原創 奇點糕 奇點網 來自專輯新冠病毒研究進展

自新冠疫情爆發以來，全世界的科學家都在密切關注新冠病毒的變異動向。

科學家注意到，攜帶D614G突變的新冠病毒毒株，自今年2月份出現以來，感染人數在全球范圍內（尤其是歐美國家）一路飆升，現在已經取代2019年的原始毒株成為主流病毒株。

▲ D614G變異新冠病毒的流行程度（D614沒變異毒株，G614變異毒株）

近日，美國兩頂級研究機構對出現在S蛋白中的D614G變異做了初步研究，兩篇還未經同行評審的研究論文幾乎得出了相同的結論。

美國斯克利普斯研究所Hyeryun Choe和Michael Farzan領銜的研究團隊12日發文稱，在表達ACE2的人胚胎腎細胞的細胞系hACE2-293T中，S蛋白出現D614G變異的假病毒感染能力是沒突變的9倍[1]。

三天之后，紐約基因組研究中心Neville E. Sanjana團隊基于假病毒和人肺上皮細胞等細胞系，再次發現D614G變異讓假病毒感染細胞的能力提升了8倍[2]。

基于以上研究，我們基本可以確定，新冠病毒S蛋白的D614G變異，會提升新冠病毒感染細胞的能力。不過，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。

▲ 新冠病毒的D614G變異（Jonathan Corum | Scripps Research）

S蛋白是新冠病毒打開人類細胞之門的鑰匙，對新冠病毒的重要性不言而喻。

也正是因為S蛋白對新冠病毒極其重要，目前針對新冠病毒開發的疫苗和抗體類藥物有很多是靶向新冠病毒S蛋白的。因此，S蛋白的變異動向，也關系到在研藥物和疫苗的效果。故而，科學家對S蛋白那真是格外地關注。

實際上，從新冠疫情爆發以來，全世界各地的研究人員一直在給新冠病毒測序，并上傳到特定的數據庫，與全世界同行分享數據。從第一個新冠病毒基因上傳至今，科學家已經在新冠病毒的基因組上發現了數百個變異。不過大部分是隨機變異，沒有給新冠病毒帶去很大的變化。

▲ 新冠病毒（NIAID-RML）

新冠病毒S蛋白的D614G變異，引起了研究人員的關注。簡單地講，D614G變異就是新冠病毒第614位氨基酸由天冬氨酸（D）變成了甘氨酸（G），因此也有人把變異毒株叫做G614，老毒株叫做D614。

這個發生D614G變異的新冠病毒有多厲害呢？據統計，它從年初的0，到3月份的26%，4月份的65%，5月份的70%，在短短數月時間內，一躍成為世界主流病毒株。研究人員認為，這說明變異毒株G614比老毒株D614更有傳播優勢。

▲ 新冠病毒G614隨時間變化圖

此外，有研究人員發現新冠病毒的這種變異，與患者的病毒載量增加有關[3]。還有科學家發現變異毒株G614的流行與患者的病死率增加有關[4]，而且紐約基因組研究中心Sanjana團隊在更大的人群中證實了變異毒株G614的流行與病死率之間有較小但顯著的正相關性。

不過，上述現象究竟與S蛋白的D614G變異有沒有關系，科學家還沒有達成共識，因此需要先研究下D614G變異的功能。

▲ 新冠病毒G614的流行與病死率的關系

為了確定D614G突變是否會改變S蛋白的特性，從而影響新冠病毒的傳播或復制，斯克利普斯研究所Choe和Farzan領銜的研究團隊評估了D614G在新冠病毒進入細胞中的作用。

基于假病毒（PV）研究平臺，研究人員用G614和D614分別感染表達ACE2的人hACE2-293T細胞系和不表達ACE2的Mock-293T細胞系。

感染一天之后，研究人員發現G614感染hACE2-293T細胞的效率比D614高約9倍。

▲ 新冠病毒G614與D614感染細胞能力的比較

接下來要弄清楚的一個問題是，D614G突變究竟是如何改變病毒感染能力的。

Choe和他的同事們發現，D614G這個變異的位置很特殊，正處于S1和S2的中間。那這就有可能是D614G變異影響了S蛋白的斷裂，以及S1的脫落。

循著這個思路，研究人員做了深入的研究，發現第614位氨基酸由天冬氨酸（D）變成了甘氨酸（G）之后，S1和S2之間變得更穩定了，S1確實更不容易脫落。而且從總體上看，G614病毒表面的完整S蛋白總量是D614病毒的4.7倍。

▲ 新冠病毒G614和D614表面完整S蛋白的比例

此外，D614G變異沒有增強ACE2與S蛋白的親和力。基于以上研究不難看出，D614G變異增加了病毒表面功能完整S蛋白的數量，進而增加了病毒與細胞結合的機會，提高了感染效率。

雖然D614G變異提高了病毒感染細胞的效率，但有個好消息是，Choe團隊研究了康復者血漿中和病毒的能力，結果發現不同康復者的血漿均可很好地中和G614病毒和D614病毒。那些開發靶向S蛋白的疫苗和抗體藥物的研發人員可以稍稍松口氣了。

▲ 新冠病毒G614對康復者血清的敏感性

紐約基因組研究中心Sanjana團隊的研究思路幾乎與Choe團隊的一致，同樣是基于假病毒開展研究，只不過Sanjana團隊研究的人類細胞系更多，有肺（A549-ACE2）、肝（Huh7.5-ACE2）和腸（Caco-2）。

與D614病毒相比，變異后的G614病毒的感染上述細胞的能力提升2.4-7.7倍。同樣，Sanjana團隊的研究結果也表明，這種感染能力的提升，是D614G變異讓S蛋白在生產和病毒的組裝過程中更穩定，導致病毒表面具有完整功能S蛋白數量更多帶來的。

▲ 新冠病毒G614感染不同人細胞的效率提升

總的來說，這兩個研究在新冠肺炎依舊流行的今天是重要的，它們證明了同一個問題：新冠病毒S蛋白的D614G變異，會增強新冠病毒感染細胞的能力。

不過，D614G變異是否會讓新冠肺炎更容易人傳人，甚至變得更嚴重，還需要更多的動物實驗和臨床數據支撐。在更多的數據出爐之前，我們不能基于這兩個研究就認為發生D614G變異的新冠病毒的傳染性變得更強了。

當然，我們也不能掉以輕心，畢竟D614G變異的新冠病毒在短短3個月，就成為席卷全球的第一大毒株。

參考資料：

[1].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.

[2].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.

[3].Korber B, Fischer W, Gnanakaran S G, et al. Spike mutation pipeline reveals the emergence of a more transmissible form of SARS-CoV-2[J]. bioRxiv, 2020.

[4].Becerra‐Flores M, Cardozo T. SARS‐CoV‐2 viral spike G614 mutation exhibits higher case fatality rate[J]. International Journal of Clinical Practice, 2020.

本文作者 | BioTalker

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