值得关切的严重急性呼吸综合征冠状病毒 2 型变异株

陈敬贤

1. 国家呼吸系统疾病临床医学研究中心，广东 广州 510120； 2. 金域医学呼吸道病毒诊断与转化中心，广东 广州 510320

病毒通过基因突变不断地改变自己。病毒入侵宿主细胞后，借助宿主细胞内的一系列生物合成机制来复制自己，包括复制自己的基因组(DNA或RNA)，以及通过转录和翻译合成自己的蛋白质，最后装配成成百上千甚至更多的子代。这些子代病毒的基因组并不完全相同，是由众多不同数量基因突变的突变体组成的一个准种混合体(quasispecies)[1]。有的子代因存在致命性突变而不能继续存活，有的子代复制能力可能提高或降低，还有的子代可能变得更容易入侵宿主细胞而增强了传染性。与DNA病毒相比，RNA病毒由于其本身的RNA合成酶具有较高的失真率，加之病毒复制速度快效率高，所以会产生更多的变异子代。除了基因突变外，病毒在细胞内的复制过程中还会出现基因重组或重配等，也能增加病毒突变株的产生[1-2]。目前对于严重急性呼吸综合征冠状病毒 2 型(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2)的突变频率还没有明确结论，但肯定低于人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)和流感病毒。

自2019年12月起，SARS-CoV-2在人群中快速传播，已经先后在全球很多地方造成大流行。迄今已感染了1.7亿多人，期间产生了难以计数的突变株。其中容易入侵人类细胞、复制效率高的毒株逐渐成为不同地区、不同时间的主要流行株。例如，最早引起注意的SARS-CoV-2变异株(S蛋白的D614G突变)于2020年1月底2月初出现，然后很快传播于世界各地，至2020年7月已全面取代了2019年底的野生株，以至于目前已经几乎见不到最初的野生株了[3]。

从疫情防控的角度出发，人们主要关注病毒突变的以下几个问题。①这些变异株是否更具有传染性？②它们的致病性是否更强？是否会导致更多患者死亡？③它们还能否被现有的试剂盒检测出来？④它们是否会逃避目前疫苗的保护作用？如果是，我们有什么应对措施？本文就以上问题作简要综述。

1 SARS-CoV-2变异株分类

目前国际上把SARS-CoV-2变异株分为3类[4]。①后果严重变异株：有明确证据表明现有的预防、诊断和医疗干预措施对该变异株的有效作用已大幅度下降。目前尚未发现这一类变异株。②值得关切的变异株：有证据表明该病毒株传播率提高，或感染该毒株的患者住院率/病死率增加，或毒株对中和抗体的敏感性明显下降，或治疗措施及疫苗的保护对该病毒株失去作用，或目前的检测方法无法有效检测到该毒株。这类变异株已经有多个，详述见后。③值得关注的变异株：该变异株出现的基因突变可影响到毒株与细胞受体、中和抗体结合，或者可能降低检测效率/治疗效果，这一类变异株比较多，其中有的可能在未来升级为需要关注的变异株。

2 值得关切的变异株的特点及其流行情况

2.1 B.1.1.7变异株

B.1.1.7变异株又名英国突变株或501Y.V1，最近被世界卫生组织(World Health Organization，WHO)命名为α变异株。2020年9月，α变异株在英国的肯特郡和伦敦几乎同时出现，3个月后迅速成为英国的主要流行株，与当时英国的一波大流行密切相关[5]。这个当时被英国监管机构命名为VOC-202012/01的毒株一共有23个突变，包括6个同义突变，14个非同义突变和3个缺失突变。在17个涉及氨基酸的突变中， S蛋白中的6个氨基酸被替换， 3个氨基酸被删除。多个研究提示，其中N501Y突变(S蛋白第501位的天冬氨酸被酪氨酸取代)发挥了主要作用，因为这个位点处于刺突蛋白的受体结合基序内，能够改变与血管紧张素转换酶2(angiotensin-converting enzyme 2，ACE2)受体结合的能力[6]。另外，S蛋白氨基端的2个氨基酸缺失，也能使病毒的感染性提高2倍[7]。

2021年1月2日，广东省疾病预防控制中心报告检出α变异株，来自于早前(2020年12月4日)从英国入境的留学生[8]。在这之前，上海市疾病预防控制中心也从1位留学生(2020年12月14日从英国抵达上海浦东机场)的标本中检出α变异株[9]。2021年5月29日，深圳市疾病预防控制中心报告称，有5例以上境外输入关联病例均为α变异株感染[10]。截至2021年3月23日，已有104个联合国成员国报告检出了此病毒株[11]，但该病毒株似乎并未在国内传播。

