張文宏等談D614G突變: 是否預示病毒傳播失控與疫苗失效
華山感染 · 6天前
帶有D614G突變變異的病毒早已在歐洲及美洲傳播,并且感染細胞的能力較前增強,是否預示病毒傳播力增強和對尚未上市的疫苗造成失效風險呢?

本文轉載自“華山感染”。

前言

2020年7月3日,Cell 雜志的一篇研究顯示29%的新冠病毒樣本都出現了D614G的變異,帶有該變異的病毒早已在歐洲及美洲傳播,并且感染細胞的能力較前增強,是否預示病毒傳播力增強和對尚未上市的疫苗造成失效風險呢?特別是北京這次疫情反彈中發現的病毒株也有這個突變,后續會對我國疫情會造成什么樣的影響呢?

什么是D614G突變?

冠狀病毒廣泛的宿主性以及自身基因組的結構特征使其在進化過程中易發生基因重組,呈現遺傳多樣性。D614G突變指的是新冠病毒的第614氨基酸位點 D(天冬氨酸)到 G(甘氨酸)的突變,位于S蛋白(圖1)。D614G突變的病毒株常伴有5'UTR中的C到T突變(相對于MN908947.3基因組的241位),3037位的C到T突變;在14408位的C到T突變。包含這4個遺傳連鎖突變的單倍型現已成為全球優勢形式,根據GISAID數據庫公布的新冠病毒測序結果,發現攜帶該突變的病毒株主要歸類于G型、GR型和GH型。


圖1(圖片來源:左圖源自網絡;右圖源自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.)

為什么如此關注D614G突變病毒株?

截止到目前,根據GISAID數據庫上公布的所有新冠病毒基因組序列上一共發現了超過1萬個不同位點突變,但D614G引起了廣泛的關注。

1)傳播范圍、數量以及占比方面:今年3月份之前,攜帶有這個突變的各型病毒株還遠沒有成為全球主流,僅占全球所公布的病毒株測序序列的不到10%。在歐洲最早發現后不斷擴散傳播到北美洲、大洋洲、南美洲以及亞洲,整個3月,這個數字猛增到了60-70%。截止到6月底已經超過90%。因此,攜帶有這個突變的病毒株已經成為了傳播的主要基因型(圖2)。


圖2(圖片來源: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)潛在功能方面:D614G突變是一個錯譯突變(改變氨基酸的變異),而且該突變位于新冠病毒的刺突蛋白(spike protein,S蛋白)上(圖3),該蛋白是新冠病毒入侵人體細胞的核心武器,也是目前許多疫苗和療法所重點針對的目標。因此,刺突蛋白上的突變更容易吸引眾多研究人員的注意—這些突變可能會改變刺突蛋白的結構、性質和活力,進而讓病毒更加容易入侵人體細胞。


圖3(圖片源自網絡)

為何D614G脫穎而出,席卷全球?

攜帶D614G突變的病毒株在2月才首次被發現,但不是在全球范圍內同時爆發出現,D614G變異早期出現在歐洲,當時只占到全球新冠病毒測序序列的10%不到,然后才不斷擴散傳播到北美洲、大洋洲、南美洲以及亞洲,經過4個多月的傳播,成為目前傳播的主要基因型。這一現象是因為該突變改變了刺突蛋白的活性,提高了病毒的“攻擊性”和“傳播性”,進而讓病毒更加容易入侵人體細胞么?

后續在該篇cell發表的文章中,同樣用體外感染實驗后計算病毒載量發現D614G突變體病毒載量更高。另外,多個團隊在人肺上皮細胞、hACE2細胞中發現D614G突變的感染能力增強。

但Cell雜志同期發表的評論性文章指出,的確帶有D614G變異的新冠病毒在全球范圍內成為了統治性傳播的病毒株,同時也給出了支持D614G變異病毒提升新冠病毒感染細胞能力細胞實驗結果。但D614G變異是否會增強新冠病毒感染人的能力和毒性,目前仍然不能確定,需要更多的臨床數據支撐。這些檢測沒有考慮其他病毒或宿主蛋白質的影響,以及宿主和病原體之間相互作用等來支持感染和傳播。

