还提供了将媒介种群与SFGR感染进行关联来开展疾病风险评估的证据，并呼吁在高风险地区提高该病的识别、诊断和监测能力。END
　　References
　　1.Parola P Paddock CD Socolovschi C et al. Update on tick-borne rickettsioses around the world: a geographic approach. Clin Microbiol Rev. 2013; 26: 657-702
　　2.Azad AF Beard CB. Rickettsial pathogens and their arthropod vectors. Emerg Infect Dis. 1998; 4: 179-186
　　作者团队介绍：
　　方立群研究员带领的军事科学院军事医学研究院传染病监测预警研究团队多年来一直专注于传染病尤其是虫媒传染病的传播风险预测与防治研究，从＂十二五＂以来分别获得国家传染病重大专项、重点研发项目支持，开展重要媒介生物与虫媒病原体的时空分布、影响因素及流行风险预测研究，获得大量虫媒病原流行本底、疫源地变迁以及传播风险动态趋势的科学证据，成果发表于NEJM, BMJ,《柳叶刀-感染病学》（The Lancet Infectious Diseases），《柳叶刀-公共卫生》（The Lancet Public Health）等国际医学领域学术顶刊，绘制的中国自然疫源性疾病地理信息图谱2021年入选国家＂十三五＂科技创新成就展。
　　*中文解读由作者提供，仅供参考，所有内容以英文原文为准。