新冠病毒变异知多少

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  进入4月以来,新冠病毒所引发的疫情在印度大规模蔓延。世界卫生组织(WHO)在分析印度疫情时指出两个重要原因,一是没有执行有效的隔离措施,二是新冠病毒发生变异。

双重变异病毒危险有多大


  所有微生物在适应环境的过程中都会发生变化,导致人们生病的病原体,如病毒和细菌的变异更是频繁而迅速。新冠病毒就是一种变异较快的病毒。现在究竟有多少种新冠病毒变异体,没有也不可能有确切的数字,研究人员估计有数千种。
  研究人员认为,新冠病毒的双重变异是导致现在印度疫情恶化和大规模蔓延的重要原因之一。在新冠病毒的棘突蛋白(S蛋白)上,在印度发现的冠状病毒变体B.1.617呈现出两种基因突变:E484Q和L452R。E484Q与E484K相似,后者此前已在英国、南非和巴西的病毒变体中出现;L452R则在美国加利福尼亚变体中出现。
  这两种突变首次同时出现在印度,被称为印度双重变异病毒。双重变异病毒是否比其他变异病毒有双倍的传染性或危险性,需要未来更多的研究以及该种病毒致病的临床症状、死亡率等数据来证明,但是现在初步的认知是,这种双重变异病毒株可能有更强的免疫逃逸能力,因此可能更容易传染人。而且,即使是接种过疫苗者,或已康复的染疫者,也可能再度被快速感染。
  不过,基因组数据提供的流行趋势表明,B.1.617的传播性和英国的B.1.1.7突变株相当,但高于南非的B.1.351突变株。B.1.1.7是2020年12月至2021年1月在英国首先发现的新冠病毒变异毒株,其棘突蛋白(S蛋白)与人类细胞上ACE2受体的亲和力提高了1000倍。WHO通报,B.1.1.7毒株更易在人际之间传播,传染性增加40%~70%,传播指数达到1.5~1.7,比原来的新冠病毒1.1的传播指数高了0.4~0.6。传播指数的提高意味着病毒感染的人数将增多。而且,B.1.1.7突变株感染者具有显著增高的病毒载量,病毒载量增高也与死亡率增高有关。但是,B.1.1.7毒株的毒性并未增强。

病毒变异分三类,哪些最应关注


  根据新冠病毒变异对疫情发展影响的轻重,可以把变异病毒分为三类:关心变体(VOI)、关注变体(VOC)和严重后果变体(VOHC)。
  关心变体指的是,病毒对疫情的影响只是具有可能性,包括:带有的特定遗传标记的变体与受体结合可能发生变化,既往感染或免疫接种所产生的抗体中和作用可能降低,治疗方法效力也可能降低,病毒与疾病的潜在影响、传播性或疾病严重程度增加或许有关。表现为几种特点,一是特定遗传标记可能影响传播、诊断、治疗方法或免疫逃逸,二是有证据表明这是病例或独特暴发人群增加的原因,三是在本国和其他国家流行或扩张有限。
  关注变体指的是,病毒有初步变化,而且有证据表明病毒变体传播性增加,病症更严重,如住院或死亡人数增加,先前感染或疫苗接种过程中产生的抗体中和作用显著降低,治疗及疫苗的有效性降低或诊断性检测失效。
  严重后果变体指的是,有证据清楚表明这类病毒会导致现有对疾病的预防措施或医疗应对策略严重失效或效果降低,表现为诊断失效,疫苗有效性严重降低,出现接种疫苗后也大量染病的病例,或疫苗对重病程度的保护非常低,多种应急使用授权(EUA)或批准疗法的效果严重降低,有更多严重临床症状出现而且住院治疗增加。
  对于新冠病毒关心变体,目前只需留意即可,而严重后果变体目前尚未出现,因此现在需要重点监控的是关注变体。之前,WHO只将2020年12月在英国发现的B.1.1.7变异株、2020年12月在南非发现的B.1.351变异株和2021年1月在巴西发现的P.1变异株划归为关注变体。5月10日,WHO宣布,将印度的双重变异株B.1.617劃归为关注变体,因为一些初步数据显示它更易传播。目前,全球关注的需要重点监控的新冠病毒变体有4个。

