清华大学曲久辉院士团队：人类活动导致的生态屏障破坏对人类健康造成致命威胁丨Engineering

1970年以来，人类已发现和分离出超过1500种致病微生物，其中70%来自动物。世界卫生组织（WHO）将15种致病微生物列为可能具有国际威胁的传染病。 近50年来，埃博拉、狂犬病、禽流感、登革热、寨卡和艾滋病等病毒所引发的流行性传染病已经造成超过10亿人感染和超过8000万人死亡，且影响范围和感染人群逐年增加。 其中，几次重大新兴传染病事件包括：西尼罗河病（West Nile River disease）造成4161人感染，277人死亡；2003年暴发的严重急性呼吸综合征（非典型肺炎，SARS）导致8422人感染，919人死亡；2012年暴发的中东呼吸综合征（MERS）已累计造成701人感染，249人死亡。2019年年底暴发的新冠病毒肺炎（COVID-19）由新冠病毒（SARS-CoV-2）引发，截至2020年10月25日，已经导致全球4300万人感染，超过110万人死亡，引起社会各界的高度关注。

新兴传染病的频繁出现引发一个重大科学问题，即病毒如何从在野生动物栖息地生活的自然宿主向人群传播。 基于病毒传播需突破物种屏障和地理屏障的假设，新兴传染病疫情暴发主要取决于自然环境和人类社会之间的关系。人类活动在全球范围内产生了许多环境问题，包括严重污染、全球变暖、自然灾害、野生动物栖息地破坏、生物多样性丧失等（图1）。这些问题显著改变了全球生态系统，影响了野生动植物（其中也包括病原微生物）的行为和栖息地，进而造成传染性疾病暴发频率和范围的变化。新兴传染病出现的频率剧增，已有传染病影响范围逐渐扩大，导致疫情的暴发严重威胁人类健康。 逐渐增多的病毒种类、多样化的感染和传播途径、升高的暴发频率和扩大的影响范围都给预防与控制新兴传染性病毒带来了严峻挑战。

图1.  人类活动对生态屏障的破坏作用。生态屏障阻断三个主要病毒传播途径，包括野生中间宿主传播途径、人工饲养禽畜传播途径和环境介质传播途径。削弱生态屏障的典型人类活动包括全球气候变化、野生动物栖息地入侵、日益增加的人类活动范围和城镇化。

现阶段，疫苗是保护易感人群最经济有效的策略。然而， 目前针对大多数RNA病毒和新兴人畜共患病病毒缺乏有效的疫苗。 对于新兴传染病来说，提前预防比事后控制更加经济有效。因此，识别病毒从自然宿主向人群传播的途径和机制，有助于形成长期有效的传染病防控策略，具有重大的现实意义。

已有研究表明，病毒突破生态屏障进行传播是新兴传染病出现的根源。 生态屏障具有生态系统限制新兴传染病大范围传播的作用，包含物种屏障与地理屏障两个核心内容，从微观和宏观两个层面共同决定新兴传染性病毒在人群中的传播。物种屏障限制了病毒在新宿主中的有效传播。物种屏障的有效突破被称为宿主溢出，主要由病毒突变或进化概率决定，决定了病毒适应新宿主并最终在新宿主种群中传播的可能性。另一方面，地理屏障的突破取决于病毒区域传播的概率与频率，与病毒宿主和潜在宿主或人群之间的接触情况密切相关。 尽管已有大量研究报道了物种屏障与地理屏障在新兴传染病暴发初期的作用，但以往工作主要聚焦在流行病学和免疫学领域，仍缺乏深入的和系统性病毒迁移与传播的宏观尺度研究。

