在不同环境条件下，废水中的丙型肝炎病毒RNA的衰变动态

HCV RNA降解动力学及环境稳定性研究，发现未处理废水降解最快（k=0.1069天?1），温度影响次之，微生物和酶活性起主要作用，为HCV废水监测提供理论依据。

　　

Tania Moharrery | Rakshya Baral | Ocean Thakali | Mustafa Ali | John Skinner | Zachary Bakewell | Bill Clarke | David L. Thomas | Jeffrey Quinn | Shayan Gheshlaghi | Samendra Sherchan

美国马里兰州巴尔的摩市摩根州立大学废水流行病学研究中心，邮编21251

摘要

丙型肝炎病毒（HCV）是一种通过血液传播的包膜RNA病毒，长期感染超过5000万人，并因肝细胞癌和肝硬化导致大量死亡。尽管基于废水的流行病学（WBE）已被广泛用于监测甲型和戊型肝炎等肠道病毒，但通过WBE监测HCV的情况仍较少研究，尤其是在像马里兰州巴尔的摩这样疫情严重的城市地区。本研究在两种温度（25°C和37°C）下，检测了HCV RNA在三种废水基质（原始废水、高压灭菌废水和过滤废水）中的衰减动力学和环境持久性，以评估通过WBE监测HCV的可行性。实验室中准备了含有高浓度（10^9 IU）和低浓度（10^3 IU）HCV RNA的废水样本。样本在目标温度下培养，并使用RT-qPCR技术监测了5天内的病毒RNA降解情况。计算了一阶衰减常数（k）和90%降解所需时间（T_90）。原始废水在25°C下的RNA衰减速率最高（k = 0.1069 day^-1），这归因于酶和微生物的降解作用。高压灭菌和过滤后的废水衰减速度明显较慢，尤其是在较低温度下。温度对RNA降解有一定影响，但这种影响次于基质本身的性质。处理后的样本中RT-qPCR抑制作用很小。HCV RNA的稳定性受到温度和废水处理方式的显著影响，未经处理的废水中的RNA降解最快。原始废水与高压灭菌/过滤废水之间的差异表明，微生物和酶活性可能导致了RNA的不稳定性。这些发现强调了为了准确通过WBE监测HCV，需要进行高频采样和基于衰减特性的建模。本研究支持将HCV检测整合到基于废水的监测系统中，特别是在HCV流行率较高的社区中。

引言

丙型肝炎病毒（HCV）是一种严重的血液传播病原体，继续对全球公共卫生构成重大威胁。根据世界卫生组织（WHO）2024年的最新报告，全球约有5000万人患有慢性HCV感染，每年新增病例近100万例（世界卫生组织，2024年）。仅在2022年，就有约24.2万人死于肝硬化和肝细胞癌，这是慢性HCV感染最严重的两种后果（世界卫生组织，2024年）。这种感染可能多年无声无息地发展，往往在肝脏受到严重损害时才被发现。不幸的是，由于医疗资源有限、对该疾病的污名化或缺乏症状，许多患者仍未得到诊断（世界卫生组织，2024年；疾病控制与预防中心，2023年）。传统的传染病监测主要依赖临床检测，虽然有效，但往往无法捕捉到脆弱人群和难以接触人群中的感染情况。

基于废水的流行病学（WBE）在COVID-19大流行期间获得了全球认可，此后被应用于追踪多种病原体，包括肠道病毒（如脊髓灰质炎病毒和诺如病毒）、呼吸道病毒（如SARS-CoV-2）以及其他具有临床意义的病毒目标（Jafferali等人，2021年；Singer等人，2023年；Moharrery等人，2026年）。

甲型和戊型肝炎病毒通过胆汁排出，随后进入粪便，可能通过摄入被粪便污染的水或食物传播（Foster等人，2019年；Kamar等人，2014年）。因此，WBE可以用来追踪呼吸道和肠道病毒的感染情况。HCV主要通过接触受污染的血液传播（例如共用针头、输血或针刺伤）。然而，尽管HCV主要通过血液传播，但在感染患者的粪便中也检测到了HCV RNA，这表明其在废水中也可能被检测到（Beld等人，2000年）。

最近的研究证实了废水中存在HCV RNA。例如，Bibby和Peccia在污泥中检测到了HCV，而Stockdale等人最近报告称，在未经处理的废水中，HCV是通过RNA-Seq分析检测到的最常见病毒（Stockdale等人，2023年；Bibby和Peccia，2013年）。这些发现得到了欧洲类似报告的支持，突显了WBE在社区层面提供HCV传播情况宝贵信息的潜力（Bofill-Mas等人，2006年；Stockdale等人，2023年）。

然而，虽然可以在废水中检测到HCV RNA，但其解释因RNA在环境基质中的不稳定性而变得复杂。在高温、酶活性、微生物相互作用以及污水中常见的化学物质等不利条件下，病毒RNA会迅速降解（Kitajima等人，2020年）。这突显了了解废水中HCV RNA衰减动力学的重要性，以便正确解读WBE结果。如果没有这种理解，阴性或弱信号可能反映了RNA的降解，而不是真正的无感染状态（Fantilli等人，2023年；McCall等人，2020年）。

