Delta襲來!因應變種病毒公衛精準防疫(陳立昇、葉彥伯、張維容、林庭瑀、許辰陽、張金堅、陳秀熙)

我們想讓你知道…台灣目前屬新冠肺炎低傳播風險,多數民眾目前只接種第一劑疫苗,在等待第二劑疫苗的同時,一劑疫苗加口罩及社交距離的防疫效果還是可以等同於國外没有口罩及社交距離僅有二劑的疫苗施打,來面對變種病毒侵襲台灣的威脅。

● 陳立昇/台北醫學大學口腔醫學院副院長
● 葉彥伯/彰化縣衛生局局長
● 張維容/台灣大學公共衛生學院預防醫學與流行病學研究所博士
● 林庭瑀/台灣大學公共衛生學院預防醫學與流行病學研究所博士
● 許辰陽/台灣大學公共衛生學院公共衛生碩士學位學程兼任助理教授
● 張金堅/台灣大學外科教授
● 陳秀熙/台灣大學公共衛生學院預防醫學與流行病學研究所教授

新冠肺炎新型變種病毒高傳播流行威脅

隨著新冠肺炎疫情在全球不斷蔓延,新冠病毒突變也不斷持續且更具傳播力與威脅性,造成世界各地持續流行。雖然各國皆採取如邊境管制、症狀監測、檢測、隔離、檢疫、社交距離及口罩配戴等結合大規模疫苗施打等防疫措施,以能控制病毒傳播與疾病擴散,但在這些防疫措施推展的同時,世界各地也頻傳流行波因這些變種病毒再起。

在2020年發生於鑽石公主郵輪群聚疫情中,在短短一個月的群聚流行期間,經由基因定序分析發現,新的突變病毒序列竟高達24種,涵蓋5個病毒株亞群(Yeh and Contreras, 2021)。

鑽石公主郵輪當時雖然僅採取了症狀監測與隔離檢疫之公衛防疫措施,但在病毒株快速突變且為高傳播環境中,仍可達到63%的疫情控制效益(Lai et al., 2021)。

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▲新冠病毒與其變種株侵襲全球。(圖/取自免費圖庫Pixabay)

引起世界新冠肺炎流行再起的高關注變種病毒(SARS-CoV-2 Variants of Concern, VOCs),包含Alpha、Beta、Gamma,以及Delta四大天王變種病毒(Campbell et al., 2021),其高傳播力逐漸成為主要流行病毒株,目前廣泛佈於全球。

以引起2021年初世界流行的Alpha變異之為例,該變異株首次在 2020年9月於英國發現,由於其高傳播力快速取代2020年的主要流行病毒株D614G成為英國以及世界的主要流行病毒株(Volz et al., 2021)。

而目前世界各國皆密切監視的Delta變異株則首次於2020年十月於印度發現造成印度大流行死傷慘重,之後逐漸傳播至各國取代Alpha變異株。

以英國為例,Delta變異株自2021年3月逐漸增加,至6月即使在高疫苗覆蓋率下仍造成社區流行,近8成的感染個案發現皆為Delta變異株引起(Riley et al., 2021),而在大洋洲以及非洲Delta變異株引起之個案分別達76%以及56%,足見Delta變異株具有高傳播力的特性,取代成為新一波的世界流行。

因應新型變種新冠病毒的公衛精準防疫

新型變種病毒對於公共衛生在疫情精準防疫部署必須從原來社區流行病學所使用的病例再生數指標來發展系統架構(如圖1,R0值),從傳染病基本學理來看影響病例再生數(R0)包含接觸率、傳播機率以及傳染期間三個因素以決定病例再生數大小,應付新型變種病毒之高傳播及傳染期增加的特性,就必須針對此三個因子進行更為精準有效的介入以降低病例再生數,控制可能的疫情流行。

圖2為此四大天王變異株的病例再生數(R0),變種病毒株的高傳播力可由此窺見,Alpha、Beta,以及Gamma變異株之病例再生數皆為5左右,遠高於2020年流行的武漢演化株D614G (病例再生數2-3),代表一位罹病個案平均可造成5位左右的傳播,而Delta變異株的病例再生數則為7.6,更遠高於其他變異株(Campbell et al, 2021)。

在2021年世界流行的Alpha變異株之HV60-70 deletion不僅造成其表面S抗原結合位置(Receptor-binding Domain,RBD)改變,增強傳播力外,此基因序列刪除性突變(deletion)也使核酸檢測中呈現S基因陰性之結果(S-gene target failure,SGTF),而可用於辨識分離之病毒之是否為Alpha變異株。

