兒童新冠病毒Omicron 株感染的臨床表現(xiàn)與生物學(xué)基礎(chǔ)

徐言文 王 群 項(xiàng)琳娟 黃麗素,2

1.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院 新華兒童醫(yī)院感染科（上海 200092）；2.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬兒童醫(yī)院 國家兒童健康與疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心（浙江杭州 310052）

近兩年來，新型冠狀病毒病（corona virus disease 2019，COVID-19）的病原體——嚴(yán)重急性呼吸系統(tǒng)綜合征冠狀病毒2(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2)不斷突變，產(chǎn)生許多變異株，阿爾法、貝塔、伽馬、德爾塔(Delta)和奧密克戎（Omicron）陸續(xù)被世界衛(wèi)生組織列為關(guān)切變異株，Omicron 是SARS-CoV-2 目前突變最多的變異株，刺突蛋白的高度突變使其在傳染性、傳播特征、免疫逃逸能力上發(fā)生顯著變化[1]。截至2022 年6 月3日，全球COVID-19確診病例累計(jì)超過5.3億例。在大流行早期兒童感染率不到2%，明顯低于成人[2]，Omicron 流行以來兒童病例增加尤為顯著。據(jù)美國兒科學(xué)會數(shù)據(jù)，在2022 年1 月27 日至2022 年2 月3日，兒童病例占每周病例的25%之多[3]，血清抗體檢測顯示兒童感染比例甚至超過了成人[4]。南非、英國、新加坡等多國也都觀察到了Omicron 帶來的兒童感染潮，我國今年的兒童感染比例也逐漸增加。Omicron 不僅造成兒童感染病例眾多，還帶來兒童患者臨床表型的變化。

1 病毒親和力增強(qiáng)與受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域突變

刺突蛋白是SARS-CoV-2 進(jìn)入宿主細(xì)胞的重要結(jié)構(gòu)。SARS-CoV-2 感染細(xì)胞的首要關(guān)鍵步驟是識別，即利用刺突蛋白S 1 亞基的受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域（receptor binding domain，RBD）結(jié)合宿主細(xì)胞表面的受體血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2（angiotensin-converting enzyme 2，ACE2）受體[5]，因此RBD-ACE2復(fù)合物的結(jié)合親和力是決定SARS-CoV-2 傳染性的主要因素之一。Omicron 的RBD-ACE 2 復(fù)合物結(jié)合親和力大小在不同研究測定的結(jié)果差異較大，約為野生型的2.4～9倍不等[6-7]。Omicron有60個插入、替換和缺失，刺突蛋白上就含有超過30 個位點(diǎn)的突變，其中15 個位于RBD，遠(yuǎn)多于Delta 的RBD 中的4 個突變。部分突變與先前VOC中的重要突變重疊，如K417N、N501Y、T478K等。既往研究證實(shí)，單個突變?nèi)鏝 501 Y 可以增強(qiáng)與ACE 2 的結(jié)合親和力而有助于感染宿主細(xì)胞[8]，K417N則對結(jié)合力有減弱作用[9]。但突變與突變之間存在“補(bǔ)償機(jī)制”，借助冷凍電鏡結(jié)構(gòu)分析進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，S 477 N、T 478 K、Q 493 R 等多個氨基酸取代與ACE 2 建立了新的氫鍵或鹽橋，可以補(bǔ)償K417N、E484A等對相互作用力的削弱作用，因此整體而言，Omicron 的RBD 與ACE 2 受體之間的親和力有所增強(qiáng)，使得更多的刺突蛋白處于穩(wěn)定的開放構(gòu)象[10]，后者有利于宿主受體結(jié)合以及病毒的進(jìn)入，造成了傳播速度的加快和人際傳播力的增強(qiáng)，也導(dǎo)致Omicron的代際間距，即一代病例感染與二代病例之間的時(shí)間間隔更短。

