环境温度和相对湿度塑造排放后气溶胶命运和空气传播流感

《Journal of Virology》：Environmental temperature and relative humidity shape post-emission aerosol fate and airborne influenza transmission

　　

空气传播是流感病毒传播的主要途径，但环境条件如何影响感染性呼出病毒颗粒的持久性和下游输送尚未完全明确。利用感染了A/California/04/2009 (H1N1)的生理相关猪模型，研究人员研究了温度和相对湿度（T/RH）在两种环境条件下对空气传播流感病毒排放、持久性和传播的影响：20°C/50% RH（环境室内）和7°C/73% RH（寒冷/高湿度）。供体猪在不同条件下的鼻腔病毒载量相似，但在环境条件下，饲养在4米外的未感染哨兵猪提前1天被感染。呼吸和环境空气采样显示，寒冷/高湿度条件下在感染后1天（dpi）短暂增加了呼出气溶胶中的病毒RNA，而环境条件在2-3 dpi支持更大量和更持久的空气传播病毒载量，尤其是在下游位置。受控气溶胶生成实验进一步表明，尽管RNA携带颗粒在两种T/RH状态下均被输送，但环境条件使得感染性病毒随距离的回收量显著更大。总之，这些结果表明，在测试的环境条件下，感染性流感气溶胶在环境室内环境中比在寒冷/高湿度环境中持续更久、传播更远。这些发现确立了环境温度-湿度条件塑造排放后气溶胶命运，从而限制了流感病毒的空气传播范围。

**论文解读：环境温度与相对湿度对排放后气溶胶命运及空气传播流感的影响**

**研究背景与问题**
流感病毒作为人类最易传播的呼吸道病原体之一，每年导致大量死亡和住院，即使在大规模疫苗接种下仍周期性地引起流行。现有疫苗主要减轻疾病严重性，而非完全阻止感染或传播，因此理解空气传播的决定因素至关重要。空气传播是流感病毒扩散的主要途径，病毒通过呼吸、说话、咳嗽等产生的细小气溶胶（≤5 μm）可悬浮数小时并沉积于下呼吸道，而较大的飞沫（>5 μm）沉降更快但在上呼吸道沉积。环境温度与相对湿度（T/RH）已知影响流感病毒的稳定性、气溶胶行为及传播效率，但环境条件如何独立于供体病毒释放强度来调节空气传播的感染性距离仍不清楚。流行病学数据无法操控环境变量，而小动物模型（如小鼠、豚鼠、雪貂）的气溶胶输出远低于人类，难以模拟真实的人源传播动态。因此，研究人员采用呼出气溶胶输出与人类高度相似的猪模型，结合可控环境条件，探究T/RH如何塑造排放后病毒气溶胶的命运和空气传播范围。

**研究内容与结论**
研究人员利用感染了A/California/04/2009 (H1N1)的猪模型，在两种环境条件（20°C/50% RH代表环境室内，7°C/73% RH代表寒冷高湿度）下，系统评估了鼻腔病毒脱落、呼出气溶胶粒径分布、不同空间位置的环境空气病毒浓度、4米距离的空气传播效率，以及受控气溶胶输送实验。结果显示，尽管供体猪的鼻腔病毒脱落水平在两种条件下相当，但环境条件下哨兵猪提前1天被感染，且感染性病毒在更远距离被回收。寒冷/高湿度条件下呼出气溶胶在感染后1天RNA水平更高，但感染性病毒在距离上迅速丧失；而环境条件支持感染性病毒持续悬浮和下游传播。受控气溶胶实验进一步证实，病毒RNA在两种条件下均能远程运输，但感染性病毒仅在环境条件下实现距离依赖的回收。这些发现确立环境T/RH条件通过调控气溶胶排放后命运，成为流感病毒空气传播感染性范围的关键决定因素。该论文发表在《Journal of Virology》。

**主要关键技术方法**（不超过250字）
- 动物模型与样本队列：24头猪（每个条件12头）鼻腔接种106 TCID50的CA/04-H1N1，在独立通风的ABSL-2气候控制房间内饲养于20°C/50% RH或7°C/73% RH；哨兵猪（每个条件3头）置于4米外仅通过空气暴露。
- 气溶胶采样：使用PathoSift Pro进行尺寸选择性采样（≤5 μm为气溶胶，>5 μm为飞沫），并通过5 μm不锈钢滤网分离；采样位置包括供体笼旁近场、0.5米远处及侧面板。
- 病毒定量：采用TCID50法测定感染性滴度，qRT-PCR测定病毒RNA拷贝数（M基因引物和探针），并利用通用加性模型（GAM）分析距离与T/RH的交互效应。
- 粒径分布测量：使用空气动力学粒径谱仪（APS Model 3321）测量呼出颗粒在0.54–20 μm范围内的分布。
- 受控气溶胶输送实验：用六喷口Collison雾化器雾化病毒，在0.25–3米距离采样，评估感染性病毒和RNA随距离的变化。

