新冠病毒:突變和變異毒株揭秘與人們需要知道的基本知識

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印尼墳地
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新冠變異毒株德爾塔(Delta)2020年在印度最早出現,大約一年時間裏擴散到全球並成為世界許多地區最主要的變異株,傳播速度之快、範圍之廣令人瞠目。這個特點背後的秘密,對於疫苗和藥物的研發至關重要。

根據《自然》雜誌2021年7月發表的論文,科學家們正在逼近真相:德爾塔毒株傳播速度到目前為止超過原始毒株的兩倍,原因很可能是感染了這種毒株的人產生的新冠病毒更多,使得傳播更容易。

變異毒株的產生是病毒自我複製過程中發生突變的結果。病毒一生中會不斷複製自己,期間經常會發生突變,產生變異毒株,複製越多(感染人數越多),發生突變的機率和出現變異的數量越大。

需要關注的變異毒株,是會導致病毒更容易繁殖、傳播速度更快,或者對疫苗、藥物抵抗力更強的那些。

下面梳理關於新冠病毒變異的一些基本問題,例如,變異毒株是怎麼產生的?病毒異變會不會停止?哪些變異體必須警惕?疫苗對變異毒株會不會失效?

An artistic impression of virus sequencing
An artistic impression of virus sequencing

德爾塔的「秘密」

據現有數據,Delta 變異毒株對公共健康的威脅更大:傳播率比 Alpha 高約 60%,而 Alpha 的傳播率比新冠病毒原始毒株高 50%。

自2020年最早在印度發現到2021年夏季,德爾塔毒株不但傳播到全球各地,還成為世界上大部分地區的主導毒株。

中國廣東疾病控制中心團隊發現,感染了德爾塔毒株的患者身上攜帶的病毒大約是原始毒株感染者病毒載量的1000倍,而且潛伏期較短,兩者相結合,很可能是德爾塔毒株傳播速度異常迅速的主要原因。

也有有傳染病學和遺傳基因學家認為,德爾塔毒株的病毒載量和潛伏期與原始毒株及其他變異毒株之間的差距可能會改變,但病理機制可以解釋這種變異株的傳播特徵。

此前還有研究還表明,與其他新冠毒株相比,Delta 與不同的症狀有關,最大的不同是不再出現嗅覺味覺喪失,因此更像重感冒。

2021年6月下旬,印度將德爾塔毒株的變異體,Delta+,納入關注清單。這種變異體的刺突蛋白中有一個新的突變(K7N),可以使病毒貼附在受感染的細胞上。

印度衛生部表示,Delta+ 更容易傳播,更容易與肺細胞結合,並且可能對一種稱為單克隆抗體療法的藥物療法產生抗藥性。

A health worker, wearing a protective suit and a face mask, holds a test tube after administering a nasal swab to a patient in a temporary testing site for the coronavirus disease (COVID-19) at the Zenith Arena in Lille, France, October 15, 2020.
A health worker, wearing a protective suit and a face mask, holds a test tube after administering a nasal swab to a patient in a temporary testing site for the coronavirus disease (COVID-19) at the Zenith Arena in Lille, France, October 15, 2020.

哪些變異毒株應該警惕?

和所有病毒變異一樣,大多數變化都無關緊要,有些甚至有益,但有些卻很險惡,會增強病毒的傳染性或殺傷力,而且很不幸,這類變異往往佔主導地位。

目前已知四種變異毒株最令人關注:

  • Delta 變異毒株 (B.1.617.2),最早在印度發現,

  • Alpha 變異毒株( B.1.1.7),最早在英國肯特郡發現,已傳播到 50 多個國家/地區,有可能還在變異,

  • Beta 變異毒株(B.1.351),最早在南非發現,已擴散到至少 20 個其他國家/地區

  • Gamma 變異毒株 (P.1),最早在巴西發現,已擴散到其他 10 多個國家/地區

Alpha、Gamma 和 Beta 變異毒株都有一種被稱為 N501Y 的突變,而這種突變似乎能強化病毒對細胞的感染力,也使病毒更容易傳播。

Beta 和 Gamma 變異毒株還有一個關鍵的突變,稱為 E484K,可能使病毒得以避開免疫系統的阻擊。Delta 變異毒株可能更容易傳播。

它們被世界衛生組織(WHO)列入需要重視的變異體清單,因為對公共衛生構成更大威脅,比如病毒傳染性更強,從而導致病症更嚴重,或者對疫苗的抵抗力更強。

另外一些重要變異毒株被列為"令人關注「,因為發現它們在多個國家傳播,或者引發了疾病簇群。

新冠病毒變異毒株名稱
新冠病毒變異毒株名稱

病毒如何變異?

