新冠病毒變異株“奧密克戎”的最新研究進(jìn)展

高 春，馮富娟，江晶晶，姚曉文，于曉輝，張久聰

（1. 甘肅中醫(yī)藥大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2. 中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊第九四〇醫(yī)院消化內(nèi)科，甘肅 蘭州 730050）

新型冠狀病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID?19） 是 由 新 型 冠 狀 病 毒（SARS?CoV?2）引起的一種呼吸系統(tǒng)新發(fā)傳染病，其主要臨床表現(xiàn)為發(fā)熱和咳嗽，以及一些不太典型的 肺 外表現(xiàn)［1，2］。COVID?19 于2019 年底 開 始在全球暴發(fā)對公共衛(wèi)生構(gòu)成極大威脅。隨著針對SARS?CoV?2 的疫苗的出現(xiàn)及人類積極有效的預(yù)防措施，人類的免疫屏障廣泛形成，使得COVID?19 在不同國家及不同地區(qū)均得到有效地控制。但隨著COVID?19 的大流行，病毒在持續(xù)傳播的同時，不斷發(fā)生進(jìn)化和變異，形成多個變異株，并有持續(xù)進(jìn)化發(fā)展的趨勢。盡管對變異株進(jìn)行了大量的研究工作，但新變異株何時、何地和如何出現(xiàn)仍然是一個相當(dāng)不確定的問題。2021 年11 月于南非首次發(fā)現(xiàn)omicron 變異株（B.1.1529）。根據(jù)世界衛(wèi)生組織每周的流行病學(xué)更新，omicron 變異株（B.1.1.529）已傳播到全球57 個國家及地區(qū)。截至2022 年1 月23日，全世界新冠肺炎確診人數(shù)已超過3.5 億例，累計死亡人數(shù)已達(dá)559 萬。除了數(shù)百萬人死于COV?ID?19 之外，新冠肺炎大流行對人類的身心健康產(chǎn)生巨大影響。因此，研究這種導(dǎo)致南非和世界其他地區(qū)COVID?19 病例激增的omicron 變異株對公共衛(wèi)生及疫情的防控至關(guān)重要。

1 新型冠狀病毒病原學(xué)及致病機(jī)制

冠狀病毒（CoVs）屬于冠狀病毒科，是一種被膜病毒，具有單股正鏈的RNA 基因組，大小約為26～32 個堿基，這是已知的RNA 病毒中最大的基因組，以其包膜上有向四周伸出的突起，狀如花冠而命名［3］。根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育可將冠狀病毒細(xì)分為α、β、γ、δ 4 個種屬，導(dǎo)致此次新冠肺炎大流行的SARS?CoV?2 是β?CoV 的新成員［4］，另外兩類則是SARS?CoV、MERS?CoV，它們具有高度的相似性，尤其是SARS?CoV［5］。冠狀病毒引起的COVID?19是一種人畜共患病。研究發(fā)現(xiàn)，除人類之外，還可累及鳥類和雞、狗、小鼠等哺乳動物［6］。

所有冠狀病毒共享相似的組織和表達(dá)基因，其中編碼的開放閱讀框一端的是16 個非結(jié)構(gòu)蛋白，緊隨其后的是棘突表面蛋白（S 蛋白）、核衣殼蛋白（N蛋白）、基質(zhì)蛋白（M 蛋白）和小包膜蛋白（E 蛋白）等4 種重要的結(jié)構(gòu)蛋白。冠狀病毒的種類和毒性以及跨宿主感染能力主要取決于S 蛋白［7，8］。S 蛋白由兩個亞基S1 與S2 組成。S1 亞基與細(xì)胞表面受體結(jié)合，S2 亞基則介導(dǎo)膜融合，協(xié)助病毒進(jìn)入細(xì)胞［9］。N蛋白伴隨并保護(hù)病毒RNA 基因組，由3 個S 糖蛋白組成的穗狀突起促進(jìn)受體結(jié)合和膜融合［10］，從而參與病毒復(fù)制。M 蛋白在病毒組裝中發(fā)揮著核心作用，通過跨膜結(jié)構(gòu)域和內(nèi)結(jié)構(gòu)域相互作用［11］，及與攜帶基因組包裝信號的RNA 相互作用［12］，進(jìn)而將細(xì)胞膜變成病毒和宿主因子聚集在一起，形成制造新病毒顆粒的車間。上述研究均證實M 蛋白與病毒復(fù)制過程關(guān)系密切。在病毒感染過程中，細(xì)胞內(nèi)積累了大量的E 蛋白［13］，Ortego 等［14］發(fā)現(xiàn)，刪除不同冠狀病毒中的E 蛋白可能會導(dǎo)致病毒成熟和釋放的減少，表明該蛋白在病毒周期中發(fā)揮了重要作用。

