為什么D614G變異株成為全球主流毒株？

南方周末特約撰稿 湯波

D614G變異株在歐洲形成規(guī)模后，迅速在世界其他各大洲擴散。

★一種新冠病毒突變株D614G（第614位氨基酸發(fā)生點突變）取代了早期在武漢患者體內(nèi)分離出的毒株，正成為肆虐全球的主要毒株。最新研究表明，這一突變毒株具有更強的傳播力，且可能影響抗體治療和疫苗保護效果。

最近有多項研究表明，一種傳播力更強的新冠病毒變異株正在全球加速流行，可能給全球新冠肺炎疫情防控帶來更大挑戰(zhàn)。

D614G變異株橫空出世

2020年7月2日，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室等機構(gòu)的研究人員在著名的《細(xì)胞》雜志發(fā)文指出，一種第614位氨基酸發(fā)生點突變的新冠病毒突變株正在成為全球主要新冠病毒毒株。研究表明這一突變株具有更強的傳播力，6月中旬在北京市新發(fā)地出現(xiàn)的毒株也含有這一突變。

根據(jù)新冠病毒基因組信息分析，其第614位氨基酸位于刺突蛋白區(qū)域，該氨基酸最早在武漢市新冠肺炎患者體內(nèi)分離到的新冠病毒上為天冬氨酸（D614），2020年1月12日前在歐洲演變出甘氨酸G614突變，該突變在基因水平上是由單一堿基突變造成的。D614G突變一般還伴隨著其他三種突變，這四個突變位點往往出現(xiàn)同一個變異株中，其中D614G突變最為關(guān)鍵。

隨著歐洲疫情的暴發(fā)和擴散，擁有D614G突變的新冠病毒變異株迅速在全球擴散開來，并成為最主要的新冠病毒毒株。在分析不同階段的全球共享流感數(shù)據(jù)倡議組織(GISAID)數(shù)據(jù)庫中新冠病毒基因組序列之后，研究人員發(fā)現(xiàn)，在3月1日之前，G614新冠病毒變異株只占到全部近1000個病毒的10%，在3月初到3月底提交的約1.5萬個新冠病毒基因組序列中，G614變異株已占到67%，而4月1到5月18日全球提交的1.2萬多個病毒數(shù)據(jù)中，G614變異株占比更是高達78%。

D614G變異株最早報道是在德國、意大利等國家出現(xiàn)，然后很快在歐洲擴散。2月中旬之前，意大利分離出的毒株仍然是D614，但是2月19日之后，G614變異株成為絕對主力，D614毒株基本消失殆盡。法國在2月下旬G614變異株和D614毒株并存，前者略占優(yōu)勢，到3月中旬，G614變異株占據(jù)絕對優(yōu)勢，D614毒株也基本未見報道了。在德國、西班牙、英國和冰島等國家則稍有不同，德國在1月中旬前就發(fā)現(xiàn)了G614變異株，但是到1月底前感染者都非常少，G614變異株在3月中下旬逐漸處于優(yōu)勢地位，不過D614毒株并沒有完全消失。另據(jù)日本國家傳染病研究所的一項研究顯示，在G614變異株占支配地位的15個歐洲國家中，由于感染力的增加，感染人數(shù)的倍增時間縮短了近一半。

G614變異株在歐洲形成規(guī)模之后，又迅速在世界其他各大洲擴散。在整個歐洲，3月上旬G614變異株已成為流行毒株的主力，到3月底及4月初，G614變異株占比達80%以上。在北美洲，G614變異株在3月下旬開始形成優(yōu)勢，之后優(yōu)勢繼續(xù)擴大，而南美洲的G614變異株優(yōu)勢在3月中旬即已形成。大洋洲到3月底時，G614變異株才占據(jù)優(yōu)勢，但是D614毒株仍然維持較高的比例。G614變異株在非洲的疫情最初即占主導(dǎo)地位，顯示非洲病例主要從歐洲傳入。在3月前，亞洲的流行毒株是D614，3月初G614變異株出現(xiàn)，到3月下旬G614變異株超過D614毒株，到5月中下旬，G614變異株比例也只比D614毒株略高。據(jù)中國疾病預(yù)防控制中心“新型冠狀病毒國家科技資源服務(wù)系統(tǒng)”的數(shù)據(jù)顯示，6月中旬在北京市出現(xiàn)的新冠病毒也屬于G614突變株，因此確定此次北京的疫情是境外輸入引發(fā)的。

美國斯克利普斯研究所的研究人員也發(fā)現(xiàn)了類似D614G變異毒株流行趨勢。根據(jù)一份6月12日公布在生物論文預(yù)印本網(wǎng)站Biorxiv上、尚未經(jīng)同行評議的研究論文，他們分析GenBank網(wǎng)站上公布的新冠病毒基因組序列后發(fā)現(xiàn)，G614毒株在2月份還未檢測出來，3月份已占到GenBank所有公布序列的約1/4，到4月份和5月份，G614毒株分別增加至65%和70%。

不過，《細(xì)胞》論文的作者也承認(rèn)，G614變異株的流行趨勢也可能與樣本誤差有關(guān)。比如，研究人員一般只會提交一些出現(xiàn)突變的病毒序列，而對與之前提交的序列完全或基本一致的病毒序列，則可能不提交，這在一定程度上造成統(tǒng)計數(shù)據(jù)的偏差。

