新冠病毒“变形记”

新冠病毒“变形记”

财新周刊 徐路易

文|财新周刊 徐路易

导读:过去的一年多,各类新冠病毒变种在全球各地出现,有些很快销声匿迹;有些迅速流行;有些流行后被控制住,成为基因序列库里的历史。



巴黎在 2021 年的春天又一次迎来封城令。当地时间 3 月 19 日,法国宣布巴黎及部分北部地区再度封城一个月,「非必要」的商店被要求关门,同时禁止跨区域出行。这是新冠疫情以来巴黎第三次封城。

这次封城伴随着第三波新冠疫情到来,同时法国健康与社会事务部还确认,出现了可能存在确切影响的新冠病毒变种。3 月 15 日该部发布公告称,在法国西北部布列塔尼大区,发现有 8 个病例感染了一类新的新冠病毒变种。目前,该变种尚未获得命名,仍属于「尚在调查中的病毒变种」类别(VUI),其是否存在侵染性、传播力和致病性的增强也待进一步研究。

2019 年 12 月底,新冠病毒(SARS-CoV-2)引发的肺炎疫情开始蔓延。与乙肝病毒等双链 DNA 病毒不同,作为一种单链 RNA 病毒,新冠病毒在复制自己的遗传信息时没有严格的「纠错机制」,所以它每次复制时都有很大几率出错。这种「出错」,也就是通常所说的「变异」。

「病毒『毕生』只有两个使命——成功到达下一个宿主和复制出更多的自己。」美国密歇根大学传染病学系助理教授亚当・罗林(Adam Lauring)在 2021 年 2 月《美国医学会杂志》(JAMA)的连线采访中这样介绍道,像新冠病毒这样的 RNA 病毒一直在变异,每一次复制都很难说它是不是完全复制了自己。

可以把病毒变异的现象想象成病毒在无意识出错,出错的同时也在使它自身趋近于一个可以更好完成前述两个使命的解决方案——它的每次复制可能使新的毒株变得更容易实现这两个使命,也可能更难实现,或者与之前毫无变化。「随性」复制完成后,病毒就将面对自然选择压力的考验,在较长一段时间里,哪些病毒能够更好到达下一个宿主并复制出更多的自己,就可以在自然选择中「胜出」。

过去一年多,由变异产生的各类新冠病毒变种在全球各地出现并被识别出来,有些变种在基因序列数据库里只出现过一两次便销声匿迹;有些变种则迅速取代了当地最开始流行的毒株;有些变种在流行后被控制住,成为基因序列库里的历史。

五种确认流行的变种

2020 年 1 月 11 日,中国科学家研究团队将他们测定的新冠病毒基因组序列信息共享到「病毒学组织」Virologic.org 网站和 GenBank 上,如财新之前报道,这个被测序的毒株来自 2019 年 12 月 20 日发病的一名 41 岁武汉华南海鲜市场的个体经营者。同日及之后几天,中国疾控中心、中国医学科学院、中科院等机构的科学家又向全球共享流感病毒数据库 GISAID 上传了另外 10 个来自不同患者的病毒基因组序列。基因序列公布后,科学家们开始研究病毒的结构和侵染宿主细胞的过程。此外,最早被测序的基因序列还有着特别的意义,它被称为「参考毒株」或「初始毒株」。此后人们所说的病毒变种,都是基于与初始毒株相对的关系。

很快,2020 年 1 月下旬至 2 月初,一类新冠病毒变种就引起了科学家的注意。这种病毒变种在编码病毒刺突蛋白的基因中出现了突变,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室首先提出将这种突变写为 D614G。

到 2020 年 6 月,携带 D614G 突变的新冠病毒毒株已经取代了在中国最早报告的新冠病毒毒株,成为全球传播的主要病毒形式。有科学家统计,携带 D614G 突变的新冠病毒基因序列已占到所有公开上传发表的基因序列的 74%。

值得注意的是,对全球新冠病毒变种及流行情况的监测,受限于各国的病毒检测能力、汇报情况以及公开上传至数据平台样本的数量。2020 年第一季度,新加坡、英国等国陆续公告过当地激增的与初始毒株不同的变异毒株,但一些病毒变种流行一阵后也就结束了。

