随着对传播速度更快的新冠病毒变异株的担忧日益加剧，全球实验室都在竞相剖析这些病毒的生物学特性。科学家们想要了解，在英国和南非发现的 SARS-CoV-2 变异株为何似乎传播如此迅速，以及它们是否会降低疫苗的效力，或克服自然免疫力并导致再次感染潮。
马萨诸塞大学医学院（位于伍斯特）病毒学家杰里米·卢班表示：“我们中的许多人都在争先恐后地理解这些新变异株，而价值百万美元的问题是，这对目前正在接种的疫苗的有效性有何意义。”
首批实验室结果正在陆续公布，预计未来几天将有更多结果出炉，因为研究人员正匆忙探究病毒变异株及其组成突变在 SARS-CoV-2 细胞和动物模型中的情况，并使用疫苗和自然感染产生的抗体对它们进行测试。1月8日发布的一份预印本发现，两种变异株共有的一种突变并没有改变接种辉瑞和生物科技公司联合开发的疫苗的人产生的抗体活性。关于其他突变和疫苗的数据预计很快公布。
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德克萨斯大学医学分部（位于加尔维斯顿）病毒学家维尼特·梅纳切里说：“到下周，我们将掌握更多信息”，他的团队正准备研究这些变异株。
潜在的生物学特性
研究人员在 2020 年 11 月下旬和 12 月初通过基因组测序发现了这两种冠状病毒变异株。英国范围的新冠肺炎基因组学研究工作确定，一种现在被称为 B.1.1.7 的病毒变异株是英格兰东南部和伦敦病例激增的幕后推手；该变异株现已传播到英国其他地区，并在全球数十个国家/地区被检测到。
由夸祖鲁-纳塔尔大学（位于德班）生物信息学家图利奥·德·奥利维拉领导的一个团队将该国东开普省快速增长的疫情与他们称之为 501Y.V2 的冠状病毒变异株联系起来。英国和南非的变异株是独立出现的，但都携带大量突变——其中一些相似——位于冠状病毒刺突蛋白中，病毒通过刺突蛋白识别和感染宿主细胞，而刺突蛋白是我们免疫反应的主要目标。
研究英国 B.1.1.7 变异株增长情况的流行病学家估计，它的传播性比现有循环病毒高约 50%——这一发现促使英国政府决定在 1 月 5 日进入第三次全国封锁。“流行病学确实为我们指明了方向，”伦敦帝国理工学院病毒学家温迪·巴克利说，她是一个为英国政府应对 B.1.1.7 提供建议的小组成员。
但巴克利补充说，科学家确定潜在的生物学特性非常重要。“了解病毒的哪些特性使其更具传播性，使我们能够更明智地做出政策决定。”
一项挑战是将区分英国和南非谱系与其近亲的突变的影响区分开来。B.1.1.7 变异株携带 8 个影响刺突蛋白的改变，以及其他基因中的更多改变；南非 501Y.V2 变异株的样本携带多达 9 个刺突蛋白改变。卢班说，弄清楚哪些突变导致了变异株的快速传播和其他特性是“一项巨大的挑战”。“我不认为有一个单一的突变可以解释所有这一切。”
大部分焦点集中在两种谱系共有的一种刺突蛋白改变上，称为 N501Y。这种突变改变了刺突的一部分，称为受体结合域，该域锁定人类蛋白质以允许感染。巴克利说，先前研究暗示的一种假设是，N501Y 改变使病毒能够更牢固地附着在细胞上，从而更容易感染。
N501Y 突变是梅纳切里团队准备在仓鼠（SARS-CoV-2 传播模型）中测试的几种突变之一。去年，他所在的团队报告称，与缺乏该改变的病毒相比，刺突蛋白的另一种突变使病毒能够在仓鼠的上呼吸道中生长到更高的水平。“这就是我对这些突变的期望，”他说。“如果是这种情况，那将推动它们的传播性。”12 月下旬发布的一份报告支持了这一假设：它发现在感染 B.1.1.7 变异株的人的拭子中，SARS-CoV-2 遗传物质比感染缺乏 N501Y 改变的病毒的人的拭子中更多。
