冠状病毒病2019 (COVID-19)是由严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)引起的一种复杂临床综合征。尽管对住院患者的严重疾病进行了广泛的研究，许多大型研究导致疫苗和抗病毒药物的批准，但SARS-CoV-2的全球传播仍在继续，而且在许多地区加速传播。在年轻人中，感染通常是轻微的或无症状的，但这可能会推动社区传播，在这种情况下，感染的具体时间过程和传染性尚未完全阐明。故意对低风险志愿者进行感染，可以对固定剂量特征良好的病毒后的病毒动力学、免疫反应、传播动力学和感染性脱落持续时间进行精确的纵向测量。在这些严格控制的条件下，导致临床结果差异的宿主因素可以得到检验和可靠的推断。虽然在以往的大流行期间曾尝试过人类感染挑战，但尚未有关于冠状病毒(包括SARS-CoV-2)人类挑战的报告。

人类病原体的实验挑战可以提供无与伦比的信息，为临床政策提供信息，并改进感染控制措施，使疫苗、治疗方法和诊断得到快速评估。在严格管制和控制的环境下，通过对少数参与者进行这样的研究，可以获得宝贵的信息，从而带来更广泛的社会效益，抵消志愿者所承担的个人风险。世界卫生组织认识到SARS-CoV-2对人类的挑战可能带来的好处，在COVID-19大流行期间早早召集了工作组，考虑必要的道德和实践框架。人类感染挑战研究的利弊已在其他地方得到广泛审查，但在大流行期间，这些研究的关键考虑因素是平衡科学和公共卫生利益，确保将对研究参与者的任何风险降至最低并加以管理。

SARS-CoV-2人类挑战试验的独特优势在于，它能够标准化病毒接种物、研究条件和暴露的准确时间，从而控制不可避免地干扰自然感染研究的因素。这与包括家庭接触研究在内的现场试验形成了鲜明对比。在此，本研究报告了在一项人类挑战研究中接种了第一批SARS-CoV-2的志愿者的结果，证明了故意感染SARS-CoV-2的可行性，没有证据表明在这些精心挑选的健康志愿者中存在严重的不良事件，并为感染的早期动态提供了新的见解。

1、SARS-CoV-2人感染导致上呼吸道感染快速发作，病毒载量达到高峰

研究招募了36名年龄在18-29岁且没有先前感染或疫苗接种的志愿者，鼻内接种10个TCID50的野生型病毒 (SARS-CoV2/human/GBR/484861/2020) 。最终纳入分析的34名受试者中，18名（53%）确诊感染；另外16名（47%）一直未被感染。这一感染率达到了方案规定的50-70%的目标，因此没有进一步增加剂量。受感染参与者和未受感染参与者之间的人口统计数据相似。

18感染者在接种后40小时(中位数,95% CI(40,52))(~ 1.67天)即可在咽拭子检测到病毒，大大早于鼻中，其最初的病毒可量化的检测发生在接种后58小时(95% CI[40,76])(~ 2.4天)(p = 0.0225）(图2 a和2 b)。这最初与通过聚焦形成试验(FFA)测量的活病毒密切相关，它在喉部比在鼻子中更早被定量检测(p=0.0058，图2b)。此后病毒载量(VL)迅速增加，接种后112小时(95% CI[76,160])(~4.7天)在喉部qPCR达到峰值，之后148小时(95% CI[112,184])(~6.2天)在鼻部qPCR达到峰值(图2a和2c)。然而,在高峰时期,在鼻中病毒载量水平更高，峰值约为8.87 (95%可信区间[8.41,9.53])log10拷贝/毫升。

在鼻部和喉部，病毒检测持续了数天的高水平，因此可以看到曲线下面积(AUC)的高累积VLs，尤其是在鼻子(qPCR中位值为9.03,95% CI [8.65,9.43] 拷贝/毫升)(图2e)。在所有受感染的参与者中，qPCR定量病毒在接种后第14天仍然存在，因此需要延长检疫时间，最长可达5天，直到连续两次鼻咽拭子的qPCR Ct值降至33.5(根据协议定义的出院标准)。在这些较晚的时间点，qRT-PCR检测的vl更不稳定，出院时低水平qPCR阳性保留在15/18(83%)。在接种后28天，6/18(33%)的鼻qPCR在和2/18(11%)的喉qPCR阳性，但到90天，所有参与者的qPCR均为阴性。