2 潛伏期的縮短與亞譜系的傳播特征

Omicron 的潛伏期短。原始病毒的潛伏期為1～14天，而Omicron的中位潛伏期約為3～4天[11]，是原始病毒株的一半。潛伏期是指從病毒侵入機(jī)體到機(jī)體出現(xiàn)反應(yīng)或開始呈現(xiàn)癥狀的時(shí)間，其長短與宿主免疫系統(tǒng)有關(guān)。Omicron刺突蛋白的開放構(gòu)象使得RBD更容易暴露于宿主免疫系統(tǒng)，免疫系統(tǒng)能更快速有效的回應(yīng)[10]。平均基本再生數(shù)（R 0）指在自然條件下（沒有任何干預(yù)措施、全部為易感人群的環(huán)境中）一個指示病例的平均感染人數(shù)；而有效再生數(shù)（Rt）是指在具有一定免疫力或采取一定防控措施的人群中、在疾病流行的某一時(shí)間節(jié)點(diǎn)，一個指示病例的平均感染人數(shù)。R0和Rt越大，代表傳播力越強(qiáng)。原始病毒株的R0為2.5，Delta的R0略低于7[12]，而Omicron 的R 0 約為9.5。Rt 值除與病毒本身特性有關(guān)外，還因地域、人群免疫水平、防疫措施等外界因素差異而不同，因此在不同國家的研究里范圍從0.88至9.4不等，平均值為3.4[13]。

值得注意的是，Omicron并非單一毒株，目前已進(jìn)化出BA.1、BA.2、BA.3、BA.4、BA.5等多個亞型。BA.1曾是全球最流行的變異株，在2021年11月和12月占全球Omicron序列的97%以上，但很快在2022年2 月中旬被BA.2 取代。從突變數(shù)量看，BA.1 和BA.2在刺突蛋白上分別有38和31個突變，在RBD中有12個共同突變。Xu等[14]研究表明，BA.2 刺突蛋白與ACE2 的結(jié)合力是BA.1的2倍，結(jié)構(gòu)研究表明在BA.2 刺突蛋白的3 個RBD 均處于穩(wěn)定的開放構(gòu)象，為傳染性與傳播能力的增強(qiáng)奠定了基礎(chǔ)。代際間距和系列間距分別指原發(fā)病例與繼發(fā)病例之間的感染時(shí)間間隔和發(fā)病時(shí)間間隔。一項(xiàng)香港研究顯示，BA.1的中位代際間距和中位系列間距分別為2.38天和3.15天，BA.2的代際間距更短，只有2.17天[15]。另一項(xiàng)研究表明BA.2有更強(qiáng)的傳播力，Rt值約為BA.1 的1.4 倍[16]。導(dǎo)致本次中國上海疫情的Omicron株即為BA.2和BA.2.2亞型，自2022年3月1日至6月4日累計(jì)陽性感染者已超過60萬例。BA.3的傳播能力十分有限，病例數(shù)極少。攜帶有L452R、F486V等重要突變的BA.4和BA.5目前在南非等地再次推動當(dāng)?shù)夭±龜?shù)激增，WHO正密切監(jiān)測其流行情況。

潛伏期縮短也給快速采取防控措施阻斷疫情蔓延帶來困難。兒童感染多表現(xiàn)為以家庭和學(xué)校為中心的聚集性感染。Omicron 家庭內(nèi)傳播的風(fēng)險(xiǎn)不容小覷，一項(xiàng)瑞典的研究則顯示Omicron 的家庭續(xù)發(fā)率為25.1%，是Delta的1.52倍（95%CI1.41～1.64）[17]。因此必須重視兒童在疾病傳播中的重要作用。

3 臨床表型與組織嗜性

SARS-CoV-2與ACE2受體結(jié)合后，還需要在弗林蛋白酶、Ⅱ型跨膜絲氨酸蛋白酶 (TMPRSS2)或組織蛋白酶L幫助下進(jìn)入宿主細(xì)胞。TMPRSS2和組織蛋白酶L分別介導(dǎo)了兩種不同的SARS-CoV-2進(jìn)入途徑，TMPRSS2存在于宿主細(xì)胞表面，介導(dǎo)膜融合途徑，而存在于胞內(nèi)的組織蛋白酶L 則介導(dǎo)內(nèi)吞途徑[5]。不同于既往病毒株主要依賴TMPRSS 2 介導(dǎo)的膜融合途徑，由于弗林蛋白酶切割位點(diǎn)區(qū)域的3個突變（P681H、H655Y、N679K）影響了S1/S2位點(diǎn)切割及膜融合，Omicron更傾向于組織蛋白酶L介導(dǎo)的內(nèi)吞途徑入侵宿主細(xì)胞[18]。

