美國俄亥俄州立大學(xué)華裔病毒學(xué)家、美國微生物科學(xué)院院士劉善慮。圖片來源：美國密蘇里大學(xué)

新冠病毒侵入人體細胞的主要方式是膜融合，但也會促使細胞和周圍的同類細胞融合，形成合胞體，導(dǎo)致組織內(nèi)的細胞損傷和死亡。

“奧密克戎亞型最早出現(xiàn)時，我們發(fā)現(xiàn)病毒膜融合能力極其弱，都吃驚得不得了。”美國俄亥俄州立大學(xué)華裔病毒學(xué)家、美國微生物科學(xué)院院士劉善慮告訴澎湃科技記者，后來的真實世界病例研究佐證了這一發(fā)現(xiàn)：奧密克戎致病力大大減弱，也從原來主要感染肺變?yōu)橹饕腥旧虾粑馈?/p>

然而，劉善慮團隊最新的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過一年時間進化，奧密克戎變異株的膜融合能力自BA.2以來不斷增強，BQ.1.1尤其明顯，到了XBB.1.5還有所增強，這與恢復(fù)增強的刺突蛋白（Spike Protein，即S蛋白）加工有關(guān)，經(jīng)過人體Furin蛋白酶切割加工的刺突蛋白可以更高效地入侵人體細胞，另一個因素是關(guān)鍵氨基酸突變引起刺突蛋白構(gòu)象不再像原始奧密克戎株那么牢固，“不過整體上它能形成合胞體的能力比原始株D614G還是差一些。”

劉善慮解釋，“當(dāng)然這只是體外的細胞水平實驗結(jié)果，提示病毒感染細胞的能力（即傳染性）逐漸增強，更重要的是應(yīng)該相信流行病學(xué)大數(shù)據(jù)。目前在人群中還沒有看到致病性增強，XBB.1.5和BQ.1.1毒株感染在住院和死亡率上都沒有明顯變化?！?/p>

劉善慮團隊還研究了三種最新奧密克戎變異株XBB.1.5、CH.1.1和CA.3.1的中和抗體逃逸水平，它們幾乎都完全逃逸了三劑mRNA疫苗刺激誘發(fā)的中和抗體，但補打二價疫苗加強針產(chǎn)生的中和抗體還能起到一定的中和作用；此外，最近占優(yōu)勢的BQ.1.1變異株比XBB.1.5具有更強的中和抗性，“所以民眾不必過于擔(dān)憂?！眲⑸茟]說。相關(guān)論文于1月18日公布于預(yù)印本平臺bioRxiv。

劉善慮團隊研究發(fā)現(xiàn)，新毒株幾乎完全逃逸了三劑mRNA疫苗刺激誘發(fā)的中和抗體，但補打二價疫苗加強針產(chǎn)生的中和抗體還能起到一定的中和作用。受訪者供圖

1月18日，澎湃科技記者專訪劉善慮教授，詳解新冠病毒在傳染性和致病性方面的進化方向和分子機制。

“觸底反彈”的膜融合：奧密克戎從鼠回到人？

“病毒的傳染性是由自身的特性和宿主因素共同決定的。”劉善慮介紹，病毒由刺突蛋白介導(dǎo)進入宿主細胞，后天免疫的抗體與病毒膜蛋白結(jié)合，可以有效抑制病毒進入； 但是當(dāng)病毒突變后，就發(fā)生了免疫逃逸，“不斷變異本身就是RNA病毒的特性。”

他指出，病毒進化的目的是更大限度地復(fù)制自己，傳播給更多宿主，而不是把宿主殺死，這樣導(dǎo)致自己也存活不了，因此傳染性和致病性往往是呈現(xiàn)相反的趨勢。

“就像SARS（嚴重急性呼吸道綜合征）和MERS（中東呼吸綜合征）以及埃博拉都有相當(dāng)高的致死率，相應(yīng)的傳播時間也不會太久。這是病毒的共性，也是病毒學(xué)上的共識?！眲⑸茟]認為，最近奧密克戎毒性減弱，可以認為是從pandemic（全球大流行?。┑絜ndemic（地方性流行?。┑霓D(zhuǎn)變?！安《具M化的整體趨勢是致病性越來越弱，雖然在某些階段也會增強?！?/p>

當(dāng)病毒跨種群傳播，從一個宿主跳到另一個新宿主時，致病性往往會增強，因為新宿主沒有任何針對新來病毒的任何免疫能力。劉善慮舉例說，比如“病毒倉庫”蝙蝠含有很多種病毒，它們對蝙蝠都不大致病，但經(jīng)過中間宿主傳人或者直接傳人的時候，致病性就很強，新冠病毒在武漢剛開始暴發(fā)時的情形也正是如此。

