病毒為何如此“狡猾多變”

□文/張?zhí)锟?/p>

供圖/視覺中國

前段時間，國內(nèi)發(fā)生的新一輪疫情都是由在印度首先發(fā)現(xiàn)的新冠病毒德爾塔變異毒株引發(fā)的，人們的關(guān)注點也集中在病毒的變異上。德爾塔變異毒株不過是現(xiàn)在新冠病毒變異毒株的一種，還有其他的變異毒株。為了理解病毒的變異，需要在更大的背景下解讀這個問題，即病毒的變與不變。

世界上不存在不變的病毒

病毒只是微生物中的一小類，平常所說的微生物有近10大類，包括細菌、病毒、真菌、放線菌、立克次體、支原體、衣原體、螺旋體等。病毒實際上是非細胞生物，由核酸和蛋白質(zhì)等少數(shù)成分組成，它們的生存必須依賴于活細胞。

人類發(fā)現(xiàn)的第一種病毒是煙草花葉病毒，由荷蘭生物學家馬丁烏斯·貝杰林克于1899年發(fā)現(xiàn)并命名。迄今為止，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的病毒超過5 000種。病毒并非都對人有害，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的可以致人患病的病毒約有160種。常見的有引發(fā)感冒、流感和水痘等一般疾病的病毒，還有導致天花、艾滋病、埃博拉病毒病和新冠肺炎等較為嚴重疾病的病毒。也有一些疾病并非由病毒直接引起，但是與病毒有關(guān)。

病毒的變化，與其大小、結(jié)構(gòu)、形態(tài)有密切的關(guān)系。

病毒一般由2~3種成分組成，一是遺傳物質(zhì)，即核糖核酸（RNA）或脫氧核糖核酸（DNA）；二是由蛋白質(zhì)形成的衣殼，用來包裹和保護病毒的遺傳物質(zhì)；三是部分病毒能夠形成環(huán)繞在外的脂質(zhì)包膜，從而協(xié)助和保護其入侵宿主細胞。

病毒的形狀和大小各異，從簡單的螺旋形和正12面體形到復合型結(jié)構(gòu)。大多數(shù)病毒的直徑在10~300納米。一些絲狀病毒的長度可達1 400納米，但其寬度只有約80納米。病毒大約只有細菌大小的千分之一。

再從病毒的基因（RNA或DNA）來看，可以把病毒分為5類，包括雙鏈DNA、單鏈DNA、雙鏈RNA、正單鏈RNA、負單鏈RNA。所有病毒都需要宿主細胞來繁殖，病毒將它們的遺傳物質(zhì)引入感染細胞進行復制，然后損傷宿主細胞功能，對宿主健康造成嚴重影響，甚至危及生命。冠狀病毒就是入侵人體的呼吸系統(tǒng)，造成呼吸障礙，嚴重者會因呼吸衰竭而死亡，但這只有在重癥患者中才會產(chǎn)生。

總體而言，所有病毒都會變異，變異是絕對的，不變是相對的。因此，世界上不存在不變的病毒，只是相對而言，病毒變異具有是否快速和頻繁的差異。如果快速變異和多變，這樣的病毒就可能對人造成更多的危害，也比較難以對付。目前新冠病毒就屬于這樣多變的病毒。

病毒變異的原因很多

病毒發(fā)生變異有多種原因。由于病毒需要進入宿主的細胞中進行核酸（RNA或DNA）復制，就有可能在復制過程中發(fā)生錯誤。尤其是只有單鏈DNA或RNA的病毒，一旦發(fā)生復制錯誤，就難以糾正。而雙鏈病毒盡管也會發(fā)生復制錯誤，但由于還存在另外一條單鏈，可以及時修復錯誤。所以，單鏈病毒比雙鏈病毒容易發(fā)生變異。

另一方面，病毒有蛋白質(zhì)形成的衣殼和脂質(zhì)包膜環(huán)繞在核酸之外，用以包裹、保護遺傳物質(zhì)并讓病毒容易入侵宿主細胞，因此，在它們的蛋白質(zhì)衣殼和脂質(zhì)包膜上會有抗原成分的變化。這種變化是為了抗御生物體的防御機制，通過改變蛋白質(zhì)衣殼和包膜能更容易入侵宿主細胞，這也造成了病毒的多變。

此外，新冠病毒容易變異的另一個原因，是它采用病毒聚合酶幫助復制。病毒聚合酶在病毒基因組復制和轉(zhuǎn)錄中起核心作用，新冠病毒就是利用一種RNA聚合酶RdRp復制和轉(zhuǎn)錄其基因組。RdRp不具有核酸酶（校正）活性，所以新冠病毒基因組在復制過程中錯配率比較高，容易發(fā)生變異。

病毒變異的方式也很多

病毒變異的方式又有多種，如抗原漂移，即病毒DNA或RNA上單個堿基發(fā)生突變，然后積累到一定數(shù)量形成較大的變異，新冠病毒變異可能就是如此。此外，還有抗原轉(zhuǎn)變，也就是基因重組或基因重配。還有一類，是基因排序錯誤。

研究人員已經(jīng)比較了解的新冠變異病毒株有10多種，其中有在英國首先出現(xiàn)的變體阿爾法；在南非首次發(fā)現(xiàn)的變體貝塔；在巴西首先發(fā)現(xiàn)的變體伽馬；在印度首先出現(xiàn)的變體德爾塔。這4種都是世界衛(wèi)生組織公布的需要關(guān)注的變體?，F(xiàn)在，又新增了一種拉姆達變體，是2020年8月首先在秘魯首都利馬發(fā)現(xiàn)的。