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▲澳洲雪梨疫情因Delta病毒入侵爆發。(圖/達志影像/美聯社)

在英國的核酸檢驗監測中,具有SGTF特徵的新冠病毒自2020年12月快速增加,到2021 年初期成成為主要流行病毒株。而Delta病毒株則未有HV60-70 deletion基因變異,在基因檢測中呈現S基因陽性。

Delta變異株之RBD具有L452R變異,與ACE2結合力更強,也更強化其入侵人體呼吸道細胞之能力。除此之外,Delta變異株之P681R以及T478K變異更進一步使其入侵病毒量上升並具有免疫識別逃脫(immune escape)之特性。

Delta變異株不但逐漸取代Alpha變異之成為主要流行變毒株,也可能削弱疫苗保護力以及治療效益。面對世界Delta變異株之疫情威脅,世界各國皆密切監視。

目前台灣已有Delta變異株之境外移入個案以及社區群聚事件的發生,其具高傳染力、可能氣溶膠傳播特性、較長的病毒傳播時間,與臨床症狀可能改變,如何精準化各項防疫措施在變種病毒高傳播力的威脅下控制疫情,因此有必要提出公衛及臨床三段預防措施。

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▲圖1、新型變種新冠病毒公衛精準防疫架構。(圖/作者團隊提供)

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▲圖2、四大天王變異株之基礎再生數(R0)。(圖/作者團隊提供)

圖1為考量臨床與公衛三段預防的變種新冠病毒公衛精準防疫架構。

在初段預防策略上要強化邊境防疫、加強非藥物公共衛生介入措施(NPIs)包含戴口罩、維持社交距離、環境通風及消毒等來降低接觸與傳播的機會,而在邊境防疫、場域或社區產生的小群聚感染,就要利用次段預防的檢測來做介入措施,而因檢測而提早隔離也能降低接觸與傳播的機會,在末段預防治療變種病毒必需更為精準並善用抗病毒藥物,就能縮短傳染期,更重要的是疫苗的施打可同時減少接觸、降低傳播機率,及縮短傳染期(Chen et al., 2021),為初段至末段預防都有成效的防治措施。

以下會再逐步剖析當面對變種病毒,需在不同場域或時機應善用及調整不同措施來達到精準防疫的目的。

新型變種病毒感染後 高病毒量導致高傳播力及長傳播期

新加坡的研究顯示因Delta 變種病毒染疫者其PCR Ct值(高病毒量)平均為15.6(13.6-19.1),較Alpha變種病毒感染者PCR Ct值平均值20.5(16.4-26.5)為低且表示病毒量非常高增強其傳播力,而且相對於Alpha病毒(Ong et al., 2021)有較長的時間(中位數約18天)會維持高病毒量(Ct值小於30)(原始株病毒約為13天)。

此臨床上Delta變種病毒有較高病毒量的表現及病毒量降低時間較久可以支持為何其傳染力更強及傳播時間更長的原因。

台灣近期的疫情則以Alpha變種病毒為主要流行株,我們亦剖析5月至今彰化縣51903人抗原PCR檢測資料,其中僅檢測一次約佔74%,其餘為檢測一次以上。

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▲新北市政府經發局協助三井辦理啟動企業快篩。(圖/新北市經發局提供)

重複篩檢的原因可能為接觸者採檢陰性後居家隔離中因產生症狀而再次檢測、或為解隔離後陰性在自主健康管理中因產生症狀再次檢測。經檢測而找出的265位確診個案中,利用重複檢測的資訊,共有79位(29%)個案在檢驗陽性前曾經有過陰性檢測紀錄(圖3)。

利用首次陰性紀錄至陽性的檢測間隔時間進行分析,發現平均及中位數時間分別為9天及8天,大部分皆於二次(65人)及三次(10人)檢測時轉為陽性。而其中12位的間隔時間更超過14天,約佔所有陰轉陽個案的16%(12/76,扣除三位時間資訊不完整)。

因Alpha變種病毒,使這樣的陰轉陽性時間增長,一般我們都將解隔離時間設定為14天,但透過此研究會發現仍有不少個案可能會在14天後才被偵測到病毒,由於Alpha變異株亦具高傳染及病毒量存在時間加長等特性,對於感染後確診個案及其接觸者在解隔離後自主健康管理期間,應善用居家快篩來找出可能再度出現高病毒量隱性感染個案。