相比之下，FFA检测到活病毒的时间更短:在鼻子156小时(中位数，95% CI[120,192])(~6.5天)和喉咙中150小时(95% CI[132,180])(6.25天;图2 f)。从接种后到清除活病毒的平均时间为244小时(95% CI[208,256])或10.2天，从喉部到208小时(95% CI[172,244])或8.7天(图2g)。qPCR检测的VLs和FFA检测的VLs在鼻和喉中均显著相关(扩展图3a和3b)。尽管后期qPCR检测水平较高，但在接种后第12天的鼻子和第11天的喉咙能检测到活病毒(图2g)。

因此，在SARS-CoV-2人类感染后，病毒在暴露后2天内开始脱落，在接种后12天内迅速达到高水平，可检测到活病毒，尽管发病较晚，但鼻中的VL明显高于喉咙。

2、血清中和抗体在SARS-CoV-2挑战感染后迅速增加

感染的快速发作反映在血清抗体反应上。在那些被认为未感染的患者中，即使发生了隔离病毒检测，也未观察到微中和或抗刺突蛋白IgG ELISA检测的血清抗体增加，除了一名在隔离出院后获得自然COVID-19的参与者(图3a和3b)。相比之下，在接种后14天，所有感染的参与者产生了血清抗体，中和抗体滴度为425(中位数，IQR 269)，并在28天进一步上升到863.5 (IQR 403)(图3a)。ELISA检测的刺突蛋白结合IgG中位ELU/mL上升较慢，第14天增加到192.5 (IQR 393.1) ELU/mL，第28天增加到1549 (IQR 1865) ELU/mL(图3b)。

3、SARS-CoV-2人类感染引起的疾病轻微，没有证据表明存在严重的不良事件

感染后，自我报告症状从接种后2-4天开始明显(图4a)，报告的症状较少且较轻，没有一致的模式(图4a和扩展图1c)。症状最常见的是上呼吸道，包括鼻塞、鼻炎、打喷嚏和喉咙痛(图4b、4c和扩展图5)。还记录了头痛、肌肉/关节疼痛、不适和发烧等全身症状。接受瑞德西韦治疗和未接受瑞德西韦治疗的患者在症状上没有差异(扩展图6)。所有症状均为轻至中度，症状峰值(接种后112小时(95% CI[88,208])与鼻VL峰值密切相关，经FFA分析，鼻VL峰值明显晚于喉VL峰值(88小时，95% CI [76,112]， p=0.0114)(图4d，扩展图4)。尽管鼻VL与症状之间存在时间相关性，但qPCR或FFA检测的病毒脱落量与症状评分AUC之间没有相关性(图4e和4f)。

7名参与者(39%的感染者)的体温为37.8°C。此外，在任何临床评估中，包括每日肺活量测定和胸部CT扫描，均无明显障碍。没有报道严重的不良事件。共18例被认为可能与病毒感染相关的不良事件，主要是由于隔离期间短暂且无临床意义的白细胞减少和中性粒细胞减少，以及轻度黏膜皮肤异常(表1和补充表2)。

4、SARS-CoV-2人类挑战性感染通常会引起嗅觉障碍

12名受感染的参与者(67%)报告有某种程度的嗅觉障碍。其他症状在鼻部VLs达到高峰，而UPSIT评分在6-7天后达到最低点(图4a，扩展图4)。9名患者(50%)出现完全嗅觉丧失(嗅觉缺失)，但大多数患者在28天前迅速改善。虽然在第28天，仍有11名参与者(61%)报告有嗅觉障碍，但到第180天，这个数字已经下降到5人。在这些个体中，只有一个个体在接种后180天仍有可测量的嗅觉障碍，尽管这在主观上和客观上都有所改善(UPSIT在基线=31，第11天=9，第28天=11，第90天=17，第180天=23)。剩下的两名患者报告有轻微的嗅觉异常，另外两名患者的主观嗅觉轻度下降(尽管UPSIT评分已经正常化)。6名患者接受了嗅觉训练建议，其中2人还接受了短期口服和鼻内类固醇治疗。