2020 年 4 月,荷兰报告了全球首例养殖场水貂大规模感染新冠病毒案例。随后,丹麦、西班牙、美国等多国相继报告了水貂养殖场大规模感染的案例。这些案例中,水貂均被认为是从养殖场工作人员身上感染的,水貂也成为被发现的首种在自然环境下可以大规模感染新冠病毒的动物,在新冠病毒如何从动物传播到人的谜题未解之际,又提示了其从人传播到动物的风险。很快,初步研究结果也证实了新冠病毒从人到水貂后,又经历了从水貂到人的传播。

根据世界卫生组织(WHO)的公告,2020 年 8 月–9 月,丹麦北日德兰半岛的人类病例身上发现了与水貂相关的新冠病毒变种,命名为「Cluster 5」。此后,丹麦下令扑杀全国所有水貂。2021 年 2 月 1 日,丹麦宣布 Cluster5 的流行已结束。

截至发稿,全球约有五种新冠病毒变种确认在多地流行,有三种已经确认存在超过半年,另有尼日利亚和菲律宾最新报告的病毒变种具体流行情况尚待评估,关于这些变种对疫苗研发和治疗的影响,相关研究也仍在进行中。

2020 年 10 月,第二波新冠疫情席卷南非。11 月中旬,南非卫生部门在常规测序时发现,一种新的新冠病毒变种已基本替代了在南非东开普省、西开普省和夸祖鲁—纳塔尔省传播的毒株,成为主要流行株。12 月 18 日,南非的国家相关部门向 WHO 报告检测到了新的新冠病毒变种,该变种在南非三个省迅速传播。截至 2020 年 12 月 30 日,另有四个国家也报告了在南非发现的新冠病毒变种。

2020 年 12 月 8 日,在英国的一场关于新冠流行情况的周例会上,科学家和公共卫生专家们发现,英国东南部肯特郡(Kent)的病例激增,且从基因序列的进化树来看,该地区流行的病毒序列有一半属于新冠病毒的某个特定变种。2020 年 12 月 14 日,英国主管部门向 WHO 报告了国内正在流行一种新冠病毒变种。此后,这一变种开始取代英国东南部和伦敦的其他病毒谱系,成为了英国当地的主要流行株。到 12 月 30 日,除英国以外,全球有 31 个国家和地区确认检测到这种新冠病毒变种。

与南非同样经历了新增病例大幅增加的非洲国家还有位于西非的尼日利亚。

2020 年 12 月中旬,南非报告的周新增病例环比增加了 40%,尼日利亚则增加了 52%。尼日利亚人口超过 2 亿,是非洲人口最多的国家。

12 月 24 日,非洲疾病控制与预防中心主任约翰・恩肯加松在线上新闻发布会上确认,尼日利亚发现了新的新冠病毒变种,且与英国和南非报告的毒株不属于同一进化枝。而在该序列上传后,英国、法国等地也很快发现了这一病毒变种。到 2021 年 2 月中旬,尼日利亚测序的新冠病毒基因组中这一病毒变种很快占到了 20% 以上。同时,截至 2 月底,全球其他地区已检测出 200 多个感染尼日利亚报告的病毒变种病例。

2021 年初,巴西也发现了新冠病毒变种。1 月 6 日,日本国家传染病研究所从 4 名来自巴西北部亚马逊州的旅客身上检测到了新冠病毒变异毒株。1 月 9 日,美国明尼苏达州一位新冠患者身上检测出了在巴西发现的毒株,这位患者也确有巴西旅行史。1 月 13 日,来自英国和巴西的联合研究团队发表初步分析,确认有新的新冠病毒变种于 2020 年 12 月就在巴西亚马逊州流行。

2021 年 2 月 18 日,菲律宾卫生部证实,菲律宾中米沙鄢大区发现感染新的新冠病毒变种的病例。2 月 4 日,菲律宾检测了 1 月 8 日收集的 50 个样本,发现有 37 个样本属于这一病毒变种。初步分析发现,菲律宾的这一病毒变种与巴西的病毒变种同属于一个进化枝。截至 2021 年 3 月 13 日,菲律宾共有 98 例感染该病毒变种的病例。同一天,日本报告一名菲律宾入境旅客被检测出感染了该病毒变种。

自 D614G 流行起,最开始武汉报告的原始毒株逐渐被取代,变种病毒在全球蔓延。3 月 12 日,中国广东省疾控中心公告,从两例境外输入新冠肺炎病例的鼻咽拭子中发现尼日利亚报告的病毒变种。

