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德尔塔变种为啥感染性强?二次感染后的免疫力表现如何?《科学》及子刊发表四篇新冠论文

图源:商周摄于孟德尔博物馆

导  读

10月26日,《科学》杂志及其子刊一口气发表了四篇关于新冠的论文,内容覆盖极广——从德尔塔变种为何感染性高,到新冠的长期免疫力,再到导致年轻人病情加重的基因…… 这些论文让我们从更全面的角度,加深了对新冠的认知。

撰文 | 学术经纬

图1 

在第一篇发表于《科学》的论文中,哈佛医学院的陈冰教授课题组对德尔塔变种的感染性进行了深度分析。研究人员们指出,自出现以来,这种新冠变种很快就成为了全球的主流病毒株,背后与其特殊的变异不无关联。

于是他们获得了德尔塔变种刺突蛋白三聚体(S trimer)的结构,并分析了它的功能和抗原性。作为比较,研究人员们也分析了来自其它新冠变种的数据。比较结果表明,德尔塔变种的刺突蛋白在入侵细胞上更有效。如果说普通新冠病毒的刺突蛋白就像是敲开细胞大门的破城槌,那么德尔塔变种的刺突蛋白就像是轰开大门的火箭炮。即便细胞表面让新冠病毒结合的ACE2受体水平较低,在其变异刺突蛋白的帮助下,德尔塔变种依旧可以与细胞膜进行融合,高效进入细胞,远胜其它变种。

图2 德尔塔变种与细胞膜融合的活性要超过其它5种变种 | 图源[5]

“细胞膜融合需要很多能量,也需要催化剂,”陈冰教授解释道,“在不同的变种里头,德尔塔变种因能催化细胞膜融合而脱颖而出。这也解释了为什么德尔塔变种传播更快,为什么人在短暂接触后就能感染病毒,以及为什么德尔塔变种能在身体里感染更多细胞,产生更高的病毒载量。

图3

第二篇发表于《科学-免疫学》的论文中,研究人员们指出,随着新变种的不断出现,我们需要知道针对新冠病毒的免疫力究竟能持续多久,以及能带来怎样的保护。于是他们使用金仓鼠(golden hamster)为模型,评估了新冠感染和新冠再次感染过程中,动物免疫系统的变化。

研究人员们发现在感染新冠后,先天免疫系统的启动虽然有所延迟,但后续的适应性免疫系统能做出有效应对。不仅T细胞能减少病毒水平,针对新冠病毒的B细胞也能被快速诱导起来,表明两类免疫淋巴细胞都能参与对抗新冠。

图4 过去的新冠感染史只能保护仓鼠自己,但无助于防止新冠病毒的传播 | 图源[2]

当这些动物重新感染新冠后,研究人员们发现它们体内的T细胞和B细胞依旧能有效控制感染。然而这种保护力不足以阻止新冠病毒的传播。因为先前感染过新冠的缘故,这些金仓鼠在二次感染时,本身几乎不会出现任何问题。但当它们与其它金仓鼠共处一室时,依旧可以将病毒传播出去。

作者们在讨论环节提到,传播所需的病毒量,或许要低于研究人员们的检测阈值。这对疫情有着重要启示,因为这不仅表明接种疫苗可以最大程度上为自己带来保护,还表明不接种的疫苗的人依旧处于高风险之中——即便身边的人都接种了疫苗,疫苗接种者在自身安全的情况下,还是可能将病毒传播给没接种过的人。对于疫情,这个发现算是喜忧参半。

 

图5

第三篇论文发表于《科学-转化医学》,关于新型疫苗的开发。作者们指出目前的疫苗虽然已经取得了很大的成功,但为了满足全球接种需求,可能还需要开发更多新的疫苗。

基于大猩猩体内的一种腺病毒,研究人员们开发出了一类全新的腺病毒疫苗。在年轻和年长的健康志愿者中,他们测试了一针腺病毒疫苗的效果。在肌肉注射后,研究人员们指出疫苗的不良反应大多为轻度或中度,持续时间不长。接种的四周后,几乎所有的志愿者中都能检测到针对新冠刺突蛋白及受体结合域的血清转化。与之一致,在89名志愿者中,87人的体内能检测到中和抗体的存在。此外,绝大多数志愿者也出现了针对刺突蛋白的T细胞反应。

研究人员们指出,这一新型疫苗表现出了良好的安全性和免疫原性,有望在未来得到进一步开发。

图6

最后一篇论文同样发表在《科学-转化医学》上。在这项研究里,科学家们关注年轻人在感染新冠后,为何会发展为危重症——住进ICU,需要接呼吸机。

为了找到危重症背后的驱动因子,研究人员们做了多组学的分析,包含全基因组测序、全血RNA测序、血浆和血液单核细胞蛋白质组、细胞因子分析、以及高通量的免疫表型分析等。此外,他们也使用机器学习、深度学习、量子退火算法、以及结构因果模型来协助分析。

研究指出危重症新冠患者的炎症有所加剧,淋巴和骨髓会出现扰乱,会更容易凝血,也有病毒相关的细胞生物学特征。而在众多表达不同的基因中,研究人员们观察到编码金属蛋白酶ADAM9的基因有明显上调。

图7 ADAM9基因可能是危重症新冠的驱动因子 | 图源:[4]

在另一组独立的患者群体中,这一基因特征得到验证——无论是转录水平,还是蛋白水平,ADAM9都有所上升。后续实验发现,体外对ADAM9进行抑制,可以在人类肺部上皮细胞中减少新冠病毒的复制。

基于这些结果,研究人员们对年轻人中出现的新冠危重症有了新的理解。他们指出这些年轻人平时虽然看似健康,但ADAM9基因的上调可能驱动了疾病朝危重方向发展。这也为我们带来了治疗新冠的潜在靶点,有助于未来的新药开发。

在全球范围内,新冠累计病例数已接近2.5亿,死亡人数也趋近500万。尽管人类在对抗新冠的战斗中已经取得了很多成就,但距离疫情彻底平息,还有不短的距离。我们也期待这些科学研究能加快疫情平息的速度,早日让世界恢复正常。 

 

本文原载于《学术经纬》,《知识分子》获权转载。

 

 参考文献:下滑动可浏览)

[1] Jun Zhang et al., (2021), Membrane fusion and immune evasion by the spike protein of SARS-CoV-2 Delta variant, Science, DOI: 10.1126/science.abl9463

[2] Shu Horiuchi et al., (2021), Identification of driver genes for critical forms of COVID-19 in a deeply phenotyped young patient cohort, Science, DOI: 10.1126/scitranslmed.abj7521

[3] Simone Lanini et al., (2021), GRAd-COV2, a gorilla adenovirus-based candidate vaccine against COVID-19, is safe and immunogenic in younger and older adults, Science, DOI: 10.1126/scitranslmed.abj1996

[4] Raphael Carapito et al., (2021), Identification of driver genes for critical forms of COVID-19 in a deeply phenotyped young patient cohort, Science, DOI: 10.1126/scitranslmed.abj7521

[5] Studies reveal what makes the Delta variant so infectious, Retrieved October 26, 2021, from https://www.eurekalert.org/news-releases/932762

制版编辑 | 卢卡斯



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