新冠病毒變異株“繆”毒株的最新研究進展

王 蓉，王彩紅，姚曉文，周玉霞，于曉輝，張久聰，3

（1. 中國人民解放軍聯勤保障部隊第九四〇醫(yī)院消化內科，甘肅蘭州 730050；2. 甘肅中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院，甘肅蘭州730000；3.武漢火神山醫(yī)院感染六科，湖北武漢 430050）

新冠肺炎是由SARS-CoV-2 引起的嚴重呼吸道傳染疾病，目前在全球范圍內已經造成了前所未有的影響。自新冠病毒出現至今，世界上許多國家遭受了第二波乃至第三波的嚴重疫情。目前新冠病毒突變出了許多變異株，例如SARS-CoV-2 關切變異株（variant of concern，VOC）和關注變異株（variant of interest，VOI）已經被報道，并且已經造成了更嚴重、傳染性更高的新冠疫情［1］。VOI 的級別較VOC 低，因此VOI 目前的威脅要低于VOC。世界衛(wèi)生組織在2021 年8 月31 日新冠疫情每周公報中稱，VOI 中的“繆”毒株可能具有較高的疫苗耐受性，能逃避之前感染或接種疫苗帶來的免疫力，因此成為目前關注較多的變異毒株［1］。本文就“繆”毒株的特性及流行病學等進行詳細綜述。

1 SARS?CoV?2 病毒的結構特點

SARS-CoV-2 病毒是一種有包膜且不分段的單鏈RNA 病毒，具有5′-帽結構和3′-Poly A 尾，屬于冠狀病毒亞科貝塔冠狀病毒屬。根據血清型和基因組特征，冠狀病毒亞科分為4 個主要屬：阿爾法冠狀病毒屬、貝塔冠狀病毒屬、伽馬冠狀病毒屬和德爾塔冠狀病毒屬［2］。SARS-CoV-2 病毒顆粒被宿主細胞提供的脂質雙分子層所包裹，其中含有核酸及4 種主要結構蛋白：核衣殼蛋白（nucleocapsid protein，N 蛋白）、刺突蛋白（spike glycoprotein，S 蛋白）、包膜蛋白（envelope protein，E 蛋白）以及膜蛋白（matrix protein，M 蛋白）［3］。

M 蛋白的功能決定了病毒顆粒的形狀，能促進膜的彎曲，有助于結合核衣殼［4］。E 蛋白在病毒的組裝和釋放過程中起著重要作用，與病毒的致病機制有關［5］。N 蛋白能通過不同的機制與病毒RNA基因組結合。S 蛋白在病毒附著、融合和侵入過程中起著關鍵作用。S 蛋白能與宿主細胞上的受體結合，決定宿主的嗜性和傳遞能力、介導受體結合和膜融合［6］。通常，冠狀病毒的S 蛋白在功能上分為負責受體結合的S1 結構域和負責細胞膜融合的S2結構域［6］。S 蛋白具有受體結合域（receptor binding domain，RBD），與血管緊張素轉換酶（angiotensin converting enzyme 2，ACE2）受體有很強的相互作用。S 蛋白含有S1 亞基，其受體結合域能與靶細胞上的ACE2 受體結合；S 蛋白的S2 亞基含有已知可相互作用的七肽重復序列1 和七肽重復序列2，可形成六股螺旋束的融合蛋白，其融合和感染都非常接近［7］。此外，研究表明，SARS-CoV-2 病毒S 蛋白的受體結合域與ACE2 的結合親和力比SARS-CoV高10～20 倍，這可能是SARS-CoV-2 比SARS-CoV具有更高的傳染性和傳播性的原因［8］。

2 新冠病毒的變異特點

新變種出現的4 個關鍵問題是它們對病毒傳播性、疾病嚴重性、再感染率（即逃避自然免疫）和疫苗有效性（即逃避疫苗誘導免疫）的影響。病毒基因結構的變異對預防、診斷和治療具有相當重要的醫(yī)學和生物學意義。與以DNA 為基礎的生物相比，RNA 病毒通常被認為復制其遺傳物質的準確性較低，因為它們缺乏必要的校對和糾正機制［9］。SARS-CoV-2 的進化速率很低（約1×10-3個置換/位點/年），在病毒的30 000 個堿基對中，每個譜系每個月固定1～2 個核苷酸變化［10］。這些核苷酸的缺失、插入或替換可以是同義的，對病毒幾乎沒有反應，也可以是非同義的，導致氨基酸序列的改變。大量的感染者和每次感染過程中產生的高病毒載量為SARS-CoV-2 變異的產生和選擇提供了許多機會。

