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科普|奥密克戎的身世之谜

1.奥密克戎怎么就火了呢?

WHO将最新的B.1.1.529新冠病毒变种命名为Omicron(奥密克戎),并列为5种“密切关注变种”之一。

11月24日,南非卫生部门首次向世界卫生组织(WHO)报告发现的新冠病毒变种B.1.1.529,并引起了社会极大的关注。实际上,B.1.1.529变种首先是在11月9日在南非邻国的博茨瓦纳共和国发现的,并迅速在南非扩散,11月以来,B.1.1.529变种在南非流行比率已经上升至75%,几乎取代了正在全球流行中占主导地位的德尔塔变种。这一现象即刻引起WHO关注,加上B.1.1.529变种的病毒S蛋白含有目前发现最多的突变位点(32-35个突变位点),WHO于2021年11月26日将其列为第5种“密切关注突变体”(VOC),以希腊字母命名法命名为Omicron(奥密克戎)变种,与已经存在的前4种主要变种:英国发现的Alpha(B.1.1.7);南非发现的Beta (B.1.351);巴西发现的Gamma (P.1);以及印度发现的Delta (B.1.617.2)列为相同关注等级。截止到目前,Omicron已在中国香港、英国、德国、意大利、比利时、以色列等多个国家和地区检出。全球多国由于该新突变株的出现收紧了防控措施。

科普|奥密克戎的身世之谜

图1:WHO组织定义的5种密切关注的新冠病毒突变株(VOC)。 

2.奥密克戎的全球流行走向仍然未知

目前为止,共有5种变种被列为“密切关注突变体”VOC,分别是Alpha,Beta,Gamma, Delta和最新的Omicron。其中Alpha在2020年10月到2021年6月作为主要毒株在全球流行,随后,Delta逐渐代替Alpha成为优势毒株。在Alpha和Delta的焦灼激战过程中,在南非出现的Beta和巴西出现Gamma由于显著的免疫逃逸能力,也被列为VOC,但Beta和Gamma在全球范围内的流行数目远小于Alpha和Delta。在南非报道Omicron病例的两天后,Omicron的全球流行数目还未知的情况下,11月26日WHO即将Omicron列为VOC,可见其对Omicron在南非传播比例迅速上升势头的高度重视。

3.奥密克戎的突变最多,突变都在哪里,可能有什么影响呢?

新冠S蛋白(刺突蛋白)是负责病毒入侵宿主细胞的蛋白,S蛋白通过与细胞上的受体ACE2结合进入细胞。现有疫苗的主要成分也是S蛋白,通过诱导针对S蛋白的抗体来阻止病毒进入细胞。因此,S蛋白上的突变直接影响了病毒进入细胞的效率以及疫苗诱导的抗体能否有效阻止病毒。

S蛋白在结构上分为两部分,S1区和S2区。S1又分为4个小的结构域:N端结构域(NTD),受体结合结构域(RBD),以及亚结构域1和2(SD1,SD2)。其中RBD负责与受体ACE2结合,而NTD负责在RBD结合受体时起稳定作用。S2区主要包括7肽重复序列1和2(HR1, HR2),这两个结构域负责受体结合后拉近病毒膜与细胞膜的距离,促进膜融合以完成入侵过程。

目前公布的突变体序列表明奥密克戎在S蛋白上有33个左右的点突变,其中S1上有27个突变(NTD7个,RBD15个,SD1和SD2上共5个),还有6个突变发生在S2结构域上(图2)。由于15个突变集中在RBD区,因此有怀疑如此大量的突变会使得新冠病毒“脱胎换骨”,可能会突破现有的疫苗防线。

但实际情况是,其中大部分突变并不是凭空出现的,在已经存在的突变株中出现过。这33个突变都在以前的毒株中以单点突变的形式出现过,其中8个突变在VOC株里出现过,如del69-70,del144曾出现在Alpha中,K417N, N501Y曾出现在Beta和Gamma中,T478K曾出现在Delta中,而484位的突变也持续出现在Beta, Gamma, Eta, Kappa等突变株中。

科普|奥密克戎的身世之谜

图2:VOC刺突蛋白突变汇总。

前期研究表明,484位的突变与病毒逃逸能力显著相关。在Beta,Gamma, Kappa中484位的突变使得突变株具有对中和抗体较强的逃逸能力。奥密克戎同样具有484位突变(E484A),可能也会影响病毒逃逸能力。当然,通过与Beta484位突变(E484K)对比发现,E484在奥密克戎中由带负电的谷氨酸(E)突变为不带电的丙氨酸(A),而在Beta中突变为带正电的赖氨酸(K),由E到A带来的电荷转变显然不如由E到K更剧烈,因此,奥密克戎对抗体的逃逸能力可能不如Beta剧烈。

此外,研究发现N501Y, H655Y会增强病毒的感染性,P681可能会增强病毒传播能力,但也有正在研究的数据发现,其他位点的突变会使病毒感染性致弱,因此这么多位点在一个病毒上出现可能会产生正负中和平衡的效果,因此,对于奥密克戎感染性和传播能力的判断还需进行进一步实验验证。

4.奥密克戎是否会世界范围流行?

从南非的流行病学报告中可以看到,最近几周奥密克戎的感染病例急剧增加(图3)。因此,有报道称“该突变体比德尔塔株传播能力高几十倍,已经突破了现有的免疫防线”。我们认为现在下结论还为时尚早。首先,南非的疫苗接种完成率低,完成全程接种的人口比例仅仅24%,自然感染率4.9%左右,不足以构建疫苗和自然感染的免疫屏障。截至2021年9月,中国完全接种新冠疫苗的人数占比70.78%,阿联酋至少接种一剂疫苗的人群为95%。其次,病毒的进化是受到一定限制的,包括病毒自身的适应性、环境因素、防疫策略等,比如,具有强逃逸能力的南非株Beta并没有在全球流行开,数目远少于德尔塔株。因此,南非变种奥密克戎能否在真实世界大规模流行仍然未知。

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图3:南非毒株流行率。   

5.现有抗体与疫苗效果还有待测评

根据前面的分析可以推断奥密克戎可能会对现有抗体疗法及疫苗产生一定影响,但现获批的所有疫苗都能大幅降低其他突变株造成的重症率和死亡率,所以我们对新出现的突变株不应过分紧张,对奥密克戎的真实效果还有待测评。

新冠作为RNA病毒,高突变率是其特征之一,为了对抗持续出现的突变株,我们应尽快开发广谱疫苗及广谱抗病毒药物,只有拥有这两样武器我们才能在与新冠的斗争中立于不败之地。

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