2 新型冠狀病毒變異原因

由于RNA 結(jié)構(gòu)的特殊性，易發(fā)生變異是多數(shù)RNA 病 毒 的 一 種 固 有 性 質(zhì)，SARS?CoV?2 也 不 例外。冠狀病毒是最大的RNA 病毒，相比于DNA 的雙鏈結(jié)構(gòu)，RNA 的單鏈結(jié)構(gòu)更不穩(wěn)定，因此更容易發(fā) 生 突 變［15］。 Pyrc 等［16］發(fā) 現(xiàn)SARS?CoV?2 的平均替代率約為每年每個位點0～1×10?4?；趯操Y料庫中存檔的測序數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)SARS?CoV?2 基因組突變率估計為每年每個位點0.8×10?3～2.38×10?3個核 苷酸替換，非同義 和同義替換率估計為每個位點每年分別有1.16×10?3～3.30×10?3、1.67×10?3～4.67×10?3個核苷酸替 換，這與其他RNA 病毒相似［17，18］。SARS?CoV?2 中較大的RNA 基因組允許通過突變對基因組進(jìn)行額外地修飾，從而增加了種內(nèi)變異、種間“宿主跳躍”和新冠病毒在適當(dāng)條件下出現(xiàn)的可能性［19，20］。研究發(fā)現(xiàn)，涉 及 受 體 結(jié) 合 域（receptor?binding domain，RBD）時，RBD 介導(dǎo)病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞，并且是疫苗血清單克隆抗體的重要靶點。所有4 種已報告的al?pha（B.1.1.7）、beta（B.1.351）、gamma（P.1）和delta（B.1.617.2）在RBD 中有突變，其中位于RBD 上的N501Y 突變是所有變異株的共同點，除了delta 變異株，這會導(dǎo)致S 蛋白與ACE2 受體的親和力增加，從而增強(qiáng)病毒附著并隨后進(jìn)入宿主細(xì)胞。

3 Omicron 變異株

3.1 “關(guān)注變種”（VOC）

世界衛(wèi)生組織從2020 年1 月起一直在監(jiān)測和評估全球新冠病毒的變異，并分類為令人擔(dān)心的變異株（VOC）、值得關(guān)注的變異株（VOI），以及還有需要進(jìn)一步監(jiān)測的變異株。VOC 的級別較VOI高，VOC 被證明與傳播性增加、毒力增加或臨床疾病表現(xiàn)的改變、公共衛(wèi)生和社會措施或現(xiàn)有診斷、疫 苗 和 治 療 方 法 的 有 效 性 降 低 有 關(guān)［21，22］。 目 前CDC 正在監(jiān)測4 種變異株。第一種被稱為alpha（B.1.1.7）變異株，它最初是在英國被發(fā)現(xiàn)的［23］。第二種是在南非首次發(fā)現(xiàn)的beta（B.1.351）變異株。第三種是于巴西游客身上發(fā)現(xiàn)的gamma（P.1）變異株。delta 變異株最初于2020 年12 月在印度被發(fā)現(xiàn)［24］。我們熟知的delta 變異株就屬于VOC，近日，WHO 將omicron 也列為“需要關(guān)注的變異株”（VOC）。這種變異株的S 蛋白上攜帶非常多的突變，約為32 個，相比之下，破壞性極強(qiáng)的delta 變異株只有5 個S 蛋白突變，這構(gòu)成了極高的潛在全球風(fēng)險。新冠病毒變異株的分類在不斷的更新，這就使其防治更具有挑戰(zhàn)性。

