夏の暑い時期に流行が終息せず、秋から冬にかけてさらに問題を引き起こすのでしょうか?

何千年も前、人類は特定の季節に特定の病気が流行することに気づきました。それは気候や天気のせいでしょうか？それは人間の活動パターンによるものでしょうか?それとも、免疫システム自体が時々強くなったり弱くなったりするからでしょうか?この古代の謎は今日まで未だ解明されていない。 COVID-19 にも季節性があるかどうかの答えを出すのにも時間がかかるだろう。

著者 |イドボン

2020年初頭、インフルエンザの流行期に、新型コロナウイルスも急速に広がり、世界中に広がりました。発生以来、人々はインフルエンザと同じように、気温が上昇するにつれてCOVID-19も徐々に消えていくだろうと期待してきた。トランプ米大統領は２月、４月に気候が温暖化すれば新型コロナウイルスは死滅するとの説を繰り返し述べていた。しかし、今日現在、米国における新規感染者数は1日あたり7万人を超えています。

2,500年以上前、人類は多くの感染症が特定の季節に多く発生することを発見しました。たとえば、インフルエンザは寒くて乾燥した冬に最も頻繁に発生する傾向があります。しかし、病気の季節性についてはこれまで十分に説明されていません。マンチェスター大学の時間生物学者アンドリュー・ラウドン氏は、この問題は「病気の季節性仮説」を検証するのに2、3年かかる可能性があるため研究が非常に難しく、博士研究員時代にこの実験を1つしか行えないのはキャリアにとって非常に不利であると述べた。さらに重要なのは、この分野には交絡変数があふれており、研究者は簡単に偽の相関関係の罠に陥る可能性があるということです。

2018年、コロンビア大学の感染症生態学者ミカエラ・マルティネス氏はPLOS Pathogens[1]に研究論文を発表し、少なくとも68種の感染症は季節性があるものの、流行サイクルは同期しておらず、流行地域によって異なることを明らかにした。

熱帯地域を除いて、RSウイルス（RSV）は冬に最も多く発生し、水痘は夏に最も多く発生します。米国では、ロタウイルスは南西部では12月から1月にかけて、北東部では4月から5月にかけて最も多く発生します。性器ヘルペスは春から夏にかけて全国的に流行しますが、破傷風は真夏まで待たなければなりません。淋病は夏から秋にかけて問題を引き起こし始め、百日咳は6月から10月にかけてより一般的になります。中国では、梅毒は冬に感染力が高まり、腸チフスは7月に急増する。インドでは、C型肝炎は冬に最も流行しますが、エジプト、中国、メキシコでは春と夏に流行します。ナイジェリアのギニア虫病やラッサ熱、ブラジルのA型肝炎は明らかに乾季と関連している。

次の表は米国の健康記録データに基づいています。円の大きさは、今月の感染者数と年間の感染者数の割合を表しています。表のデータの多くは過去のデータです。ワクチンの登場以降、多くの病気に感染した人の数は非常に少なくなったり、ゼロになったりしたからです。

疫病のカレンダー

ソース | https://www.sciencemag.org/news/2020/03/why-do-dozens-diseases-wax-and-wane-seasons-and-will-covid-19 （オリジナル画像では詳細なデータを見ることができます）

感染症の季節的な流行を引き起こす要因は数多くありますが、最も単純でわかりやすいのは昆虫によって広がる病気です。たとえば、アフリカ睡眠病、チクングニア熱、デング熱、河川盲目症などは、蚊が繁殖する雨季に流行します。

しかし、他の感染症の場合、原因を解明することはおろか、サイクルを見つけること自体が不可能な場合があります。 「最も驚くべきことは、同じ場所の同じ環境で毎月流行するウイルスが見つかることだ」とペンシルベニア大学の元ウイルス学者ニール・ナサンソン氏は語った。これは、学生が学校に戻り、冬の間家に留まるといった人間の活動が流行の根本的な原因ではないことを意味します。これは、ほとんどのウイルスが子供の間で伝染するためです。感染の季節性が人間の行動に完全に影響されるのであれば、ほとんどの感染症は同じ月に流行するはずです。

