病毒为何如此“狡猾多变”

□文/张田勘

供图/视觉中国

前段时间，国内发生的新一轮疫情都是由在印度首先发现的新冠病毒德尔塔变异毒株引发的，人们的关注点也集中在病毒的变异上。德尔塔变异毒株不过是现在新冠病毒变异毒株的一种，还有其他的变异毒株。为了理解病毒的变异，需要在更大的背景下解读这个问题，即病毒的变与不变。

世界上不存在不变的病毒

病毒只是微生物中的一小类，平常所说的微生物有近10大类，包括细菌、病毒、真菌、放线菌、立克次体、支原体、衣原体、螺旋体等。病毒实际上是非细胞生物，由核酸和蛋白质等少数成分组成，它们的生存必须依赖于活细胞。

人类发现的第一种病毒是烟草花叶病毒，由荷兰生物学家马丁乌斯·贝杰林克于1899年发现并命名。迄今为止，人类已经发现的病毒超过5 000种。病毒并非都对人有害，现在发现的可以致人患病的病毒约有160种。常见的有引发感冒、流感和水痘等一般疾病的病毒，还有导致天花、艾滋病、埃博拉病毒病和新冠肺炎等较为严重疾病的病毒。也有一些疾病并非由病毒直接引起，但是与病毒有关。

病毒的变化，与其大小、结构、形态有密切的关系。

病毒一般由2~3种成分组成，一是遗传物质，即核糖核酸（RNA）或脱氧核糖核酸（DNA）；二是由蛋白质形成的衣壳，用来包裹和保护病毒的遗传物质；三是部分病毒能够形成环绕在外的脂质包膜，从而协助和保护其入侵宿主细胞。

病毒的形状和大小各异，从简单的螺旋形和正12面体形到复合型结构。大多数病毒的直径在10~300纳米。一些丝状病毒的长度可达1 400纳米，但其宽度只有约80纳米。病毒大约只有细菌大小的千分之一。

再从病毒的基因（RNA或DNA）来看，可以把病毒分为5类，包括双链DNA、单链DNA、双链RNA、正单链RNA、负单链RNA。所有病毒都需要宿主细胞来繁殖，病毒将它们的遗传物质引入感染细胞进行复制，然后损伤宿主细胞功能，对宿主健康造成严重影响，甚至危及生命。冠状病毒就是入侵人体的呼吸系统，造成呼吸障碍，严重者会因呼吸衰竭而死亡，但这只有在重症患者中才会产生。

总体而言，所有病毒都会变异，变异是绝对的，不变是相对的。因此，世界上不存在不变的病毒，只是相对而言，病毒变异具有是否快速和频繁的差异。如果快速变异和多变，这样的病毒就可能对人造成更多的危害，也比较难以对付。目前新冠病毒就属于这样多变的病毒。

病毒变异的原因很多

病毒发生变异有多种原因。由于病毒需要进入宿主的细胞中进行核酸（RNA或DNA）复制，就有可能在复制过程中发生错误。尤其是只有单链DNA或RNA的病毒，一旦发生复制错误，就难以纠正。而双链病毒尽管也会发生复制错误，但由于还存在另外一条单链，可以及时修复错误。所以，单链病毒比双链病毒容易发生变异。

另一方面，病毒有蛋白质形成的衣壳和脂质包膜环绕在核酸之外，用以包裹、保护遗传物质并让病毒容易入侵宿主细胞，因此，在它们的蛋白质衣壳和脂质包膜上会有抗原成分的变化。这种变化是为了抗御生物体的防御机制，通过改变蛋白质衣壳和包膜能更容易入侵宿主细胞，这也造成了病毒的多变。

此外，新冠病毒容易变异的另一个原因，是它采用病毒聚合酶帮助复制。病毒聚合酶在病毒基因组复制和转录中起核心作用，新冠病毒就是利用一种RNA聚合酶RdRp复制和转录其基因组。RdRp不具有核酸酶（校正）活性，所以新冠病毒基因组在复制过程中错配率比较高，容易发生变异。

病毒变异的方式也很多

病毒变异的方式又有多种，如抗原漂移，即病毒DNA或RNA上单个碱基发生突变，然后积累到一定数量形成较大的变异，新冠病毒变异可能就是如此。此外，还有抗原转变，也就是基因重组或基因重配。还有一类，是基因排序错误。

研究人员已经比较了解的新冠变异病毒株有10多种，其中有在英国首先出现的变体阿尔法；在南非首次发现的变体贝塔；在巴西首先发现的变体伽马；在印度首先出现的变体德尔塔。这4种都是世界卫生组织公布的需要关注的变体。现在，又新增了一种拉姆达变体，是2020年8月首先在秘鲁首都利马发现的。

