学术研究报告

一、 作者、机构与发表信息

本研究的主要作者为Francisca Astorga、Abdelghafar Alkishe、Paanwaris Paansri、Gabriel Mantilla和Luis E. Escobar。作者团队来自多个研究机构，包括智利安德烈斯贝略大学生命科学学院可持续性研究中心、美国弗吉尼亚理工大学鱼类与野生动物保护系、全球变化中心、新发人畜共患病与节肢动物传播病原体中心、凯洛格哲学政治与经济中心，以及厄瓜多尔瓜亚基尔海岸理工学院自然科学与数学系。此项研究发表于《Ecosphere》期刊，接受日期为2025年1月28日，并于2025年正式在线发表，是一篇开放获取（Open Access）的文章。

二、 研究背景与目标

本研究属于传染病生态学与病毒学交叉领域，聚焦于汉坦病毒（Hantavirus）在美国啮齿动物宿主中的生态学与流行病学。汉坦病毒属于汉坦病毒科，是一类主要由啮齿动物携带的病原体，可导致人类严重的疾病，如在美国以辛诺柏病毒（Sin Nombre virus, SNV）为主要病原体引起的汉坦病毒肺综合征（Hantavirus Pulmonary Syndrome, HPS）。辛诺柏病毒的主要宿主是鹿鼠（Peromyscus maniculatus），但已知其他啮齿动物也可能参与病毒的传播与维持。

尽管已有大量研究，但我们对汉坦病毒在野生动物宿主中的传播动态、时空分布模式，以及除已知主要宿主外其他啮齿动物物种的作用仍缺乏全面了解。这种复杂性源于病毒与宿主种群、环境因素（如气候、资源）以及宿主群落结构的相互作用。全面了解病毒的野生循环是准确评估其向人类传播风险的基础。

本研究的主要目标是：利用美国国家生态观测网络（National Ecological Observatory Network, NEON）产生的标准化、大规模监测数据，系统地评估影响美国境内啮齿动物种群中汉坦病毒空间和时间分布的因素，识别新的潜在宿主物种，并阐明病毒在野生动物循环中的维持模式。NEON项目提供了一个独特的机会，因其覆盖范围广、采样协议标准化且数据公开，有助于克服以往小规模、短期研究在样本量和空间代表性上的局限。

三、 研究流程与方法

本研究是一个基于大规模监测数据的回顾性生态学与流行病学分析，不涉及实验室实验，而是对NEON已有采集的数据集进行提取、整理与统计分析。研究流程主要包括以下几个步骤：

1. 数据来源与获取： 研究数据完全来源于NEON的两个核心项目：小型哺乳动物箱式诱捕项目（Small Mammal Box Trapping）和啮齿动物病原体状态项目（Rodent Pathogen Status）。数据产品编号分别为DP1.10064.001和DP1.10072.001。数据收集时间跨度为2014年至2019年，覆盖美国本土45个NEON陆地野外站点（由于法规限制，夏威夷、波多黎各和黄石国家公园的站点未收集血液样本）。在这些站点，NEON使用标准化的网格化布设陷阱方法进行捕获，并在指定的“病原体网格”中采集体重超过10克且健康状况良好的啮齿动物的血液样本。

2. 数据处理与标准化： 作者使用neonUtilities软件包对从NEON下载的原始数据进行标准化处理。研究构建了三个主要数据集进行分析：(1) 所有捕获的小型哺乳动物物种；(2) 仅包含鹿鼠（Peromyscus maniculatus）的数据；(3) 仅包含白足鼠（Peromyscus leucopus）的数据。研究排除了那些科学名称模糊不清的记录（如“Peromyscus gossypinus/leucopus”），以确保分类的准确性。血清阳性率（Seroprevalence）定义为血清阳性样本数占该组总血液样本数的比例。

3. 数据分析方法： 分析涵盖了空间、时间、宿主生物学特征等多个维度。 * 空间分析： 通过地图可视化展示NEON站点分布、血液样本采集量以及各州、各站点的血清阳性率。计算了不同物种、不同地理层级的血清阳性率。 * 宿主特征分析： 使用R语言中的prop.test()函数（基于卡方统计量的参数比例检验）分析血清阳性率与宿主性别（雄性/雌性）、生殖状态（睾丸是否阴囊下降、是否怀孕）、生活阶段（成年、亚成年、幼年）之间的关联。 * 时间序列分析： 这是研究的重点和难点。研究构建了时间序列模型来探索捕获数量与血清阳性率之间的关系。具体使用了“tseries”包中的样本互相关函数（Cross-Correlation Function, CCF）。CCF用于识别“x变量”（此处为捕获数量）的滞后项是否能够预测“y变量”（血清阳性率）。例如，显著的负滞后相关表示x变量领先于y变量。此外，还使用forecast包进行了乘法分解（Multiplicative Decomposition），将时间序列分解为趋势、季节性和残差（噪声）三个成分，以描述跨年度和季节的变化模式。 * 形态计量学分析： 使用rstatix包中的wilcox_test()函数（Wilcoxon检验，一种非参数检验方法）比较血清阳性与血清阴性个体在身体质量、后足长度、总长、耳长和尾长等测量指标上的差异。 * 数据处理与可视化： 所有分析均在R语言环境中完成，并使用了ggplot2等包进行图表制作。文中提及了所有用于处理NEON数据和进行分析的R代码的可获得性。