占優(yōu)勢的原因

為什么D614G變異株能占據(jù)優(yōu)勢呢？　洛斯阿拉莫斯國家實驗室等機構(gòu)的研究人員認(rèn)為是這一點突變造成新冠病毒刺突蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生了細(xì)微變化，導(dǎo)致該毒株具有更強的傳播力。通過電子顯微鏡觀察，原有的D614與相鄰的T859原聚體形成氫鍵，使得刺突蛋白的S1和S2亞基連接在一起，而D614突變成G614之后，與T859的氫鍵無法形成，從而使得S1和S2亞基不能相連，更利于新冠病毒與受體細(xì)胞的融合。

通過分析英國謝菲爾德教學(xué)醫(yī)院999名新冠患者的病毒基因組序列，研究人員發(fā)現(xiàn)，G614變異株感染者的上呼吸道病毒載量顯著高于D614毒株感染者，但是兩種不同毒株感染者的住院率和重癥監(jiān)護率卻沒有顯著差異。體外假病毒試驗表明，將攜帶G614或D614的刺突蛋白重組到皰疹性皮炎病毒和另一種假病毒上，研究人員觀察到攜帶G614的假病毒的感染滴度比攜帶D614的病毒高出2.6—9.3倍，這在一定程度上說明G614變異株傳播力比D614病毒高，不過還需要更多的證據(jù)證明，比如D614G變異是否影響病毒在肺細(xì)胞的滴度等等。

洛斯阿拉莫斯國家實驗室的這項研究描述了G614變異株如何在一個月內(nèi)席卷全球，最終成為全球新冠病毒的主要流行毒株。旅行者在G614變異株流行中扮演重要角色，使得G614變異株被引入或重復(fù)引入到原先D614毒株占主導(dǎo)地位的區(qū)域。G614變異株之所以站穩(wěn)腳跟并逐步取代D614毒株，可能是由于某些正向選擇壓力，比如感染者上呼吸道更高的病毒載量等等。

斯克利普斯研究所的研究人員同樣采用假病毒模擬感染的方法來評價G614變異株占優(yōu)勢的原因。他們采用的假病毒是馬洛尼鼠白血病病毒，通過基因重組技術(shù)使其表達含有G614或D614的新冠病毒刺突蛋白，然后去感染人胚胎腎細(xì)胞，結(jié)果攜帶G614的假病毒感染效率比攜帶D614的假病毒高9倍，這與洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究結(jié)果中最高水平相當(dāng)。斯克利普斯研究所的研究人員進一步分析了刺突蛋白脫落的S1亞基和S2亞基的比例，發(fā)現(xiàn)攜帶G614假病毒的S1亞基脫落量顯著少于攜帶D614的假病毒，而且攜帶G614的病毒可能產(chǎn)生更多的刺突蛋白，從而更容易入侵宿主細(xì)胞。

重慶醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院的研究人員也對D614G變異進行了研究。根據(jù)其2020年6月20日發(fā)布在生物論文預(yù)印本網(wǎng)站Biorxiv上的論文顯示，他們認(rèn)為G614的出現(xiàn)，使得新冠病毒多了一個新的蛋白酶酶切位點，而冠狀病毒刺突蛋白必須被宿主蛋白酶裂解，才能實現(xiàn)膜融合入侵宿主細(xì)胞。進一步分析發(fā)現(xiàn)，攜帶G614突變的病毒更容易入侵宿主細(xì)胞，而宿主蛋白酶抑制劑可顯著降低攜帶G614突變的病毒感染效率。

可能的有害影響

對于突變的冠狀病毒，人們最擔(dān)心的是這些突變是否會影響疫苗的有效性，以及抗體等藥物的療效。流感病毒疫苗研發(fā)就遇到過這種難題，由于流感病毒容易變異，每次新的流感季，之前的疫苗保護效率往往會大打折扣，不得不重新研發(fā)新的疫苗，不過疫苗研發(fā)進度總是趕不上流感病毒的變異速度。

為此，洛斯阿拉莫斯國家實驗室等機構(gòu)的研究人員用6個圣地亞哥感染者捐獻的康復(fù)期血清去中和攜帶G614或D614的毒株，結(jié)果發(fā)現(xiàn)G614毒株似乎更容易被多克隆抗體中和，至少與D614相當(dāng)。由于并不清楚這些康復(fù)期血清捐獻者感染的是何種毒株，這一試驗至少說明G614毒株對康復(fù)期血清中的多克隆抗體并沒有表現(xiàn)出更強的抵抗力。日本國家傳染病研究所的一項研究也認(rèn)為，新冠康復(fù)者血清對G614變異株和D614毒株表現(xiàn)出相近的中和活力，這一結(jié)論與美國研究人員的相同。

不過，重慶醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院的研究人員也開展了類似的研究，結(jié)果卻有所不同。他們測試了41個新冠康復(fù)者的血清，其中38個血清都對攜帶D614的病毒和攜帶G614的病毒表現(xiàn)出相似的中和作用，但是另外3個血清樣品對攜帶G614病毒的中和作用顯著降低，其中一個樣品則對G614病毒完全沒有中和作用，這表明G614變異株可能降低康復(fù)者血清中多克隆抗體的中和作用，從而影響抗體治療的效果。

由于疫苗注射后也會在機體產(chǎn)生中和病毒的抗體，因此上述研究說明還需要更多地考慮這些突變毒株對疫苗研發(fā)的影響，以設(shè)計和研發(fā)出針對新的突變毒株更有效的疫苗和治療方案。