Delta:一个变异毒株的诞生与流行
- 2021-08-22 14:47:17 就医网
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德尔塔这个“攻防兼备”的变异毒株最早在2020年10月由印度科研人员发现并报告。图为当地时间2020年12月19日,印度新德里民众戴口罩外出。(人民视觉/图)
电子显微镜下,新冠病毒的长相并不很凶神恶煞:像是一颗圆圆的小球,直径为60-140纳米,大约是一根头发丝直径的千分之一。
这个小球其实是一层蛋白包膜,包膜上有24-40个张牙舞爪的突起,这就是影响新冠病毒和人类命运的S蛋白(也称刺突蛋白)。
形若皇冠的冠状病毒,对结构生物学家王年爽来说,这再熟悉不过。
至今,身在美国纽黑文市家中的王年爽,仍会记起2020年1月11日,中国科学家向全世界公布新冠病毒(SARS-CoV-2)的全基因组序列那一刻。当时他还在得克萨斯大学奥斯汀分校实验室,几乎第一时间下载了序列,观察目标就是研究多年的冠状病毒S蛋白。
“S蛋白是决定冠状病毒侵染细胞能力大小的最重要的组成部分,重要的突变也是发生在这里。”凭借研究SARS和MERS病毒(中东呼吸综合征冠状病毒)S蛋白的功底,王年爽和他的同事在一个月内解析并发表了新冠病毒S蛋白的超清结构。
事实上,只有当科学家了解并稳定S蛋白,更多有用的抗体蛋白才会结合到S蛋白上,在此基础上研发的疫苗保护人体的效果也会更佳。
科学家们努力搞清新冠病毒“密码”的同时,新冠病毒也没闲着——变异后的“子孙”Delta(德尔塔)变异株已传播至全球130多个国家和地区,占据当下流行毒株中的“C位”。
无身体接触的情况下,14秒内感染者完成传播;短短10天内,就在广州传播五代;南京、扬州等地不少注射疫苗的人员,亦被感染……
“德尔塔是迄今为止传播性最强的SARS-CoV-2病毒,但这不会是你听到我们谈论的最后一个病毒变种。”世卫组织新冠病毒技术主管Maria Van Kerkhove博士在2021年7月30日记者会上发出警示,“病毒正在进化,我们必须尽可能降低危害”。
打开免疫屏障的“钥匙”
很多人看到五彩斑斓的S蛋白是源于推特上的一则短视频。
2020年3月23日,加州大学圣迭戈分校生物物理学家Roomie Amaro和她的同事运用仿真建模技术,把新冠病毒的一个S蛋白制作成10秒短视频,并分享到自己的推特账号上。
2020年3月23日,Roomie Amaro教授将仿真建模的新冠病毒S蛋白分享至网络。(Roomie Amaro/图)
视频中,S蛋白从上到下几乎被严严实实地裹在糖衣里,仅有顶部的一小块是裸露出来的。这引起了一位研究人员的困惑:“S蛋白最顶部的小线圈是什么?”
一个用冠状病毒图片做推特头像的用户随即在评论区解答:“没有被糖衣包起来的线圈,就是新冠病毒的受体结合区域RBD。”这位用户正是结构疫苗学领域的开拓者、得克萨斯大学奥斯汀分校Jason McLellan教授,也是王年爽在美国开展博士后研究的指导老师。
S蛋白被普遍视作冠状病毒家族的关键“杀手”,或是打开人体免疫屏障的“钥匙”。“钥匙”咔嚓解锁后,新冠病毒S蛋白上的受体结合区域RBD和人体ACE2受体结合,如此一来,通往人体的大门就敞开了。这种结合能力,是SARS的10-20倍。
值得注意的是,2020年1月11日和王年爽团队几乎同一时间下载新冠病毒序列并发表文章的,还有来自清华大学生命科学学院的王新泉团队。他们分析的正好是新冠病毒S蛋白RBD与人体ACE2受体结合的晶体结构。
巧合的是,王年爽在清华大学攻读博士学位期间,王新泉教授是他的指导老师。这对师生研究的方向,为今后分析不断突变的新冠病毒,埋下了伏笔。
新冠病毒的S蛋白本就灵活如铰链,可以旋转、摇摆,触达更大的面积进行多点结合。经过突变后的Delta,S蛋白上的RBD与人体ACE2结合能力或更加高超,“解锁”效率随之提高。
“Delta毒株为何传播力这么强,目前很多学者都在关注它RBD区域的突变。英国最早报告的Alpha变异株传染力增加,正是RBD位点上的突变造成的。”王年爽告诉南方周末记者。
随着各国科研人员对Delta毒株和感染者病例进行分析,他们发现除了RBD区域突变需要密切监视外,S蛋白上Furin酶切位点上的突变也同样让人心惊。
这个位点上的突变,使Furin位点更容易被切开,也就是说,更多、更灵活的S蛋白随时准备冲锋,从而使Delta更便捷迅速地入侵人体细胞,借助宿主的身体完成传宗接代。