四、 主要研究结果

1. 总体样本与血清阳性概况（2014-2019年）： NEON项目在此期间共记录了104,379次小型哺乳动物捕获，收集了14,004份来自49个物种的血液样本。从中鉴定出296份血清阳性样本，总体血清阳性率为2.1%。血清阳性样本来自15个啮齿动物物种（占采样物种的30.6%）。其中，鹿鼠（P. maniculatus）的血清阳性样本数最多（n=116，血清阳性率2.9%），其次是白足鼠（P. leucopus， n=96, 2.8%）和宾夕法尼亚田鼠（Microtus pennsylvanicus, n=33, 4.2%）。研究首次报告了在六个物种中检测到汉坦病毒血清阳性，这些物种此前未被报道为汉坦病毒宿主，包括：Peromyscus keeni、P. gossypinus（棉鼠）、P. polionotus（旧场鼠）、Myodes gapperi（加氏红背䶄）、Podomys floridanus（佛罗里达鹿鼠）和Napaeozapus insignis（林跳鼠）。

2. 空间分布趋势： 汉坦病毒血清阳性率呈现不均匀的空间分布。在州一级，弗吉尼亚州的血清阳性率最高（7.8%，99份阳性样本），其次是科罗拉多州（5.7%， n=37）和德克萨斯州（4.8%， n=19）。在站点层面，血清阳性率最高的站点是科罗拉多州的CPER（14.3%，基于7份样本中的1份阳性）和弗吉尼亚州的SCBI（11%，65份阳性）及MLBS（10.2%，30份阳性）。值得注意的是，在10个NEON站点中，血清阳性样本来自鹿鼠和白足鼠以外的物种，这表明在其他地区可能有不同的啮齿动物物种在维持病毒循环中扮演重要角色。例如，在佛罗里达州的OSBS站点，唯一的血清阳性物种是佛罗里达鹿鼠；在威斯康星州的STEI站点，唯一的阳性样本来自林跳鼠。

3. 宿主性别、生活阶段与生殖状态： 研究结果显示，雄性个体的血清阳性率（2.6%）显著高于雌性（1.6%）。在雄鼠中，睾丸呈阴囊下降（标志性成熟和活跃）的个体血清阳性率（3.6%）显著高于非阴囊下降个体（1.6%）。怀孕状态与血清阳性率呈负相关，怀孕雌鼠的血清阳性率（1.7%）低于未怀孕雌鼠（1.9%）。绝大多数血清阳性样本来自成年个体（2.3%），亚成年和幼年个体血清阳性率很低（分别为1.0%和0.2%），唯一一份幼年血清阳性样本来自P. truei。

4. 时间与季节趋势： 捕获数量在年内呈现双峰模式，高峰出现在春末夏初（5-8月）和秋季，冬季（12月至次年2月）捕获量和血液样本采集量锐减，这主要是由于野外工作条件的限制，导致冬季数据匮乏。血清阳性率在年间不一致，但在年内也显示出双峰趋势，峰值通常出现在春季（3-5月）和秋季（9-11月）。关键发现是，通过互相关函数（CCF）分析发现，宿主种群数量（捕获数）与未来的血清阳性率存在关联，但这种关联因物种而异： * 对于鹿鼠（P. maniculatus）： 捕获数量的增加与2个月后血清阳性率的升高呈正相关（滞后-2个月）。 * 对于白足鼠（P. leucopus）： 发现了更复杂的滞后关系。捕获数量增加与9-11个月后的血清阳性率升高呈正相关，但与4-5个月后的血清阳性率下降呈负相关。这一结果表明白足鼠的种群动态对病毒传播的影响存在不同的时间尺度效应。

