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南非新冠病毒变体快速传播,哪些值得注意?

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撰文丨唐金艺
 
责编丨戴 威
 
上周,南非研究人员公布了一种正在快速传播的新冠病毒变体。该变体发现于南非对新冠病毒的日常基因监测中,先出现于沿海,后往内陆扩散,目前被命名为501Y.V2。
 
该变体与本月早前在英国发现的B1.1.7变体并不相同。但南非科学家将两种病毒变体的基因组序列比较后,发现二者在病毒S蛋白受体结合区域(RBD)均含有N501Y突变,该突变可加强病毒与人的受体ACE2 的结合,从而加快病毒传播。
 
今年10月,在第一波疫情高峰结束后仅数周,南非在很快迎来了第二波疫情。10月底,有效再生数Re(单个患者的平均传染人数)增加到1以上,疫情开始扩大,发病率稳步上升。12月初,南非南部、东部沿海三省(东开普省、西开普省和夸祖鲁-纳塔尔省)的病例数已达到第一波的水平。
 
“初步数据显示,在第二波疫情中占主导地位的病毒,传播速度比第一波更快。” 南非政府部长级咨询委员会主席萨林·卡林(Salim Abdool Karim)教授表示。
南非第二波疫情。图源:参考文献[2]
 
1 南非变异病毒有哪些突变?
 
南非实验室基因监测网络(Network Genomic Surveillence)持续对新冠病毒遗传序列进行分析和监控,现已在全国超过50个地点的近200份样本中发现了这种新变异。
 
夸祖鲁-纳塔尔大学等机构的研究人员分析了南非2020年3月5日至11月25日之间上传的2589个全基因组序列,绘制了系统发育树,在10月15日至11月25日之间夸祖鲁-纳塔尔、东开普省和西开普省的190个基因组序列中发现了一个新的谱系,即501Y.V2变体。
 
501Y.V2变体 最早在8月的纳尔逊-曼德拉湾出现,随后迅速扩散。纳尔逊-曼德拉湾是南非东南海岸度假胜地。
 
“当人们从沿海地区度假回来时,我们可以预期他们会带着这种病毒变体,”领导这次新型病毒变体研究的理查德·来塞斯(Richard Lessells)博士指出,该变体也可能随着游客跨越国界,到达其他非洲国家。
 
到11月初,501Y.V2变体已经成为了南非主要流行的SARS-CoV-2病毒谱系。截至12月17日,最近上传的67个基因组有59个(88%)为该谱系。
501Y.V2已成为南非的主要流行谱系。图源:参考文献[2]
 
10月15日的第一个该谱系样本除了D614G以外,还在S蛋白的5个位点上出现了突变(D80A、D215G、E484K、N501Y和A701V);到11月底,又出现了3个位点突变(L18F、R246I和K417N)。
 
其中N501Y、E484K和K417N在关键的RBD上,L18F、D80A和D215G在N端结构域(NTD)上,A701V在折叠环上,另外L242位点可能也发生了缺失或突变,尚未得到确认。
 
其中,大部分突变位点在各基因组中的比例有所差异,且随着时间的推移频率并不稳定,但RBD中的三个突变(N501Y、E484K和K417N)则几乎存在于所有的样本中,并且在不同的时间始终保持着高频率。
 
研究人员经过分析2019年12月24日和2020年11月14日之间GISAID数据库的142037个高质量基因组序列(5964个S单倍型),认为N501和E484两个位点表现出的核苷酸多样化图谱可能与经过阳性选择的演化有关,这两个位点也存在于RBD与人的受体ACE2相互作用界面的功能区。
 
2 这些突变意味着什么?
 
N501Y突变被认为能加快病毒传播。该突变也是正在英国快速流行的新冠病毒B1.1.7谱系的主要突变位点。N501Y能显著增强S蛋白与ACE2的结合亲和力,但并未出现免疫逃逸现象,N501诱导的血清对Y501的中和能力并未有显著差异。
英国与南非的毒株并不相同。20B/501Y.V1为英国流行毒株(浅绿),20C/501Y.V2为南非流行毒株(橙)。图源:Nextstrain
 
虽然E484K也有证据显示可能对ACE2的结合能力略有增加,但更需要注意的是具有潜在的免疫逃逸风险。已有多项研究表明E484位点对免疫主导表位至关重要,单点突变即可不同程度逃逸多种单克隆抗体的中和作用。华盛顿大学的研究人员通过实验发现E484K对一些单克隆抗体和康复患者血清在一定程度上具有抵抗作用,表明E484K出现免疫逃逸的概率相对较大,但仍有多种单克隆抗体和血清能够中和E484K毒株。
E484K突变对单克隆抗体和康复患者血清具有一定的抵抗能力。图源:改编自参考文献[7]
 
K417N对ACE2的结合亲和力无显著影响,但对于一类靶向识别以K417为中心的抗原表位的特定抗体(主要由VH3-53编码),K417N可能会影响其与S蛋白的相互作用,但目前并未有明确的实验证据。实际上,有实验证据显示K417如果突变成另一氨基酸V417,反而会增大对一些单克隆抗体的敏感性。
 
其他突变位点尚未引起重视。最新报道A701V突变也在马来西亚的毒株中频繁出现,对这些位点的准确描述还需后续更多的实验证据。研究者也会对501Y.V2谱系的特征进一步研究,同时也加强对其他多种突变毒株的持续追踪。
 
目前,现有证据尚不能证明南非的这种病毒变体会引发更多的重症,也未有明确证据表明该变体会对自然感染或疫苗接种获得的免疫力具有抵抗作用 。然而流行病学家担心如果病毒快速传播,超过了医疗系统承受能力,则可能造成死亡率的上升。
 
截至当地时间12月27日晚,南非新冠感染累计人数超过了100万,死亡人数超过26000,是非洲疫情最严重的国家。
 
南非政府将接受Covax 计划(Covax initiative)下覆盖10%人口的疫苗,而首批疫苗预计在2021年初运抵。目前,南非官方呼吁民众重新戴回口罩,注意社交距离和洗手。
 
参考资料:
 
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11. South African Covid-19 variant may be 'more effective at spreading'
 
.https://www.theguardian.com/world/2020/dec/23/south-african-covid-19-variant-may-be-more-effective-at-spreading
 
12. South Africa hits 1 million coronavirus cases as new variant spreads rapidly
 
.https://www.theguardian.com/world/2020/dec/28/south-africa-hits-1-million-coronavirus-cases-as-new-variant-spreads
 
13.South Africa Expects 1st Virus Vaccine Delivery by Mid-2021.https://www.bloomberg.com/news/articles/2020-12-05/south-africa-expects-first-virus-vaccine-delivery-by-mid-2021
 
14.https://www.thesouthafrican.com/news/covid-19-vaccine-covax-south-africa/.https://www.thesouthafrican.com/news/covid-19-vaccine-covax-south-africa/



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