ネイサンソン氏は、ウイルスが人体外で生存する能力が人間の活動よりも重要な要素であると考えている。ウイルスの中には、遺伝物質を包むカプシドだけでなく、その外側に脂質でできたエンベロープを持つものもあります。エンベロープはウイルスと宿主細胞間の相互作用を促進し、ウイルスが免疫システムによる攻撃を回避するのに役立ちます。しかし、エンベロープはウイルスにとって不利な点ももたらします。エンベロープを持つウイルスはより脆弱で、暑く乾燥した夏には生き残るのがより困難になります。

2018年にScientific Reportsに掲載された報告書は、ネイサンソンの仮説を裏付けた。英国エディンバラ大学のウイルス学者サンディープ・ラマリンガム氏は、過去7年間に患者から採取した3万6000個の呼吸器サンプルから、エンベロープ付きのものとないものを含めて9種類のウイルスを採取した。分析の結果、ラマリンガム氏はエンベロープウイルスにはかなり明確な季節性があることを発見した。

インフルエンザウイルスと同様に、RSウイルスとヒトメタニューモウイルスはエンベロープを持ち、冬に流行し、1年に4か月以上出現しません。風邪の原因となるライノウイルスにはエンベロープがなく、もちろん冬には適していません。呼吸器サンプルによると、ライノウイルスは年間の84.7%の日に活動しており、冬休みや夏休みが終わって生徒が学校に戻ると流行することがわかります。風邪を引き起こすもう一つの一般的なウイルスであるアデノウイルスもエンベロープを持たず、1 年の半分以上活動しています。

ラマリンガム氏のチームは、ウイルス量と日々の天候の変化との関係も研究した。相対湿度が24時間以内に25％以内の変化をすると、インフルエンザウイルスとRSウイルスの量が最も多くなります。湿度が劇的に変化すると、脂質エンベロープはより脆くなり、ウイルスの量が減少します。

気候地球物理学者のジェフリー・シャーマン氏は、相対湿度ではなく絶対湿度が重要であると考えています。前者は空気の単位体積あたりの水蒸気の総含有量を指し、後者は空気の湿度が飽和に近づく度合いを指します。ハーバード大学の疫学者マーク・リプシッチ氏との共同研究では、米国本土でインフルエンザの流行期が冬に重なる理由を、相対湿度や気温よりも絶対湿度の低下の方がうまく説明できると指摘した。絶対湿度は、冷たい空気に含まれる水蒸気が少ないため、冬に急激に低下する。

しかし、なぜ一部のウイルスが絶対湿度に非常に影響を受けやすいのかはまだわかっていません。浸透圧、蒸発率、pH 値はすべてウイルスカプシドの生存確率に影響を与える可能性がありますが、その作用メカニズムについてはまだ答えが出ていません。

新型コロナウイルスにもエンベロープがある。湿度が高くなる春や夏には、より脆弱になるのでしょうか?残念ながら、SARSコロナウイルスとMERSコロナウイルスは私たちに何の手がかりも残しませんでした。 SARSは2002年末に猛威を振るい、翌年の夏には消滅した。 MERSはラクダから人間に感染し、病院内で小規模な感染を引き起こしたのみだが、新型コロナウイルスほど広範囲に広がったことはない。これら 2 つのウイルスの感染期間が短く、感染範囲も狭いため、季節的なサイクルを示すには不十分です。

対照的に、風邪を引き起こす4つのヒトコロナウイルスはより顕著です。エディンバラ大学の分子生物学者ケイト・テンプルトン氏は、2006年から2009年にかけて計11,611件の呼吸器サンプルを調査・まとめ、そのうち3つが典型的な冬の流行を引き起こす可能性がある一方で、夏にはほとんど存在が検出されないことを発見した。これら3つのコロナウイルスはすべてインフルエンザと非常によく似た行動をとります。