  迄今,经过批准上市的疫苗接种后产生的抗体都会识别这些变种,因此疫苗对所有新冠变异病毒中的关注病毒都有效果。英国的一项研究表明,接种疫苗能减少2/3感染风险,即便在接种疫苗后仍然染疫者,其病程严重的概率也能降低2/3,而且感染者的传染性也较低。不过,美国埃默里大学研究人员最新发现,莫德拉的mRNA-1273疫苗和辉瑞/生物科技的BNT162b2疫苗(也是mRNA疫苗)对B.1.1.7变异株的中和效力有较大下降,不过所有疫苗接种者血清中的抗体仍然对B.1.617有显著中和活性,说明目前的疫苗对B.1.617变体仍然有效。

病毒变异的机理


  病毒变异是适应环境和生存的需要。这不仅是一个概括性总结,而且其中一些理论和假说已经得到基础科学研究和临床医学的证明。
  首先,病毒与人或其他生物体是一种相生相克的关系,但主要是相克。为了应对人体和其他生物体(统称为寄主)内免疫系统的围追堵杀,以便在寄主体内长期生存,病毒必然会以变异的方式来躲避寄主免疫系统的识别和追杀。这方面最典型的病毒是艾滋病病毒(HIV),由于其变异极为迅速和多样,迄今人类尚未研发出针对艾滋病的疫苗。   其次,同样是出于生存的目的,各种微生物为了争夺寄主体内的生存空间,也要相互争斗甚至厮杀,因此逼迫病毒变异得更强大,一方面是可以战胜寄主体内其他的微生物并占领更多地盘,一方面也是为了应对寄主强大的免疫系统的攻击。
  还有一种情况是,寄主本身是一种微生物交流信息和基因成分的平台。甲型流感病毒之所以既能感染禽类、猪,也能感染人,是因为一些病毒可以在不同的禽类以及猪、人体上进行基因交换,从而既能感染动物,又能感染人。而且,流感病毒的血凝素(H)有16个亚型,神经氨酸酶(N)有9个亚型,这些抗原能相互交换,形成几十种甚至上百种组合,成为新型的流感病毒,既增强毒性和感染力,也能感染人和不同的动物。
  病毒变异的另一种情况是由病毒的结构决定的。一般而言,DNA病毒不太容易变异,因为DNA是双链结构,即使复制过程中某一条链出现错误,还可以通过另一条链纠正异常,因而突变率相对较低,这类病毒有疱疹病毒、乙肝病毒等。相对而言,RNA病毒容易产生变异,因为它们是单链病毒,在复制过程中如果出错,没有另一条链来纠错,因此变异率相对较高,这类病毒包括新冠病毒、冠状病毒、流感病毒、丙肝病毒等。
  病毒变异在很多情况下会导致其致病力、传染力和毒性增强,因此会影响疫情的发展,就像现在的新冠病毒变异一样,会导致诊断、治疗的因难,可能降低疫苗、药物的效力。但是,病毒变异也会遵循一个基本原则,即不能变得毒性太强。如果太强,会迅速杀死寄主,它们也会跟着灭亡。所以,当今变异较多的病毒成为高毒性的较少,而变异性不强的则有很高的毒性,如埃博拉病毒,致死性很强。
▲ 1918年大流感场景

