免疫抑制人群與SARS-CoV-2 變異相關(guān)性研究進(jìn)展

周玉霞，王彩紅，姚曉文，王 蓉，于曉輝，張久聰

（1. 中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九四〇醫(yī)院消化內(nèi)科，甘肅蘭州 730050；2. 甘肅中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅蘭州 730030）

自2019 年底新型冠狀病毒肺炎暴發(fā)以來，確診規(guī)模不斷擴(kuò)大，疫情到目前為止仍未得到有效的控制。而近期出現(xiàn)的以Alpha、Beta、Gamma、Delta 以及Omicron 為代表的新冠變異株給防疫工作帶來了新的挑戰(zhàn)［1，2］。這些變異株顯示出了大量突變，具有更高的傳播性和致病性，被世界衛(wèi)生組織列為“關(guān)切變異株”（Variant of Concern，VOC）［3，4］。由于SARS-CoV-2 有基因組復(fù)制校正系統(tǒng)（一種校對(duì)酶，在復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過程中移除不匹配的核苷酸），所以SARS-CoV-2 與其他所有已知的RNA 病毒相比不會(huì)發(fā)生較大的變異。然而，與現(xiàn)實(shí)不符的是這些VOC 有大量突變并且這些突變與免疫抑制感染患者體內(nèi)病毒的突變有許多相關(guān)之處［5］。因此，病毒學(xué)家提出了SARS-CoV-2 變異株可能是慢性感染的產(chǎn)物，而且首先出現(xiàn)在免疫低下人群中這一假設(shè)［6］。許多病例的報(bào)道也支持了這一假設(shè)，并且指出長期的感染以及人為的免疫治療可能促進(jìn)了SARS-CoV-2 的變異［7］。分析免疫抑制人群與SARS-CoV-2 變異的相關(guān)性，將有助于加深我們對(duì)SARS-CoV-2 變異的認(rèn)識(shí)，從而采取一些更有針對(duì)性的措施。

1 免疫抑制與SARS-CoV-2 變異的相關(guān)性

一般情況下，由于催化RNA 復(fù)制的RNA 聚合酶沒有校對(duì)能力，也沒有復(fù)制后錯(cuò)配修復(fù)機(jī)制，所以RNA 病毒具有很高的突變率。尤其是單鏈的RNA 病毒，沒有和DNA 一樣穩(wěn)定的雙鏈結(jié)構(gòu)，所以更容易發(fā)生突變［8］。然而，研究表明同樣是單鏈的RNA 病毒SARS-CoV-2 以及之前流行的中東呼吸綜合征冠狀病毒（MERS-CoV）卻不同，它們一般不產(chǎn)生較大的變異。產(chǎn)生如此不同的原因可能與冠狀病毒基因組中存在一種校對(duì)酶非結(jié)構(gòu)蛋白14（nsp14 -ExoN）有關(guān)［9］。眾所周知，冠狀病毒的基因組相對(duì)較大，其堿基長度是HIV 的3 倍，所以病毒在進(jìn)行復(fù)制時(shí)如果過度變異，這對(duì)新冠病毒來說可能是致命性的打擊。而有nsp14 -ExoN 這種校對(duì)酶的存在，在復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的過程可以除去錯(cuò)誤摻入的核苷酸［10］，以保證新冠病毒能夠繼續(xù)生存與繁殖，當(dāng)然與此同時(shí)新冠病毒突變的頻率也降低了［11］。除此之外，相關(guān)的研究也表明并沒有足夠的證據(jù)可以證實(shí)SARS-CoV-2 的突變?cè)黾恿似湓谌巳褐械膫鞑ツ芰Γ?2］。