しかし、コロナウイルスについても同様のことが言えるわけではありません。シンガポールでは現在、確認された感染者数が4万人を超えています（3月は200人未満でした）。アメリカ南西部の州、特にアリゾナ州は現在、深刻なCOVID-19の流行に見舞われている。これらすべては、新型コロナウイルスが間違いなく暖かく湿度の高い環境で広がる可能性があることを示しています。現在、2つの相反する結論が出ている。第一に、寒くて乾燥した地域から暑い地域まで、19の省、直轄市、自治区に及ぶ中国本土での流行を見ると、新型コロナウイルスの感染力は弱まっていない。第二に、新型コロナウイルスは世界中で気温が5℃から11℃、相対湿度が47％から79％の地域でのみ安定的に拡散することができる[2]。これら2つの研究の結論は矛盾している。

要約すると、環境要因と人口の免疫システムの間にはバランスが保たれています。他のコロナウイルスは人間社会に長い間存在しており、人口の一部が耐性を獲得しており、特に自然環境がウイルスの拡散に適していない場合には、感染症の拡散を防ぐのに役立つ可能性があります。ただし、これは COVID-19 には適用されません。マルティネス氏は、新型コロナウイルスに季節的なサイクルがあり、春や夏に活動性が低下するとしても、感染しやすい人が十分に集まっている限り、新型コロナウイルスはかなりの期間存続する可能性があると述べた。そのため、トランプ大統領が4月までに流行は収束するだろうと頻繁に主張したとき（もちろん、彼が反撃されたことは今では誰もが知っている）、多くの研究者はそれが信頼できないと考えた。リプシッチ氏は自身のブログで、たとえコロナウイルスの活動が弱まり、感染拡大が本当に鈍化したとしても、ウイルスの拡散を阻止するには十分ではないだろうと書いた。

現在、ほとんどの理論は病原体、環境、人間の行動の関係に焦点を当てています。例えば、インフルエンザは冬に流行しますが、これは湿度の低さ、気温の低さ、人混みの集中、食生活の変化、ビタミンD濃度の変化などが原因と考えられます。しかし、疫学者のスコット・ダウェル氏は、これらの要因だけでは状況を説明するのに十分ではないと考えています。 2001年に発表された広く引用されている論文[3]で、彼は未検証の「光周期仮説」を提唱しました。これは、さまざまな感染症に対する免疫システムの抵抗力は季節によって変化し、それは人体が受ける光の量に関係しているというものです。

ドウェルの仮説はマルティネスにインスピレーションを与えた。彼女は被験者に春分、夏至、秋分、冬至の4つの時点で定期的にクリニックに来てもらい、日中の免疫システムの状態やその他の生理学的変化を評価しました。彼女は、免疫システムが、例えば冬は弱く、夏は強いといった単純な一時的特徴を示すとは予想していなかった。しかし、免疫系のさまざまな細胞の数を数え、血液中の代謝物とサイトカインを評価し、糞便微生物叢を解読し、ホルモンレベルを測定することによって、マルティネスは免疫系を「再配線」する季節、言い換えれば、特定の細胞が特定の場所でより豊富になり、他の細胞が少なくなり、それによって病原体に対する人の感受性に影響を与える季節を特定したいと考えています。

動物実験は、免疫システムが季節に応じて増減するという仮説を裏付けています。オランダのフローニンゲン大学の鳥類学者バーバラ・ホール氏はヨーロッパツグミを研究した。研究者らは年に数回、鳥から血液サンプルを採取し、ツグミの免疫システムは夏にはより活発になり、秋にはより抑制され安定していることを発見した。これは秋の渡りがかなりエネルギーを消費するからかもしれません。

ウェストバージニア大学の内分泌学者ランディ・ネルソン氏は、季節による免疫システムの増減はメラトニンによって引き起こされると考えている。松果体から分泌されるメラトニンは、概日リズムだけでなく季節の「生物学的カレンダー」も調節します。夜が長くなるにつれて、松果体はより多くのメラトニンを分泌します。 「細胞はこう言います。『ああ、メラトニンが少し増えた。冬の夜だとわかる』」ネルソン氏は昼行性のシベリアハムスター（普通のマウスは夜行性であることに注意）を対象に実験を行い、メラトニンの調節や光のパターンの変更がハムスターの免疫反応に影響を与え、その影響は40％にも及ぶことを発見した。