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▲圖3、Alpha變種病毒增長陰轉陽時間。(圖/作者團隊提供)

註:平均及中位數間隔時間分別為9天及8天。

變種病毒精準邊境防疫

因應世界新型變種病毒流行以及各國流行再起,台灣也開始進行精準邊境防疫檢測,除了運用PCR核酸以及抗原快速檢測工具達到辨識染疫個案的目的外,台灣目前也針對歐盟疾病管制機構提出的定序指引也將境外移入個案納入4大常規定序目標族群中(見下文)。

在邊境管制措施辨識出染疫者後,基因定序則可進一步明辨致病病毒株,偵測境外移入個案是否為新型流行變種病毒株,於檢疫期間即進行強化介入與防疫措施,降低檢疫隔離場所之接觸者感染風險以及擴散至社區流行傳播。

台灣入境檢疫措施情境以及增加檢測對於入境隱性感染早期偵測已經相當好,簡述如下,除了登機三日內的陰性檢測證明外,台灣目前的邊境防疫措施提升為入境與居家檢疫14天期滿各進行一次PCR核酸檢測,加上居家檢疫期間施行一次居家抗原快速檢測。

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▲台灣全面提升入境檢疫措施,除了入境與居家檢疫14天期滿各進行一次PCR核酸檢測,還要於居家檢疫期間施行一次居家抗原快速檢測。(圖/達志影像/美聯社)

在2020年的疫情中,發燒、痠痛等系統性症狀以及嗅味覺喪失與呼吸道相關典型症狀,因此以症狀為基礎的入境檢測措施結合14天檢疫期程可有效阻擋入境之潛伏感染個案。

在2021年以Delta變異株為主的世界流行英國經驗中,不僅染疫者之症狀以「二痛一水」局部症狀為主,此變異株之高病毒量以及恢復時間期長也使得境外移入個案進入社區造成傳播的風險提高。

應對於變異株的威脅,台灣現行的邊境防疫措施在14天檢疫的基礎上,運用高敏感度PCR核酸檢測工具與較低敏感度的抗原快篩提高對於Delta變種病毒的隱性感染者之偵測。

入境時高敏感度的PCR核酸檢測可以在隱性感染者染病之初病毒量尚低時達到偵測的目的,而在檢疫期間利用居家抗原快速檢測試劑則可偵測染疫者在檢疫期間病毒量升高時之隱性感染個案,而檢疫期滿的PCR檢測則可偵測病毒量稍減的隱性感染個案。

此邊境防疫措施利用不同檢測工具的結合在考慮可行性的條件下降低臨床症狀較輕微、高病毒量,且高傳播力的變種病毒進入社區。

不過,這樣的防疫措施也需配合基因定序與採檢結果的監視做滾動式修正。

基因定序捕捉變種病毒疫情

目前常用的新冠肺炎檢測工具如PCR與抗原快篩目的在於辨識新冠病毒是否存在,而對於致病病毒株種類以及是否屬於特定的突變病毒株的辨識則主要仰賴基因定序。

因此面對新冠病毒在世界各地不斷產生具有高傳播力與不同致病特性的突變病毒株,各國對於境外移入個案以及區域爆發流行個案皆採取基因定序以監測染疫的病毒株類別,用以防範變種病毒引起的流行。

但基因定序對於檢驗機構以及檢驗量能皆有一定的限制,因此歐盟疾病管制機構所提出的指引中,以下四類個案列入為常規定序目標:

(1) 接種疫苗後發生的感染,(2)再感染,(3)群聚爆發流行事件,以及(4)境外移入個案建議納入為常規定序中。

由於這四類情境為變種病毒致病的高風險,因此藉由定序可以在流行初期辨識變種變毒是否造成傳播以及是否有新型變種病毒造成感染,以進行介入降低大規模爆發風險。

考量到基因定序之檢驗能量,指引中亦提出抽樣定序之準則,對於個案數低於500例之事件,抽樣定序數量介於157例(5%盛行率)到395例(2%盛行率)之間(ECDC, 2021)。

變種病毒與檢測工具

目前常見的新冠肺炎抗原快篩經科學研究證明並不會因變種病毒而影響對病毒的偵測能力。英國研究發現抗原快篩檢測性能對Alpha變種病毒敏感度達78.3%,與去年D614G流行株的敏感度為82.6%並無太大影響(Pickering et al., 2021)。

