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白成科教授团队多项研究成果取得重要进展

发布日期:2023-04-18 作者: 来源: 点击:

气候变化对于自然疫源性疾病(Natural Focus Disease,NFD)的起源、发生和传播具有重要作用。21世纪以来,随着全球气候变化加剧,极端天气事件和自然灾害频发,人口增长及其活动范围持续扩大,导致生物栖息地遭到严重破坏,全球多地新发、再发和突发的各类流行性疾病、传染病、动物疫病等事件不断发生。自2010年至今,世界卫生组织(WHO)已宣布过6次“国际关注的突发公共卫生事件”(PHEIC),特别是近年来全球新型冠状病毒肺炎(COVID-19)大流行,紧随其后的世界范围内的猴痘、不明原因儿童肝炎等疾病爆发,均与自然疫源性疾病密切相关。阐明自然疫源性疾病的起源、发病机制、传播过程以及流行趋势等将为相关重大疾病的预防和治疗提供重要参考。然而,由于影响因素复杂、可用模型较少等原因,目前大尺度气候变化背景下自然疫源性疾病的时空分布和流行趋势仍然未知,属于全球变化与健康领域面临的难题和挑战。

基于这一问题,研究团队选取炭疽病、布鲁氏菌病、登革热、流行性乙型脑炎、出血热、人禽流感、钩端螺旋体病、疟疾、鼠疫、狂犬病和血吸虫病等11种主要自然疫源性人畜共患病,开发了基于最大熵(Maximum entropy)算法的疾病生态位预测模型,通过3种具有清晰宿主背景的疾病(登革热、出血热和鼠疫)分布及其动物宿主分布建模,对基于宿主分布的高适宜区域与基于疾病发病分布的高风险区进行对比和拟合,确定整合Maxent模型的可靠性。同时考虑到社会经济因素对人畜共患病的传播具有重要作用,通过模糊隶属(fuzzy membership)算法对环境变量进行标准化,生成疾病特异性的环境因子图层,并用于11种人畜共患病的预测和建模。在此基础上,进一步对不同温室气体排放路径(RCP2.6,RCP4.5,RCP6.0,RCP8.5)下11种疾病的未来潜在风险分布进行预测,并对疾病风险漂移面积与环境因子变化的相关性进行分析。

研究结果发现,整合Maxent生态位模型对于预测疾病分布具有较高的精度和准确度。在此基础上,团队首次绘制了中国主要自然疫源性人畜共患病的时空分布图,结果显示共有6个集中高风险区,包括华中/华南高风险区(流行性乙型脑炎、人禽流感、钩端螺旋体病、狂犬病)、华北/东北高风险区(布鲁氏菌病、出血热)、华中高风险区(疟疾、血吸虫病)、西北/西南高风险区(炭疽病)、华南区域(登革热)和西部高风险区(鼠疫)。其中9种人畜共患病高风险区均位于黑河-腾冲线(胡焕庸线)以东,该区域分布着我国80%以上的人口和经济体量,是我国人畜共患病需重点关注的高风险区域。在未来气候变化情景下,11种主要人畜共患病的流行风险呈现不同的变化趋势,包括扩张(瘟疫、狂犬病、人禽流感、钩端螺旋体病和流行性脑炎)、收缩(布鲁氏菌病、出血性出血热、血吸虫病和登革热)和不稳定(炭疽病和疟疾)。进一步相关性分析揭示,上述疾病的流行趋势与温度/降水变化显著相关。对于扩张风险的5种人畜共患病,未来应加强中长期监测和预警;而对于收缩风险的4种人畜共患病,未来需结合短期动态气候变化,预防极端天气条件下可能出现的疾病爆发。

研究结果将为我国人畜共患病的中长期监测和疾病防控提供重要指导,同时将为短期极端天气下可能出现的大规模疾病爆发提供理论参考。本研究开发的预测方法可为未来新发、再发和突发的各类流行性疾病以及气候相关性重大疾病(如糖尿病、慢性肾脏病、心血管疾病等)的流行病学预测提供方法学参考。 

  

上述研究成果,在2023年4月7日以Tracing the future of epidemics: Coincident niche distribution of host animals and disease incidence revealed climate-correlated risk shifts of main zoonotic diseases in China为题,发表在全球变化生物学顶级期刊《Global Change Biology》(JCR 1区,TOP10,IF=13.21)上。西安交通大学第二附属医院曹博研究实习员(五大联赛买球网2014届硕士研究生)为论文第一作者和通讯作者,五大联赛买球网白成科教授、西安交通大学第二附属医院武坤毅助理研究员为论文共同第一作者,论文合作者还包括西安交通大学第二附属医院剌婷副研究员、五大联赛买球网李桂双副教授以及白成科教授团队苏伊洋、车灵玉、张孟、卢钰萌、高普凡、杨晶晶、薛颖等成员。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、陕西省重点研发计划重点产业创新链、陕西省自然科学基础研究计划和西安交通大学第二附属医院自由探索计划等项目的资助。

近年来,白成科教授团队围绕全球变化背景下药用植物、湿地植物、能源作物资源的利用和保护等方向开展系列研究,相关研究成果发表在Science of the Total Environment(2020,2022)(JCR 1区,IF=10.75)、 Industrial Crops and Products(2020)( JCR 1区,IF=6.45)等国际知名期刊。

同时,白成科教授团队在药用植物黄芩和山茱萸的药材品质形成及其分子机制和采后加工等方面进行了系列探索,形成了两种中药材有效成分从宏观(生态环境)到微观(基因调控)的较为完整研究体系,取得了一系列重要成果,包括:

1.黄芩和粘毛黄芩种间药用活性成分差异与黄芩苷合成途径关键酶基因表达有关(2022)

2. 药用植物山茱萸鲜果发酵新工艺的开发与优化(2021)

3. 环境变化对药用植物山茱萸的功能特性和生物活性产物有重要影响(2021)

4. 生长年份和采后加工方法对黄芩药用活性成分的含量起着关键作用(2020)

5. 山茱萸和灯台树的果实药用活性成分种间差异与不同生长期马钱苷合成途径关键酶基因表达调节有关(2019)

上述系列研究成果均发表在国际知名期刊Industrial Crops and Products,得到国内外同行的高度关注和认可。

  相关论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.16708

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926669022012419

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926669021009420

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969721060241

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926669021000686

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092666902030902X

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926669020303940

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969720320313

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926669019308684