尽管SARS-CoV-2的α变异株具有N501Y突变，但到目前为止，尚无数据显示该变异株能够抵抗治疗性SARS-CoV-2单克隆抗体，也未见它对当前各种疫苗的保护性构成威胁。由此看来，N501Y突变可能需要与其他S蛋白受体结合区的突变合作，才能有效地产生免疫逃逸(见β变异株)。

2.2 B.1.351变异株

B.1.351变异株又名南非突变株或501Y.V2，最近被WHO命名为β变异株。2020年10月，南非东开普省通过全基因组测序首先发现该毒株，南非卫生部于12月18日发出确认报告。分子遗传分析认为该病毒株可能在2020年7—8月间起源于该国的曼德拉湾地区。卫生管理部门认为该毒株传播速度很快，与当地的第2波SARS-CoV-2感染所致疫情相关。该毒株在1个月内于世界各地先后被检出，包括英国、瑞士、芬兰、日本、澳大利亚、韩国、奥地利、博茨瓦纳等[12]。2021年1月6日，广东省疾病预防控制中心从1例南非籍飞行员(自新加坡入境)体内检出该变异株[13]。

SARS-CoV-2的β变异株有多处氨基酸替换，8个位于ORF1ab区，9个位于S蛋白区，2个在ORF3a，还有2个分别位于E区和N区。其中位于S蛋白的K417N、E484K和 N501Y 3个突变最为引人注意，而E484K和N501Y正处于刺突蛋白的受体结合基序内。值得注意的是K417N和E484K 2个突变是α变异株所没有的[14]。有研究指出，来自感染康复者的血清对含E484K突变株的中和作用下降了90%以上[15]。

2021年1月，强生公司(美国)报告称，该公司疫苗对美国境内中、重度COVID-19患者的保护率达72%，但是在南非仅为64%[16]。南非威特沃特斯兰德大学和英国牛津大学合作的研究显示，阿斯利康制药有限公司(英国)的AZD1222疫苗对SARS-CoV-2 β变异株的保护作用明显下降[12]。2021年2月，辉瑞制药有限公司(美国)报告称，该公司研发的BNT162b2疫苗产生的免疫血清对β变异株的中和活性下降了2/3[17]。同时莫德纳公司(美国)也报告称他们的mRNA疫苗(mRNA-1273)对β变异株的保护力有限，该公司已经在研究有针对性的新疫苗[12]。

2.3 P.1变异株

P.1变异株又名巴西变异株，最近被WHO命名为γ变异株。该变异株与野生株相比共有17个氨基酸发生改变，其中10个位于S蛋白，包括3个需要特别关注的突变：N501Y，E484K，K417T[18]。P.1, P.2, P.3和P.4均来自于B.1.1.28株，其中唯有P.1被列入值得关切的变异株，其它都属于值得关注的变异株。P.1有2个独立起源的亚种：28-AM-1和28-AM-2，它们都含有N501Y，E484K，K417T 3个突变，而且均流行于巴西的亚马逊地区, 曾经被分别命名为B.1.1.28.1和B.1.1.28.2[18]。

本变异株最早由日本国立传染病研究院于2021年1月6日从4位自巴西亚马逊州返回东京的旅行者中检出，但很快发现病毒早已在巴西流行。2021年初，该变异株在巴西亚马逊首府马瑙斯广泛传播。《科学》(Science)曾发表文章指出，当地的P.1株感染者比B.1.1.28株感染者具有更强的传播力和更高的死亡率[18]。

2021年1月，继日本和巴西之后，P.1变异株先后在韩国、美国、爱尔兰、荷兰检出，2—3月便在欧洲大部分国家、南美洲部分国家、加拿大以及印度、菲律宾等亚洲国家流行，4月进入新加坡、泰国、波兰等国家，5月10日该变异株在中国出现[19]。

针对巴西医护人员开展的1项大型研究的初步结果显示，在巴西马瑙斯市，超过3/4的新病例是由P.1变异株引起的，北京科兴生物制品有限公司研发的SARS-CoV-2疫苗对COVID-19患者的有效性约为50%[20]。由麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)、哈佛大学、剑桥大学以及波士顿地区临床医师组成的团队对全程接种辉瑞制药有限公司和莫德纳公司SARS-CoV-2疫苗的人群进行观察，发现这些个体的血清抗体对γ变异株的中和作用明显降低[21]。

