2020年的新冠瞬间:我们都经历了什么?
新冠疫情塑造了这一年的研究:从疫苗和疗法,到校园停课和虚拟会议。

有一个事件贯穿2020年始终:一种以前不为人知的致命病毒在全球范围内肆虐,造成150多万人死亡和大量的人感染,重创经济发展。虽然2020年还有其他具有新闻价值的研究进展,但是新冠大流行给科学发展定下了一个非同寻常的基调。

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鼻咽拭子已被广泛用于检测新冠病毒(SARS-CoV-2)。资料来源:Athit Perawongmetha/路透社。

新冠病毒的传播速度与科学发现的速度不相上下。新冠病毒一经发现,世界各地的研究小组就开始探究它的病毒生物学,另一些则致力于开发诊断测试盒或研究控制它的公共卫生措施。科学家们全力以赴地寻找治疗方法,开发能遏制疫情的疫苗。纽约市洛克菲勒大学的病毒学家Theodora Hatziioannou说:我们从未在任何其他传染病原体上取得过如此快速的进展。

几乎和所有人一样,研究人员的工作和个人生活也受到了疫情的影响。许多不研究新冠病毒或病毒影响的人,其项目被推迟,事业遭搁置,研究经费被中断。

新型病毒

20201月,在首次报道武汉出现不明原因呼吸道疾病之后不到一个月,中国的研究人员就已经确定了病因:一种新型冠状病毒[1],这种病毒很快就被命名为SARS-CoV-2。到111日,一支中国-澳大利亚团队在网上公布了该病毒的基因序列。不久之后,科学家又有了一个令人警醒的重大发现:该病毒会人传人。 

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新冠病毒颗粒的电镜照片,病毒颗粒包覆在刺突蛋白内。资料来源:英国国家感染服务中心/SPL

2 月,研究人员已经发现新冠病毒会与ACE2受体结合[2],这种蛋白见于许多器官(包括肺部和肠道)的细胞表面。靶标的大量存在或有助于解释新冠肺炎的各种有害症状——从肺炎到腹泻和中风[3]。新冠病毒结合ACE2的强度至少是SARS冠状病毒的十倍,SARS也在2003年引起过致命的呼吸道疾病暴发。科学家认为这可以从一定程度上解释新冠病毒的传染性为何如此之强。 

到了3月,一些科学家指出,能在空气中长时间停留的含有病毒的微小气溶胶在传播中起了一定作用。但并不是所有的研究人员都认同此观点,一些政府和公共卫生组织花了几个月才认同了这是病毒传播的一种方式。研究人员还了解到,人类在出现症状之前就可以传播疾病。根据11月发表的一项分析[4],如果没有采取控制措施,大约一半的新冠病毒传播都是从无症状感染者开始的。

围绕新冠病毒生物学的最大悬念也许是它的来源。有力的证据表明,它起源于蝙蝠,并可能通过中间动物传给人类。好多种动物都容易感染新冠病毒,包括猫和水貂。9月,世界卫生组织(WHO)成立了一个科学小组,调查疫情的动物来源:从中国开始寻找,并扩大到其他地方。美国总统特朗普等人在没有实质性证据的情况下,声称是某个中国实验室释放了新冠病毒,但大多数科学家都认为这种可能性基本没有。


疫情防控的成与败

从疫情初期开始,流行病学家就马不停蹄地开发出病毒传播预测模型,并提出哪些公共卫生措施可以帮助控制病毒。在没有疫苗或治疗方法的情况下,世界各地的官员都依靠封锁等非药物干预措施。今年1月,武汉的官员证明快速让日常生活几乎全部停摆能控制住病毒的扩散。世界上许多地方也随之实行了类似的人员流动限制。

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许多国家为控制疫情而限制人员流动。资料来源:Aly Song/路透社

但封锁措施很快就对经济产生了严重的影响,导致许多国家在病毒得到控制之前就解除了封锁。在大流行初期,由于病毒是否能通过空气传播尚不明确,戴口罩是否有用也引起了争议,而且戴口罩的行为还被政治化了——特别是在美国。与此同时,阴谋论、不实信息、不严谨的科学发现几乎与病毒传播的速度一样快,其中还包括要让病毒自生自灭而不是加以控制的讨论。

流行病学家认为,大规模检测是摆脱这场危机的正道。但是由于使用PCR技术的标准检测试剂盒和试剂短缺,许多国家遇到了瓶颈。这促使世界各地的研究小组开始设计新的快速检测方法,包括基于基因编辑工具CRISPR的检测方法和快速抗原检测方法,这还有助于诊断未来的新发疾病。