变在何处

一般来说,冠状病毒的遗传信息所编码的蛋白质有结构蛋白、非结构蛋白和附属蛋白。其中,构成病毒结构本身的结构蛋白有四种,分别为刺突蛋白(S)、小囊膜蛋白(E)、基质膜蛋白(M)以及核衣壳蛋白(N)。前三者位于新冠病毒的表面,而核衣壳蛋白则在病毒的内部与遗传物质 RNA 装配在一起,起到保护遗传物质的作用。

病毒进化的两大驱动力,主要是单核苷酸变异,以及插入和删除。在可遗传的变异中,单核苷酸多态性(SNP)是较为常见的一种。通俗地说,就是在基因组水平上,由单个核苷酸变异引起遗传信息出现了新的不同的表现形式。

来自美国博得研究所等机构的联合研究团队发现,到 2020 年 6 月 25 日,GISAID 数据库中一共发现了 12379 个 SNP,在这些 SNP 中,近半数只出现了一次。换句话说,在可供研究的范围内,这些变异更倾向于被认为只是单纯的复制错误,没有在选择压力下展现出任何优势,因此「来去匆匆」。彼时,科学家们已发现有 4 个 SNP 出现的频率相对较高,其中 A23403G 处的变异使得新冠病毒在刺突蛋白处出现了变化,携带这种变异的新冠病毒变种被称为 D614G。这也是最早发现的引起科学家们注意的一处变异。

D614G 变异体是指在新冠病毒的刺突蛋白中,原来在第 614 号位编码天冬氨酸(D)的基因,突变成了编码甘氨酸(G)的基因。历时近 9 个月,人们对 D614G 已经初步「知己知彼」,多项在人类呼吸道细胞和动物模型中的研究显示,与初始病毒株相比,D614G 新冠病毒变种具有更强的细胞侵染性和传播能力,但并不会引起更严重的疾病,也不会改变现有实验室诊断和治疗。

与新冠病毒初始毒株相比,英国报告的病毒变种有 23 种突变,其中 8 种突变编码在刺突蛋白上,这 8 种突变中又有三处值得特别关注:第一种是 N501 Y,这一命名的意思是新冠病毒刺突蛋白的第 501 个氨基酸从天冬酰胺(N)变成了酪氨酸(Y),这种对突变处的命名方式沿用了早期对 D614G 突变的命名。

值得注意的是,由于 N501 Y 处于刺突蛋白的受体结合域上,这一区域定向与人类细胞受体血管紧张素转化酶 2(ACE2)结合,科学家们基于研究推论认为,这一突变可能强化了新冠病毒与人类细胞受体结合的亲和力。同样坐落于这一关键位置的突变 P681 H 也被认为可能有同样的作用,这一突变点表示编码刺突蛋白的第 681 位氨基酸从脯氨酸(P)变为组氨酸(H)。

刺突蛋白是新冠病毒表面上与人类细胞受体结合的主要蛋白,也是入侵人体细胞的「钥匙」。新冠病毒的刺突蛋白与人体细胞表面的 ACE2 受体结合,从而感染人体细胞。具体来说,刺突蛋白有两个功能单位——S1 蛋白亚基和 S2 蛋白亚基,S1 与 S2 之间交界区需要酶切裂解,裂解后 S1 可与细胞受体结合,就像一把钥匙开一把锁一样,而 S2 则负责与细胞融合。P681 H 紧邻 S 蛋白的 S1/S2 弗林蛋白酶裂解位点,因此,科学家们谨慎推测 P681 H 对新冠病毒的侵染性也可能有所影响。

第三种突变被称为 69–70 del,即第 69–70 个氨基酸被删除。检测发现,编码刺突蛋白的基因片段(S 基因)内有 6 个核苷酸缺失(21765–21770),导致刺突蛋白中第 69 和 70 位两个氨基酸缺失。目前,一些科学家认为 N501 Y 突变与 69–70 del 相结合,可能导致病毒侵染能力增强,从而一定程度上影响传播能力增强。

近一个月以来发表在同行评议期刊上的多项研究结合流行病学、建模、系统发育和临床研究结果表明,在英国发现的这一变种相比初始毒株具有更高的传播力。不过,按人类病例住院时间和 28 天病死率衡量的初步分析还表明,该变种引起的疾病严重程度并未有明显变化。

罗林解释道,基因序列本身有一定的信息量,但这些信息量在与公卫数据结合起来看的时候更有意义。如果能结合临床数据,意义更大。研究之所以可以得出关于病毒传播力变化的推论,很大原因在于英国目前上传的检测样本达到总样本的 10%,「这个水平的数据足以让你知道病毒变种对公共卫生的影响。美国还没有做到这个程度,所以我们目前不知道所谓的病毒变种到底意味着病毒确实发生了变化,还是因为测序样本只集中在某个地区之内的原因。也就是说,要有足够的无偏见样本,才能得出比较扎实的结论。」