“新冠病毒在人群中傳了兩年后，到了奧密克戎致病性上變?nèi)趿恕＿@種情形類似于引發(fā)普通感冒的另外幾種人類冠狀病毒（HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63、HCoV-HKU1），它們在經(jīng)過多年的逐漸適應(yīng)后，已經(jīng)和人類共存，大多人都有抗體，使得我們現(xiàn)在做實驗找個真正陰性對照都非常困難，當(dāng)然在致病性上也弱?！?/p>

為何奧密克戎病毒對人體細胞的膜融合能力會呈現(xiàn)“觸底反彈”的怪象？劉善慮比較認可“新冠病毒傳給動物再傳回到人”的假說，證據(jù)之一是，美國明尼蘇達大學(xué)李放教授團隊發(fā)表在美國科學(xué)院院報上的研究表明，奧密克戎毒株與原始毒株比較，更能與小鼠的ACE2受體結(jié)合。目前不少病毒學(xué)家認為，新冠病毒可能在2020年中期某個時間傳給了鼠類，一年半后又傳回到人身上，“這相當(dāng)于是新冠病毒的又一次reset（重啟），需要稍稍再次適應(yīng)人類，所以在短時間又慢慢進化出這么多亞株，當(dāng)然也有外界的免疫壓力，以增加感染人細胞的能力， 更有利于病毒復(fù)制?！?/p>

劉善慮提到，目前已經(jīng)有30多種動物被報道可以染上新冠。過去幾年，歐美多國有暴發(fā)“水貂疫情”，還出現(xiàn)過新冠病毒在水貂體內(nèi)變異并感染人，丹麥政府曾下令大規(guī)模撲殺水貂。俄亥俄州立大學(xué)也有研究發(fā)現(xiàn)，美國40%以上的鹿也被檢測出新冠陽性。為此，劉善慮和多位科學(xué)家曾建議中國加強對動物的新冠病毒監(jiān)測。

最近美國農(nóng)業(yè)部也發(fā)布經(jīng)費申請指南，促進研究系統(tǒng)普查動物中的新冠病毒感染情況，包括哪些動物可能對新冠病毒更易感。“艾滋病毒、埃博拉病毒的起源分別是猴子和蝙蝠，科學(xué)家都已經(jīng)意識到，病毒學(xué)研究絕不能忽視動物，但關(guān)鍵是缺少經(jīng)費支持。全球各國多年前就提出了‘同一健康’（One Health）理念，人類健康和動物健康是共同體。”

另一個需要保持警惕的問題是新冠病毒基因重組，這也可能導(dǎo)致病毒致病性增強?！安《局亟M引起的diversity（多樣性）的變化要比單純突變的影響要大得多，有點類似于流感病毒里的抗原轉(zhuǎn)換（antigenic shift），而不是抗原漂移（antigenic drift）?！?/p>

劉善慮實驗室去年曾在《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》發(fā)文報道Deltacron毒株，即德爾塔毒株和奧密克戎毒株之間的重組病毒，它們各自有很強的致病性和傳播性，“幸運的是那個重組位點不那么重要，基本上繼承了原始奧密克戎毒株而不是德爾塔的特性，也沒有流行起來?！彼瑫r認為，如果德爾塔毒株還在某些人群中存在，這些人又被感染了奧密克戎新毒株，也有可能發(fā)生重組，產(chǎn)生出新的重組病毒，但他希望這樣的低概率事件最好不要發(fā)生。

目前在全球許多地區(qū)流行的XBB譜系，最初是奧密克戎亞型BA.2的兩個第二代變體BA.2和BA.2.75之間的重組體，“奧密克戎亞型之間的重組，引起更大致病性的可能性小；但新冠病毒萬一和致死率高達30%的MERS病毒重組，那情形就完全不同了?！眲⑸茟]說。早在2021年初，不少科學(xué)家就呼吁要重視新冠病毒重組問題，各國都應(yīng)持續(xù)監(jiān)測和公開分享最新的流行毒株信息。

“只要不發(fā)生大的病毒基因重組，產(chǎn)生全新的毒株，基本上我們已經(jīng)看到新冠疫情結(jié)束的曙光了?！眲⑸茟]表示，希望在2023年內(nèi)能看到世界衛(wèi)生組織（WHO）宣布結(jié)束新冠“全球大流行”（global pandemic）。不過，疫情結(jié)束不代表科學(xué)研究停止，“HIV病毒研究了40多年，連疫苗都沒有影子，很多機制還沒搞清楚，對于冠狀病毒的很多研究現(xiàn)在也只是開端?！?/p>

