一项关于纽约州废水监测与甲型肝炎临床监测之间关联的初步研究

《Enzyme and Microbial Technology》：A pilot study to correlate wastewater and clinical surveillance for hepatitis A in New York state

　　hepatitis A病毒在纽约州废水监测中的早期预警作用研究显示，通过数字PCR检测 wastewater 中 HAV RNA，在低发病率地区可提前 41 天发现病例相关信号。比较 2022 年 9 月至 2023 年 11 月 4 个县 1558 个样本发现，有病例的 sewerhed 检测率（7.4%）和 RNA 浓度（267 copies/μL）显著高于无病例组（p<0.05）。91% 的临床病例在诊断前 5 周内其所在县 wastewater 出现新检测，平均提前 41 天。研究证实废水监测可作为补充临床 surveillance 的有效手段，尤其能捕获无症状感染。

　　### 研究背景与目的

随着全球公共卫生需求的不断增长，污水监测作为一种新兴的流行病学工具，其应用范围正在不断扩大。在新冠疫情初期，污水监测技术已被广泛用于追踪新冠病毒（SARS-CoV-2）的传播情况，显示出其在评估社区疾病传播和预测临床病例增加方面的巨大潜力。除了新冠病毒，许多其他具有公共卫生重要性的病原体，如甲型肝炎病毒（HAV），也在人类粪便中被发现并存在于污水中。HAV 是一种肠道病毒，通常会引起急性胃肠炎，且在成人中约有 70% 的感染会发展为急性肝炎。由于 HAV 在症状出现前即可在粪便中传播，因此在低发病率背景下，污水监测可能成为早期预警系统的重要组成部分。

本研究旨在评估污水中 HAV 的病毒基因组检测效果，并将污水监测与临床 HAV 监测进行对比，以探讨污水监测在识别 HAV 病例聚集区域方面的潜力。通过比较污水中 HAV RNA 的检测时间和临床病例的诊断时间，研究希望揭示污水监测在提前发现潜在病例和防止大规模疫情爆发方面的作用。此外，研究还试图了解污水监测在识别无症状或轻症感染方面的能力，这在传统的临床监测系统中往往难以实现。

### 方法概述

本研究涵盖了多个步骤，以确保数据的准确性和可靠性。首先，研究人员通过向污水处理厂的污水样本中加入已知浓度的 HAV 基因组 RNA 来评估 HAV 基因组的回收率。通过这种方式，他们能够确认污水中 HAV 的检测方法是否有效，并了解其在不同地区的回收情况。接着，污水样本的采集和处理采用了多种方法，包括使用蔗糖缓冲液离心法和 CERES Nanotrap 方法，以提取污水中的病毒核酸。这些样本随后被送往纽约州公共卫生实验室（Wadsworth Center）进行 HAV 的定量检测和基因组分析。

为了评估污水监测与临床数据之间的关系，研究人员从纽约州的传染病电子监测系统（CDESS）中收集了临床病例的数据，包括诊断日期、暴露时间和暴露类型等信息。通过将这些数据与污水样本的检测结果进行比较，他们能够确定污水监测在预测 HAV 病例中的有效性。此外，研究还进行了时间序列分析，以评估污水中 HAV RNA 浓度的变化与临床病例的时间分布之间的关系。

### 研究结果

研究结果显示，在污水处理区域中，有 HAV 病例报告的区域，其污水中 HAV RNA 的平均浓度显著高于无病例报告的区域。具体而言，有病例报告的区域平均 HAV RNA 浓度为 267 个基因拷贝每微升，而无病例报告的区域平均浓度仅为 21 个基因拷贝每微升（p < 0.05）。这一发现表明，污水中 HAV 的浓度可以作为 HAV 病例聚集的早期指标。

此外，研究发现，在 HAV 暴露开始后至诊断期间，污水中 HAV RNA 的检测率高达 91%。这意味着，污水监测能够在临床诊断之前提前约 41 天检测到 HAV 的存在。这种提前检测的能力对于公共卫生部门来说具有重要意义，因为它可以为采取预防措施提供宝贵的时间窗口。

### 病毒基因组的检测与分析

为了进一步验证污水中 HAV 的来源，研究人员进行了病毒基因组的分析。通过使用最大似然法和 Tamura-Nei 模型，他们构建了 HAV 的系统发育树，并将其与临床样本进行了比较。结果显示，污水中的 HAV 样本与临床样本在基因型上存在高度一致性，尤其是在有 HAV 暴发报告的区域。然而，也有部分污水样本的基因型与同一区域的临床病例不一致，这可能意味着这些污水样本来源于其他未报告的病例或非本地传播的病例。

### 临床与污水数据的对比

研究还对比了临床病例数据和污水检测数据的时间分布。例如，在 Erie 县，HAV 的临床病例在污水检测中提前了约 17 天被发现，而在 Westchester 县，这一时间间隔为 23 天。这种时间差表明，污水监测能够在临床诊断之前提供重要的预警信息，从而帮助公共卫生部门更早采取干预措施。

### 研究意义与未来方向

本研究的发现具有重要的公共卫生意义。首先，污水监测在低发病率地区能够有效检测 HAV 的存在，为早期预警提供依据。其次，污水监测能够识别无症状或轻症感染，这在传统的临床监测系统中往往难以实现。最后，研究结果表明，扩大污水监测的覆盖范围可以提高识别潜在病例的能力，从而更有效地分配资源进行干预。

然而，研究也指出了几个局限性。首先，由于 HAV 的临床发病率较低，研究的统计效力可能受到限制。其次，污水中 HAV 的检测并不总是能够与临床病例的基因型匹配，这可能意味着部分污水检测结果并非由已知病例引起。因此，未来的研究需要进一步探索污水中 HAV 的来源，以及其在不同环境条件下的传播动态。

### 结论

综上所述，本研究提供了有力的证据，表明在低发病率背景下，污水监测可以作为 HAV 的早期预警工具。通过比较污水监测与临床监测的数据，研究发现污水监测能够在临床诊断之前提前检测到 HAV 的存在，从而为公共卫生部门提供宝贵的时间窗口，以便采取预防措施。此外，污水监测还能够识别无症状或轻症感染，这对于全面了解 HAV 的传播情况具有重要意义。因此，扩大污水监测的覆盖范围和提升其检测能力，将有助于更有效地预防和控制 HAV 的传播，减少其对公众健康的威胁。