3 月 9 日,权威期刊《自然》提前发表了关于南非报告的病毒变种的初步研究。基因组数据强调了该变种迅速取代了在南非流行的其他谱系。研究中提到,南非第一波疫情的主要流行株就已经带有 D614G 突变,此次发现的变种在 D614G 突变株的基础上,又出现了 12 处突变,新冠病毒刺突蛋白上有 8 个非同义突变,在 2020 年 10 月中旬的第一批样本中,5 个非同义突变被确认;在 11 月底的检测样本中,又发现了 3 个刺突蛋白处的突变。还有 1 处在开放阅读框 1 b 片段(ORF1 b)的三个氨基酸删除,但位置难以被精确确定。

其中有两处突变早在去年 10 月的样本中就引起了科学家注意,一个是英国报告的病毒变种中也存在的 N501 Y,另一个则是原本在刺突蛋白第 484 位的谷氨酸突变为了赖氨酸(E484 K)。与 N501 Y 位点类似,E484 K 也在受体结合域的 DNA 功能域(RBM)上,科学家们推测这一点突变对于病毒的侵染能力影响有着类似作用。第二批样本中出现了第三个值得关注的突变点 K417 N,也就是第 417 位氨基酸由赖氨酸变成了天冬酰胺,它也在刺突蛋白的受体结合域上。初步研究表明,该变种潜在的传播能力有所提升,但具体是哪些基因的突变影响了病毒的传播力,还有待进一步调查。

巴西报告的病毒变种则有 17 处氨基酸的改变,其中 10 处在刺突蛋白,有三个突变点值得关注,其中 N501 Y 在英国和南非报告的病毒变种中均有出现,E484 K 在南非报告的病毒变种中出现,另有一个新的重要突变点则是位于第 417 位的赖氨酸变为苏氨酸(K417 T)。值得注意的是,南非报告的病毒变种中也是在刺突蛋白第 417 位氨基酸发生了改变。但目前这些突变对病毒侵染性、传播力和致病性的影响仍在研究中。

尼日利亚报告的病毒变种则有 7 处能够定义其变种特征的单核苷酸变异,以及三处位点删除,多处突变和两处位点删除都在其他病毒变种中出现过。有几处值得关注的变异:比如,位于刺突蛋白的第 52 位氨基酸谷酰胺(Q)由精氨酸(R)取代,被称为 Q52 R;第 67 位的丙氨酸由缬氨酸取代(A67 V),以及第 69–70 位和 144 位的缺失,这几处突变均位于刺突蛋白的 N 端结构域上,这是设计治疗方法和疫苗倾向靶向的位置。但目前研究尚未发现 N 端结构域主导哪些特定的功能,针对现有治疗方法和疫苗有效性的研究也尚在进行中。

此外,有专家指出,除了刺突蛋白处的变异,在新冠病毒核衣壳蛋白发生的两处突变 A12G 和 T208 I 或也值得关注,核衣壳蛋白有较强的抗原性,也就是它会引起宿主产生免疫反应。

菲律宾卫生部最新公布了一种新的病毒变种,但基于目前的数据和资料,尚不足以得出该变体是否会对公众健康产生重大影响的结论,因此,还没有确定这一变种是否需要被关注。截至 3 月 13 日,在菲律宾基因组中心(PGC)最新测序的 752 个新冠病毒阳性病例中,有 98 例感染该病毒变种的病例。

菲律宾基因组中心报告称,该病毒变种中有可能产生功能性影响的改变有四处,其中 E484 K、N501 Y 和 P681 H 均在其他病毒变种中发现,此外该变种病毒的刺突蛋白第 141–143 位氨基酸出现缺失,「这些突变在过去的一些研究中已提示了与传播力增强和免疫逃逸有关」。报告称,目前关于病毒的侵染性、传播力和致病性等问题还在研究中。不过,仅从基因组序列来看,这一病毒变种与巴西报告的变种属于同一谱系。

3 月 15 日,法国首次报告的新冠病毒变种尚未获得命名,不过,法国相关部门之所以将该病毒变种列入观察对象,是因为最开始于布列塔尼发现的 8 个病例中有多位表现出典型的新冠肺炎症状,但其鼻拭子检测结果却显示阴性。该地区卫生官员最终是通过抗体检测以及患者从肺内咳嗽出的痰液样本进行核酸检测才确认新冠阳性。