到目前为止，关于HCV RNA在环境中的长期稳定性知之甚少。虽然已经对诺如病毒和SARS-CoV-2等病毒进行了持久性研究，但只有少数研究专门针对HCV进行了探讨。先前的研究强调了基于废水的监测在了解病毒在环境条件下的持久性方面的作用（Haramoto等人，2020年；Westhaus等人，2021年）。

在美国，这种知识缺口在疫情严重的地区尤为突出。例如，马里兰州的HCV感染负担仍然很重。巴尔的摩市卫生部门2024年的数据显示，约有72,000名马里兰州居民患有慢性HCV感染，其中大部分是注射毒品者。这些数据强调了在高流行率地区需要创新监测工具（如WBE）的紧迫性（巴尔的摩市卫生部门，2024年；疾病控制与预防中心，2023年）。

本研究通过控制实验室条件评估了废水中HCV RNA的衰减动力学，填补了这些关键空白。具体来说，我们考察了温度（25°C和37°C）、样本处理方法（原始废水、过滤废水和高压灭菌废水）以及初始RNA浓度（高浓度和低浓度）在五天内的影响。原始废水代表了包含微生物活动和悬浮固体的实际环境条件。高压灭菌废水消除了生物活性，只剩下化学效应，而过滤废水去除了颗粒物但保留了溶解有机物，从而可以评估非生物因素的影响（Gundy等人，2009年；Korajkic等人，2018年）。包括25°C和37°C两种温度，确保了研究结果在各种环境和操作条件下的适用性（Pfaender等人，2018年）。高温通过破坏病毒包膜加速RNA降解，而低温则促进RNA的持久性（Casanova等人，2009年；Lo等人，1976年；Ye等人，2016年）。

全面了解废水中HCV RNA的稳定性对于准确解读WBE数据至关重要。这些见解将减少假阴性的可能性，提高感染率估计的准确性，并为废水工作者的安全指南、水资源再利用政策和环境风险评估提供依据。最重要的是，这项研究是首次在控制实验室条件下对HCV RNA衰减动力学进行的全面评估，从而填补了一个关键的知识空白，并为将WBE整合到血液传播病毒的监测中奠定了基础（Cheshomi等人，2024年）。

部分内容摘录

丙型肝炎病毒的来源

本研究中使用的丙型肝炎病毒（HCV）血浆样本来自巴尔的摩急性肝炎前后研究（BBAASH）队列。BBAASH招募了巴尔的摩注射毒品的人，并前瞻性地跟踪有HCV感染风险的个人。从这个队列中选取了一个含有高HCV病毒载量（约10^6 IU/mL）的血浆样本作为材料。该样本随后被稀释以生成高浓度和低浓度的接种物。

总体衰减趋势

在基线（时间零点），在三种基质（原始废水、高压灭菌废水和过滤废水）中建立了36个废水微宇宙，接种物浓度分别为高浓度（预期4.5 × 10^5 IU/mL）和低浓度（预期4.5 × 10^2 IU/mL），并在两种培养温度（25°C和37°C）下进行实验。所有接种的微宇宙中均检测到了HCV RNA，基线值范围从37°C下高压灭菌废水中的2.6 × 10^5 IU/mL到25°C下原始废水中的8.4 × 10^5 IU/mL。

结论

废水中HCV RNA浓度下降，其衰减动力学受到基质组成的显著影响，过滤或高压灭菌基质表现出更高的稳定性，而原始废水则降解最快。虽然较高温度加速了RNA的降解，但在未经处理的废水中，微生物和酶活性的影响更为明显。

通过提供首个关于控制条件下HCV RNA持久性的定量数据集，本研究

方法学优势与未来方向

本研究采用了添加RNA浓度的控制微宇宙设计，可以直接比较不同废水基质和温度下的HCV RNA稳定性。这里建立的衰减常数和T_90基准为将WBE应用于非粪便-口腔途径的血液传播病毒感染提供了重要基础。鉴于巴尔的摩等城市地区HCV的高负担，将HCV纳入常规废水监测可以提供无创的见解

CRediT作者贡献声明

Tania Moharrery：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、方法学、调查。 Rakshya Baral：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、方法学、调查。 Ocean Thakali：调查。 Mustafa Ali：调查。 John Skinner：调查。 Zachary Bakewell：调查。 Bill Clarke：调查。 David L. Thomas：撰写——审阅与编辑、监督、调查、资金获取。 Jeffrey Quinn：调查。 Shayan Gheshlaghi：

资助

本研究得到了美国国立卫生研究院（NIH）的资助（项目编号：RO1DA048063）和NIAID（项目编号：U19AI159822）的支持。此外，该研究还得到了美国国家科学基金会（NSF）的资助（项目编号：2244396）和NIH的资助（项目编号：U54MD013376），资助者为Samendra P. Sherchan。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢BBAASH队列的参与者捐赠了用于本研究的血浆样本。