TMPRSS 2 表達(dá)的組織分布特征有助于解釋Omicron感染后的臨床特點(diǎn)。TMPRSS2在下呼吸道和胃腸道表達(dá)較高，而上呼吸道表達(dá)相對較低。Omicron對TMPRSS2的利用低下降低了肺部感染能力，但對內(nèi)吞途徑的偏好使其更容易進(jìn)入上呼吸道細(xì)胞。Hui等[19]發(fā)現(xiàn)Omicron 在離體支氣管中的增殖速度比Delta和原始株高了近70倍，但在肺組織中復(fù)制效率低下。因此，Omicron感染后以上呼吸道癥狀為主，肺部受累相對較輕。在倉鼠和小鼠動物模型上也都觀察到Omicron感染后體重減輕較少，肺部病理炎癥反應(yīng)較輕[20]。與上一個流行株Delta相比，Omicron感染后咽痛、聲嘶等急性喉炎病例明顯增加[21-22]。特別是5歲以下的幼兒，典型表現(xiàn)為突然發(fā)作的犬吠樣咳嗽、吸氣性喘鳴、聲音嘶啞、呼吸急促等，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)呼吸窘迫[23-24]。這可能與Omicron主要影響上呼吸道，而年齡小的兒童上呼吸道狹窄且易塌陷等原因有關(guān)。

4 嚴(yán)重程度與合胞體形成

既往病毒株引起的重癥COVID-19 患者中，肺組織樣本病理切片發(fā)現(xiàn)肺上皮融合形成多核巨細(xì)胞，又稱合胞體。合胞體結(jié)構(gòu)有助于病毒在細(xì)胞間傳播。TMPRSS2在介導(dǎo)SARS-CoV-2感染細(xì)胞與鄰近細(xì)胞發(fā)生膜融合、形成合胞體過程中發(fā)揮重要作用[25]，但是由于Omicron對TMPRSS2利用低下，往往通過胞吞而非膜融合進(jìn)入宿主細(xì)胞，因此難以誘導(dǎo)合胞體形成[18]，這使得致病性較輕。一些真實(shí)世界研究表明，Omicron 感染的嚴(yán)重程度不如原始毒株和其他變異株。Wolter 等[26]基于南非數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，與同時(shí)期非S基因靶標(biāo)失效(S-Gene Target Failure，SGTF)感染者相比，SGTF 感染者住院風(fēng)險(xiǎn)顯著降低（aOR 0.2,95%CI0.1～0.3）；與早期Delta 感染者相比，SGTF 感染者轉(zhuǎn)為重癥的風(fēng)險(xiǎn)明顯降低（aOR 0.3,95%CI0.2～0.5）。據(jù)美國CDC監(jiān)測數(shù)據(jù)，Omicron 流行期間的標(biāo)化病死率比Delta 降低了一半。隨著Omicron的廣泛傳播，兒童急診就診和住院人數(shù)明顯增加，但目前初步研究表明，兒童Omicron感染的嚴(yán)重程度也低于Delta。美國一項(xiàng)納入了79 592例首次感染COVID-19的5歲以下兒童的回顧性研究發(fā)現(xiàn)，在感染后3 天的時(shí)間窗內(nèi)，Omicron隊(duì)列患兒與Delta 隊(duì)列患兒相比急診就診率降低了29%，住院率降低67%，ICU入住率降低68%，機(jī)械通氣率降低71%[27]。但由于Omicron出現(xiàn)時(shí)間相對較遲，存在既往感染和疫苗接種提高人群免疫水平的情況，因此對于其致病性降低程度目前仍存在爭議。

合胞體還被認(rèn)為與COVID-19患者中出現(xiàn)的淋巴細(xì)胞減少癥有關(guān)[28]。但Omicron形成合胞體能力減弱、感染后誘發(fā)的炎癥反應(yīng)也較輕，在Wang等[29]對上海Omicron暴發(fā)初期（2022年3月7日－3月31日）定點(diǎn)醫(yī)院收治患兒的研究中，225例患兒有血常規(guī)結(jié)果，其中37例（16.4%）出現(xiàn)一過性白細(xì)胞減少，173 例 (76.9%)白細(xì)胞范圍在（4～9）×109/L；在187例有C反應(yīng)蛋白結(jié)果的患兒中，178例（95.2%）CRP＜8 mg/L，出現(xiàn)淋巴細(xì)胞減少的比例不高。

