新型冠状病毒不同分支传播现状及传播特性的研究

冯 骁 孟子延 高 杨 徐祥雄 马丹婧 李琦涵

根据基因组序列的进化分析，新型冠状病毒SARS-CoV-2属于正冠状病毒亚科、β冠状病毒属，是感染人类的冠状病毒家族中的第7个成员[1,2]。SARS-CoV-2的S蛋白能与血管紧张素转化酶2(angiotensin converting enzyme-2,ACE2)蛋白结合从而感染细胞，入侵宿主[3]。ACE2 蛋白广泛存在于口腔、鼻黏膜、鼻咽、肺、胃、小肠、结肠等人体器官和组织中，其在肺泡上皮细胞和小肠上皮细胞表面表达量较高，这为SARS-CoV-2提供了可能的入侵途径[4]。SARS-CoV-2致死性与 MERS-CoV和SARS-CoV相比较弱，但SARS-CoV-2却具有在人群中传播的高风险[5，6]。

病毒的基因组决定了其高传播性[7]。随着时间的发展，病毒在人群中的不断传播会使其发生基因突变，进而可能导致病毒致病特性的改变。本研究意在探究SARS-CoV-2各分支的时空传播规律及人群传播特点，以期从分子流行病学的角度分析不同突变分支的致病特性，为病毒的致病机制研究提供线索。

材料与方法

1.基本资料：GISAID来源的2019年12月24日～2020年7月10日的病例元数据共3247条，包含分支、来源、性别、年龄、采样日期等信息。全球疫情共享网站GISAID截止到2020年7月18日共收录了来自全球200多个国家和地区的全基因组测序数据60830条。该网站根据其系统发育树聚类分析将SARS-CoV-2分为S、L、V、O、G、GR、GH等7种分支。

2.方法：从元数据的信息中筛选出性别、年龄、病毒株型等信息，进一步整理获得株型-采样日期信息、年龄-分支信息、性别-分支等信息。统计每个月中各分支的占比。以年龄划分组别，每20岁划分为一组，统计各组中每种分支的数量;以性别划分组别，统计各组中每种分支的数量。

3. 统计学方法： 绘制各分支随时间发展的占比变化面积图。利用SPSS 22.0统计学软件分析各分支在各个年龄段(0～19岁、20～39岁、40～59岁、≥60岁)及性别之间占比的差异，以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

最终获得有效的分支-采样日期信息2649条，性别-分支信息2117条，年龄-分支信息2200条。

截止到2020年1月底，按照GISAID网站上6万多基因组构成的系统进化树的分型分析，分支L最先被检测到且占比最大，其次是分支S、O。SARS-CoV-2的7种分支已于2020年1月底前完成从原始株的变异分化，并相对稳定的遗传至今。总体来看，分支L、S、O随时间的变化逐渐减少，G系列分支逐渐增多，现为全球主要流行株系(图1)。当然，系统发育树以及分支命名是随基因组的增加而动态变化的。以现有的系统发育分型来命名疫情发生之初的分支也是基于稳定的变异位点。稳定变异有助于新型冠状病毒传播过程中的适应性进化，种内变异的发现有助于了解病毒的演化方向和流行趋势，为新型冠状病毒监测和溯源提供参考依据。

图1 各分支的流行变化情况

总体比较各分支在各年龄段分布的差异(表1)，SARS-CoV-2的7种分支在各年龄段的分布比较，差异有统计学意义(P=0.000)。进一步将每两组进行比较，除了0～19岁组与20～39岁组间比较差异无统计学意义(P=0.679)，其余的组间比较差异均有统计学意义(表2)。从图1中可直观观察到组间差异明显的分支，分支O随着年龄的增加占比增加，相反分支G、S随着年龄的增加占比减少(图2)。比较各分支的分布在不同性别间的差异，SARS-CoV-2的7种分支在不同性别间的占比比较差异无统计学意义(P=0.114，表3)。

表1 不同分支在各年龄段的分布及方差分析

表2 不同分支在各年龄段分布的两两比较(方差分析)

图2 各分支在各年龄段的占比分布

表3 各分支在不同性别的分布及秩和检验

讨 论

SARS-CoV-2暴发以来的1个月内已经传播至各个大洲并初步进化为如今的7种分支，由此可见SARS-CoV-2具有非常高的传播力和快速突变的特性。L、S分支为主要流行株，而后被G系列分支所取代，并在短时间内成为全球流行株。SARS-CoV-2各分支在各年龄段的占比存在显著差异，这似乎提示了各分支具有一定的人群偏好，而各分支在性别中的占比差异无统计学意义。

目前对于疫情的起源众说纷纭，本研究结果显示，疫情之初分支L最先被检测到且占比最大，其次是分支S、O[8～10]。有专家从全基因组测序和系统发育树等结果分析，分支S比L更古老，推测分支S是最先出现的原始毒株[11]。当然，病毒的发生、发展是复杂的过程，这需要将流行病学调查与全基因组测序结合起来，找到中间宿主，才能真正判断病毒的起源。

可直观地分析出目前G、GH、GR分支为全球主要流行毒株，G系列分支以D614G突变为特征[12]。从病毒本身的角度出发，其独特的突变位点D614G可能改变了病毒的特性，造成其进一步的传播。另外，各个国家和地区的防控政策、隔离措施、反应速度、执行力度的不同，以及各种措施的滞后加上复杂的人口流动等都有可能加速其传播。

本研究结果显示，SARS-CoV-2各分支在各年龄段的分布存在显著差异，这似乎提示了各分支具有一定的人群偏好。分支O随着年龄的增加占比增加，相反分支G、S随着年龄的增加占比减少。据流行病学调查显示，随着年龄的增加，SARS-CoV-2的患病风险和重症风险都会显著增加[13～15]。据此推测，相对其他年龄段，老年人中O分支占比多，G、S分支占比少可能是导致老年人易感的原因。总之，本研究为探究老年易感染SARS-CoV-2提供了一种新思路——病毒不同突变位点可能会与老年人的人体状况相适应，进而使老年群体易患SARS-CoV-2。

据流行病学调查显示，男性比女性更易感染，且男性的相关死亡风险比女性高1.59倍[13,16]。本研究结果显示，各分支在男性、女性中的分布差异无统计学意义。这提示了各分支不具有性别偏好，病毒的不同分支不会使男性、女性感染SARS-CoV-2存在差异。另有研究显示造成性别感染的差异可能是由于宿主原因。

综上所述，SARS-CoV-2具有高传播性和突变性，追溯病毒的起源还需更多的全基因组测序数据的支持。G系列分支成为全球流行株除了探究病毒本身的特性外，还需结合不同政策及人口流动等原因综合分析。SARS-CoV-2各分支具有一定的人群偏好，病毒不同的突变位点可能与老年人群的身体机能相适应，进而使老年群体易感。这为研究老年群体易感染SARS-CoV-2提供了一种新思路，为探究SARS-CoV-2的致病机制提供了思路。