3.2 Omicron 變異株的發(fā)現(xiàn)及流行病學(xué)

2021 年11 月初在博茨瓦納和南非發(fā)現(xiàn)了嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（SARS?CoV?2）的新變異株B.1.1.529，并于2021 年11 月26 日在我國香港的一家隔離酒店中發(fā)現(xiàn)兩例相互之間無接觸的感染患者，同時被世界衛(wèi)生組織命名為omicron 變異株，將 其 列 為“需 要 關(guān) 注”（VOC）的 變 異 株［25，26］。Gu 等［27］對來自中國香港的兩例患者的完整SARS?CoV?2 基因組進(jìn)行了測序，發(fā)現(xiàn)這兩例病例的基因組相差不大，同時發(fā)現(xiàn)來自其中一例患者的病毒序列與在南非和博茨瓦納最初報道的幾例omicron 病例的病毒序列高度相似，這就確定了omi?cron 變異株的存在。

自該變異株被發(fā)現(xiàn)后，多個國家均出現(xiàn)了疫情的 反復(fù)，截止2021 年12 月8 日，已有57 個國家 先后報道omicron 變異株的確診病例［28］，也有專家表示，omicron 變異株實際傳播范圍可能超出已報告病例的地區(qū)。該變異株不止在南非出現(xiàn)，在亞洲、歐洲、南美洲及大洋洲的一些國家均有不同程度的肆虐［29］。截 止2021 年12 月8 日，韓 國 新 增 新 冠 病 毒omicron 變 異 株 感 染病 例12 例，累 計 確 診24 例［30］，日本新增60 例，且宣布暫停所有國家和地區(qū)外國人入境的條令。英、法、德、荷等歐洲多國目前都已發(fā)現(xiàn)omicron 變異株的“蹤跡”［31］。截至當(dāng)?shù)貢r間12 月4 日上午，美國已有16 個州報告了至少35 例omi?cron 確診病例，大多數(shù)病例具有南非旅居史，部分病例此前已經(jīng)完成了疫苗接種［32］。荷蘭政府于2021年11 月28 日稱，該國13 名確認(rèn)感染omicron 變異株的病例均來自26 日從南非抵達(dá)荷蘭的兩架航班［33］。在已經(jīng)確診的omicron 變異株感染者中，不僅有未接種過疫苗的患者，也有接種了兩針疫苗的患者，例如中國香港確診的兩例患者，可以發(fā)現(xiàn)omicron變異株的突變可能會極大地增強(qiáng)該變異株逃避當(dāng)前疫苗的能力。

3.3 Omicron 變異株的傳染性

SARS?CoV?2 的 傳 染 性 主 要 取 決 于ACE2 和RBD 復(fù)合物的結(jié)合親和力，弗林蛋白酶（furin）作為新冠病毒獨特的蛋白酶切位點也起一定的作用［34］。omicron 在furin 蛋白酶切位點有3 個突變，在RBD上有15 個突變，表明其感染性發(fā)生了顯著變化。由于自然選擇，病毒通過突變增加了BFE 的變化，從而加強(qiáng)ACE2?RBD 復(fù)合物的結(jié)合親和力，或通過突變逃避抗體保護(hù)，增強(qiáng)其在RBD 的進(jìn)化優(yōu)勢［35］。由于病毒在人類細(xì)胞中已經(jīng)優(yōu)化了它的傳染性，人們不應(yīng)該指望任何單一的突變會使病毒傳染性顯著增加。一種有效的感染途徑是病毒有多個RBD 突變，以累積增強(qiáng)其傳染性，這或許是omicron 的傳染性的相關(guān)機(jī)制［36］。