5. 形态计量学结果： 在鹿鼠和白足鼠中，血清阳性个体的平均身体质量均显著大于血清阴性个体。在鹿鼠中，血清阳性个体的耳长倾向于小于血清阴性个体。其他形态指标（后足长、总长等）未发现一致性的显著差异。身体质量较大通常与更好的身体状况和成年状态相关，这与上述成年雄性更易感的结果相呼应。

五、 研究结论与意义

本研究通过分析美国国家生态观测网络（NEON）提供的迄今最大规模、最标准化的汉坦病毒监测数据集，系统揭示了汉坦病毒在美国广泛的啮齿动物宿主类群和环境梯度中的分布格局。主要结论如下：

1. 宿主多样性： 汉坦病毒的宿主范围比以往认知的更广。研究不仅确认了鹿鼠和白足鼠作为主要宿主的核心地位，还首次在6个啮齿动物物种中报告了血清阳性证据，扩大了已知的潜在宿主列表。这提示病毒的野生循环可能涉及更复杂的多宿主系统。
2. 空间异质性： 病毒的暴露风险（血清阳性率）在空间上高度异质，存在明确的“热点”区域（如弗吉尼亚、科罗拉多）。在鹿鼠和白足鼠地理分布边缘的区域，其他啮齿动物物种可能成为当地病毒循环的关键维持者。
3. 时间动态与种群关联： 研究证实了汉坦病毒动态的季节性（双峰）和年际波动。更重要的是，发现了宿主种群数量（以捕获数为代理指标）对后续血清阳性率有预测作用，但这种时间滞后效应在两种主要宿主（鹿鼠和白足鼠）中表现不同，反映了物种特异性的传播生态学。
4. 高危宿主特征： 研究强化了既往认知，即成年、雄性、性活跃、身体健壮的个体是汉坦病毒感染和传播的高风险群体。

科学价值与应用价值： * 基线数据与风险评估： 本研究为评估美国境内汉坦病毒在宿主分类群、地理区域和季节间的模式建立了一个重要的基线。这些信息对于公共卫生部门识别高风险地区和时间、制定针对性的监测和预防策略至关重要。 * 揭示生态复杂性： 研究突出了在评估人畜共患病风险时，需要考虑多宿主群落、空间异质性和复杂时间动态的重要性。单一的“主要宿主”模型可能不足以解释所有地区的病毒循环。 * 验证大规模监测网络价值： 研究展示了NEON等大规模、长期生态观测网络在发现稀有事件（如新宿主）、克服小样本偏差以及揭示宏观生态模式方面的强大能力。 * 指导未来研究方向： 文章指出了当前知识的空白，例如冬季数据的缺乏、血清学检测无法区分病毒株系（无法确定是致病性的辛诺柏病毒还是其他汉坦病毒）等，为未来研究指明了方向，建议加强冬季监测、对储存样本进行病毒分型分析等。

六、 研究亮点

1. 数据规模与质量空前： 基于NEON超过10万次捕获和1.4万份血液样本的标准化数据，其空间覆盖之广、时间跨度之长、采样协议之一致性，为汉坦病毒生态学研究提供了前所未有的高质量数据集。
2. 发现新的潜在宿主物种： 明确报告了6个新的汉坦病毒血清阳性啮齿动物物种，这是对宿主名录的重要补充，可能改变对某些地区病毒循环生态学的理解。
3. 精细化的时空动态分析： 不仅描述了空间“热点”，还运用互相关函数（CCF）和时间序列分解等高级统计方法，量化了主要宿主种群动态与病毒传播之间的时间滞后关系，揭示了物种差异，加深了对传播动力学的机制性理解。
4. 系统性的多维关联分析： 综合分析了地理、时间、宿主物种、性别、年龄、生殖状态、形态特征等多个维度与血清阳性率的关联，构建了一幅关于汉坦病毒在野生动物中流行特征的全面图景。
5. 强调监测缺口与未来方向： 明确指出了现有监测体系（包括NEON项目本身）在冬季采样和病毒株系鉴别方面的不足，为改进未来监测和科研设计提供了基于实证的建议。

七、 其他有价值内容

本研究还讨论了新发现宿主可能的分类学混淆问题（例如，Peromyscus keeni可能被视为鹿鼠的亚种），以及某些血清阳性结果可能反映的是感染了非致病性或不同谱系的汉坦病毒（如与田鼠相关的Prospect Hill virus）。这强调了在血清学筛查之后，进行分子检测以确定具体病毒类型的重要性，这对于准确评估人类健康风险至关重要。此外，文章呼吁关注全球变化（如气候变化）可能通过影响啮齿动物种群资源可得性和种群结构，进而改变汉坦病毒等啮齿动物传播人畜共患病病原体传播速率的潜在影响。