G614出現頻率的增加是否必然與傳播性增加相關呢?不一定!還可能是與大流行的流行病學偶然性來解釋的。2月份以后,中國疫情得到控制,歐洲病例成為世界主流,3月份美國病例又成為主流,美國的絕大多數SARS-CoV-2世系來自歐洲。病毒分型是否能在一個地區建立起來,不僅與傳播有關,還與它們被引入的次數有關。

因此,中國在國內防控穩定之后,加強對于輸入的防控,在G614成為全球多數變種的這段時間里,以D614仍占主導地位的中國由于控制了輸入性病例的傳播,病毒引進數量在急劇下降。雖然這次北京疫情中發現了這個D614G突變株,但是由于采取了迅速果斷的防控措施,使得G614的病毒失去了在中國大幅度擴增的機會。同時,中國的抗疫工作取得了巨大的成果,導致D614病毒株在國內傳播有效控制,在世界上的比例越來越小,D614G突變病毒株在歐洲和美洲傳播過程中沒有其他競爭對手,導致了一家獨大的現狀。

攜帶D614G突變的新冠病毒株“毒性”更強么?

Korber等在英國的COVID-19病例中發現感染G614突變體病毒的患者病毒RNA水平較高,但在住院結果上沒有發現差異。有學者提出D614G突變和疾病死亡率(case fatality rates)有強相關性,但仍停留在統計學的關聯分析。

首先,不能單用病毒RNA載量來衡量疾病嚴重程度,無癥狀感染者中也存在高滴度病毒,并且以上分析均為關聯統計學分析,無明確證據。同時,目前的證據提示,D614G對COVID-19的重要性低于其他風險因素,如年齡或其他基礎疾病。因此,目前證據無法證實D614G突變病毒株的毒性更強。

D614G突變會影響現在的檢測、治療和疫苗研究么?

核酸檢測上目前推薦選用針對新型冠狀病毒的開放讀碼框1ab(open reading frame,ORF1ab)、核殼蛋白(nucleoprotein,N)基因區域的引物和探針。根據WHO指南,2019-nCoV引物和探針組設計中N3用于通用檢測SARS樣冠狀病毒,N1和N2用于特異性檢測SARS-CoV-2,因此D614G突變不影響病毒的核酸檢測。

刺突蛋白的受體結合區域(RBD)是目前許多疫苗和療法所重點針對的目標,D614G并不位于RBD區域。同時,自然感染含有D614或G614的病毒產生的抗體可以交叉中和,因此目前來看,D614G突變不太可能對目前正在研制的疫苗的療效產生重大影響。

另外,目前沒有證據表明D614G突變會干擾治療策略,如設計破壞與ACE2的spike結合的單克隆抗體的藥物。然而,在我們更好地理解D614G在自然感染SARS-CoV-2中的作用之前,任何疫苗或治療設計都應該考慮到該突變的存在和可能的影響。

在新冠病毒的突變中,D614G突變的病毒株由于其的傳播及潛在功能“脫穎而出”,然而病毒株持續在變異,目前尚無充分證據證明D614G突變的病毒株的感染性,毒性有加強,尚未觀測到對疫苗和檢測的重要影響,后續需要更多實驗驗證和監測變異的現象。

撰寫:張怡,姜寧,張文宏

編輯: 張怡

審稿:張文宏

參考資料:

[1] Tracking changes in SARS-CoV-2 Spike: evidence that D614G increases infectivity of the COVID-19 virus

[2] Rasmussen A L. Making sense of mutation: what D614G means for the COVID-19 pandemic remains unclear

[3] The D614G mutation in the SARS-CoV-2 spike protein reduces S1 shedding and increases infectivity

[4] The D614G mutation in SARS-CoV-2 Spike increases transduction of multiple human cell types

[5] SARS‐CoV‐2 viral spike G614 mutation exhibits higher case fatality rate

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