2022年2月1日，Research Square在线发表了全球首次新冠肺炎(COVID-19)人体挑战试验的预印本论文，证明了建立COVID-19人体模型的可行性，并对其发生发展提出了新见解。

截止到目前，对COVID-19动物模型已经开展了诸多研究，但未必能完全反映新冠病毒(SARS-CoV-2)在人体中的情况。此外，在全球范围内，很多年轻人在感染后症状轻微，甚至没有症状，但他们却可能是社区传播的重要驱动因素。因此，研究者欲建立这一群体的感染模型，了解病毒的动力学、免疫反应和传播动态等信息。

这项研究由伦敦帝国理工学院(Imperial College London)的科学家团队牵头，通过了严格的伦理审查，并于clinicaltrials.gov注册（NCT04865237）。根据事先拟定的纳入排除标准，该研究共纳入36 名18-29岁的健康志愿者，均为COVID-19低风险人群，且未感染过COVID-19也从未接种过新冠疫苗。然而在招募后，有两名志愿者的血清出现转化，因此被排除于研究之外。最终，对34名志愿者接种了SARS-CoV-2，并进行了初步结果分析。以下为该项研究的主要科学发现。

一、     最佳接种剂量

在COVID-19大流行早期，世卫组织曾发表专家共识，对在志愿者中进行的新冠人体挑战试验提出了指导意见，建议病毒接种的起始剂量为10² TCID₅₀。然而，SARS-CoV-2的危害性与长期风险尚未阐明，并且体外实验表明其在原代人气道上皮细胞中具有较强的复制能力。因此，为保险起见，该研究设计了一个循序渐进的适应性方案，以最大限度地降低风险。

研究者自10 TCID₅₀的低剂量开始对志愿者进行鼻内病毒接种。病毒采用2020年早期于英国发现的野生型病毒（SARS-CoV-2/human/GBR/484861/ 2020)，而并非最新的新冠变种。因为所选择的初始剂量非常低，所以研究者原本预期要使用更高的病毒剂量，才能感染大部分志愿者。然而，结果显示共18 名(53%)志愿者感染COVID-19，满足事先制定的50-70%的目标感染率。

相比之下，非人类灵长类动物的COVID-19模型使用了1000-10000倍以上的病毒剂量，而在对其他呼吸道病毒(如流感病毒和呼吸道合胞病毒)的人体挑战试验中，接种剂量通常也要高得多(10⁴-10⁶ TCID₅₀)。因此，无论是动物模型还是来自其他病毒感染的人体试验数据都无助于估计SARS-CoV-2的最佳接种量。

二、     病毒动力学

研究发现，在接种10 TCID₅₀ SARS-CoV-2的34名志愿者中，有18人通过qPCR检测显示为新冠阳性。在感染后仅40小时（95%CI[40，52]）（1.67天），就可以通过咽拭子qPCR检测鉴定出病毒颗粒的脱落，明显早于鼻拭子阳性结果的检出时间(p=0.0225)，后者需58小时（95%CI[40，76])（约2.4天）。同样，灶斑形成实验（FFA）显示咽拭子能比鼻拭子更早检出具有活性的病毒(p=0.0058)。

研究者也发现在感染者中，病毒载量(VL）会快速上升并持续一周以上。咽部和鼻部的病毒载量分别于112个小时(95%CI[76,160])（约4.7天）和148小时(95%CI[112,184])（约6.2天）达到峰值。有趣的是，尽管在咽部最先检出病毒，但鼻部的病毒载量却比咽部高得多，峰值分别8.87(95%CI[8.41，9.53])log10拷贝/mL和3.9(95%CI[3.34，4.42])log10 FFU/mL，7.65(95%CI[7.39，8.24])log10 拷贝/mL和2.92(95%CI[2.68，3.56])log10 FFU/mL(qPCR，p<0.0001；FFA，p=0.0024)。因此，从鼻部取样送检是有一定道理的，同时也证明了在鼻部覆盖防护工具的重要性。

所有感染者在感染后第14天的qPCR结果仍为阳性，因此研究者延长了隔离时间，直到检测结果符合事先拟定的出院标准。然而，在接种后第28天，6/18(33%)患者鼻部和2/18(11%)的咽部qPCR仍为阳性，但到第90天，所有受试者的咽拭子和鼻拭子均检测为阴性。此外，在不符合感染标准并被认定为未感染的志愿者中，有3名参与者的鼻拭子和6名参与者的咽拭子qPCR为低水平阳性。因此，如果仅根据qPCR结果，可能会把已经没有传染性的人多隔离几周。