根据法国卫生局公布的初步结果,该变种在编码 S 蛋白的区域以及其他病毒区域中一共出现九处突变,不过,未携带 N501 Y 和 E484 K 等被科学家们认为可能对病毒传播力存在影响的基因突变点。目前,科学家们正在研究这些基因修饰是否使得这一变种更难被检测出来。仅从基因组序列来看,这一病毒变种与英国报告的变种属于同一谱系。

人畜共患风险

2020 年 1 月下旬,新冠病毒的自然宿主便已基本明确。2021 年 2 月上旬,来自 WHO 的专家组得出结论认为,新冠病毒或源于人畜共患的传播。尽管中间宿主尚未找到,但新冠病毒在这场席卷人类的疫情中又一次上演了在人和动物中的「反复横跳」。

到了 2020 年第二季度,对新冠病毒致病性的研究以及相关药物和疫苗的研发,需要科学家们找到合适的动物模型进行进一步的实验。彼时,人们发现相比起常用的大鼠小鼠,用于研究流感病毒的雪貂对新冠病毒相对更易感。

4 月下旬,雪貂的同科动物水貂就在自然环境下出现了大规模感染的情况。荷兰首次发现并报告了这一案例。随后,欧洲多国以及美国均报告了水貂养殖场出现大规模感染新冠病毒的案例。一个月后,荷兰农业部发布阶段性结果,提示新冠病毒可以从水貂传染给人类。

丹麦则是在 6 月中旬发现并报告了水貂养殖场出现大规模感染新冠病毒的情况。公开数据显示,2019 年丹麦是全球貂皮最大的生产国,其绝大多数水貂养殖场位于日德兰半岛的北部和西部。在那以后,丹麦鉴定出了 214 例与人类新冠病例,比起初始毒株,这些病例感染的毒株与养殖水貂身上检测出的新冠病毒毒株更相近。

幸运的是,在持续进行了广泛的调查和检测后,到 2020 年 9 月,荷兰仅发现了 12 例 Cluster 5 变种的人类病例,并且在地区间并未出现广泛传播。11 月 5 日,丹麦向 WHO 报告了 12 例病例,从他们身上分离出的毒株是独特的变种。这些病例全都是于 2020 年 9 月在丹麦日德兰半岛北部发现,年龄从 7 岁到 79 岁不等,其中 8 例与水貂养殖业有关,4 例来自当地社区。

丹麦认定「与水貂场相关的人员」包括在貂皮生产现场或与水貂养殖场场主位于同一地址的居民。丹麦鼓励符合标准的居民每周进行一次新冠病毒检测,防止感染扩散到水貂身上。同时,丹麦患者安全局(DPS)对相关的人类病例密接者进行了追踪,以识别与貂皮生产可能产生任何联系的病例患者。

水貂和人属于不同物种,因此相比从不同人类群体身上分离出的毒株,从两个物种身上分离出的毒株具有更明显的差异。

丹麦国家血清研究所(SSI)一共发现了五种与水貂相关的新冠病毒变种,编号从组 1 到组 5。在组 5(Cluster 5)中,科学家们发现好几处在刺突蛋白处出现的改变,具体包括 69–70 del,即刺突蛋白第 69 位和第 70 位的组氨酸和缬氨酸残基缺失;受体结合域内第 453 位的酪氨酸变为苯丙氨酸(Y453 F),以及第 1229 位的蛋氨酸变为异亮氨酸(M1229 I)。这些基因突变点和组合之前未曾见过。

丹麦进行的初步分析认为,这类毒株在水貂和 12 例人类病例身上都一定程度地降低了中和抗体的敏感度,因而有可能进一步减少自然感染或接种疫苗后免疫保护的范围和持续时间。随后,WHO 进一步明确了这一点。

同样在 11 月,首次报告水貂大规模感染的荷兰,发布了关于几起水貂养殖场感染案例及相关人员感染的分析,研究结合了基因组序列、临床诊断结果以及对感染人员的访谈,也提出了水貂感染的新冠病毒最初是从人类身上来的,此后,在水貂身上进化并在物种内大规模传播。在接受测试的水貂养殖场附近人群中,68% 的人感染或感染过新冠病毒,且这些人感染的毒株带有动物序列特征,凸显了新冠病毒再一次从水貂传播给人的风险。