2021年8月11日,在位于宁夏体育馆的银川市兴庆区新冠疫苗方舱接种点,一名年龄在15-17周岁的学生正在接种新冠疫苗。(人民视觉/图)
“一个攻防兼备的变形金刚”
新冠病毒的突变时刻都在发生,就像安徒生笔下的红舞鞋永不停止。但不是所有变异毒株,都能在无尽的物种进化中拥有姓名。
强者如Delta,不仅通过突变获得了比同类更强的传播力,同时还获得了降低抗体识别的能力,更拥有了让人心惊胆战的名字。简言之,面对有疫苗护体的人,Delta也能越过免疫防线,造成突破性感染。
一项来自印度的研究表明,在592个接受两剂疫苗和85个接受一剂疫苗的感染者身上,大部分人都发现被感染德尔塔毒株。
不只印度,英国、芬兰、美国等地也出现了Delta突破性感染的病例证据。在2021年5-6月的广东Delta疫情中,也有接种过疫苗的人员被感染,庆幸的是,这些人均未发生重症。
印度阿育王大学特里维迪生物科学学院院长Shahid Jameel在接受媒体采访时指出,Delta变种包含了15处突变,有6处发生在S蛋白上,其中又有3处比较关键:L452R、E484Q和P681R。
位于受体结合域RBD上的L452R和E484Q,可以破坏S蛋白抗体与受体结合域RBD的结合反应,从而增强病毒逃避抗体的能力。P681R虽然不在RBD上,但可以辅助病毒入侵细胞,增加传染力,并对疫苗诱导的中和抗体产生抗性。
简单来说,一方面,如果人体内的抗体“城墙”不够稳固牢靠,保护力下降,Delta就可以趁虚而入;另一方面,随着接种疫苗的人越来越多,只有更善于躲避抗体的毒株才有生存下去的空间。
关于Delta的多点突变,科学界仍在研究。不得不承认的是,Delta天赋异禀,既提高了传播的武力值,又提高了防守躲避能力,用王年爽的话来形容,这就是“一个攻防兼备的变形金刚”。
“传染性强大到像另一种新病毒”
这个“攻防兼备的变形金刚”最早在2020年10月,由印度科研人员发现并报告,但在当时,Delta还未引起科学界的注意。
2021年4月Delta出现大范围流行的迹象,世卫组织将其列入VOI待观察变异毒株名单。短短37天后,Delta便从VOI升级到最具威胁的VOC须关切变异毒株名单。前者是导致本地病例增加或影响患者健康,后者是指传染性更强,加重患者病情或疫苗对其无效的新冠病毒变异毒株。
VOC名单中,除了Delta,还包括2020年9月在英国出现的Alpha,2020年5月在南非出现的Beta,2020年11月在巴西出现的Gamma。
“战争已经变了。”《华盛顿邮报》2021年7月29日援引一份美国疾控中心内部文件如此评价,报道更提出“德尔塔传染性强大到就像另一种新病毒”。
值得注意的是,Delta进入世卫组织VOC名单后没多久,2021年5-6月,它就和中国医生首次“正面交锋”。
交锋地点就在蔡卫平2003年迎战SARS病毒、2020年迎战新冠病毒“鼻祖”的广东,只不过连这位广东省新冠肺炎防控指挥部救治组专家、广州市第八人民医院感染病中心首席专家也没料到这个变异毒株竟如此棘手。
“以前新冠患者从肺部出现阴影到发展为重症,大概需要五六天时间,而Delta把时间缩短到了三四天,治疗的方案和思路没有太大变化,但是在氧疗、通气、康复者血浆、单克隆抗体等治疗手段上,医生会更加积极地采用。”蔡卫平告诉南方周末记者。
7月23日,广东疾控中心等机构的科研人员发布了一篇尚未经同行审议的论文,将广州疫情的Delta与武汉疫情的新冠病毒作了比较:Delta患者的潜伏期为1-3天(武汉疫情平均3-7天),Delta在人体内转阴时间长达13-15天、少数可达20天以上(普通株7-9天)。
这篇论文还有一项更具警示意味的发现被国内外多家媒体转载:刚被PCR测出阳性结果时,Delta患者携带的病毒载量是原先的1260倍。病毒载量越多,代表病毒毒性更强、传播能力更强。
南方周末记者查询多项国内外研究发现,与Alpha相比,Delta感染者的入院风险大约增加了一倍,有五种或更多相关并发症的患者入院风险增加得尤其明显;和其他所有变异毒株相比,Delta或造成更严重的病症;全程接种新冠病毒疫苗的人群中,只有一小部分人会被Delta造成突破性感染,但这些人依旧是潜在的病毒传播者。
好在,Delta的传播方式并没有发生变化,仍是通过呼吸道飞沫传播、接触污染物传播、空气传播或者叫气溶胶传播。
德尔塔变异毒株导致印尼新冠病例大幅上升,图为2021年7月5日,一名男子在印度尼西亚雅加达拖着氧气罐去充氧。(新华社/图)
是否会有更强毒株出现?
