巴布亚新几内亚儿童间日疟原虫原发感染与复发后急性发病风险研究：基于贝叶斯模型的免疫暴露分析

　　本刊推荐：本研究通过建立贝叶斯统计模型，首次量化了巴布亚新几内亚儿童群体中间日疟原虫（Plasmodium vivax）原发感染与复发后急性发病概率的差异。研究发现临床发病概率随累积原发感染次数呈指数衰减，复发贡献了50%的疾病负担（尽管占血期感染力的80%），为疟疾监测策略和干预措施（如靶向治疗）提供了关键参数依据。

　　

引言

尽管过去25年取得重大进展，间日疟原虫（Plasmodium vivax）疟疾仍是全球公共卫生挑战，2023年估计有900万临床病例。约33亿人生活在间日疟传播区域内，2017年临床病例成本估计达3.5亿美元。感染结果可从无症状感染到未并发症、重症甚至死亡。多数间日疟血期感染无症状且常呈亚显微状态，但症状性感染对传播有不成比例的贡献。间日疟比恶性疟原虫（P. falciparum）对常规控制措施更具韧性，常归因于其从肝期休眠体（hypnozoites）复发的能力。复发被认为致病风险较低，但仍导致显著负担。估计原发感染和复发后临床发病概率对设计控制消除策略、数学模型参数化和疾病负担估计至关重要。

方法

伦理声明

该队列研究经巴布亚新几内亚医学研究咨询委员会（批准号05.19和09.24）、美国凯斯西储大学医院医学中心和瑞士巴塞尔伦理委员会（批准号03/06）批准。所有儿童的父母或法定监护人提供书面知情同意。

数据来源

队列基于巴布亚新几内亚东塞皮克省Maprik地区的Ilaita村，完全描述见既往文献。264名1-3岁儿童入组后随访16个月。入组时显微镜检测 prevalence 间日疟为44%，恶性疟为33%。通过每两周主动病例检测和鼓励至研究诊所就诊来发现疾病。间日疟急性疾病定义为显微镜检测密度≥500寄生虫/μL且体温≥37.5°C或48小时内发热史。估计每年每名儿童发生2.46次间日疟和2.56次恶性疟发作。研究团队为快速诊断测试（RDT）或显微镜阳性且发热或发热史者提供蒿甲醚- lumefantrine（artemether-lumefantrine）。其他抗疟药可在研究外提供并记录于健康手册。当时，伯氨喹（primaquine）根治不在国家治疗指南中，未使用。每两个月采集指血样本进行基因分型，共9个常规调查时间点。显微镜或LDR-FMA（一种物种检测分子方法）阳性血液样本使用微卫星 msp1F3 和 MS16 进行间日疟基因分型，使用 msp2 通过毛细管电泳进行恶性疟基因分型。本研究包括243名（92%）参加了至少6个常规调查时间点的儿童数据。

复发分类

“复发”广义包括从肝脏休眠体或非循环血期裂殖子释放寄生虫。多数间日疟生物量隐藏在脾脏和骨髓而非循环中。复发感染力估计来自Ilaita队列基因分型数据，考虑了不完全检测。假设复发率不受同一批次（brood）持续血期感染的影响。为捕捉不确定性，开发了8种复发分类，基于三个假设：同一批次血期感染存在时复发是否致病、原发感染无症状时复发是否致病、复发顺序是否影响发病概率。定义A：所有复发可能致病；定义B：排除同一批次感染存在时或自然清除后20天免疫期内的复发。两种定义均排除抗疟药预防期内的复发。还考虑了复发仅当原发感染致病时才致病的情况，以及按复发顺序分组（如第一次/第二次与第三次及以上复发）的情况。

建模策略

估计间日疟原发感染和复发后发病概率，考虑获得性免疫。策略包括三部分：首先获取每类年龄组、ITN使用、村庄和两个月时间间隔的预期原发感染和复发数；其次将观察到的临床病例数与预期原发感染和复发数关联，使用终生原发感染数作为获得性临床免疫代理；最后将两部分作为模块集成到OpenMalaria模拟器中，预测不同传播强度的年龄发病率曲线并验证。