相比之下，FFA在更有限的时间内检测到活病毒。平均而言，在接种后约10天，鼻拭子不再能够检测出具有活性的病毒。因此，这些数据支持许多指南中倡导的症状出现后10天的隔离期，以最大限度地减少继续传播。

三、     抗体产生情况

研究发现，所有感染者均产生了血清抗体。中和抗体滴度在感染后第14天为425(IQR269)，在28天进一步上升至863.5(IQR403)。抗S蛋白IgG上升较慢，第14天为192.5(IQR1865)ELU/ml，随后于第28天增加到1549(IQR1865)ELU/ml。然而，在未发生感染的人群中，并没有观察到血清抗体的增加。

四、     临床表现规律

研究表明，鼻内接种10 TCID₅₀ SARS-CoV-2在健康的年轻人中引起严重症状的风险很低，志愿者出现的不良反应均在预期之内。感染后第 2-4 天，16 名 (89%) 感染者报告出现轻至中度症状。症状最常见于上呼吸道，包括流鼻涕、打喷嚏、喉咙痛等；另有一些患者报告了头痛、肌肉/关节疼痛和发热等全身症状。共7名 (39%)感染者出现发热（体温>37.8°C）。此外，肺功能评估和胸部CT均未显示明显异常。有趣的是，该研究发现，病毒暴露至第一次症状出现的平均时间仅42小时，这比最初估计的5天潜伏期要短得多。

尽管感染者症状最严重的时间点(112h，95%CI[88,208])与鼻部病毒载量峰值的时间节点（148h，95%CI[112,184])有重合，但研究人员并没有观察到两者的相关性，即病毒载量的高低看似并不影响症状的严重程度。研究还揭示了一个有意思的现象，在18名阳性感染者中有2人没有任何症状，然而无论有无症状表现，感染者的病毒载量都很高，病毒持续时间也很久，这表明无症状感染像有症状的感染一样具有传染性。

除了呼吸道症状之外，嗅觉缺失/嗅觉障碍也是非常普遍的现象。在症状峰值后6-7天，12名(67%)感染者报告有不同程度的嗅觉障碍，且多数在第28天前迅速改善。与常见的新冠后遗症一致，5名感染者在6个月后还存在这些症状，1名志愿者的症状持续时间甚至超过了9个月。因此，嗅觉障碍可能是SARS-CoV-2感染后的共同特征，通常比病毒检出及症状峰值晚几天出现，并且在大多数人中很快就会消失。

五、快速抗原检测

该研究最有价值的发现之一是快速抗原检测结果呈阳性与高病毒载量之间的相关性。快速抗原检测即侧向流动检测(LFA)，通常用来识别社区中潜在的感染者，但其在早期感染中的作用尚不明确。该项研究发现未感染者LFA持续呈阴性，而所有感染者在病毒接种≥2天后LFA均呈阳性。随后研究者评估了相比于qPCR和FFA，LFA的敏感性和特异性，并证实LFA是一种高度特异的检测方法，尽管接种后第1、2天的敏感性可能较低，但若正确且重复使用（每周两次的LFA可以在70-80%的活病毒检出之前诊断感染），并在呈现阳性结果后采取救治措施，将对阻断病毒传播有重要作用。此外，基于可检出活病毒的时间与LFA阳性时间相一致，LFA或可用于诊断一个人是否具有传染性，以及决定何时解除隔离。

研究者表示，这份初步研究结果侧重于展示安全性、耐受性和病毒动力学等方面的科学发现。此外，该模型也将有助于人们识别那些抵抗感染的宿主因子。因此，目前研究人员正在对这项人体挑战试验中的免疫标志物(包括抗体、T细胞和可溶性介质)进行分析，这些标志物可能能够解释这些易感性差异。由于这种方法的可行性已经通过野生型病毒得到验证，研究者计划进一步的人体挑战研究或将纳入感染过COVID-19和接种过疫苗的志愿者，并给予更高剂量和/或病毒变异株以探究病毒和宿主之间的相互作用。

综上，此项研究揭示了SARS-CoV-2入侵人体后的具体细节，为新冠疫苗和特效药物的研发提供了线索和依据。我们也期待在全球科研人员的共同努力下，能够早日战胜新冠疫情！