非結(jié)構(gòu)蛋白：病毒與宿主共同進化的“拉鋸戰(zhàn)”

影響新冠病毒的傳染性和致病性的分子機制究竟如何？

劉善慮介紹，新冠病毒刺突蛋白上的突變直接影響病毒的感染性和傳播能力，但對致病性作用不大。武漢疫情暴后，在2020年1月底出現(xiàn)了一個點突變D614G，使得與人ACE2受體結(jié)合能力大大增強，病毒感染性一下增加了十倍左右，至今所有的變異株中還都含有這個突變位點。

重組病毒XBB.1.5是在含有F486S的XBB刺突蛋白的基礎(chǔ)上獲得了一個G252V突變，又在此基礎(chǔ)上多獲得了一個新突變S486P。劉善慮解釋，殘基F486代表著一個關(guān)鍵的進化熱點，在此前的奧密克戎亞變異體中曾反復(fù)出現(xiàn)，包括F486V、F486I、F486S。根據(jù)其團隊模擬的病毒結(jié)構(gòu)模型，F(xiàn)代表疏水結(jié)構(gòu)，S突變增強了毒株的免疫逃逸性，而P突變有助于病毒與ACE2受體結(jié)合，使得XBB.1.5在保持了和XBB.1差不多的免疫逃逸性的基礎(chǔ)上，傳染性卻得到進一步增強。

奧密克戎變異株刺突蛋白上的突變位點。受訪者供圖

病毒的致病性指的是，病毒感染細胞組織后，機體如果無法有效清除病毒，病毒可能殺死細胞或者引起炎癥反應(yīng)。“刺突蛋白主要是把病毒引進門，而到了細胞里，病毒怎樣跨越宿主細胞內(nèi)的各種先天免疫屏障，主要靠非結(jié)構(gòu)蛋白來掃除障礙，幫助病毒復(fù)制。”劉善慮指出，病毒的致病性在很多時候由非結(jié)構(gòu)蛋白決定，雖然有的非結(jié)構(gòu)蛋白很小，但在調(diào)節(jié)宿主的先天免疫和炎癥反應(yīng)方面起到重要作用，比如調(diào)節(jié)干擾素誘導(dǎo)的細胞因子等。

2023年1月11日，美國波士頓大學(xué)科研團隊在《自然》（Nature）雜志上發(fā)表研究論文，發(fā)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)蛋白NSP6的突變，是奧密克戎致病性減弱的重要原因，而刺突蛋白對此影響很小。 NSP6蛋白的功能是促進感染細胞中某些膜囊泡的形成，充當(dāng)病毒基因組擴增的“工廠”。新冠病毒感染會引發(fā)肺炎和急性呼吸窘迫綜合征，而NSP6還和炎癥有關(guān)，可能在其中發(fā)揮了作用。

另外包膜蛋白（E）是新冠病毒的最小結(jié)構(gòu)蛋白，也被認為是重要的致病因子。2022年4月，中科院上海藥物研究所高召兵/夏冰清團隊聯(lián)合武漢病毒所團隊發(fā)現(xiàn)，E蛋白形成酸敏感的陽離子通道，可以殺傷敏感細胞，誘導(dǎo)炎癥因子分泌。而該通道的一個高頻自發(fā)點突變T9I顯著降低其細胞殺傷和致炎效應(yīng)，并顯著降低病毒的載量和釋放，可能是奧密克戎變異株致病力“溫和”的關(guān)鍵分子基礎(chǔ)。

該團隊的一項最新研究，提出了該通道上5個高頻點突變的模型，用來預(yù)測新冠病毒致病力演化的方向。對此，劉善慮認為，光有體外細胞水平的模型還不夠，需要在人體正常的生理狀態(tài)下和動物實驗中得到驗證。

“新冠病毒基因全長約30kb，編碼的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)蛋白在功能上很多都是在其他病毒里發(fā)現(xiàn)過的，這一點都不奇怪?！眲⑸茟]談到，NSP6就像HIV（艾滋病毒）的毒力因子Nef，它也是非結(jié)構(gòu)蛋白。而E蛋白能形成離子通道，這也和HIV的Vpu蛋白、HCV的p7蛋白功能非常相似?！斑@些小蛋白往往在最原始的病毒中是沒有的，都是病毒后來為了對付宿主的先天免疫屏障慢慢進化出現(xiàn)的?！?/p>