目前新冠病毒的幾個組合突變定義了新的譜系，而最顯著的是新冠病毒變異株容易在S 蛋白的S1 亞基上攜帶突變，S1 亞基包含RBD，并負責病毒與ACE2 受體的結合。當這些突變發(fā)生在S 蛋白，特別是其RBD 時，可能會影響受體或抗體的結合。研究證明，在S 蛋白的RBD 內的N501Y 突變導致與人ACE2 受體的更高親和力，可能增加新冠病毒的傳播性［11］，E484K 突變以及E484Q 突變與免疫逃逸有關，并增加與ACE2 親和力［12］。L452R 突變位于RBD 內，可能與遺傳性或免疫逃逸有關并被證明可導致治療性單抗Bamlanivimab（LY-CoV555）的結合-逃逸［13］。研究證明S 蛋白突變D614G（從614位天冬氨酸到甘氨酸的單一氨基酸替換）對結構和功能的影響顯著增強了甲型慢病毒載體的感染性。通過分子模擬，研究者認為G614 氨基酸取代破壞了閉合構象的穩(wěn)定性，而不改變開放構象的穩(wěn)定性［14］。向開放狀態(tài)的轉變被認為是病毒融合所必需的，因此，結構上有利的開放狀態(tài)與生化分析所顯示的較高的傳染性是一致的。除此之外，N-末端的突變也是潛在的問題，因為許多高度有效的中和抗體都針對這個區(qū)域［15］，然而發(fā)生在基因組其他區(qū)域的突變產生的影響還沒有得到很好的描述。

3 “繆”毒株的特性

3.1 VOI

截至2020 年12 月底，出現了累積多種突變的新變種，稱為VOI，指的是擁有能夠影響病毒傳播能力、癥狀嚴重程度以及免疫逃逸的遺傳突變［1］。它們會導致表型改變，或具有懷疑導致這種改變的基因組突變，已在多個傳播事件或多個國家中被發(fā)現。目前世界衛(wèi)生組織列出的有5 種變種：埃塔（Eta）、約塔（Iota）、卡帕（Kappa）、拉姆達（Lambda）及繆（Mu）。變異株的出現被證明與傳播性增加、毒力增加或臨床疾病表現的改變、公共衛(wèi)生和社會措施或現有診斷、疫苗和治療方法的有效性降低有關［16］。

3.2 “繆”變異株的發(fā)現及流行病學

2021 年1 月在哥倫比亞首次出現的一種新的SARS-CoV-2 VOI，定義為B.1.621 譜系，在8 月底世界衛(wèi)生組織將其命名為“繆”毒株（μ），并將其列為VOI［1］。盡管測序病例中“繆”變種的全球流行率目前低于0.1%，但這一變種在哥倫比亞和厄瓜多爾等地的流行率一直在上升。截至2021 年6 月，在哥倫比亞報告的新冠病毒感染病例當中，有53%感染了變異新冠病毒“繆”毒株，2021 年3～8 月，哥倫比亞新冠肺炎確診病例大幅增加［17］。雖然在初期伽馬毒株占主導地位，但2021 年5 月開始，“繆”毒株超過了包括伽馬毒株在內的所有其他變異體，并從那時起主導了哥倫比亞的新冠疫情。