新冠病毒与流感病毒的比较


  新冠病毒属于低毒性病毒,尽管其变异性强,但迄今发现的毒性并不强,这也可能是其生存策略所决定的,它们与流感病毒差不多,因而可以以流感病毒为例加以说明。
  1918年大流感是1918年1月至1920年12月暴发的异常致命的流感大流行,当时世界人口约1/4(5亿人)感染,造成2000万~5000万人死亡,是人类历史上致死人数最多的流行病之一,仅次于黑死病。
  一般流感暴发通常导致老人、幼儿或是免疫功能低下的患者死亡,但1918年大流感死亡最多的人群是青壮年。后来的研究表明,首先是流感病毒的变异导致了1918年大流感的高感染率。一种假说认为,通过对1918年大流感病毒的基因序列分析,发现其与2005年在亚洲发生的H5N1病毒相似。另一种假说则认为,当时的病毒来自于一种人类H1病毒和一种禽类病毒的重配。
  造成1918年大流感的病毒,尽管有病毒基因重组和变异,但是其毒性并不强,只是感染性增强了,感染率高达50%。流感病毒感染后的一种特殊情况是产生了细胞因子风暴,导致自体免疫系统过度反应,因此免疫力强的青壮年反而容易引起强烈的免疫反应而死亡。
  新冠病毒与流感病毒有较大的相似性,属于低毒性病毒,新冠病毒导致的死亡率约2.1%,流感的死亡率更低,约0.1%。但是,冠状病毒也有少数是高毒性。如2003年导致严重急性呼吸道综合征(SARS)的冠状病毒被视为高毒性,导致的病死率为7%~15%,也被视为快速杀死宿主的高毒性病毒会很快失去传染链的一个例子。
  但是,未来新冠病毒如何变化,难以预料,只能加以严密监控。即便是变异后的低毒性新冠病毒,也有可能引发细胞因子风暴而导致较多的死亡。不过,由于认识到这种情况,现在新冠病毒导致的死亡率已经大幅下降。
  新冠肺炎的主要死亡病因依次是呼吸衰竭、感染性休克、心力衰竭、出血和肾功能衰竭。细胞因子风暴与新冠肺炎的严重程度和死亡率相关。

细胞因子风暴有救吗


  细胞因子是一组低分子量细胞外信号蛋白,由各种免疫细胞,包括巨噬细胞、淋巴细胞、肥大细胞以及其他类型细胞,如内皮细胞等分泌产生。人体内有多种细胞因子,包括白介素、干扰素、淋巴因子、趋化因子和肿瘤坏死因子等。
  在新冠病毒感染肺部和其他部位時,多种细胞因子会刺激人体的免疫系统来消灭病原体,如大量的抗体和杀伤T细胞来攻击病毒,同时清除受损细胞,修复损伤的组织,这种情况也产生了严重炎症并可能失控,然后导致感染性休克、多器官损伤,甚至最终导致器官衰竭并死亡。很多新冠肺炎病人就是死于细胞因子风暴导致的呼吸衰竭、感染性休克、心力衰竭。
  现在,尚无针对新冠肺炎的特效药,但首先可以选择抗病毒药物,如法匹那韦、利巴韦林等广谱抗病毒药,还有抗流感病毒药物,如硝唑尼特等。
  对于细胞因子风暴也无特异性治疗手段。直接降低细胞因子风暴最常用、最有效的药物仍是糖皮质激素,它也是最常用的免疫调节药,但是,WHO针对新冠肺炎的临床管理指南(2020年1月28日发布)建议不要使用皮质类固醇,除非另有说明。不过,现在也有一些针对细胞因子风暴中某种特异细胞因子的靶向治疗,如特异细胞因子的单克隆抗体或核酸适配体、特异的重组蛋白等,或者使用抗白介素-6受体单克隆抗体托珠单抗,用于消除细胞因子风暴。
  不过,印度最近疫情的发展也表明,新冠病毒也有不同于流感病毒之处,毒性显然比流感病毒要强。
  印度新冠病毒双突变株B.1.617是2020年10月发现的,现已在40多个国家检出。印度国家生物学基因组学研究所研究员辛纳斯瓦米称,现在印度又出现了三重突变株的变异新冠病毒,病毒除了有E484Q和L452R基因突变外,还有E484K基因突变,后者最早在南非和巴西的变异毒株中被检测出来。这种三重突变的毒株现在被命名为B.1.618(简称印度株),其传播力比其他变种毒株更强。
  尽管认为印度的三重突变株病毒毒力更强,但目前尚无确切证据表明三重突变株病毒更加致命或更易传播。而且研究人员也陆续在其他病毒样本中检测出了四重和五重基因突变,目前来看,这些突变尚未影响到现有疫苗的效果。不过,现在疫苗研究也已瞄准新冠病毒突变株。
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