病毒的遗传稳定性较弱，其进化和变异过程与生态环境密切相关。与此同时，病毒、环境介质和宿主之间的相互作用决定了病毒的传播，而且相关影响因素存在较大的地理差异。人类活动对生态系统具有显著影响，例如，对病毒自然宿主野生栖息地的入侵和对气候变化的影响改变了病毒自然宿主或中间宿主的地理分布格局。因此，日益增强的人类活动通过改变人类与自然环境之间的关系而削弱生态屏障，进而加速病毒在人类社会的传播。以流感、艾滋病、严重急性呼吸综合征、中东呼吸综合征和COVID-19为代表的新兴传染病的加速暴发，暗示了人类活动和生态屏障退化之间的关系，将对人类社会的公共安全和可持续发展产生重要影响。但由于缺乏人类活动和生态屏障退化之间关系的清晰阐述，因此， 清华大学曲久辉院士团队系统性地总结了病毒在自然生态系统中的传播规律，揭示了病毒跨生态屏障的传播机制，识别了人类活动削弱生态屏障、加速病毒传播的原理。 相关理论研究有助于新兴传染病的预防与控制。

生态屏障对于病毒从野生或中间宿主传播至人类具有至关重要的作用。生态屏障的强度决定了新兴传染性病毒引发传染性疾病的可能性。 未来的研究重点应为病毒跨生态屏障的动态过程，该过程是预防和控制新兴传染病的关键步骤。 影响生态屏障的主要因素包括传播途径、传播概率、接触频率和病毒特征，而环境介质是生态屏障的重要组成部分。日益加剧的人类活动破坏了生态屏障，造成新兴传染病愈演愈烈的全球性传播趋势。工业化和全球化进程推动了全球气候变化，引发并加剧了新兴传染病的出现；野生动物栖息地的持续流失大大增加了人类与病毒自然宿主的接触概率和新兴传染性病毒突破生态屏障的概率。随着社会经济的快速发展，国际航空和海陆运输日趋密集，进一步推动了病毒的长距离跨境传播，造成新兴传染病的全球大暴发，给公共卫生和生物安全管理带来了巨大挑战。不同国家间存在的文化和生活差异为病毒的出现和传播提供了机会，贫困地区和城市卫生条件差的地区成为传染病传播的新热点，致使新兴传染病在人类社会的广泛传播。

未来研究应进一步探索人类活动对生态屏障强度的影响程度，深入了解新兴传染病跨越生态屏障传播的机制。 由于许多病毒是环境介质中的“暗物质”，因此还应加强野生动物栖息地环境病毒数据库建设，全面解析病毒、宿主和环境介质之间的相互作用，从而更好地认识生态屏障破坏对新兴传染病传播产生的影响。

为有效预防和控制新兴传染病，应开展保护生态屏障的战略措施，阻断病毒从自然宿主向人类社会的传播途径。 首先，应开展针对野生动物栖息地的大型环境病毒调查，追溯引发新兴传染病的病毒来源和地理分布格局，识别高风险或生态屏障脆弱地区。其次，应在人畜共患病病毒的自然宿主（如蝙蝠、穿山甲、候鸟等）或中间宿主（如骆驼、蚊蝇、蜱虫等）的活跃地区开展动态监测，聚焦野生动物栖息地碎片化造成的病毒溢出风险。再次，应建立生物安全预警体系（生物安全天网），作为控制突发性新兴传染病快速传播的战略手段。该生物安全预警体系应包含环境介质（气溶胶、污水等）中病毒载量的在线检测终端和用于预警与应急响应决策的实时大数据分析系统。应定期开展生物安全管理，适时启动应急预警，有效运用生态屏障控制潜在的新兴传染病。最后也是最重要的一点，人类社会在可持续发展过程中亟需重新思考与全球生态的关系，加倍重视对生态屏障的保护。

关键词：新兴传染病；病毒；生态屏障

以上内容来自：Dayi Zhang, Yunfeng Yang, Miao Li, Yun Lu, Yi Liu, Jingkun Jiang, Ruiping Liu, Jianguo Liu, Xia Huang, Guanghe Li, Jiuhui Qu. Ecological Barrier Deterioration Driven by Human Activities Poses Fatal Threats to Public Health due to Emerging Infectious Diseases [J]. Engineering, 2022, 10(3): 155-166.