自該變異毒株發(fā)現之后，南美和歐洲一些國家也報告了一些較大的疫情，截至2021 年9 月12 日，共檢測到繆毒株5 656 條序列，已在49 個國家發(fā)現了繆毒株的蹤跡［18］。截至2021 年9 月7 日，已在美國的49 個州檢測到新冠變異病毒“繆”毒株，約有兩千多的美國人感染該變異毒株，美國是目前全球最多感染該變異株的國家［19］。日本厚生勞動省2021年9 月確認，今年6 月和7 月在機場檢疫中確診感染新冠病毒的2 人感染的是新冠變異病毒“繆毒株”。這是日本國內首次確認感染該類型變異株［20］。截至目前，韓國國內共報告3 例感染“繆”變異毒株的新冠確診病例，均為境外輸入，分別來自墨西哥、美國和哥倫比亞［20］。2021 年9 月3 日，秘魯衛(wèi)生部通報稱，秘魯全國已有10 余個地區(qū)報告共67 例感染新冠變異病毒“繆”毒株的確診病例［21］。2021 年9 月2 日，中國臺灣省發(fā)現了1 例“繆”毒株感染。2021年9 月3 日，中國香港共發(fā)現3 例“繆”毒株感染個案，其中2 人是6 月上旬來自哥倫比亞，1 人是7 月下旬來自美國，并且該患者已經接種過兩劑BioNTech 復必泰的新冠疫苗［21］。在已經確診的“繆”毒株感染者中，有已經完全接種過疫苗的患者，例如香港從美國入境的確診者，可以明確“繆”毒株具有中和疫苗接種后產生的免疫力的潛力。

3.3 “繆”毒株的基因組學及進化特點

“繆”毒株這個單系類群在最初是被分配于B.1譜系，2021 年1 月，哥倫比亞加強了對SARS-CoV-2病毒的常規(guī)基因組監(jiān)測，截至2021 年5 月，GISAID數據庫中共有908 個來自哥倫比亞的序列。B.1 譜系是最具代表性的血統(tǒng)（有229 條記錄），因為它從大流行開始就出現的頻率較高，而“繆”毒株即B.1.621 譜系從2021 年1 月到目前為止已經被越來越多地檢測到。在哥倫比亞，由國家薩盧德研究所領導的國家基因組特征計劃自SARS-CoV-2 大流行開始以來對其譜系進行了實時監(jiān)測［22］。2021 年3月和4 月的第三個流行高峰，出現了具有高突變積累的B.1 世系后代即為B.1.621，以及B.1.1.7、P.1 和VOI 在一些城市的發(fā)現［22］。

SARS-CoV-2 的蛋白中存在多個氨基酸的替換，S 蛋白是負責受體結合和膜融合的病毒蛋白，也是中和抗體的主要目標［23］。監(jiān)測SARS-CoV-2 新變種的出現是全世界首要任務，因為某些非同義替換可能與生物學特性有關，例如改變配體-受體親和力、通過自然獲得的多克隆免疫或疫苗接種后抗體的中和效率和傳播力［24］?！翱姟倍局甑倪z傳背景包括以前在幾個VOI 和VOC 中發(fā)現的一些氨基酸變化。

“繆”毒株存在大量不同的同義和非同義替換，包括N-末端結構域的Y144T 和Y145S，受體結合區(qū)的R346K、E484K 和N501Y，S1/S2 裂解位點的P681H，以及S 蛋白中的146N 的插入。經證實了幾個趨同的替換是由廣泛的原始人群的高遺傳變異率，以及單克隆抗體療法和疫苗接種的選擇決定［25，26］。在SARS-CoV-2 病毒S 蛋白中的替換是常見的，但在“繆”毒株的變異中，一些獨特的替換是相關的，例如，E484K 的存在與恢復期血漿中和活性較低有關［25］，可以幫助變種逃逸抗體，使病毒得以避開免疫系統(tǒng)的阻擊；而N501Y 則是改變了病毒突刺的結合受體，可以幫助變種更容易傳播。69/70 缺失高峰與E484K 和N501Y 替換一起降低了中和抗體的能力［27］。在SARS-CoV-2 病毒中插入145N 是SARS-CoV-2 病毒變異的第一個證據，其在感染、傳播和致病機制中的意義尚不清楚。