2020 年下半年,为预防新冠病毒可能的感染和传播,欧洲多国对水貂采取扑杀,丹麦更是下令扑杀了全国的水貂。这一「刮骨疗毒」的政策也显现出了效果。2021 年 2 月,丹麦国家血清研究所发表于同行评议期刊《欧洲监测》(Eurosurveillance)的研究中明确,新冠病毒变种 Cluster5 的流行已结束。

值得注意的是,水貂可能充当的是新冠病毒的「储存库」,研究证明新冠病毒可以在水貂之间传播,且存在病毒重新从水貂向人溢出的风险,随后这种「二度溢出」的病毒又可以在人群中传播。「任何动物将病毒传播给人类时,或者当某个动物种群可能帮助扩大人类病毒传播时,就成为一个令人担忧的问题。病毒在人类和动物种群之间相互溢出,可能对病毒的遗传修饰产生影响。」SSI 传染病学家海尔・拉森(Helle Larsen)表示,这些影响需要通过全基因组测序来鉴定,发现区别后,再通过实验来研究这些变化对人类疾病可能产生的影响。

虽然现实中的「二度溢出」事件目前只报告了这一次,但人畜共患风险仍是防疫的挑战。2021 年 1 月底,深圳湾实验室特聘研究员钟国才团队在预印本平台 bioRxiv 上发表研究,他们发现英国、南非和巴西报告的新冠病毒变种已经可以利用大鼠和小鼠的 Ace2 受体进入宿主细胞,而此前野生大鼠和小鼠即便在实验室环境下也很难感染新冠病毒。

关于人畜共患风险,钟国才认为,研究结果提示这几种新冠病毒突变毒株有可能获得了感染鼠类的能力。而鼠类可以同时与人、家养动物及其他野生动物生活环境有交集,因此新冠病毒变种可能显著提升病毒在人—家养动物—野生动物(如鼠、野兔、穿山甲等)之间传播的风险,对目前新冠病毒传播的监测和疫情防控带来更大挑战。

命名之困

当科学家们提及某个病毒变种时,他们讨论的到底是哪个病毒变种?既然变种如此之多,哪些是值得关注的,哪些是不重要的?科学家们对众多公开序列进行分类,挑出值得进一步关注和监测的毒株命名并继续研究。然而,对病毒变种的命名,却并没有一个统一标准。

当一种新的病毒引起疫情暴发后,世界卫生组织(WHO)会负责命名疾病名称和病毒的暂用名,国际病毒分类学委员会(ICTV)则负责命名病毒的分类名。ICTV 使用的分类方法遵循人们熟悉的「界门纲目科属种」生物学分类法,但该委员会只负责到「病毒种」的分类。也就是说,对新冠病毒而言,分类到「新冠病毒(SARS-CoV-2)」即可。ICTV 不负责对病毒种以下的分型进行命名,再往下分则包括病毒种的血清型、基因型、毒力株、变异株和分离株的名称。

新冠疫情的进一步蔓延和全球各地科学研究在同时进行,对病毒变异株的研究也越来越多,却没有统一的命名方法,这既可能为科学界带来文献检索的不便,也会让公众感到困扰。为了称呼方便,一些情况下会以毒株发现地命名,但这一图方便的行为很容易给某个地区带来「污名化」。「拥有一个名字很重要,它可以防止人们使用其他不准确或带有污名化的名字。」WHO 总干事谭德塞表示,「我们想要一个不影射任何地理位置、动物、个人或群体的名字。」

实际上,前述说到的每种变种都有多个命名,由于许多变种在全球各地分散出现,且在公开报告前,各国已经采用了不同的命名方式。

WHO 在 2021 年 1 月发布的《为了公共利益的新冠病毒基因测序——临时指南》中提到,目前对新冠病毒的谱系命名还没有一套一致的命名法,有几种比较常用的命名法。首先,「谱系」(lineage)或「进化枝」(clade)是根据系统发育分析确定拥有共同祖先的病毒,实际词义类似。GISAID 和用于可视化病毒暴发传播背后的遗传学分析的开源科学项目 Nextstrain 都使用了不同的命名系统,对全球的流行病毒株进行分类。英国爱丁堡大学病毒学家安德鲁・兰巴特团队则于 2020 年 7 月在《自然》杂志上提出了基于新冠病毒谱系的动态命名法,主要关注当下流行的病毒谱系和传播到新地区的谱系,且可以使用软件自动将新序列分配谱系和进化枝。