劉善慮說，最簡單的逆轉(zhuǎn)錄病毒MLV（鼠白血病病毒）只有三個最基本的蛋白，沒有其他輔助蛋白，而HIV有6個輔助蛋白，還有3個調(diào)控蛋白，所以MLV對宿主的調(diào)節(jié)先天免疫能力就比HIV差了很多，盡管附屬蛋白glycoGag有時也起些作用。“病毒最基本的結(jié)構(gòu)蛋白就像蓋房子所必需的磚塊，而非結(jié)構(gòu)蛋白是額外的修飾，多數(shù)為了抑制宿主的先天免疫。從病毒方面說只要能成功地復(fù)制產(chǎn)生下一代就可以，而不是把宿主殺死。所以輔助蛋白不是病毒主動的選擇，而是不得已的進化辦法。”

“病毒和宿主之間就像軍備競賽，總是想戰(zhàn)勝對方，宿主的蛋白也會相應(yīng)進化，所以經(jīng)過幾百年的長期進化過程，就像一場拉鋸戰(zhàn)。有的病毒因為適應(yīng)性不強就被淘汰和消失掉了，只有那些在宿主體內(nèi)具有高度適應(yīng)性的病毒才會存活?！眲⑸茟]說，新冠病毒有幾個有限的結(jié)構(gòu)蛋白和眾多非結(jié)構(gòu)蛋白，目前很多功能還不清楚。“我覺得未來從病毒學(xué)研究角度，要了解病毒和宿主的相互作用，這些蛋白都是相當(dāng)重要的?！?/p>

新冠病毒新型傳播機制，進一步逃避抗體中和

2023年1月7日，中科院上海藥物所高召兵團隊與武漢病毒所、昆明動物所聯(lián)合研究團隊報道了一種新型病毒傳播模式，新冠病毒感染可產(chǎn)生一類新型胞外囊泡（EVs），這種囊泡可以裝載大量病毒顆粒，不僅保護病毒免受抗體的中和，而且介導(dǎo)病毒以非經(jīng)典受體人ACE2依賴的模式侵入宿主細胞，產(chǎn)生新的感染。

2021年11月，劉善慮團隊也在美國科學(xué)院院報上首次揭示了新冠病毒在結(jié)合人ACE2受體產(chǎn)生膜融合之外，還存在細胞之間的傳播（cell to cell transmission）?！斑@是新冠病毒更加隱蔽的一種復(fù)制自己的方式，當(dāng)然也會影響病毒的致病性。 但目前研究僅限于體外細胞水平，究竟在人體組織內(nèi)的作用以及在致病性上的作用還不清。”劉善慮說。

“囊泡介導(dǎo)的傳播和細胞間傳播類似，病毒顆粒被保護起來，使得抗體接觸不到病毒，病毒就可以逃避一般的抗體中和。這是比較棘手的，需要細胞內(nèi)抗體（intrabody）來抑制病毒。”劉善慮補充解釋，細胞間傳播也有很多不同模式，比如通過類似神經(jīng)突觸的病毒突觸 （virological synapse）或者納米管（nanotubes），但是并非所有的細胞間傳播的病毒都不能被抗體抑制，“比如HIV的廣譜抗體就可以抑制，但HCV就不能被抑制。”

“細胞間傳播是一個非常有趣的科學(xué)問題，在很多病毒中都可以發(fā)生，但體內(nèi)研究比較困難。好消息是，現(xiàn)有抗病毒藥物如瑞德西韋（Remdesivir）對于抑制這類病毒細胞之間的傳播仍然有效?！眲⑸茟]說。

劉善慮也一直關(guān)注著廣譜抗體藥物的研發(fā)進展。由于奧密克戎迅速變異，使得被批準上市的所有抗體藥物幾乎均已失效。雖然有些廣譜抗體藥物已在細胞水平證明可以抑制病毒復(fù)制，但仍需在人體臨床實驗中進一步驗證，“而且只要藥物有效，就一定會產(chǎn)生耐藥性。雖然目前幾種抑制病毒復(fù)制的藥物效果不錯，但還需進一步發(fā)展，將來可能要采取聯(lián)合用藥的方式來對付耐藥性。”

他還建議，對于使用免疫抑制劑的腫瘤病人或免疫缺陷的器官移植病人，可以重新考慮采取血漿治療?！?020年時，使用恢復(fù)期病人的血漿，抗體滴度較低，效果不好，所以很多被中止了，但現(xiàn)在打過疫苗加強針的普通人的血漿抗體滴度非常高，比單抗的效果好得多?！?/p>