预期原发感染和复发数

原发感染和复发感染力估计来自既往使用基因分型数据的分析。原发感染季节性假设遵循恶性疟感染季节性，因相同蚊媒传播两种物种。使用监狱志愿者感染Chesson株（源自新几内亚岛）的数据估计间日疟复发时间，儿童年龄别叮咬率基于WHO生长标准体表面积计算。这些来源提供了间日疟原发感染和复发季节性强度的估计。基因分型数据未重复使用，避免双重 dipping。为考虑治疗、预防期和不同复发定义，使用基于既往分析的个体基模拟模型获取预期数。血期感染持续时间不确定性大，使用两种不同估计，因此有两套输入参数值。

估计发病概率的统计模型

模型变体A1：使用复发定义A的单一复发组。观察到的临床病例数假设服从泊松分布。总临床发病概率是原发感染和复发贡献的加权和。发病概率允许随累积原发感染数（获得性临床免疫代理）变化，呈指数衰减。模型变体B1仅定义不同；变体A2和B2纳入三个类别。模型在贝叶斯框架中使用Stan via RStan拟合。

预测所有年龄组和传播强度的临床疾病

为预测年龄发病率曲线，调整OpenMalaria框架，集成间日疟模块，包括原发感染和复发模拟模型及临床发病概率估计。添加潜伏期（从感染性叮咬到原发感染的时间）、母体临床免疫和传播强度与原发感染力关系的组件。使用OpenMalaria提供感染性蚊叮咬现有组件和预测生成机制。假设叮咬数存在异质性。潜伏期设为三个五天时间步长。添加母体免疫对抗临床疾病的组件，使用Hill函数。假设存在宿主内和宿主间异质性。

验证

使用具有相同复发模式的设置中观察到的年龄发病率模式验证模型。使用巴布亚新几内亚Wosera等地卫生设施数据、印度尼西亚巴布亚和瓦努阿图的数据、以及巴布亚新几内亚较大儿童队列的发病率估计。使用婴儿间歇性预防治疗（IPTi）试验安慰剂组数据验证母体免疫组件。承认年龄依赖就诊行为可能影响卫生设施模式。

结果

原发感染和复发发病率

原发感染季节性明显，复发季节性较不显著。预测复发峰值出现在与原发感染不同的时间间隔。为反映血期感染持续时间不确定性，使用两套替代输入参数值。参数集1（较短平均血期感染持续时间）导致略高发病率估计。队列中，预期累积原发感染数从1岁约8次到4岁约40次。

估计原发感染和复发后临床发病概率

贝叶斯统计模型通过模拟验证，能够恢复已知发病概率参数值。应用于Ilaita队列临床数据和预期原发感染及复发数，预测和观察临床发病率按年龄组和两个月间隔相似，表明模型拟合合理。所有模型变体中，间日疟原发感染后发病概率随累积原发感染数下降，在年幼儿童中最快。模型变体因复发定义不同而估计发病概率不同。复发后发病概率较低，如果复发数较高（定义A包括所有复发）相比仅计数无同一批次血期感染时的复发（定义B）。对于按复发顺序分组的变体，后期复发估计发病概率较低。参数估计见表3。季节性变化，复发估计贡献该队列中间日疟疾病的约一半，尽管占血期感染力的80%。总体估计复发贡献比例与巴布亚新几内亚另一地点伯氨喹试验中的估计一致。季节比例变化也与埃塞俄比亚卫生设施数据估计相似，尽管该地有不同复发模式。间日疟疾病季节性已被发现与恶性疟不同，表明复发与原发感染有不同季节性。

预测年龄别临床发病率

为预测年龄发病率曲线，将原发感染、复发和临床疾病模型组件与潜伏期、母体免疫和蚊叮咬组件结合。使用具有相同复发模式的设置中的观察数据验证模型变体。关键输入（传播强度和治疗覆盖率）未知时，使用值范围。在巴布亚新几内亚Wosera，传播强度1992年测量为每人每年12次感染叮咬（ibppy），观察年龄发病率曲线使用1992–93年卫生设施数据估计。就诊比例未知，因此预测不同就诊水平的年龄发病率曲线。观察数据与30%间日疟病例就诊的预测曲线合理一致。瓦努阿图研究使用每周主动病例检测，因此假设所有病例被发现。但传播强度未知，因此模拟值范围。10和20 ibppy 的一致性良好。IPTi试验安慰剂组婴儿通过被动病例检测随访。由于传播强度和就诊比例均未知，验证范围有限。但观察和模拟年龄发病率曲线均与母体免疫在早期几个月影响最大一致。预测发病概率随获得性临床免疫增加而下降。考虑累积暴露和感染可检测性，预测与亚马逊低传播设置中的估计一致，表明概率高于本队列设置。年长儿童间日疟发病率低预测得到巴布亚新几内亚包括较大年龄队列的观察支持。不同模型变体给出相似预测年龄发病率曲线，因它们拟合相同数据且结构上仅预期在由原发感染疾病触发的干预引入时差异显著。