這些新冠病毒變異株的共同特征都是在刺突蛋白位置有了變化。刺突蛋白是病毒用來解鎖進入人體細胞的重要組成部分。新冠病毒是冠狀病毒科中的一種，它也有由蛋白質(zhì)組成的衣殼，還有由脂質(zhì)和糖蛋白組成的包膜。

新冠病毒的直徑為60~220納米，其最外層具有包膜結(jié)構(gòu)，在包膜結(jié)構(gòu)上又有3種蛋白（抗原），分別是刺突蛋白（S）、小包膜蛋白（E）和膜蛋白（M）。另外，少數(shù)其他種類的冠狀病毒包膜上還有血凝素糖蛋白（HE）。

新冠病毒的S蛋白能夠識別并結(jié)合宿主細胞表面受體，并介導病毒包膜與細胞膜融合；M蛋白則參與了病毒包膜的形成與出芽過程；E蛋白和HE蛋白可能與新冠病毒早期吸附有關(guān)。現(xiàn)在的新冠變異病毒關(guān)鍵變異點大多位于S蛋白上。

例如，德爾塔變異毒株發(fā)生了15處突變，有6處發(fā)生在S蛋白上，其中又有3處比較關(guān)鍵。被稱為L452R和E484Q的基因突變，發(fā)生在S蛋白與人體細胞血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2（ACE2）受體結(jié)合的區(qū)域，L452R能增強病毒侵入細胞的能力，E484Q能幫助病毒避免受到人體免疫系統(tǒng)的攻擊。同時，另一個基因突變P681R也能使病毒更有效地進入人體細胞。所有這些突變結(jié)合起來，就使得德爾塔變異毒株能部分避開人體內(nèi)的一些中和抗體，并容易入侵人體細胞，因而傳染性更強。

除了新冠病毒，這些病毒也在變

與新冠病毒相似的多變病毒還有流感病毒，包括既能感染人又能感染禽類的禽流感病毒。流感病毒屬正粘病毒科，也是單鏈RNA病毒。病毒內(nèi)部的核心由單鏈核糖核酸及核蛋白組成，根據(jù)核蛋白的抗原性不同，可分為甲（A）、乙（B）、丙（C）三型，每型又可區(qū)分為不同亞型。當抗原發(fā)生較大的變異時，與前次流行株完全不同，是抗原的質(zhì)變，稱為抗原株變，此時可產(chǎn)生新的亞型。由于人們對新的亞型缺乏抗體，因此?？梢鸫蟮牧餍小２煌土鞲胁《舅鸬牧餍谐潭仁遣灰粯拥?。甲型變異較快，每2~3年可發(fā)生一次，能引起世界性流感大流行；乙型變異較慢，常引起流感局部流行，迄今未發(fā)現(xiàn)引起世界性流感大流行；丙型主要以散在形式出現(xiàn)，一般侵襲嬰幼兒，不太容易引起流行。

流感病毒的變異同樣也可以由病毒表面包膜上的糖蛋白抗原引起，主要有兩種，一種是紅細胞凝集素（H），另一種為神經(jīng)氨酸酶（N），流感病毒包膜上的抗原有14種特異性的H和9種特異性的N。由編碼H或N蛋白的基因發(fā)生突變，一種宿主細胞感染兩種不同的流感病毒時，基因組片段易發(fā)生重組；來自不同宿主，如禽類、豬等的流感病毒容易發(fā)生基因交替。這些不同的H和N，以不同的組合方式產(chǎn)生極為多樣的毒株，形成了各種亞型病毒，有的毒力較強，有的毒力較弱，從無癥狀感染到幾乎100%死亡不等。

當然，還有一些病毒變異不大，或變異的頻率不快。埃博拉病毒盡管也是單鏈RNA病毒，但變異較少。

埃博拉病毒屬絲狀病毒科，長度為970納米，呈長絲狀體。病毒外面也有包膜，病毒顆粒直徑約為80納米。

埃博拉病毒主要包括扎伊爾埃博拉病毒、蘇丹埃博拉病毒、塔伊森林埃博拉病毒、雷斯頓埃博拉病毒，以及變異的新型埃博拉病毒5種類型。埃博拉病毒病平均病死率約為50%，在以往疫情中出現(xiàn)的病死率為25%~90%。其中，扎伊爾埃博拉病毒是迄今為止造成埃博拉出血熱疫情最主要的病原體，對人類的威脅也最大，導致的感染病死率為70%~90%，在1977年的疫情中，病死率甚至高達100%。

現(xiàn)在，研究人員發(fā)現(xiàn)埃博拉病毒也在變化，對塞拉利昂最早一些埃博拉病例的基因研究顯示，該病毒在人際傳播過程中出現(xiàn)了超過300個基因變化。盡管埃博拉是單鏈RNA病毒，但研究人員認為，埃博拉病毒的變異只是“無關(guān)緊要的變異”，可能會導致它們在空氣中傳播，而此前，只是證明埃博拉病毒主要通過接觸患者的體液感染，如血液、排泄物和嘔吐物等發(fā)生感染。

病毒變異是一種常態(tài)，而且也會造成對人的進一步傷害和給抗擊疫情造成困難，但是可以通過研發(fā)新的疫苗來阻止變異病毒的感染?，F(xiàn)有的疫苗仍對新冠病毒有效，只是效力稍有下降?，F(xiàn)在，中國、美國和英國等國家已經(jīng)啟動了針對變異病毒的2.0疫苗的研發(fā)和生產(chǎn)計劃，主要針對阿爾法、貝塔和德爾塔變體。

抗擊新冠疫情的道路雖然曲折，但我們最終會取得全面勝利。