5 免疫反應(yīng)與兒童重癥和危險(xiǎn)因素

兒童COVID-19以無癥狀感染者和輕癥患者為主，疾病嚴(yán)重程度較成人更輕的原因之一在于兩者有不同的免疫特征。Loske等[30]收集了從4歲至77歲的兒童和成人SARS-CoV-2感染者及健康對照的鼻拭子，通過單細(xì)胞測序揭示了鼻黏膜免疫細(xì)胞和上皮細(xì)胞中的顯著差異，健康成年人的鼻腔樣本中很少檢測到免疫細(xì)胞，但健康兒童中含有以中性粒細(xì)胞為主的各種免疫細(xì)胞亞群，同時(shí)也高表達(dá)MDA5、RIG-1、LGP2等模式識別受體，目前認(rèn)為MDA5和LGP2是誘導(dǎo)IFN-α的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[31]。相比成人，兒童上呼吸道黏膜免疫系統(tǒng)處于預(yù)先激活的狀態(tài)，因此可以在SARS-CoV-2感染早期釋放干擾素并控制感染。而在成人COVID-19患者中，更強(qiáng)大的適應(yīng)性免疫反而可能致全身炎癥反應(yīng)失調(diào)造成多器官損傷。Weisberg等[32]發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2 感染后兒童和成人有不同的抗體反應(yīng)，兒童的SARS-CoV-2特異性抗體反應(yīng)主要為抗刺突蛋白IgG抗體，中和活性水平低，嚴(yán)重程度不等的兒童表現(xiàn)出相似的抗體譜；而在成人COVID-19隊(duì)列中，患有嚴(yán)重呼吸窘迫綜合征的患者不僅有白介素-6、C反應(yīng)蛋白、乳酸脫氫酶等全身炎癥反應(yīng)物的顯著升高，SARS-CoV-2特異性抗體也表現(xiàn)出更高的豐度、廣度和中和活性。

此外，更少的合并癥和高危因素（肥胖、糖尿病和高血壓等）也是兒童嚴(yán)重程度較低的原因。但是兒童感染SARS-CoV-2 仍有可能出現(xiàn)重癥，表現(xiàn)為呼吸衰竭、心肌炎、休克、急性腎衰竭、凝血功能障礙、神經(jīng)系統(tǒng)受累（腦炎、腦卒中、腦水腫、格林-巴雷綜合征）和多系統(tǒng)器官衰竭等。兒童Omicron感染后嗅覺和味覺喪失并不常見，但各國陸續(xù)也有神經(jīng)系統(tǒng)癥狀的相關(guān)報(bào)道，主要表現(xiàn)為抽搐、驚厥，嚴(yán)重者可表現(xiàn)為癲癇持續(xù)狀態(tài)，其他神經(jīng)系統(tǒng)癥狀如嗜睡、譫妄等也有報(bào)道[33-34]。一項(xiàng)南非研究在125例住院患兒中觀察到有19 例（20%）出現(xiàn)無并發(fā)癥的驚厥，大部分患兒考慮為熱性驚厥，但也有部分患兒不符合熱性驚厥的定義，不排除潛在腦炎的可能性[35]。其機(jī)制目前推測與病毒對神經(jīng)細(xì)胞的直接損傷、血管內(nèi)皮損傷、過度炎癥或自身免疫性損傷、缺氧或過度鎮(zhèn)靜所致的繼發(fā)損傷等有關(guān)[36]。與兒童重癥COVID-19相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)因素包括新生兒、早產(chǎn)兒、先天性心肺氣道疾病、慢性心腎疾病、營養(yǎng)不良、肥胖、糖尿病、神經(jīng)發(fā)育障礙（腦性癱瘓、21 三體綜合征等）、免疫低下（免疫缺陷病、腫瘤、使用免疫抑制劑）、鐮刀型細(xì)胞貧血癥等[37]。

大多數(shù)患有COVID-19 的兒童癥狀較輕且預(yù)后良好，極少數(shù)可能會出現(xiàn)一種類似于川崎病和中毒性休克綜合征的過度炎癥反應(yīng)，稱為兒童多系統(tǒng)炎癥綜合征（multisystem inflammatory syndrome,MIS-C）。MIS-C一般發(fā)生在SARS-CoV-2感染后的2～6周，臨床表現(xiàn)為持續(xù)發(fā)熱和炎癥標(biāo)志物升高，伴有多器官系統(tǒng)受累，包括心血管、胃腸道、腎臟、血液、皮膚和神經(jīng)系統(tǒng)等，但不一定表現(xiàn)有COVID-19典型的呼吸道癥狀。與COVID-19 患兒表現(xiàn)出強(qiáng)烈的Ⅰ型干擾素反應(yīng)不同，MIS-C患兒中表現(xiàn)出Ⅱ型干擾素依賴和NF-κB依賴、可溶性刺突蛋白水平升高等免疫特征[38]。SARS-CoV-2 的刺突蛋白上存在超抗原序列，超抗原是一類只需極低濃度即可激活大量的T細(xì)胞克隆、產(chǎn)生過度免疫應(yīng)答的物質(zhì)，由其介導(dǎo)的細(xì)胞因子風(fēng)暴被認(rèn)為是引起MIS-C的可能機(jī)制[39]。但Omicron流行以來，MIS-C的發(fā)病率顯著下降[40]，原因是否與刺突蛋白中的突變相關(guān)仍有待進(jìn)一步研究。