这些新冠病毒变异株的共同特征都是在刺突蛋白位置有了变化。刺突蛋白是病毒用来解锁进入人体细胞的重要组成部分。新冠病毒是冠状病毒科中的一种，它也有由蛋白质组成的衣壳，还有由脂质和糖蛋白组成的包膜。

新冠病毒的直径为60~220纳米，其最外层具有包膜结构，在包膜结构上又有3种蛋白（抗原），分别是刺突蛋白（S）、小包膜蛋白（E）和膜蛋白（M）。另外，少数其他种类的冠状病毒包膜上还有血凝素糖蛋白（HE）。

新冠病毒的S蛋白能够识别并结合宿主细胞表面受体，并介导病毒包膜与细胞膜融合；M蛋白则参与了病毒包膜的形成与出芽过程；E蛋白和HE蛋白可能与新冠病毒早期吸附有关。现在的新冠变异病毒关键变异点大多位于S蛋白上。

例如，德尔塔变异毒株发生了15处突变，有6处发生在S蛋白上，其中又有3处比较关键。被称为L452R和E484Q的基因突变，发生在S蛋白与人体细胞血管紧张素转化酶2（ACE2）受体结合的区域，L452R能增强病毒侵入细胞的能力，E484Q能帮助病毒避免受到人体免疫系统的攻击。同时，另一个基因突变P681R也能使病毒更有效地进入人体细胞。所有这些突变结合起来，就使得德尔塔变异毒株能部分避开人体内的一些中和抗体，并容易入侵人体细胞，因而传染性更强。

除了新冠病毒，这些病毒也在变

与新冠病毒相似的多变病毒还有流感病毒，包括既能感染人又能感染禽类的禽流感病毒。流感病毒属正粘病毒科，也是单链RNA病毒。病毒内部的核心由单链核糖核酸及核蛋白组成，根据核蛋白的抗原性不同，可分为甲（A）、乙（B）、丙（C）三型，每型又可区分为不同亚型。当抗原发生较大的变异时，与前次流行株完全不同，是抗原的质变，称为抗原株变，此时可产生新的亚型。由于人们对新的亚型缺乏抗体，因此常可引起大的流行。不同型流感病毒所引起的流行程度是不一样的。甲型变异较快，每2~3年可发生一次，能引起世界性流感大流行；乙型变异较慢，常引起流感局部流行，迄今未发现引起世界性流感大流行；丙型主要以散在形式出现，一般侵袭婴幼儿，不太容易引起流行。

流感病毒的变异同样也可以由病毒表面包膜上的糖蛋白抗原引起，主要有两种，一种是红细胞凝集素（H），另一种为神经氨酸酶（N），流感病毒包膜上的抗原有14种特异性的H和9种特异性的N。由编码H或N蛋白的基因发生突变，一种宿主细胞感染两种不同的流感病毒时，基因组片段易发生重组；来自不同宿主，如禽类、猪等的流感病毒容易发生基因交替。这些不同的H和N，以不同的组合方式产生极为多样的毒株，形成了各种亚型病毒，有的毒力较强，有的毒力较弱，从无症状感染到几乎100%死亡不等。

当然，还有一些病毒变异不大，或变异的频率不快。埃博拉病毒尽管也是单链RNA病毒，但变异较少。

埃博拉病毒属丝状病毒科，长度为970纳米，呈长丝状体。病毒外面也有包膜，病毒颗粒直径约为80纳米。

埃博拉病毒主要包括扎伊尔埃博拉病毒、苏丹埃博拉病毒、塔伊森林埃博拉病毒、雷斯顿埃博拉病毒，以及变异的新型埃博拉病毒5种类型。埃博拉病毒病平均病死率约为50%，在以往疫情中出现的病死率为25%~90%。其中，扎伊尔埃博拉病毒是迄今为止造成埃博拉出血热疫情最主要的病原体，对人类的威胁也最大，导致的感染病死率为70%~90%，在1977年的疫情中，病死率甚至高达100%。

现在，研究人员发现埃博拉病毒也在变化，对塞拉利昂最早一些埃博拉病例的基因研究显示，该病毒在人际传播过程中出现了超过300个基因变化。尽管埃博拉是单链RNA病毒，但研究人员认为，埃博拉病毒的变异只是“无关紧要的变异”，可能会导致它们在空气中传播，而此前，只是证明埃博拉病毒主要通过接触患者的体液感染，如血液、排泄物和呕吐物等发生感染。

病毒变异是一种常态，而且也会造成对人的进一步伤害和给抗击疫情造成困难，但是可以通过研发新的疫苗来阻止变异病毒的感染。现有的疫苗仍对新冠病毒有效，只是效力稍有下降。现在，中国、美国和英国等国家已经启动了针对变异病毒的2.0疫苗的研发和生产计划，主要针对阿尔法、贝塔和德尔塔变体。

抗击新冠疫情的道路虽然曲折，但我们最终会取得全面胜利。