越南、中国台湾和泰国等地在早期遏制了病毒传播,采用的办法各异,包括全面封锁、广泛检测、强制佩戴口罩和数字接触追踪。在新加坡、新西兰和冰岛,积极的检测-追踪方案加上严格的隔离措施,病毒几乎被消灭,生活也恢复到了接近正常的状态。

美国约翰斯·霍普金斯大学的流行病学家Caitlin Rivers说,这些成功案例的共同点是政府愿意采取迅速、果断的行动,及早积极的行动确实有助于减缓传播。

但在另外许多国家和地区,官员们行动迟缓,无视科学建议,或难以扩大检测规模。结果是感染率上升,引发第二波疫情。在美国和西欧,新冠肺炎的感染和死亡人数现在再次激增。

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全球已有超过150万人死于新冠肺炎。资料来源:Michael Dantas/AFP/Getty。

加速疫苗研发

在一片混乱中,一项历史性的科研成就为世界带来了疫苗——对抗一种一年前还不为人知的新疾病。新冠疫苗的研发和测试速度令人惊叹。在11月的最近一次统计中,世卫组织表示有200多种疫苗正在开发中,其中约有50种处于临床试验的不同阶段。这些疫苗采用了种类繁多的技术路线:从使用化学灭活新冠病毒的老式接种,到以前从未有过许可疫苗的新技术。

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辉瑞-BioNTech新冠疫苗获得紧急使用授权后,Margaret Keenan成为英国第一个接种该疫苗的人。资料来源:Jacob King/PA Wire/Bloomberg/Getty。

大型效力试验结果显示,制药公司辉瑞和德国生物技术公司BioNTech的疫苗、美国生物技术公司Moderna的疫苗、制药公司阿斯利康与英国牛津大学研发的疫苗都能有效预防新冠肺炎。在过去一个月里,英国和美国的监管机构已经为辉瑞的疫苗颁布了紧急使用授权,允许广泛使用,欧盟的监管机构预计也将在未来几周内做出决定。中国和俄罗斯研制的疫苗已经获得批准,但是未完成最后阶段的人体测试。

辉瑞和Moderna的疫苗预防新冠肺炎的有效性似乎在95%左右,而阿斯利康和牛津的疫苗的有效性仍不确定。还有一些重要的问题依然未解:疫苗对重症的预防效果如何,尤其是对老年人的预防效果如何,保护效果能持续多久?而且科学家仍然不知道疫苗是否能阻止病毒的人际传播——对抗其他疾病的许多疫苗都不能做到这一点。

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坎帕拉的高危居民在乌干达封锁期间接受食物配送。资料来源:Sumy Sadurni/AFP/Getty。

疫苗要发挥作用,就必须送到最需要的人手中。包括美国、英国、欧盟成员国和日本在内的富裕国家已经预先购买了数十亿剂的各种疫苗。为中低收入国家采购疫苗的项目也得到了许多富裕国家的支持,但是不包括美国,最终能否成功还是未知数。在疫苗的生产和交付方面存在着无数的障碍;例如,辉瑞公司的疫苗需要在-70℃的温度下保存,这将给世界上没有冷藏设施的地区带来问题。后面肯定会出现更多的困难。

新旧疗法

鉴于给全球人口接种疫苗——可能需要定期接种——所面临的物流挑战,单靠疫苗不太可能结束这场大流行。荷兰乌得勒支大学医学中心的重症监护医生Lennie Derde说:“摆脱疫情的唯一方法是疫苗和治疗相结合。”

研究人员全力测试了一系列潜在的治疗方法,结果有成有败。一些候选药物,包括疟疾药物羟氯喹和两种艾滋病毒药物的“鸡尾酒”疗法,在小型临床试验和观察性研究中初显希望,但后来在对新冠肺炎住院患者进行的较大规模的随机对照研究[5,6]中未能显示出作用。

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一些国家的医院在大流行期间不堪重负。资料来源:Irfan Khan/Polaris/eyevine。

4月,一项大型临床试验的研究人员宣布,一种名为瑞德西韦(remdesivir)的抗病毒药物缩短了新冠肺炎患者的住院时间,但后来的研究发现,瑞德西韦并没有显著减少死亡。11月,世界卫生组织建议不要使用该药。