“繆”毒株有多個尖峰蛋白突變，一些與其他VOC 相同，如：E484K、N501Y、P681H，而另一些是新的突變，如：R346K、Y144T、Y145S 和146N 插入。在2021 年4 月，在SARS-CoV-2 病毒基因組調查中，意大利研究人員檢測到一個以“繆”毒株譜系典型刺突突變?yōu)樘卣鞯男蛄?。對該樣本進行了全基因組測序（whole genome sequencing，WGS），確認了“繆”毒株的譜系［28］。因此，追蹤了這名具有非特異性癥狀的患者的所有接觸者，從而確認了其他6例SARS-CoV-2 病毒陽性患者的身份，這些患者的基因樣本接受了WGS 檢查，并被歸類為“繆”毒株血統(tǒng)［28］。為了在全球范圍內評估這7 個意大利SARS-CoV-2“繆”毒株譜系序列之間的進化關系，研究者采用的所有序列都與美國的SARS-CoV-2“繆”毒株序列形成了一個單系簇。在這項研究中，研究者首次從最早陽性患者的樣本中分離出病毒，并在WGS 確認其身份后不久用分離的病毒進行了中和試驗，在第二次接種BNT162b2 疫苗后10～20 d 收集了患者血清，所有血清都有效地中和了SARS-CoV-2“繆”毒株，表明該VOI 不是疫苗效力的關注點［28］。事實上，“繆”毒株的中和力很強，即使比SARS-CoV-2B 的中和力要低得多。研究數據顯示，盡管S 蛋白有多個突變，但“繆”毒株可以被BNT162b2 疫苗引發(fā)的抗體中和［29］。因此“繆”毒株的“免疫逃逸潛在特性”的突變，意味著目前的疫苗對它的抵抗效果較差。不過世界衛(wèi)生組織表示，對此還需要開展更多研究予以證實。

截至2021 年4 月底，在一項包含了“繆”毒株的所有基因組的研究表明，雖然在每個“繆”毒株序列和親本B.1 譜系的所有密切相關序列之間都發(fā)現了非常高且無法解釋的遺傳距離，但整個分支模式和譜系內距離表明多樣性較低［30］。在大流行的第三個高峰早期在哥倫比亞傳播可以由多種因素解釋，包括社會環(huán)境以及新出現的血統(tǒng)的遺傳背景，導致傳播方式的變化。目前的SARS-CoV-2 病毒基因組監(jiān)測戰(zhàn)略包括在主要城市和邊境城市，特殊關注群體、具有獨特臨床特征和嚴重程度的患者中抽樣，新出現的“繆”毒株的感染高頻率也可能與SARS-COV-2 病毒基因組監(jiān)測的加強有關。

4 結論與展望

自新冠肺炎大流行開始以來，全世界已出現了一系列新冠病毒的變異株，導致了新冠疫情的加重和反復。新冠病毒會不斷變異，大多數突變對病毒特性幾乎沒有影響。然而，有些突變可能會改變病毒傳播的速度、傳染性、引起的疾病的嚴重程度，以及對疫苗和治療的有效性造成影響。目前在新冠病毒的多種變異株中，德爾塔變異株使全球新冠感染率激增，仍然是威脅最大的變異株。自2021 年1月在哥倫比亞發(fā)現以來，“繆”毒株因其可能具有較高的疫苗耐受性，能逃避之前感染或接種疫苗帶來的免疫力。目前已在全球多個國家監(jiān)測到該毒株，雖然其影響尚不及德爾塔變異株，但是由于其免疫逃逸，有可能降低部分中和抗體和疫苗的有效性，“繆”毒株可能比原始冠狀毒株傳播性更強，需要警惕其進化為更嚴重甚至威脅更大的新冠變異毒株。新冠肺炎疫情形式仍然嚴峻，全世界感染者及死亡人數仍在增加。中國雖然在前期的疫情防控上取得了可觀的成績，但是由于新冠病毒的變異特性，多種變異毒株的出現，造成了新冠肺炎疫情的反復。目前新冠肺炎的控制除了實施嚴格的防疫措施，積極接種新冠疫苗也很重要，現有的疫苗已經證實可以預防原始冠狀病毒以及對德爾塔等變異株有相應的中和能力。但是對于“繆”毒株，因其具有免疫逃逸潛在能力，目前的疫苗可能對其無法產生保護，因此就需要進一步研發(fā)新疫苗以及更多有效的治療以應對新冠病毒變異株的致病作用，進而保護人民的健康安全。

作者貢獻度說明：

王蓉：文獻檢索，選題和設計，文章主要的撰寫和文章修改；王彩紅、姚曉文、周玉霞：參與相關文獻查閱；于曉輝，張久聰：參與選題與設計。