科研成果 | 李腾龙课题组揭示了新冠疫苗的边际保护效应和群体保护效应

在当今新冠疫情的大流行时期，大多数国家都开展了疫苗接种活动，以增加疫苗接种覆盖率，降低病死率。疫苗接种作为应对新冠肺炎大流行的重要工具，评估COVID-19疫苗接种的有效性，分解COVID-19疫苗对病例死亡率的保护效应是至关重要的。

近期，西交利物浦大学慧湖药学院李腾龙教授团队在医学免疫学知名期刊“Vaccines”(Q1, IF=7.8)上发表了题为“Investigating the Marginal and Herd Effects of COVID-19 Vaccination for Reducing Case Fatality Rate: Evidence from the United States between March 2021 to January 2022“的相关研究论文。

COVID-19疫苗的保护效应是直接效应和间接效应两种不同效应的混合。直接效应也称为边际效应，可以解释为当疫苗接种覆盖率每增加一个百分点时，所造成病死率的降低量。间接效应可以解释为当疫苗接种覆盖率达到某些未知水平时，病死率的额外降低量，即在接种目标人群过程中所造成的某些非目标人群的病死率的潜在突然下降。为了更好地表征其性质，将间接效应称为群体效应。

本研究的主要目的就是区分群体效应与边际效应，对群体效应和边际效应的调查和讨论在公开文献中一直被忽视，但研究这些具有重要意义。因为边际效应和群体效应针对不同的人群(即接种疫苗的个体与未接种疫苗的个体)可以解决不同的科学问题。其次，群体效应可能在不同的未知阀值被发现，这些未知阀值本质上描绘了疫苗接种保护作用的不同阶段，在这些阶段，边际效应和群体效应可能不是恒定的。第三，基于上述两个原因，通过估计边际效应和群体效应，可以更深入地了解疫苗接种的保护效果，并在此基础上针对目标人群优化疫苗接种策略。

为了实现上述目标，我们采用了基于美国疾病控制与预防中心(CDC)的数据集，该数据集记录了美国3109个县从2021年3月11日至2022年1月26日每天的疫苗接种覆盖率。同时，我们假设群体效应和边际效应都存在，并且对病死率具有显著的负向影响。在模型实现方面，我们首先采用分段回归来确定断点，基于我们研究中包括的所有县的数据，这些断点被认为是触发群体效应的阈值。然后，利用确定的断点，使用分段回归估计国家层面的群体效应和边际效应，使用混合模型估计县级层面的群体效应和边际效应。除此之外，我们还纳入了各县的社会脆弱性指数(SVI)数据，以控制县级社会人口因素造成的健康差异。通过与混合模型中群体效应和边际效应相关的随机影响，进一步评估了各县之间的异质性。

通过分析研究，COVID-19疫苗接种确实可以显著降低病死率，但其效果在疫苗接种过程中并非恒定。我们发现了疫苗接种覆盖率的三个阀值，将疫苗接种率分成四个不同的阶段即第一阶段[8.66%,32%], 第二阶段[32%,36%], 第三阶段[36%,47%]和第四阶段[47%,49.3%]。这四个阶段中的边际效应均显著，这表明，接种疫苗可以直接导致病死率的显著降低，因此，应特别建议未接种疫苗的人群接种疫苗。在控制县域异质性的条件下，我们发现边际效应的大小不是恒定的，但是随着疫苗接种覆盖率的增加而增加，并且只有第一个阀值（即疫苗接种率为32%时）的群体效应具有统计显著性，这意味着在疫苗接种活动的早期阶段可能存在间接效益。对该现象的可能解释是，在美国，高危人群实际上首先接种了疫苗，从而避免了大量的死亡和住院。我们的研究结果表明，在分析疫苗接种数据时，公共卫生研究人员应该仔细区分和量化群体效应和边际效应，以便更好地规划疫苗接种策略，并评估疫苗接种效果。

Figure 1. The relationship between the average vaccination coverage and the average CFR in the U.S. The solid dots represent the breakpoints estimated by the “segmented” package in R.

全文链接

全文链接：https://www.mdpi.com/2076-393X/11/6/1078

李腾龙博士简介

李腾龙博士

西浦慧湖药学院，助理教授

密歇根州立大学博士

李腾龙博士是一名应用统计学家，在流行病学、生物医学和社会科学研究方面拥有丰富的经验。他的主要研究兴趣包括结核病、COVID-19、基因组数据中的批次效应和传染病建模。他的方法论工作侧重于贝叶斯推理、因果推理和统计计算。他教授诸如生物统计学高级方法和 SAS 统计计算等课程。在他的职业生涯中，他还作为统计顾问与教育、社会学和心理学研究人员合作。

李腾龙博士获得密歇根州立大学测量与定量方法博士学位和统计学硕士学位。他在波士顿大学（生物统计学系和计算生物医学系）完成了博士后训练。他曾是美国东北大学的讲师和兼职教授，教授数据分析和计量经济学等课程。

研究兴趣

▪ 在贝叶斯推理、因果推理、统计计算、基因组别模型方面拥有丰富经验

▪ 心理测量：对量表设计、潜变量分析、信度与效度分析、结构方程模型等有深入研究 

▪ 传染病建模：结核病、新冠病毒COVID-19等

▪ 临床试验设计及数据分析

▪ 基因数据批次效应

▪ 基于贝叶斯网络或其他统计方法辅助药物设计

如有兴趣想要合作交流的请联系邮箱：[e-mail] 或 [e-mail]。

供稿人 | 李腾龙，王子龙

编辑 | 占婷

新媒体 | 和卓美

监制 | 管君哲

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关于西浦慧湖药学院

西浦慧湖药学院由西交利物浦大学与苏州工业园区管委会共建，旨在协同政府、产业、社会多方合力，孵化世界一流生物医药国际创新生态，助力苏州“一号产业”打造世界级生物医药产业地标。学院开展本科和硕博层次教育，培养具备产业实操技能、勇于开拓创新的国际化复合型行业精锐。学院实施基础研究和专注于促进产业发展的研究战略，致力于满足产业需求的科研实践，重点发展人工智能药物研发与药物智能制造、生物材料与药物递送、药事监管与制药管理三大基础研究方向。

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