一般来说,遗传多样性被归类为不同的「进化枝」,每个进化枝对应于系统发育树上的一个单基因组。这些进化枝可以用各种术语来指代,例如「亚型」(subtype)、「基因型」(genotype)、「组」(groups)。「这些词本身没有什么特别的差异,取决于你所引述的文献。」法国分子系统生物学研究员安娜・朱科娃(Anna Zhukova)解释称。

新冠病毒的实时监测、公共信息发布和科学研究都有不同的时间要求,因此在新冠疫情仍流行期间,难以在全球范围内统一命名格式。

以在英国流行的病毒变种为例,英国公共卫生服务部和科学界的命名逻辑就完全不同。英国公共卫生服务部的命名逻辑主要是基于监测和警示。比如 2020 年底,该部门将监测到正在英国迅速传播的新冠病毒变种命名为 VUI-202012/01,意思是「2020 年 12 月的第一种正在调查中的病毒变种(Variant Under Investigation)」,在经过风险评估后,该部门又将其更名为 VOC-202012/01,意思是「2020 年 12 月发现的第一种值得关注的病毒变种(Variant of Concern)」。而用于科学研究时,基于不同的分类方法,这一病毒变种则可被命名为 B.1.1.7 或 20 I/501 Y.V1。

朱科娃介绍,就变异株而言,GISAID 和 Nextstrain 这两个数据平台使用不同命名法,在起点处分别与最早发现的 D614G 突变有关:一种是 GISAID 的命名方法,另一种命名系统称为已命名的全球病毒暴发谱系的系统发育分配(PANGOLIN)。不过,科学家们已经注意到了不同命名法产生的问题。3 月 2 日,GISAID 官网发表声明,将增加 PANGOLIN 命名法为对更加细化的病毒进化枝命名。

在全球主要流行的突变株 G614 序列(包括另外两个在 RNA 水平的突变),构成了 GISAID 的 G 进化枝,也是 PANGOLIN 系统命名的 B1 进化枝。前述已提到 G614 代表的进化枝与其他序列有明显的系统发育差异,并且具有很大的潜在流行病学意义。

在 GISAID 使用的命名方法中,再往下进行命名,从 G 进化枝衍生出了 GH 和 GR 子进化枝,对应 PANGOLIN 命名系统中即为 B1.1 和 B1.2。除了 G 进化枝,GISAID 系统中还有 S 进化枝,对应 PANGOLIN 命名系统为 A,S 进化枝中则包含初始毒株。此外还有 L 和 V 进化枝,在 PANGOLIN 系统中分别对应 B 和 B2。目前,科学家们观察到后三种进化枝的流行率显著下降,G 进化枝上的变异毒株在全球成为主要流行株。

一些科学家则提出希望通过突出单个突变的方式来起名,只要包含这一重要突变的变异株,都可以以该突变起头,后面只需要按照发现的顺序编号即可。

在南非发现病毒变种的德班夸祖鲁—纳塔尔大学生物信息学家图里奥・迪・奥利维拉(Tulio de Oliveira)将英国发现的病毒变种命名为 501 Y.V1,将其后在南非发现的病毒变种命名为 501 Y.V2。这两个病毒变种中,最重要的基因突变位点之一就是刺突蛋白第 501 为氨基酸突变为了酪氨酸(Y)。这样携带相似的重要突变位点的不同变种,可以有类似的名称,也提示人们这一突变的影响。不过,奥利维拉也提到,这个名字也省略了病毒变种其他位点的重要变化。

综合这些科学界提出的命名法及时间线,再来理解目前流行的新冠病毒变种的名字便不是难事。

在英国发现的病毒变种名为 B.1.1.7,其关键突变点 N501 Y 给其带来了另一个名字 501 Y.V1;随后,南非发现了病毒变种 B.1.351,也携带 N501 Y 突变,因此还得名 501 Y.V2;巴西发现的病毒变种在 PANGOLIN 系统中被命名为 B.1.1.28,因名称太长故获别名 P.1 以代称;在尼日利亚发现的病毒变种由于不携带 N501 Y 突变,故常用名只有一个,即 PANGOLIN 系统下的 B.1.525;在菲律宾新发现的病毒变种,该国卫生部表示尚未确定正式命名。PANGOLIN 系统分析发现其与巴西发现的病毒变种同属于 B.1.1.28,但与 P.1 不同,因此根据顺序在该命名法中暂时被称为 P.3。

需要担心变种吗?