Bekliz等人針對九種市售快篩檢測包含常見的亞培與羅氏快篩檢測,以病毒培養方式來比較檢測的敏感度與特異度,相對於早期病毒株,任一快篩檢測對Alpha(B.1.1.7)、Beta(B.1.351)、Gamma(P.1),甚至Zeta(P.2) 變種病毒都維持相同的檢測性能(Bekliz et al., 2021)。

雖然快篩的敏感度不及PCR核酸檢測,但使用快篩對抗變種病毒仍有可近性、高量能及低成本,以及快速斬斷傳播鏈上的優勢。此外Delta變種病毒高傳播力、高傳播期,以及氣溶膠傳播的特性若進入社區也將使傳播規模擴大而難以控制。

因此如何利用居家快篩監控這些境外移入個案的接觸者在隔離及自主健康管理期間,而儘快找到變成具高病毒量隱性感染個案也變成下一步精準境外移入防疫檢測之重要目標。

台灣快篩防疫措施 對變種病毒入侵疫情控制的科學實證

台灣自5月中開始因Alpha變種病毒而產生的社區大流行,因為三級警戒的非公衛防疫措施加上快速檢測的實施,使得許多隱性感染者能透過快篩站的部署能提前檢測出如雙北,以及苗栗縣的電子廠快篩,以快速阻斷傳播。

雙北流行疫情經過約一個月的時間,發生率已降至每10萬人1以下,而苗栗縣也降至每10萬人0.5以下,疫情已初步獲得控制(圖4)。其他非熱區的疫情,雖有因些許群聚而產生的個案,但也因為三級警戒再加上疫調及快速的篩檢及隔離匡列使疫情逐步控制,發生率已降至每10萬人0.5以下。

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▲圖4、台灣Alpha變種病毒檢測防疫實證效益。(圖/作者團隊提供)

Delta 變異株之高傳播力也可見諸於台灣南部的群聚事件(圖5-1)。

由6月11日確診之指標個案開始,Delta變異株快速在包含鄰居、交通工具、家戶同住者、公共場域等場所傳播。

我們也曾對此因Delta 變異株產生的流行進行模擬推估,在三級警戒下所推估有效再生數(Rt)為2.7 下可能產生75名感染個案,但在基因定序快速辨識出此一群聚事件之病毒株為Delta變異株後,6月23日即依個案疫調接觸之範圍進行匡列並採取包含檢疫與隔離之公共衛生防疫措施,更擴大並匡列接觸對象進行精準檢測,以快速辨識出社區中的隱性感染者避免Delta變異諸於社區中傳播。

除此之外,也由於台灣在此病毒侵犯前已實施了三級警戒減低了指標境外移入個案的可能擴大社區傳播,因此在此波Delta變異株社區流行中,共傳染17名確診個案。

在三級警戒、基因定序與檢測防疫措施多管齊下後,此波疫情在第三代傳播即受到有效控制,將有效再生數(Rt)控制在0.3,終止疫情擴散,也避免了此高傳播力Delta變異株病毒跨縣市傳播引起大規模社區流行(圖5-2)。

這樣的三級警戒、基因定序與檢測防疫措施,有效控制流行傳播並能減低Delta變異株傳播風險達78% (1-17/75)。這是台灣對Delta變種病毒精準防疫之科學實證。

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▲圖5-1、台灣南部Delta 變異株流行傳播。(圖/作者團隊提供)

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▲圖5-2、台灣南部Delta 變異株疫情控制。(圖/作者團隊提供)

因應新型變種病毒與安心防疫場域規劃

對新型變種病毒以不同臨床症狀極高病毒量之高傳播力及較長傳染期間所帶來的社區流行風險,如何精準規劃公衛防疫措施在防止大規模群聚事件並在社會與經濟活動間取得平衡是目前此波防疫策略的重要考量。

藉由抗原檢測工具及公衛防疫措施可在不同場域特性以及群聚風險中精準運用以達到控制傳播的目的。如同台灣邊境防疫結合檢疫與檢測以防止變種病毒之入侵,結合傳播風險評估、檢測,與公衛防疫措施強化解封安全性創造安心防疫場域,恢復疫情可控社會與經濟活動。

除了檢測外,對於高傳播力以即具有氣溶膠傳播特性的Delta變異株,將環境安全評估納入於安心防疫場域也需要納入考量。

特別是在如學校、家戶,以即健身中心等室內環境中,若隱性感染者潛伏於活動空間,在換氣不足的情況下經由如說話與呼吸等途徑產生的飛沫形成氣膠病毒懸浮微粒,即使在配戴口罩的情形下長時間暴露仍有傳播的風險(Bazant and Bush, 2021; Gettings et al., 2021)。