因此，嗅觉缺失是人类SARS-CoV-2挑战的一个共同特征，通常在大多数人身上比病毒脱落晚几天发病，并迅速缓解。总之，这些发现表明，在这个剂量的接种量下，人类SARS-CoV-2对健康年轻人造成严重症状的风险较低，但即使在没有呼吸道或全身疾病的情况下，也会导致大量鼻咽病毒。

5、通过快速检测检测抗原与通过定量培养检测病毒密切相关

快速检测(LFA)通常用于识别社区中潜在的传染性人群，但其在早期感染中的作用尚不清楚。为了检测LFA在整个感染过程中的表现，使用相同的早晨鼻咽拭子样本进行抗原检测，以评估VL。所有未感染的参与者在任何时候都没有LFA检测阳性，而所有感染的个体LFA检测阳性≥2天(扩展图7)。尽管通过其他方法在喉咙中早期检测出病毒，在接种后4天(范围2-8)鼻子和喉咙中，每日LFA检测首次发现的中位数时间相同(图5a)。这是第一次qPCR阳性后的平均24-48小时(图5b)和FFA检测24小时内(图5c)。值得注意的是，在18个感染个体中，有9个在首次LFA阳性前一天或更多天通过FFA检测到活病毒。在感染末期，LFA检测主要发生在活病毒检测停止后的24 ~ 72小时。

为了评估VL和LFA的概率之间的关系，使用广义估计方程来控制参与者内的重复评估来拟合逻辑回归模型。Log10 VL是LFA阳性的显著预测因子(P<2x10−5)，当从鼻FFA预测LFA时，其比值比为5.01 (95% CI[2.93,8.57])(图5e)。受试者工作特征曲线下面积(AUROC)较高，鼻qPCR为0.96，喉qPCR为0.89 (Extended Figure 8a)，但FFA较低，尤其是喉部(AUC 0.69)。为了检测随着感染进展的纵向表现，计算暴露后每一天LFA与qPCR和FFA的敏感性和特异性(图5f)。无论是检测还是解剖部位，LFA的敏感性在急性疾病的开始和结束时都是有限的。然而，在接种后4天内，LFA作为qPCR或FFA的替代物表现出较高的敏感性。总的来说，LFA具有很高的特异性，尽管与FFA(而不是qPCR)有关的一些“假阳性”被观察到。

如果存在无症状/症状前，通常建议每周检测两次LFA。对于FFA(图5g)和qPCR(扩展图8b)，如果每天进行检测，在90%的VL AUC发生时或之前都可以识别感染。随着检测周期的延长，VL AUC的比例下降，每周两次检测可捕获70-80%的病毒，如果鼻咽拭子联合检测，每周检测仍超过50%。因此，LFA阳性与可培养病毒密切相关，因此具有传染性，可作为中断传播的干预措施的一个非常有效的触发点。

本研究报告首个SARS-CoV-2人类挑战研究的病毒学和临床结果。在10 TCID50的低接种量下，53%的血清阴性参与者观察到强劲的病毒复制。在2天的潜伏期后，vl迅速上升，在高水平达到顶峰并持续一周多。89%的感染者出现症状，但尽管vl很高，但症状始终是轻至中度的，短暂的，主要局限于上呼吸道。嗅觉缺失/嗅觉障碍是常见的，比其他症状出现的晚，大多数参与者在90天内无需治疗就能痊愈。在残留嗅觉障碍患者中，他们的嗅觉在随访期间稳步改善，与社区病例中所见的长期预后良好一致。根据临床和放射学评估，在受感染的参与者中没有肺部疾病的证据。这些研究将通过在临床开发早期生成疗效数据，并避免需要持续社区传播的研究的不确定性，从而优化疫苗、抗病毒药物和诊断药物的快速评估平台。

原文来源： Ben Killingley , et al. Safety, tolerability and viral kinetics during SARS-CoV-2 human challenge. https://www.researchsquare.com/article/rs-1121993/v1 DOI：10.21203/rs.3.rs-1121993/v1