人間の免疫システムにも生来の概日リズムがあるようです。 2016年、英国バーミンガム大学は276人の成人を対象にインフルエンザワクチンの検査を実施し、無作為に半数を抽出して午前中にワクチン接種を受けさせ、残りの半数を午後に接種させた。結果は、午前中にワクチンを接種した人々の抗体反応が有意に強力であることを示した[4]。

さらに驚くべきことに、人間の免疫システムは季節によって変化するという証拠もあります。 2015年、ケンブリッジ大学の研究者らは、ヨーロッパ、米国、ガンビア、オーストラリアから1万以上の血液と組織のサンプルを収集し、約4,000の免疫関連遺伝子の発現が季節によって異なっていることを発見した。ドイツのサンプル群では、白血球中の免疫遺伝子の約4分の1の発現が季節によって変化した。一部の遺伝子は、人体が南半球にあるときには発現しませんが、人体が北半球に移動すると発現し、その逆も同様です[5]。

しかし、研究の筆頭著者である免疫学者のザキン・カストロ・ドピコ氏は論文の中で、免疫システムにおけるこうした大規模で全般的な変化が病原体に対する体の闘いにどのような影響を与えるのかはまだ不明だとも指摘した。さらに、一部の変化は感染が原因ではなく、感染の結果である可能性もあります。研究チームは急性感染症の被験者のサンプルを排除するために最善を尽くしたが、一部は必然的に混入した。

さらに、免疫システムの季節的な変化だけでは、はるかに複雑で変数が多い病気の季節的なパターンを説明するのに十分ではありません。ネイサンソン氏はこう言った。「これらの流行は単純に同期していない。」彼は、免疫システムの季節的な変化だけでは、これほど顕著な非同期化を引き起こすには不十分だと考えている。

マルティネス氏の実験ではすでにデータが収集されており、免疫システムの季節性を示す証拠は見つかっていない。しかし、彼女は、免疫システムで中心的な役割を果たす白血球のサブセットが、一日の特定の時間帯により劇的に反応することを発見した。しかし、マルティネス氏は、人工光が進化によって人間に与えられた概日リズムを乱し、最終的には病気への感受性に予測できない影響を及ぼす可能性があることを深く懸念している。

2001 年の論文で、ダウェルは「自然の実験」を通じて病気の季節性に影響を与える要因についての洞察を得ることができると示唆しました。たとえば、北半球と南半球の人々はクルーズ船で集まり交流し、異なる季節のサイクルに適応しながらも同じ病原体に直面します。ダイヤモンド・プリンセス号の感染拡大の場合、研究者は異なる地域からの乗客の感染率を分析し、同じかどうかを確認することを検討するかもしれない。

COVID-19パンデミックは現在、世界的な緊急事態であり、最も注目を集めていますが、さまざまな感染症が年間を通じてピークを迎えたり、消滅したりする理由を研究することも同様に重要です。この問題を理解することで、新型コロナウイルス感染症の予防や治療のための新たなアイデアが得られる可能性があります。いわゆる「季節性」を理解することは、病気を監視したり、ワクチン接種のタイミングを決定したりするのにも役立ちます。 「夏にインフルエンザが蔓延しない理由を解明できれば、どんなインフルエンザワクチンよりもずっと役に立つだろう」とドウェル氏は語った。

参考文献

[1] マルティネスME（2018）疫病カレンダー：感染症の季節サイクル。 PLoSパソッグ14(11):e1007327. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1007327

[2] https://gvn.org/enhanced-model-for-monitoring-zones-of-increased-risk-of-covid-19-spread/

[3] ダウェルSF（2001）。宿主の感受性および特定の感染症の周期における季節変動。新興感染症、7(3)、369-374。 https://doi.org/10.3201/eid0703.010301

[4] ロング、JE、ドレイソン、MT、テイラー、AE、トールナー、KM、ロード、JM、フィリップス、AC（2016）。午前のワクチン接種は午後のワクチン接種よりも抗体反応を高める：クラスターランダム化試験。ワクチン、34(24)、2679-2685。

[5] ドピコ、

この記事の主な参考文献：https://www.sciencemag.org/news/2020/03/why-do-dozens-diseases-wax-and-wane-seasons-and-will-covid-19