6 免疫逃逸與疫苗預(yù)防

SARS-CoV-2 刺突蛋白的RBD 和N-端結(jié)構(gòu)域均為中和抗體靶點(diǎn)，Omicron 在這兩個結(jié)構(gòu)域中的大量突變帶來空間位阻效應(yīng)、抗體-抗原相互作用以及刺突蛋白局部結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)而影響抗體識別，導(dǎo)致病毒逃避既往感染或疫苗接種誘導(dǎo)的中和抗體作用[41]?，F(xiàn)有的滅活疫苗、mRNA 疫苗和腺病毒疫苗的有效性均大大降低。兒童中使用最廣泛的是具有很高安全性的滅活疫苗。一項(xiàng)智利隊(duì)列研究結(jié)果顯示，科興生物的滅活疫苗CoronaVac預(yù)防3至5歲兒童感染Omicron后出現(xiàn)癥狀性COVID-19的有效率為38.2%（95%CI：36.5%～39.9%），預(yù)防住院的有效率達(dá)64.6%（95%CI：49.6%～75.2%），預(yù)防ICU入住的有效率為69%（95%CI：18.6%～88.2%）[42]。雖然Omicron刺突蛋白中的突變使得疫苗產(chǎn)生的中和抗體保護(hù)效果減弱，但細(xì)胞免疫反應(yīng)的組分（如T淋巴細(xì)胞）仍然可以靶向Omicron并發(fā)揮作用[43]，使得重癥減少。被認(rèn)為對SARS-Cov-2 原始病毒株最有效的mRNA疫苗，如輝瑞的BNT162b2和莫德納的mRNA-1273，也在超半數(shù)受試者中發(fā)現(xiàn)未能對Omicron產(chǎn)生有效的中和效價(jià)。

一項(xiàng)在卡塔爾居民中的研究顯示，接種兩劑輝瑞mRNA 疫苗對于BA.1 亞型感染的保護(hù)作用只持續(xù)了大約3個月，有效率很快在第 4到6個月從最高的46.6%(95%CI：33.4%～57.2%)下降至10%及以下，但在接種加強(qiáng)針后，有效率迅速回升至59.9%(95%CI：51.2%～67.0%)；對于BA.2亞型情況類似。盡管常規(guī)兩劑疫苗的保護(hù)作用十分有限且會隨著時(shí)間的推移而減弱，但對COVID-19 住院和死亡的有效率仍維持在70%～80%之間，并在接種加強(qiáng)針后超過90%[44]。

7 小結(jié)與展望

與先前VOC相比，Omicron 的生物學(xué)特性已經(jīng)發(fā)生較大變化。作為目前突變程度最高的變異株，其刺突蛋白中的大量突變賦予了增強(qiáng)的傳染性、傳播力、免疫逃逸能力和減弱的毒力。隨著Omicron廣泛的社區(qū)傳播，不能忽視大流行對兒童健康的影響。兒童有其獨(dú)特的生理特點(diǎn)和免疫特點(diǎn)，臨床表現(xiàn)以無癥狀和輕癥為主，但有高危因素的患兒仍有進(jìn)展為重癥的風(fēng)險(xiǎn)。Omicron 的持續(xù)進(jìn)化也警醒我們，COVID-19 大流行遠(yuǎn)未結(jié)束，我們對病毒的了解仍十分有限。盡管Omicron 可以逃避疫苗或先前感染后誘導(dǎo)的抗體免疫，但常規(guī)兩劑疫苗仍能夠減少住院、重癥及死亡的發(fā)生，加強(qiáng)針的接種則能進(jìn)一步提升保護(hù)力。接種疫苗依舊是當(dāng)下預(yù)防感染、減少重癥的最有效措施。