抗体测试
变异株的快速传播引发了遏制其传播的努力，包括封锁、边境限制和加强监测。更令人感到紧迫的是，人们担心变异株可能会削弱疫苗和先前感染引发的免疫反应。结构生物学家杰森·麦克莱伦说，两种变异株都在刺突蛋白的区域内携带突变，而这些区域会被有效的病毒阻断“中和”抗体识别：受体结合域和一个称为 N 端域的部分。麦克莱伦在德克萨斯大学奥斯汀分校研究冠状病毒刺突蛋白。这引发了一种可能性，即针对这些区域的抗体可能会受到突变的影响。
因此，学术界和政府研究人员以及疫苗开发商现在正在夜以继日地工作，以解决这个问题。“这速度太疯狂了，”德克萨斯大学医学分部病毒学家石培勇说，他正在与辉瑞公司合作分析其成功疫苗试验参与者的血液。在 1 月 8 日的预印本中，该团队发现，与缺乏该改变的病毒相比，20 名参与者产生的抗体针对携带 N501Y 突变的病毒的效力几乎没有差异。该团队目前正在检查变异株中其他突变的影响。
在他的同事梅纳切里领导的一项相关实验中，梅纳切里还发现，至少 501Y 突变并没有显着影响康复血清（从新冠感染康复者身上采集的血液中含有抗体的部分）中和抗体的活性。梅纳切里在 12 月 22 日发布到 Twitter 上的数据表明，501Y 突变不太可能改变免疫力。
但其他突变可能会。其中最主要的是德·奥利维拉团队在 501Y.V2 变异株中发现的另一种受体结合域突变，称为 E484K。他的团队正在与德班非洲健康研究所的病毒学家亚历克斯·西格尔合作，针对康复血清和疫苗试验接种者的血清测试该变异株。德·奥利维拉说，这些研究的首批结果应该会在几天内公开。
免疫逃逸
新兴证据表明，E484K 突变可能使病毒能够逃避某些人的免疫反应。在 12 月 28 日的预印本中，由意大利锡耶纳托斯卡纳生命科学基金会的免疫学家里诺·拉普奥利领导的一个团队在低浓度的一名康复者的血清存在下培养了 SARS-CoV-2。目的是筛选出逃避感染反应中产生的多种抗体的病毒突变。“这个实验不一定应该成功，”共同作者麦克莱伦说。但在 90 天内，病毒已经获得了 3 个突变，使其对该人的血清具有免疫力——包括南非变异株中的 E484K 突变以及在南非和英国变异株中发现的 N 端域改变。“这令人惊讶，”麦克莱伦说，因为它表明，个体针对 SARS-CoV-2 的整个抗体反应都针对刺突蛋白的一小部分。
实验室进化的毒株对其他人的康复血清的抵抗力较弱。但该实验表明，疫苗和先前感染产生的抗体识别变异株的方式可能会受到 E484K 和两种变异株携带的 N 端域改变等突变的影响，麦克莱伦说。
总部位于马萨诸塞州剑桥市的生物技术公司 Moderna 开发了一种基于 RNA 的疫苗，该公司表示，预计其疫苗将对英国变异株有效，并且正在进行测试。
华盛顿州西雅图市弗雷德·哈钦森癌症研究中心病毒进化生物学家杰西·布卢姆说，一个紧迫的问题是，这种改变是否会改变疫苗在现实世界中的有效性。在他的团队于 1 月 4 日发布的预印本中，他的团队还报告说，E484K 和其他几种突变可以在不同程度上逃避人们康复血清中抗体的识别。
但布卢姆和其他科学家希望，变异株中的突变不会大幅削弱疫苗的性能。疫苗倾向于引发惊人的中和抗体水平，因此它们针对变异株的效力略有下降可能无关紧要。疫苗引发的其他免疫反应，如 T 细胞，可能不会受到影响。“如果我现在要打赌，我会说疫苗对于真正重要的事情——防止人们病入膏肓——仍然有效，”卢班说。
本文经许可转载，最初于 2020 年 1 月 7 日首次发表于。