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张文宏:D614G突变是否预示病毒传播失控与疫苗失效

http://hfxww.cn 2020年07月06日 13:19 来源:军转论坛 手机版

2020年7月3日,Cell杂志的一篇研究显示29%的新冠病毒样本都出现了D164G的变异,带有该变异的病毒早已在欧洲及美洲传播,并且感染细胞的能力较前增强,是否预示病毒传播力增强和对尚未上市的疫苗造成失效风险呢?特别是北京这次疫情反弹中发现的病毒株也有这个突变,后续会对我国疫情会造成什么样的影响呢?

什么是D614G突变?

冠状病毒广泛的宿主性以及自身基因组的结构特征使其在进化过程中易发生基因重组,呈现遗传多样性。D614G突变指的是新冠病毒的第614氨基酸位点 D(天冬氨酸)到 G(甘氨酸)的突变,位于S蛋白(图1)。D614G突变的病毒株常伴有5'UTR中的C到T突变(相对于MN908947.3基因组的241位),3037位的C到T突变;在14408位的C到T突变。包含这4个遗传连锁突变的单倍型现已成为全球优势形式,根据GISAID数据库公布的新冠病毒测序结果,发现携带该突变的病毒株主要归类于G型、GR型和GH型。

图1(图片来源:左图源自网络;右图源自Zhang L, Jackson C B, Mou H, et al. The D614G mutation in the SARS-CoV-2 spike protein reduces S1 shedding and increases infectivity[J]. bioRxiv, 2020.)

图1(图片来源:左图源自网络;右图源自Zhang L, Jackson C B, Mou H, et al. The D614G mutation in the SARS-CoV-2 spike protein reduces S1 shedding and increases infectivity[J]. bioRxiv, 2020.)

为什么如此关注D614G突变病毒株?

截止到目前,根据GISAID数据库上公布的所有新冠病毒基因组序列上一共发现了超过1万个不同位点突变,但D614G引起了广泛的关注。

1)传播范围、数量以及占比方面:今年3月份之前,携带有这个突变的各型病毒株还远没有成为全球主流,仅占全球所公布的病毒株测序序列的不到10%。在欧洲最早发现后不断扩散传播到北美洲、大洋洲、南美洲以及亚洲,整个3月,这个数字猛增到了60%-70%。截止到6月底已经超过90%。因此,携带有这个突变的病毒株已经成为了传播的主要基因型(图2)。

图2(图片来源:Korber B, Fischer W M, Gnanakaran S, et al. Tracking changes in SARS-CoV-2 Spike: evidence that D614G increases infectivity of the COVID-19 virus[J]. Cell, 2020.;Daniloski Z, Guo X, Sanjana N, et al. The D614G mutation in SARS-CoV-2 Spike increases transduction of multiple human cell types[J]. bioRxiv, 2020.)

图2(图片来源:Korber B, Fischer W M, Gnanakaran S, et al. Tracking changes in SARS-CoV-2 Spike: evidence that D614G increases infectivity of the COVID-19 virus[J]. Cell, 2020.;Daniloski Z, Guo X, Sanjana N, et al. The D614G mutation in SARS-CoV-2 Spike increases transduction of multiple human cell types[J]. bioRxiv, 2020.)

2)潜在功能方面:D614G突变是一个错译突变(改变氨基酸的变异),而且该突变位于新冠病毒的刺突蛋白(spike protein,S蛋白)上(图3),该蛋白是新冠病毒入侵人体细胞的核心武器,也是目前许多疫苗和疗法所重点针对的目标。因此,刺突蛋白上的突变更容易吸引众多研究人员的注意?这些突变可能会改变刺突蛋白的结构、性质和活力,进而让病毒更加容易入侵人体细胞。

图3(图片源自网络)

图3(图片源自网络)

为何D614G脱颖而出,席卷全球?

携带D614G突变的病毒株在2月才首次被发现,但不是在全球范围内同时爆发出现,D614G变异早期出现在欧洲,当时只占到全球新冠病毒测序序列的10%不到,然后才不断扩散传播到北美洲、大洋洲、南美洲以及亚洲,经过4个多月的传播,成为目前传播的主要基因型。这一现象是因为该突变改变了刺突蛋白的活性,提高了病毒的“攻击性”和“传播性”,进而让病毒更加容易入侵人体细胞么?

后续在该篇cell发表的文章中,同样用体外感染实验后计算病毒载量发现D614G突变体病毒载量更高。另外,多个团队在人肺上皮细胞、hACE2细胞中发现D614G突变的感染能力增强。

但Cell杂志同期发表的评论性文章指出,的确带有D614G变异的新冠病毒在全球范围内成为了统治性传播的病毒株,同时也给出了支持D614G变异病毒提升新冠病毒感染细胞能力细胞实验结果。但D614G变异是否会增强新冠病毒感染人的能力和毒性,目前仍然不能确定,需要更多的临床数据支撑。这些检测没有考虑其他病毒或宿主蛋白质的影响,以及宿主和病原体之间相互作用等来支持感染和传播。

G614出现频率的增加是否必然与传播性增加相关呢?不一定!还可能是与大流行的流行病学偶然性来解释的。2月份以后,中国疫情得到控制,欧洲病例成为世界主流,3月份美国病例又成为主流,美国的绝大多数SARS-CoV-2世系来自欧洲。病毒分型是否能在一个地区建立起来,不仅与传播有关,还与它们被引入的次数有关。

因此,中国在国内防控稳定之后,加强对于输入的防控,在G614成为全球多数变种的这段时间里,以D614仍占主导地位的中国由于控制了输入性病例的传播,病毒引进数量在急剧下降。虽然这次北京疫情中发现了这个D614G突变株,但是由于采取了迅速果断的防控措施,使得G614的病毒失去了在中国大幅度扩增的机会。同时,中国的抗疫工作取得了巨大的成果,导致D614病毒株在国内传播有效控制,在世界上的比例越来越小,D614G突变病毒株在欧洲和美洲传播过程中没有其他竞争对手,导致了一家独大的现状。

携带D614G突变的新冠病毒株“毒性”更强么?

Korber等在英国的COVID-19病例中发现感染G614突变体病毒的患者病毒RNA水平较高,但在住院结果上没有发现差异。有学者提出D614G突变和疾病死亡率(case fatality rates)有强相关性,但仍停留在统计学的关联分析。

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