然而，實(shí)際情況與研究結(jié)果并不相符。當(dāng)全球接種疫苗工作開展的同時(shí)，SARS-CoV-2 新的基因變異株不斷涌現(xiàn)與傳播，在Alpha 變異株和Beta 變異株最初激增之后，一種更具傳染力的Delta 變異株隨之暴發(fā)，成為許多國家最主要的變種。Delta 變異株由于兩個(gè)關(guān)鍵的L452R 突變和T478K 突變，相比之前幾個(gè)典型的變異株表現(xiàn)出了更強(qiáng)的感染性，并且還可以免疫逃避中和抗體［13］。鑒于冠狀病毒變異率很低的特點(diǎn)，有研究認(rèn)為目前所關(guān)注的SARS-CoV-2 變異株可能是慢性感染的產(chǎn)物，而且首先出現(xiàn)在免疫低下的人群中［6］。許多病例的報(bào)道也證實(shí)了這一觀點(diǎn)，Choi 等［14］描述了一位2020 年8月入院治療的抗磷脂綜合征患者，期間他用了抗凝藥物、糖皮質(zhì)激素、環(huán)磷酰胺、間斷性的利妥昔單抗和依庫珠單抗等藥物治療。而就在他感染SARSCoV-2 的152 d 內(nèi)，研究人員在基因序列中發(fā)現(xiàn)了31 個(gè)替換和3 個(gè)缺失，并且在12 個(gè)被發(fā)現(xiàn)的尖峰突變中，包括由24 個(gè)氨基酸組成的受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域片段中的7 個(gè)突變，其中一些位于與免疫逃避相關(guān)的位點(diǎn)（478、484 和493）。Truong 等［7］也描述了3 位急性B 淋巴白血病患者在接受CAR-T 治療的同時(shí)感染新冠肺炎中有多種逃逸變異。更為有利的證據(jù)可能是Kemp 等［15］分析了101 d 內(nèi)23 個(gè)時(shí)間點(diǎn)免疫抑制患者的病毒序列。而在前兩個(gè)月病毒并沒有發(fā)生較大的變異，但就在患者第63 天和第65 天接受恢復(fù)期血漿輸注后，病毒在S 蛋白上出現(xiàn)了明顯的突變，并且和當(dāng)時(shí)英國流行的Alpha 變異株關(guān)鍵突變是同一種類型，這說明人為的免疫干預(yù)是促進(jìn)SARS-CoV-2 變異的重要因素。

2 變異模式相同

在上述的一些病例報(bào)告中，研究人員發(fā)現(xiàn)免疫抑制感染患者體內(nèi)病毒的變異模式與目前關(guān)注的流行變異株之間存在幾個(gè)相同的關(guān)鍵點(diǎn)。首先，關(guān)注的變異株與免疫抑制人群體內(nèi)的變異株都具有趨同進(jìn)化的特征，在獨(dú)立的病毒系譜中，病毒通過正選擇選擇相同的有利突變的過程［16］。在當(dāng)前流行的變異株中，研究者發(fā)現(xiàn)廣泛流行的變異株其突變的數(shù)量是其他毒株的3 倍以上，并且很大一部分的突變都集中在S 蛋白上。例如：在南非發(fā)現(xiàn)的Beta 變異株和巴西發(fā)現(xiàn)的Gamma 變異株中，研究者在S 蛋白上發(fā)現(xiàn)了相同的E484K 突變，而在英國首先發(fā)現(xiàn)的Alpha 變異株也有相同的突變［17］。同樣，在感染SARS-CoV-2 的免疫抑制患者體內(nèi)的病毒也選擇了這種突變［18］。而E484K 這種突變將損害抗體識(shí)別從而產(chǎn)生免疫逃逸，這種突變與適應(yīng)性進(jìn)化一致。

與此同時(shí)，在進(jìn)化的過程中必須要區(qū)分兩種進(jìn)化方式：漸進(jìn)式進(jìn)化和跳躍式進(jìn)化。在漸進(jìn)式進(jìn)化原則中，進(jìn)化是循序漸進(jìn)的，即突變是逐步積累的，而跳躍式進(jìn)化是一種罕見事件。然而，突然引起全球廣泛關(guān)注的SARS-CoV-2 變異株可能就是一種跳躍式進(jìn)化，目前流行的VOC 有著各種跳躍性的改變，從感染SARS-CoV-2 的免疫抑制患者身上分離的序列也同樣顯示了這種爆發(fā)性的突變［18］。SARS-CoV-2 還具有感染許多不同細(xì)胞和組織的能力，并且這種能力可以使病毒在宿主體內(nèi)的不同部位獲得不同突變，而在免疫抑制患者體內(nèi)的這種突變是不受阻礙的，這將更有利于SARS-CoV-2 快速轉(zhuǎn)變［19］。