新冠病毒的S 蛋白發(fā)生N440K、T478K 和N501Y 突變對BFEs 的增強(qiáng)幅度分別為0.62、1.00和0.55 kcal/mol。其中，T478K 是delta 變異株 的兩個RBD 突變之一，而在許多流行的變異株中，包括alpha、beta 和gamma，均存在N501Y 突變。所有的突變，特別是遠(yuǎn)離ACE2 和RBD 結(jié)合位點的幾種突變，很少或沒有引起B(yǎng)FEs 變化?？偟膩碚f，累計的BFE 變化為2.60 kcal/mol，表明病毒感染性增加了13 倍［37］。相比之下，omicron 變異株的傳染性遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于之前流行的delta 變異株。

3.4 Omicron 變異株的疫苗耐受性

疫苗接種已被證明是防控新冠肺炎最有效的手段。我們目前所用的疫苗有4 種，即病毒疫苗、病毒載體疫苗、DNA/RNA 疫苗和蛋白質(zhì)疫苗［38］。目前使用的COVID?19 疫苗基本上主要針對S 蛋白［39］。有專家認(rèn)為疫苗的接種可能導(dǎo)致S 蛋白的改變，從而可能會極大地增強(qiáng)該變異株逃避當(dāng)前疫苗的能力，但個體差異的存在及不同類型的疫苗可能導(dǎo)致同一個人不同免疫反應(yīng)的發(fā)生，所以很難準(zhǔn)確地描述omicron 變異株的S 蛋白突變對目前所使用疫 苗 的全 部 影 響。Chen 等［40，41］發(fā) 現(xiàn)，omicron 變 異株的RBD 突變可以顯著改變已知抗體的結(jié)合模式。陽性改變增強(qiáng)了抗體與RBD 復(fù)合物之間的結(jié)合，而陰性改變則削弱了這種結(jié)合，研究進(jìn)一步證實陰性BFE 變化比陽性BFE 變化多。這就說明了omicron變異株的RBD 突變對疫苗具有潛在的影響。

判斷一個突變是否會破壞一個抗體和RBD 復(fù)合物并不十分容易，因為omicron 變異株涉及多個RBD 突變，這可能會對不同突變的每個抗體和RBD 復(fù)合物產(chǎn)生多個“逃逸”。Chen 等［37］通過對比delta 變異株與omicron 變異株發(fā)現(xiàn)，omicron 變異株的抗體破壞率為0.58，而Delta 為0.28。正是由于omicron 變異株的快速擴(kuò)散，輝瑞首席執(zhí)行官Albert Bourla 甚至提到，人們可能需要比預(yù)想的更早接種第四劑疫苗［42］。目前該變異株的感染病例數(shù)量處于不斷的上升狀態(tài)，但相關(guān)報道仍較少，故對世界總?cè)丝诙?，無法系統(tǒng)有效地評判omicron 變異株誘導(dǎo)疫苗的實際突破率。但我們可以預(yù)見的是，由于接種率的提高，變異病毒在未來幾年可能對疫苗更具破壞性，這就對科學(xué)家們研究更強(qiáng)有力的疫苗提出更高的要求。

3.5 Omicron 變異株的抗體耐受性

評估omicron 變異株對美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)的單克隆抗體和臨床開發(fā)中其他幾種單克隆抗體的突變是否具有不可逆轉(zhuǎn)的威脅至關(guān)重要。Chen 等［41］通過人工智能預(yù)測來自其他變異株的類似威脅，即alpha、beta、gamma、delta 變異株，發(fā)現(xiàn)與實驗數(shù)據(jù)非常一致。研究人員對多種單克隆抗體進(jìn)行分析總結(jié)，即Eli Lilly 公司的單克隆抗 體（LY?CoV016） 和 Regeneron 公 司 的（REGN10933、REGN10987 和REGN10933/10987）單抗，試圖總結(jié)出omicron 變異株對單克隆抗體是否具有耐受性或抵抗。