潜在的新冠肺炎治疗方法在一些地区被严重政治化,它们吹嘘未经证实的疗法,包括羟氯喹。一些监管机构还为未经证实的疗法颁发了紧急使用授权,在某些情况下阻碍了临床试验,并引发了安全担忧。

另一些疗法则较为成功。6月,一项关于地塞米松(一种免疫抑制类固醇)的大型试验发现,对需要给氧的新冠肺炎患者使用该药后,它能将死亡人数减少约三分之一。另一种以免疫系统为目标的药物,称为托珠单抗(tocilizumab),在临床试验中取得的结果好坏参半,但在新冠肺炎重症患者中显示出希望。

其他干预措施正在症状较轻的新冠肺炎患者中进行测试,以了解它们是否能降低轻症发展为重症的几率。给人们注射从新冠肺炎康复者身上采集的血浆的研究正在进行当中。一些科学家希望大规模生产的用于直接使新冠病毒失活的单克隆抗体能有所帮助,但研究还没有表明这些昂贵的治疗方法是否能达到人们的预期。

最终,新冠肺炎的治疗可能需要根据一个人的风险因素和疾病的严重程度,量身定制药物组合,Derde说。她是国际试验REMAP-CAP的指导委员会成员,该试验旨在测试新冠肺炎疗法单独使用和联合使用的效果。“最合理的假设是,没有单独哪一种神奇的药物会发挥巨大的作用。”她说。


研究中断

自第二次世界大战以来,科研工作从未受到如此大规模的干扰。随着新冠病毒开始在各国蔓延,许多大学在3月份关闭了校园。除了最重要的实验外,实验室也陆续关闭,实地工作被取消,会议也挪到了线上。

在许多与疫情没有直接关系的领域,项目和进展被严重拖慢。研究人员突然被迫在家工作,发现自己的生活被打乱了,往往要面对照顾家庭和图书馆等资源访问受限的问题。许多学生还发现自己没有实地研究的数据,也去不了完成学位所需的实验室。旅行中断使找工作变得更加困难。

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在户外保持物理距离有助于减少病毒的传播。资料来源:Josh Edelson/AFP/Getty。

受影响最大的当属女性、父母、职业早期阶段的研究人员,以及来自代表性不足群体的科学家,对这些人来说,新冠疫情让本来就会对参与科研造成困难的境况更恶劣了。4月和5月在巴西对3345名学者进行的调查[7]发现,黑人妇女以及所有种族的母亲在疫情期间的生产力下降最大——以她们提交研究论文和如期完成工作的能力为衡量标准。“毫无疑问,这些结果也能反映其他国家的情况。”研究负责人Fernanda Staniscuaski说。她是巴西南里奥格兰德联邦大学的植物生物学家。

全球各国政府以各种方式作出反应,有些政府为高等教育和研究密集型产业提供财政支持。例如,澳大利亚为2021年的大学研究投入了10亿澳元。相比之下,在美国,研究工作在2.3万亿美元的经济救助计划中基本被忽略。 

到了8月,美国和欧洲的许多大学校园开始重新开放,尽管许多社区的感染率激增——通常是由学生返校推动的。其他暴发大规模疫情的国家,如印度和巴西,重新开放的程度没有像美国一样。

另有一些亮点值得一提。即使边界关闭,一些国际合作也在增加[8];研究人员开始更公开地分享数据,许多人在预印本服务器上发布他们的成果;大多数出版机构将新冠论文开放,供免费阅读。研究文化也发生了转变,至少暂时如此——从强调生产力,转向讨论工作与生活平衡等更广泛的问题。英国牛津大学研究国际研究模式的研究员Xin Xu说:“我希望这场大流行带来的积极变化能够保持下去。”

参考文献:

1. Zhu, N. et al. N. Engl. J. Med382, 727–733 (2020).

2. Hoffmann, M. et al. Cel181, 271–280 (2020).

3. Gupta, A. et al. Nature Med26, 1017–1032 (2020).

4. Sun, K. et al. Science https://10.1126/science.abe2424 (2020).

5. Horby, P. et al. N. Engl. J. Med.383, 2030–2040 (2020).

6. Horby, P. W. et al. Lancet396, 1345–1352 (2020).

7. Staniscuaski, F. et al. Preprint at bioRxiv https://doi.org/10.1101/2020.07.04.187583 (2020).

8. Fry, C. V., Cai, X., Zhang, Y. & Wagner, C. S. PLoS ONE15, e0236307 (2020).


原文以COVID and 2020: An extraordinary year for science为标题发表在《自然》上

© nature

doi:immersive/d41586-020-03437-4

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