讨论

估计了巴布亚新几内亚 endemic 设置中间日疟原发感染和复发后发病概率。据知，这是首次对原发感染和复发 both 估计并考虑既往暴露。发现原发感染和复发后发病概率随累积原发感染数指数下降。复发后发病概率低于原发感染，取决于所有或仅部分复发能否致病的假设。同一批次中后期复发发病概率倾向于低于早期者。季节性变化，复发估计贡献该队列中间日疟疾病的 half，尽管占 previously 估计血期感染力的80%。结果暗示由临床疾病触发的干预将聚焦于较新感染和获得性免疫较低的年龄组，且治疗原发感染疾病时清除休眠体将减少复发临床疾病。本研究旨在为个体基随机模拟间日疟动力学模型参数化提供信息。临床疾病纳入模型将 enable 预测可能影响和成本 of 由临床发作触发的干预策略，如病例管理策略和靶向干预。尽管许多间日疟动力学数学模型不包括临床疾病，因与其目标无关，但一些模型包括。有些模型，尤其低传播设置，假设每个原发感染或每个血期感染最初有症状。其他模型允许血期感染恒定发病概率。一些模型允许发病概率随一些或许多获得性临床免疫水平变化。少数模型明确按原发感染和复发变化。少数模型拟合数据估计临床参数。本研究估计了原发感染和复发后发病概率及按既往原发感染数作为获得性免疫代理。

估计存在 several 限制 in both 分子（疾病病例数）和分母（原发疾病和复发数）。间日疟病例定义 adopted from 既往研究，估计发热阈值寄生虫血症具有>99%敏感性和约90%特异性识别研究人群中的间日疟发作。改变此截断值或调整主动病例检测频率将改变病例数从而改变估计发病概率。估计原发感染和复发数时，旨在尽可能少假设并基于相同地理区域相同复发模式数据，但一些假设仍 required。原发感染力不确定性未包括在模拟中，但它以合理精度估计（参数集2为11.5（95% CI 10.5, 12.3）或参数集1为13.3（11.9, 14.2））。原发感染发病率从基因分型数据估计，尽管可能显示异源的复发可能作为减数分裂兄弟来自同一动合子。承认一些假设如完美重复季节性模式 unlikely 正确。其他基于数据的假设包括复发时间（来自故意感染监狱志愿者Chesson株）和临床疾病时间（假设它发生在显性血期感染后 shortly）。假设批次间独立性，且复发独立于同一批次内其他休眠体或非循环裂殖子。来自印度尼西亚士兵返回疟区研究的一些支持支持批次独立性假设，发现大部分复发仅单一基因型 in 个体肝脏中有多寄生虫株。此外，未考虑疾病风险在传播季末与季初不同的可能性。感染可能削弱宿主或增强免疫，或共病可能 implicated。该设置当时血期感染频率高，因此无法估计获得性临床免疫衰减。也未考虑可能触发复发的事件如发热或儿童内类别间异质性。

未来，来自具有不同复发模式、传播强度和其他特征的设置的进一步估计将 inform 普适性。但相同研究设计在低传播和相对少临床病例地区不切实际。

结论

估计的原发感染和复发后发病概率随累积原发感染数指数下降。这些发现表明获得性临床免疫随早期感染快速获得，复发后发病概率是原发感染的12%至56%（取决于定义），且同一批次中后期复发发病概率低于早期者。结果可为间日疟负担估计提供信息，并为预测干预影响的数学模型提供构建模块。仅靶向临床病例的干预将聚焦于原发感染和早期复发以及获得性临床免疫较低的年龄组。