**研究结果**

*Nasal viral shedding was comparable across environmental conditions*
通过每日鼻洗液检测供体猪的感染性病毒滴度和病毒RNA，发现两种T/RH条件下鼻腔病毒脱落时间进程和峰值（约5.5 log₁₀ PFU/mL或8.0 log₁₀ RNA copies/mL）无显著差异，支气管肺泡灌洗液（BALF）病毒载量也类似，证明环境条件未改变上呼吸道病毒复制强度。

*Infected pigs predominantly exhale submicron aerosols and emit infectious influenza virus across aerosol and droplet sizes*
使用APS测量麻醉后猪的呼出颗粒，发现99.81%的颗粒≤5 μm，呈单峰分布且峰值<1 μm。PathoSift Pro的尺寸分离采样显示，病毒RNA在气溶胶（≤5 μm）和飞沫（>5 μm）中均可回收，飞沫部分RNA水平略高；感染性病毒虽断续检出，但存在于两种粒径区间。表明供体猪同时释放可短程和长程传播的感染性颗粒。

*Environmental temperature-humidity conditions shape near-field accumulation versus far-field dispersion of airborne virus*
在1 dpi，寒冷/高湿度条件下近场（供体笼前栅栏门）气溶胶和飞沫的病毒RNA水平显著高于环境条件（约5.6 vs 3.3–3.8 log₁₀ RNA copies/m³），但这种差异随感染时间减弱。0.5米处RNA检测在两种条件下均存在，差异缩小。然而，感染性病毒回收呈现明显不同：环境条件下近场有更多阳性样本（3/18气溶胶，6/18飞沫），而寒冷/高湿度条件下仅3/18飞沫阳性，且0.5米处仅各检测到1个阳性气溶胶样本。表明RNA可被物理输送，但感染性病毒回收强烈依赖于环境条件。

*Environmental conditions modulate long-range airborne influenza transmission*
哨兵猪暴露于4米距离后，环境条件下所有3头猪在3天暴露后（dpe）鼻洗液中检出感染性病毒，而寒冷/高湿度条件下直到4 dpe才检出病毒RNA。双因素重复测量方差分析显示暴露天数（P<0.001）、T/RH条件（P=0.034）及其交互作用（P=0.011）显著。说明环境条件直接影响长程空气传播的时机和强度。

*Ambient T/RH preserves airborne influenza infectivity, whereas cold/high-humidity conditions accelerate viability loss*
受控气溶胶实验：环境条件下，病毒RNA在0.25–3米所有距离均可检测，感染性病毒在≤1米处稳定回收，随距离递减至2–3米消失；寒冷/高湿度条件下，RNA同样可检测至3米，但感染性病毒即使在0.25米处也极罕见或缺失。飞沫与气溶胶RNA比值在环境条件下随距离保持稳定，而在寒冷/高湿度条件下随距离下降。GAM分析证实距离（P=0.0039）、T/RH条件（P=0.004）和交互作用（P<0.0001）对飞沫感染性的显著影响。表明环境条件主要通过影响病毒活存而非颗粒物理输送来控制空气传播感染性。

**总结讨论部分**
论文总结指出，在供体病毒脱落水平相当的条件下，环境温度-湿度条件塑造了空气传播流感病毒的距离依赖性。环境室内条件（20°C/50% RH）支持感染性病毒气溶胶的持久悬浮和有效传播，而寒冷高湿度条件（7°C/73% RH）尽管有RNA检测，但限制了感染性病毒在距离上的回收。这些发现表明，由环境T/RH塑造的排放后气溶胶命运是决定呼出病毒能否在远距离保持空气传播感染性的关键瓶颈。该研究通过生理相关的猪模型和空间解析的采样，整合了病毒稳定性与气溶胶输送动力学，为改进流感传播预测模型和制定更有效的环境与公共卫生干预策略提供了机制基础。
**研究结论翻译**：总之，环境温度-湿度条件在供体病毒脱落量可比的情况下塑造了空气传播流感病毒的传播。环境条件支持感染性空气传播病毒的持久性和有效传播，而寒冷/高湿度条件限制了感染性病毒在距离上的回收，尽管检测到了病毒RNA。这些发现表明，由环境温度-湿度条件塑造的排放后气溶胶命运影响呼出病毒是否能随距离保持空气传播和感染性。