3 導(dǎo)致免疫低下人群促進(jìn)SARS-CoV-2 變異的因素

眾所周知，病毒由于RNA 復(fù)制酶的低保真性決定了RNA 病毒沒有固定序列的基因組，所以所有的病毒是以準(zhǔn)種的形式出現(xiàn)，準(zhǔn)種即RNA 病毒在宿主體內(nèi)并不是由一個(gè)一致的單倍型組成，而是由一系列相關(guān)序列組成的集合。這些相關(guān)序列高度相關(guān)但又不完全相同，所以病毒準(zhǔn)種是一種動(dòng)態(tài)種群，并且進(jìn)化也與達(dá)爾文進(jìn)化論相符，遺傳變異、競爭性生長及選擇作用這三個(gè)因素是進(jìn)化的主要推動(dòng)力［20］。和上述所說的一樣，如果SARS-CoV-2變異株首先出現(xiàn)在免疫低下的宿主中，那么免疫抑制的人群就為病毒提供了一個(gè)良好的進(jìn)化環(huán)境。在免疫應(yīng)答低下的患者體內(nèi)，大量突變體互相競爭，最后將有一個(gè)復(fù)制力感染性最強(qiáng)的突變體成為最終的獲勝者，而Delta 可能就是目前的勝利者［21］。

免疫抑制人群促進(jìn)SARS-CoV-2 變異可能與兩方面因素有關(guān)：長時(shí)間的感染與人為的治療干預(yù)，長期的感染以及治療干預(yù)可以為變種的出現(xiàn)提供時(shí)間和進(jìn)化壓力促進(jìn)病毒變異。目前報(bào)道的許多案例中都提示SARS-CoV-2 在免疫抑制患者體內(nèi)停留時(shí)間較久難以清除［22］。Adam 等發(fā)表了首篇關(guān)于長期感染SARS-CoV-2 免疫功能低下患者的報(bào)告，該患者罹患淋巴瘤因SARS-CoV-2 感染住院3 次，感染時(shí)間至少119 d［6］。2020 年12 月發(fā)表在《cell》雜志上的一篇文章報(bào)道了一個(gè)長期感染SARS-CoV-2 的癌癥患者，傳染性SARS-CoV-2 的脫落時(shí)間可達(dá)70 d，基因組和亞基因組RNA 的脫落時(shí)間可長達(dá)105 d，而且SARS-CoV-2 在患者體內(nèi)基因組明顯進(jìn)化，優(yōu)勢病毒變異體不斷更替［18］。更重要的是，Corey 等［16］認(rèn)為患者使用某種形式的免疫抑制如長期的化放療、糖皮質(zhì)激素、CAR-T 治療等這種人為的治療干預(yù)給病毒以進(jìn)化壓力從而導(dǎo)致逃逸突變的可能性進(jìn)一步增大。有研究報(bào)告了在接受類固醇和恢復(fù)期血漿治療的免疫抑制患者，在氣管抽吸回收物中記錄了SARS-CoV-2 的微進(jìn)化，并確定了多個(gè)NTD 和RBD 突變的出現(xiàn)。在此研究中，研究人員比較了第一次拭子（第0 天）和3 個(gè)氣管抽吸物（第7、21 和27 天）SARS-CoV-2 基因組序列。在第二個(gè)氣管抽吸物中（第21 天）的NTD或RBD 區(qū)域發(fā)現(xiàn)了5 種不同S 蛋白突變（141 至144 缺失、243 至 244 缺失、E484K、Q493K 和Q493R）的混合病毒群以及S 蛋白141 至144 LGVY 缺失，并且在第27 天發(fā)現(xiàn)了E484K 突變。研究結(jié)果支持目前流行的病毒是可以獨(dú)立產(chǎn)生，并且治療患者時(shí)采用的如抗免疫排斥方案、恢復(fù)期血漿治療等可能會(huì)對(duì)基因組進(jìn)化產(chǎn)生特殊的選擇壓力［23］。因此，我們需要重視長期感染SARS-CoV-2的免疫抑制人群。