“基于人类对冠状病毒的认知,新型冠状病毒是正链RNA病毒,未来仍有可能发生突变与重组,在突变过程中毒性可能增强或减弱。”这是一段发表于2020年2月的文字,论文作者是中华预防医学会新型冠状病毒肺炎防控专家组的数位成员。
“很多变种没有优势(就逐渐淘汰了),只有能在人际传播中有优势的才能被选择、存活下来。”香港大学李嘉诚医学院生物医学学院教授金冬雁告诉南方周末记者。
需要警惕的变异毒株出现后,世卫组织就曾联合124个国家超过1750名科学家举行了线上会议,加强对变异新冠病毒的合作研究,时刻监测、收集变异毒株的数据资料。
世卫组织官网上,关于变异毒株的科普介绍频繁在更新。但Delta之狡猾诡变,还是超出了很多人预计。世卫组织总干事谭德塞忧心忡忡:来之不易的(防控)成果岌岌可危或正在丧失,许多国家的卫生系统处于不堪重负的状态。
病毒会越变越强吗?一些科学家开始关注2021年6月报告发现的Delta-plus和Lambda变异毒株,有研究称,Lambda比Alpha和 Gamma更具传染性,并且能够更好地逃避接种疫苗产生的抗体。
不过,金冬雁认为,如果病毒越变越凶,致病性过强把人都杀死了,那么病毒本身也就自取灭亡了。“所以病毒进化的一般规律是传播性越来越强,但是毒性越来越弱。”
和新冠病毒类似,流感病毒也呈现出强大的传播能力和逃避抗体的能力,随着流感病毒毒株的不断变异,相应的疫苗也在不断更新。
一项发表在《柳叶刀》子刊的论文,在比较新冠病毒、SARS病毒和流感病毒后总结:过去一个世纪的流感大流行历史表明,通过自然免疫和疫苗接种,人类的免疫力逐渐增强,大流行在最初的2-5年内会呈波浪式的反复,随后感染病例逐渐减少,“这也是新冠病毒最可能的流行轨迹”。
加快疫苗接种,防控“以快打快”
“世界上还有太多人没有打疫苗,或没有全程接种疫苗,所以人们对病毒还普遍易感,疫苗可以显著减少重症和死亡。”世卫组织的Maria Van Kerkhove博士在前述分享会上说,近期社会交往和人员流动愈加频繁、防控措施松懈,也给Delta可乘之机。
变异病毒带来恐慌的同时,也促进了疫苗的接种。截至8月15日,中国累计报告接种新冠疫苗超18.6亿剂次,全球接种超47亿剂次。
但这个数字还未达到世卫组织目标的一半,因为给全球70%人口接种需要超过110亿剂新冠疫苗——“这是结束这场大流行急性期的关键门槛,需要历史上最大的公共卫生努力。”联合国秘书长古特雷斯在8月5日的新冠疫苗合作国际论坛首次会议上指出。
经过论证,对于12岁以上的未成年人和老年人群体,包括中国在内的不少国家和地区都启动了接种工作。8月11日,美国疾控中心还发布声明称,接种新冠疫苗对孕妇来说也是安全的。
“你看,连孕妇都可以打新冠疫苗了,其他人还担心什么?!”蔡卫平是坚定的疫苗接种支持派,“国内最早一批接种疫苗的人,可以考虑接种第三针加强一下保护效果。”
疫苗被世卫组织称为“隧道尽头的曙光”。即便一些研究证明现有的疫苗对变异毒株的抵御能力在下降,但蔡卫平依然确信,下降不等于失效,这道“曙光”还是减少了重症的发生。
“哪怕病毒仍能传播,疫苗可以让病毒不再像走高速公路那么顺畅,而是用抗体把它挤到村路或者弯道上去,为后面的精准防控尽量争取时间。”蔡卫平说。
以广东省为例,Delta来袭之时,广东“利用一切可利用的信息和科技手段”,迅速调整了密接者的范围,密接者从原来的378人增加到5992人,同时启用“黄码”制度,把离穗的标准提高到48小时内核酸检测阴性等,不到一个月的时间里就做到了“零新增”。
这就是国家卫健委基层司副司长高光明说的“以快打快”。
2021年8月13日,高光明在国务院联防联控机制新闻发布会上表示:“德尔塔核心就是传播速度快,所以我们所有的疫情防控措施就要突出一个‘快’字,我们要以快打快,提高我们各项防控措施的速度和效率,保证高质量的防控。”
高光明解释,此“快”,包括社区管控流调要快,基层预警反馈要快,隔离高风险人群要快,各方信息联动要快。
“人类一直和自然界千千万万的病原体共存,所以新冠病毒也不值得我们恐惧至此。”蔡卫平认为,将来不管什么变异毒株出现都不可怕,因为人们有应对病毒的智慧,“最关键的是现在的防控措施依然是有效的”。
(南方周末记者崔慧莹对本文亦有贡献)
南方周末记者 黄思卓 南方周末实习生 易永艳 谷艾 杨宏泳
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