3.5.1 Bamlanivimab 和Etesevimab 臨床上多將巴尼韋單抗（Bamlanivimab，LY?CoV555），與埃特司維單抗（Etesevimab，LY?CoV555）聯(lián)合使用，研究發(fā)現(xiàn)這兩種單抗雖然在原始S 蛋白基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，但對突變很敏感，K417N 和N501Y 可能會顯著削弱這種抗體?RBD 復(fù)合物，也可能降低巴尼韋單抗及埃特司維單抗的療效。E484A 誘導(dǎo)巴尼韋單抗和RBD 復(fù)合物的負(fù)向BFEs 變化為?2.79 kcal/mol［37］，由 于大 多 數(shù)omicron 變 異 株的 突 變 增 強(qiáng) 了S蛋白和ACE2 的結(jié)合，因此可以認(rèn)為BFEs 的變化可能導(dǎo)致巴尼韋單抗的療效顯著降低，使其與ACE2 的競爭能力下降。盡管這兩種單抗在臨床使用上可能略有協(xié)同作用，但它們都容易對omicron變異株帶來的突變無法起到良好的免疫效應(yīng)。若omicron 變異株成為全球流行的主要變異株，巴尼韋單抗及埃特司維單抗的可能不符合市場的需要。

3.5.2 Casirivimab 和Imdevimab 再生元公司的Ca?sirivimab（REGN10933）和Imdevimab（REGN10987）單克隆抗體是FDA 批準(zhǔn)的最新的抗COVID-19 的混合抗體。與Bamlanivimab 和Etesevimab 單克隆抗體不同，該公司的兩種單抗不會相互重疊，非競爭性地結(jié)合在冠狀病毒S 蛋白的RBD 的不同部位，通過屏蔽RBD 與ACE2 的結(jié)合界面阻止病毒進(jìn)入細(xì)胞，并有效避免病毒因突變而造成的耐藥［43］。Chen 等［37］發(fā) 現(xiàn)，omicron 突 變 誘 導(dǎo) 復(fù) 合 物 發(fā) 生 的BEFs 變化的幅度都明顯降低。如果未來omicron變異株的毒性持續(xù)較低，它將對Casirivimab 和Im?devimab 產(chǎn)生非常輕微的負(fù)面影響。

4 小結(jié)及展望

B.1.1.529 變異株正迅速成為COVID?19 大流行的主要危險變異株。在南非出現(xiàn)omicron 變異株病例的地區(qū)都是接種疫苗不足的人群，但各地區(qū)感染人群仍在增長，南非完成全程接種的人口比例僅僅24%，自然感染率4.9%左右，不足以構(gòu)建疫苗和自然感染的免疫屏障。隨著更多的人被感染，會有更多的病毒菌株從omicron 變異株中出現(xiàn)。由于這種新的omicron 變異株的嚴(yán)重性，應(yīng)倡導(dǎo)在COV?ID?19 傳播率高的人群中，即使接種了兩針疫苗的個人應(yīng)該積極接種加強(qiáng)針，同時也應(yīng)該戴口罩、保持安全距離。我們對SARS?CoV?2 病毒的其他變異株有很多了解，但對這種病毒的omicron 變異株仍知之甚少。隨著感染omicron 變異株的患者人數(shù)增加，將會得到更多關(guān)于該變異株的信息，希望新發(fā)現(xiàn)的知識將有助于通過疫苗接種策略和其他公共政策指導(dǎo)治療和預(yù)防。但繼續(xù)抗擊這種病毒的方法之一是繼續(xù)保持社交距離、戴口罩、采取適當(dāng)?shù)男l(wèi)生措施，并充分接種疫苗。目前，關(guān)于新冠病毒omicron 變異株的變異機(jī)制及有效的抗病毒治療措施等研究正在緊張有序地進(jìn)行當(dāng)中，即使新冠病毒在不斷進(jìn)化，我們?nèi)詧远ǖ南嘈鸥鲊目茖W(xué)家能夠?qū)σ呙邕M(jìn)行完善；我們同樣相信，通過各國人民的攜手努力，人類終將會戰(zhàn)勝新冠病毒。

作者貢獻(xiàn)度說明：

高春：論文撰寫與修改；于曉輝、江晶晶：負(fù)責(zé)論文審閱與修改；馮富娟、姚曉文：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)整理；張久聰：負(fù)責(zé)論文設(shè)計與選題。

所有作者聲明不存在任何利益沖突。