2.4 B.1.617.2变异株

B.1.617.2变异株又名印度变异株，最近被WHO命名为δ变异株。 B.1.617.2变异株最早于去年12月发现于印度，现已成为全球最令人担忧的SARS-CoV-2变异株之一。最近的研究提示，δ变异株可能是迄今传播最快的SARS-CoV-2毒株(可能比α变异株B.1.1.7的传播效率高50%)，因此也是最危险的变异株。它已经出现于全球80多个国家，且在不同地方掀起了多个流行高峰，包括今年2月以来在印度出现的大规模暴发流行[22]，以及最近在我国广州引起的以传播快为特征的小暴发[23]。

B.1.617变异株最早出现于2020年10月，当年12月后延伸出3个亚支，即B.1.617.1, B.1.617.2和B.1.617.3，其中B.1.617.3即为原来的B.1.617。鉴于B.1.617.2变异株显示出很高的传播能力和逃逸中和抗体的能力，WHO于2021年5月11日把该毒株从值得关注的变异株提升至值得关切的变异株[22]。

B.1.617.2毒株的S蛋白中有7个氨基酸突变(见表1)，但缺乏本文中其它3个变异株共有的N501Y突变，以及β和γ变异株共有的E484K突变。其L452R突变导致S蛋白与ACE-2受体的亲和力增加，并降低宿主免疫细胞的识别能力。而P681R的氨基酸替换可能促进S蛋白前体被裂解为活性S1/S2构型，从而提升变异株的感染水平[24]。

英国最近发现δ变异株已占新发病例的90%以上，而目前英国的新发病例几乎都未接种过疫苗。该变异株的快速传播促使英国政府进一步加快疫苗接种步伐，尤其是对那些仅接种了1剂疫苗的人群应尽快完成第2剂疫苗的接种[25]。

据英国政府的1项研究称，全程接种疫苗依然能够保护δ变异株的感染，虽然其保护力可能比对α变异株的略低，尤其是如果只接种了1剂疫苗。研究结果显示，接种2剂疫苗对δ变异株的保护率为80.8%(对α变异株的保护率为88.4%)，而接种1剂疫苗对δ变异株的保护率为33.2%(对α变异株的保护率为50.2%)。如果这个结果准确，那就意味着δ变异株对仅完成部分免疫和未免疫的人群是一个巨大的威胁[26]。

WHO曾表态称，目前的疫苗对δ变异株有保护作用，但中和作用可能有所降低。英国公共卫生部门的研究表明，2剂辉瑞公司疫苗和2剂阿利斯康疫苗均可对δ变异株感染的住院患者发挥有效的保护[27]。

3 结语

病毒传播越广，其复制产生的子代就越多，而病毒的基因突变是随着其核酸复制发生的。因此降低病毒突变速率的唯一办法是阻止其传播，降低感染率。我国政府正在大力实施严格的防控措施，一方面防止输入性感染，对核酸检测阳性的入境者立即隔离并治疗。另一方面，对出现的少数本土感染者，立即通过追踪溯源，将阳性或可疑阳性者立即隔离，从而切断传播途径。此外，勤洗手、带口罩、保持社交距离等都是防止病毒传播的有效措施。当然，更重要的还是要在全人群中尽快完成疫苗接种，这一工作正在加紧实施中。

但是在国际上，SARS-CoV-2依然在许多国家和地区引起一波又一波的流行，因此病毒突变依然在继续。例如印度最近宣布δ变异株的S蛋白基因出现了1个新的突变——K417N，被暂时称为 δ Plus 变异株。这个在β变异株就已经存在的突变是否会增加δ变异株的传播能力和免疫逃逸能力，正在受到密切关注[28]。

WHO领导的对全球 1 722 652 株SARS-CoV-2基因组序列的最新分析显示，估计α变异株的传染性提高了29%(95% CI: 24～33)，β变异株的传染性提高了25%(95% CI: 20～30)，γ变异株的传染性提高了38%(95% CI: 29～48)，而δ变异株的传染性提高了97%(95% CI: 76～117)[29]。因此，虽然各种SARS-CoV-2疫苗逐步在各地开始接种，我们对SARS-CoV-2感染的防控和研究依然不能松懈。