每一次新冠病毒感染人體,都是SARS-CoV-2病毒不斷複製自己的結果,每次複製就要複製自己的基因組,在複製的過程中可能會出現微小的錯誤,因此新的基因組可能和之前的稍有不同。

簡單說,這些小錯誤就是突變,又稱異變,由此產生病毒的變異毒株;突變會持續不斷發生,變異毒株也就越來越多。

大部分突變對病毒的行為沒有影響,但偶然情況下,突變也會造成病毒的行為產生變化。

目前發現的主要有兩種突變,都出現在新冠病毒的突刺蛋白上;突刺蛋白是病毒用來解鎖進入人體細胞的重要組成部分。

N501變異毒株改變了新冠病毒突刺最重要的「結合受體」,這是病毒突刺首先接觸人體細胞的地方,任何讓病毒更容易進入細胞內的變異就會讓它更具優勢。

英國新冠病毒基因組(COG-UK)專家羅曼(Nick Loman)認為,從這一點來看這一變異毒株非常值得關注。

另一種突變是H69/V70缺失。劍橋大學 Ravi Gupta 教授的研究表明,這種突變在實驗室實驗中使傳染性提高了兩倍,同時使倖存者血液中的抗體攻擊病毒的效率減弱。

A medical staff at a testing lab in Naples, Italy
自新冠疫情初起以來,病毒已經發生了成千上萬次大大小小的突變

變異毒株的行為有什麼不同?

病毒在適應過程中有多種技巧來讓自己更容易傳播。例如:

  • 更有效地侵入人體細胞;

  • 更深地潛入人體細胞內的預警機制;

  • 在空中存活更長時間;

  • 增加患者呼吸、咳嗽釋放的病毒含量;

病毒變異會涉及演化意義上的進退取捨 —— 一方面的進步可能是以另一方面的退步為代價。比如,病毒在與疫苗抗衡的過程中可能會犧牲部分傳播能力。

病毒變異將演變到什麼程度,目前很難預測,因為不光是變異毒株的數量,還涉及傳染性、危害力、免疫的有效時間長短等各種因素。

The World Health Organization logo next to a Covid virus
希臘字母將不會取代現有的科學名稱

疫苗對變異毒株有效嗎?

研究表明,現有疫苗對新的變異毒株仍然有效。

這是因為輝瑞、莫德納和牛津等三種進展快速的疫苗都訓練人體免疫系統對抗病毒突刺,而新冠病毒刺突蛋白出現變異令人擔心是否會影響疫苗的效力。

不過,疫苗同時也在訓練免疫系統攻擊病毒的幾個不同部分,因此即使部分刺突發生突變,疫苗應該仍然有效,可能效力會降低。

在英國公共衛生部的一項研究中,一劑輝瑞或阿斯利康疫苗對 Delta 變異體僅提供 33% 的保護,而對 Alpha 變異體則為 50%。然而,這些水平在第二次給藥後上升到輝瑞的 88% 和阿斯利康的 60%。

病毒變異說明病毒在不斷適應環境以求生存。

需要警惕的是病毒發生更多突變,以至於能夠避開免疫系統阻擊而繼續感染人體。

新冠肺炎將來有可能像流感一樣,需要定期更新疫苗。

流感病毒變異相當快,所以我們每年都需要新的疫苗;SARS-CoV-2病毒不像流感病毒變異如此快速,但是持續發生的新的變異也許也需要定期補打後續疫苗。

R0值
R0值

如何應對持續不斷的病毒變異?

除了縮短兩次注射的間隔時間、加快普及疫苗接種,還應該提高病毒DNA測序以便更及時地識別突變和變異體,以便防患於未然,阻止疫情發生,或有效遏制疫情擴散。

比較病毒傳播能力的最主要指標是R0值,意思是在無人具有免疫力、無人採取防疫措施的情況下,一個病毒攜帶者感染的人數。

2019年武漢疫情初期,R0值大約是2.5,Delta變異毒株的R0值可能高達8.0。

新冠病毒的R0值能升到多高,目前學術界意見並不統一,但普遍認為今後幾年病毒的傳播能力將跳躍式增強。

目前所有傳染性疾病中R0值最高紀錄屬於麻疹,介於14 - 30。

雖然疫苗是控制疫情的主要工具,但是疫苗本身也可能會導致新冠病毒突變、出現不起免疫反應的病毒變異。

隨著感染後復原的人以及接種疫苗的人越來越多,病毒也面臨更大的生存壓力,出現不會引起人體免疫反應的變異病毒的可能性也就越高。

但病毒變異還是有終極限制的。牛津大學病毒進化專家阿麗斯·卡佐拉奇斯(Aris Katzourakis)認為,不大可能出現變異出一種集所有糟糕突變為一體的終極超級病毒。

當然,遏制新冠病毒變異毒株層出不窮的最有效辦法,就是減少全球新冠病毒感染病例,因為每次新的感染就是病毒發生變異改變行為的機會。