从新冠病毒开始出现,关于「病毒变异」的恐慌就相伴相生。今年 2 月下旬,印度国家新冠任务小组的成员沙申克・乔希(Shashank Joshi)向新德里电视台表示,有 240 种新的新冠病毒毒株在印度全境出现。据印度卫生部门统计,截至 2 月 20 日,印度共报告了 1098 万例新冠肺炎确诊病例。消息一出,遂引发公众对病毒变种的担忧。但截至发稿,尚未有任何公开数据平台或卫生组织正式报告来自印度的新冠病毒变种。

早在一年前,悉尼大学病毒学教授爱德华・霍尔姆斯和耶鲁大学微生物疾病传染病学助理教授内森・格鲁博等曾在《自然—微生物学》上撰写评论文章指出,对单链 RNA 病毒来说,突变是病毒生命周期中的自然部分,绝大多数突变没有任何实际作用。只有在强大的选择压力下,一些病毒突变才有意义。

包括病毒的传播方式、毒力等流行病学相关的特征,可以由多个基因控制,这些基因中的每一个都可能以不同方式、从不同方向影响病毒的传播和致病能力。病毒沿着某一特定方向的进化,理论上受到了严格限制:它需要多个突变发生且结果指向同一方向。同时,在公共卫生监测方面积累了一定水平的数据后,也不能低估病毒变种的影响。英国圣安德鲁斯大学传染病学家缪吉・塞维克表示,起初很多英国科学家对 B.1.1.7 变种传播力增强的结论较为谨慎,「我们不能真正排除季节性和人类行为造成这种增长的可能性,但也不能忽略或许与其本身的突变有关」。

总体而言,多位专家也表示,病毒突变是非常随机的,人们不可能做到提前预言突变,但可以做到的是提早监测。同时,不管原始毒株,还是变异毒株,民众在公共卫生方面可以做到的预防工作都是一样的——少聚集、注意社交距离、戴口罩、勤洗手等。

对于公共卫生部门,一些定向的监测和公共卫生措施或可为防止新变种在本国传播起到重要作用。钟国才表示,如果不与早期流行病毒株作区分,病毒变种的检测没有什么技术复杂度,只需检测早期流行株与突变毒株共享的进化保守部分即可。如果需要区分检测,就需要将突变毒株识别出来,检测复杂度相对现有成熟的检测手段可能有所增加。单从技术层面讲,区分检测不难实现,不过,从执行层面讲,确实可能会带来一定挑战。

「有两种类行的新冠病毒变种是值得人们关注的,一种变种是在宿主间的传播力变得更强,比如在英国的新冠病毒变种 B.1.1.7 传播力可能增强了约 50%;第二种是对抗体产生抗性的病毒变种,就是疫苗有可能对它们无效。但在目前这个阶段,还无法定量估计特定病毒变种对疫苗有效性的影响。」康奈尔大学微生物学和免疫学系教授约翰・莫尔总结道。

值得注意的是,尽管新冠病毒的变种已在全球蔓延,中国仅在近期的境外输入病例中发现了零星的感染病毒变种的病例。钟国才表示,这些变异毒株没有在国内流行开,应归功于中国严密的疫情防控措施。除了目前严格的入境隔离、感染筛查、病毒检测措施,他建议在有条件的情况下,采取一些措施防止这类突变毒株通过输入病例排泄物传染鼠类,防止通过人畜共患的方式造成本地流行。「目前,我能想到的一些措施,包括加强对携带 N501 Y 突变的病毒变种进行精确识别与预警;将隔离人员排泄物(如粪便)消毒处理后再排入下水道,防止活的突变病毒进入鼠类生活环境。」

在约翰・莫尔看来,现在世界上看似好像出现了更多的病毒变种,其实并非如此。「去年一年,我们都似乎隐约听说过一些变异毒株。但直到 2020 年 12 月底和 2021 年 1 月初,一些国家才正式陆续报告了不同的变种,一部分原因是一些国家开始有意监测病毒变种了。」他说,「如果我们不去寻找它,我们也就不会找到它。」

罗林这样总结了人类宿主与病毒间的动态关系——随着时间推移,病毒会变得更加容易与宿主结合,或者更加容易在宿主间传播。当然,宿主也会通过自身的免疫反应进行反击,如果越来越多的宿主有了免疫反应,那么病毒的生存环境就变得更加恶劣,让病毒「胜出」的条件也会随之发生变化。

「假如现在的疫情不能完全压制下去,之后我们还会面临各种变异毒株。」美国国家卫生院过敏和传染病研究所所长安东尼・福奇在 3 月 2 日举办的国际疫情防控专家研讨会上说。


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