變種病毒對單株抗體治療之影響

目前單株抗體治療的研究發現能有效對抗變種病毒,其中的再生元(REGENERON-Casirivimab/Imdevimab)單株抗體雞尾酒療法除了對四大天王變種病毒包含Alpha(英國株)、Beta(南非株)、Gamma(巴西株)及 Delta(印度株)外,對Lambda(祕魯株)也能防止染疫的輕症個案變重症個案。

而禮來(Lilly-Bamlanivimab/Etesevimab)的單株抗體雞尾酒療法則能有效對抗Alpha(英國株)(Markus Hoffmann et al. Cell, 2021; Markus Hoffmann et al. Pre-print, 2021; Pengfei Wang et al. Nature, 2021; Planas D et al., Nature, 2021)。

透過持續改善治療效果的抗病毒藥物,在染疫的早期能儘早治療,除能降低變種病毒傳染期,更能減少病人轉變成重症病人及加速恢復的機會。

疫苗對變種病毒之保護力

輝瑞疫苗在卡達上市後第四期臨床試驗追蹤後研究發現,族群在施打第二劑後其對Alpha變種病毒的可降低90%感染風險,對Beta變種病毒也可降低達75%感染風險,且都能100%避免染疫者重症或死亡(見表1)。

而在蘇格蘭的一項追蹤輝瑞疫苗監測研究也發現若針對Delta變種病毒也可降低79%感染風險。該研究亦針對施打牛津疫苗者進行監測,在避免染疫上效益較輝瑞疫苗稍低,但也分別對Alpha及Delta變種病毒可降低約73%及60%的感染風險。

英國的一項病例對照研究結果顯示,在施打二劑疫苗後,輝瑞疫苗在減少症狀個案的效益上,面對Alpha變種病毒可降低93%,Delta變種病毒可降低88%。

牛津疫苗在對症狀個案滅少的效益較差,但對Alpha變種病毒可降低66%~70%,Delta變種病毒可降低60%。

Novavax疫苗面對Alpha變種病毒則可降低86%症狀個案,對Beta變種病毒則可降低60%症狀個案。

與輝瑞疫苗同為mRNA的莫德納疫苗對變種病毒的臨床效益研究則較為少見,未來期待有更多變種病毒對其效益影響的研究。

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▲莫德納、輝瑞、AZ等新冠疫苗。(圖/路透)

英國的疫苗上市後監測也發現,不論是牛津或輝瑞疫苗,針對Alpha變種病毒能減少住院風險,牛津疫苗可少86%的住院,輝瑞疫苗可少95%的住院。若為 Delta變種病毒,牛津與輝瑞疫苗分別可降低92%及96%的住院。

而僅需施打一劑的嬌生戴體疫苗,在其第三期臨床試驗中針對Beta變種疫苗,結果顯示可減少64%中度到重度的染疫個案,以及減少重症個案達82%。不過上述各類疫苗至目前為止仍甚少對Gamma變種病毒的疫苗效益進行研究探討

除採用高效能疫苗來面對變種病毒外,也必需針對變種病毒持續進行疫苗改良或追加施打第三劑疫苗,例如以色列近期提供免疫力較低之成人追加第三劑疫苗,以加強保護防範變種病毒。

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新型變種病毒對疫苗的挑戰

新冠肺炎變種病毒除已在許多國家再次造成威脅,既使在疫苗高覆蓋率的國家也看到變種病毒在疫情上再度反撲。

在上市後的監視實證研究中雖然多數疫苗對於主要變種病毒上仍具臨床保護效果,但對於Gamma變異株或其他具威脅的Lambda 變異株,仍缺乏臨床效益研究,使得非疫苗的公衛精準防疫措施仍相當重要。

慶幸的是抗原檢測對不同變種病毒仍都維持相同的檢測效能,面對變種病毒在症狀表現、侵襲年輕人、病毒量高及傳播時間長等特性,我們應善用抗原快篩及PCR檢測並結合基因定序分析,依變種病毒流行滾動式修正入境檢測,在解隔離後的自主健康管理期間加做居家快篩,以及在風險較高的活動場域做人員定期檢測或出入檢測。

台灣目前屬新冠肺炎低傳播風險,多數民眾目前只接種第一劑疫苗,在等待第二劑疫苗的同時,一劑疫苗加口罩及社交距離的防疫效果還是可以等同於國外没有口罩及社交距離僅有二劑的疫苗施打,來面對變種病毒侵襲台灣的威脅。

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