4 關(guān)注免疫低下人群

感染SARS-CoV-2 的免疫抑制人群不僅與VOC 的出現(xiàn)密切相關(guān)，還會(huì)對(duì)社會(huì)的公共衛(wèi)生安全造成不同的影響。首先，免疫抑制人群感染SARSCoV-2 后癥狀通常不明顯，并且胸部CT 也沒有明顯的表現(xiàn)。因此，無癥狀的免疫抑制感染者將會(huì)是潛在的傳染源［21］。其次，免疫抑制人群在感染SARS-CoV-2 后病情反復(fù)難以清除為病毒進(jìn)化提供了時(shí)間。使用了瑞德西韋以及恢復(fù)期血漿治療的套細(xì)胞淋巴瘤患者，雖然癥狀有所緩解，但每次病情改善的時(shí)間都非常短暫，病情又會(huì)復(fù)發(fā)。病情的長期化以及相應(yīng)的免疫治療又促進(jìn)了病毒的進(jìn)化，為社會(huì)公共衛(wèi)生安全造成了極大的隱患［24］。最后，在免疫抑制患者體內(nèi)變異的變異株更多并且傳染性以及致病性更強(qiáng)。Omicron 變異株首次鑒定于2021 年11 月24 日，來自南非約翰內(nèi)斯堡的一名免疫功能低下患者。研究人員發(fā)現(xiàn)由于在N440K、T478K 和N501Y 上的突變，Omicron 的傳染性可能比最初的SARS-CoV-2 高10 倍以上，比Delta 變異株的傳染性高大約2 倍。此外，Omicron 有很高的潛力破壞大多數(shù)抗體與S 蛋白的結(jié)合，這主要與它的K417N、E484A 和Y505H 突變有關(guān)，表明它比Delta 變異株具有更強(qiáng)的疫苗突破能力。該變異株已超過Delta 成為南非的主要譜系，并已迅速傳播到40 多個(gè)國家［25］。新變異株的出現(xiàn)使疫情變得更加復(fù)雜，需要更多的社會(huì)醫(yī)療投入。

使問題變得更加復(fù)雜的是，一直以來一些免疫功能受損嚴(yán)重的患者對(duì)于像流感疫苗或乙肝疫苗等沒有強(qiáng)有力的免疫應(yīng)答。而近期新冠病毒疫苗對(duì)免疫抑制人群效果的研究調(diào)查也得出了同樣觀點(diǎn)［26，27］，在658 名接受器官移植的患者中，大約只有一半的人產(chǎn)生了SARS-CoV-2 抗體［6］。因此，對(duì)待免疫抑制這一人群，我們需要給予更多的重視。盡管新冠疫苗對(duì)免疫抑制人群的作用相對(duì)較小，但盡早注射疫苗使他們免受SARS-CoV-2 感染還是有利的［28］，并且還可以減輕患者感染后病情的嚴(yán)重程度。在免疫抑制人群的治療上由于相應(yīng)的治療可能會(huì)導(dǎo)致病毒的進(jìn)化，所以在還沒研究清楚其機(jī)制之前謹(jǐn)慎合理的治療方案是必須的［29］。然而，最重要的還是強(qiáng)調(diào)對(duì)免疫抑制感染患者的隔離，隔離是目前切斷病毒感染源頭最重要的方式［23，30］。

5 結(jié)語及展望

目前出現(xiàn)的以Alpha、Beta、Gamma、Delta 以及Omicron 為代表的變異株傳染性極強(qiáng)，在全球范圍內(nèi)迅速傳播，對(duì)全球公共衛(wèi)生構(gòu)成巨大威脅。我們迫切需要知道這些變異株進(jìn)化的源頭，減少新變異株的出現(xiàn)，以遏制該流行病的繼續(xù)蔓延。根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道，許多專家共同認(rèn)為這些新冠變異株的出現(xiàn)與免疫抑制人群長期感染SARS-CoV-2 有著非常密切的關(guān)系。但在預(yù)防免疫抑制人群感染SARS-CoV-2 以及治療感染的免疫抑制人群方面仍有許多困難。比如，在治療方案上如何平衡既可以控制免疫抑制患者的病情又能減少治療手段對(duì)SARS-CoV-2 選擇壓力之間的關(guān)系。如何解決免疫抑制人群對(duì)SARS-CoV-2 易感染，感染時(shí)間久、病情易反復(fù)以及對(duì)新冠疫苗反應(yīng)小等問題。而這些問題的解決需要我們對(duì)SARS-CoV-2 變異與免疫抑制之間的關(guān)系進(jìn)行更深一步的探索與研究。

作者貢獻(xiàn)度說明：

周玉霞：選題和設(shè)計(jì)，文獻(xiàn)檢索以及文章撰寫和修改；王彩紅、姚曉文、王蓉：文獻(xiàn)查閱；于曉輝、張久聰：文章的選題和設(shè)計(jì)。