3D打印的新冠病毒的刺突蛋白。（图片来源：NIH）
近期，多项发表在预印本网站bioRxiv上的研究，评估了疫苗、单克隆抗体和治疗性血清对目前2种存在关键突变的突变株，即在英国发现的B.1.1.7突变株和在南非发现的501.V2突变株的免疫效应。研究显示，B.1.1.7突变株目前还无法逃脱疫苗介导的免疫反应，但501.V2突变株能显着降低这些治疗措施的免疫效应，甚至会导致再感染。
撰文 | 石云雷
近期，在英国、南非和巴西发现的新冠病毒突变株上出现了一些关键的突变，让科学家开始怀疑正在使用的治疗方法是否能对突变株起效。
两种突变病毒株
此前最受关注的是新冠病毒刺突蛋白上的D614G突变，去年6月，该变体成为全球范围内最主要的新冠病毒，能促进病毒进入人类细胞。但它并不位于受体结合域（receptor-binding domain，RBD），因此不会影响疫苗的效果。但近期，一些新出现的新冠病毒突变毒株带来了更大的威胁。
例如，在英国出现的有7个突变位于刺突蛋白上，其中关键的突变N501Y【蛋白链上501位的天门冬酰胺（N）突变为酪氨酸（Y）】就存在于受体结合域，且在与病毒结合的序列中。它能增加新冠病毒与人细胞ACE2受体的亲和力，加快病毒在人群中的传播。除此之外，其刺突蛋白上的两个氨基酸丢失，或可以帮助其逃避免疫反应；而P681H突变可能还会增强它与细胞的融合能力。
但相比之下，在南非发现的501.V2突变株情况更加严重。它的刺突蛋白上存在9个突变，其中3个位于刺突蛋白的受体结合域，分别是N501Y、K417N和E484K。尤其值得注意的是，E484K也位于受体结合域的结合序列中。
前期检测显示，这一突变与病毒逃脱综合性抗体的能力相关，可能会影响一些靶向刺突蛋白的疫苗的效果。此外，501.V2突变株的刺突蛋白上还存在3个氨基酸的丢失，这可能会影响新冠病毒的抗原性，进而导致病毒出现“逃逸突变”，逃避单克隆抗体（单一的特异性抗体，能与刺突蛋白上特定的序列结合）的免疫反应。
mRNA疫苗介导产生的多种抗体在新冠病毒受体结合域上的作用位点。（图片来源：Nussenzweig et al., bioRxiv.）
根据WHO官网的数据，截止1月12日，B.1.1.7突变株已传播到了50多个国家，它的传播速度比此前传播的其他新冠病毒株更快。另外截至目前，501.V2突变株已蔓延到29个国家。南非科学家和官员表示，501.V2突变株在年轻人中的流行度更高，相比于其他突变株，更容易造成严重的疾病，还可能造成“重大的再感染风险”。南非卫生部也表示，这种突变株可能正在推动南非的第二波新冠大流行，因为它比其他早期突变株的传播速度更快。
近期，发表于预印本平台bioRxiv的多项研究，测试了目前使用的新冠疫苗、单克隆抗体和治疗性血清对B.1.1.7突变株和501.V2突变株的作用效果。研究显示，当前的疫苗或许还对B.1.1.7突变株有效，但它们对501.V2突变株以及一些新的突变株的情况，或不容乐观。
疫苗、血清的免疫效应
1月19日，辉瑞公司（Pfizer）和BioNTech在预印本平台bioRxiv上公布了BNT162b2疫苗对在英国发现的B.1.1.7突变株刺突蛋白的中和效果。他们利用水疱性口炎病毒（VSV）构建了假病毒模型，即在病毒表面表达B.1.1.7突变株完整的刺突蛋白，并以此验证了BNT162b2接种个体的血清对它的中和效力。结果显示，血清的中和活性没有明显降低，因此这一突变株或许不会影响BNT162b2疫苗产生的免疫保护。目前，这项研究还有待同行评议。
紧随其后的是两项评估501.V2突变株的研究（目前同样在bioRxiv平台上等待同行评议），来自美国和南非的研究人员分别测试了治疗性血清、单克隆抗体对该突变株的抑制能力。
其中，美国加州理工学院、洛克菲勒大学和NIH的科学家分析了mRNA-1273疫苗和BNT162b2疫苗介导的免疫反应对501.V2突变株的中和效果。他们分别给14位和6位志愿者分别接种了mRNA-1273和BNT162b2疫苗，并收集和分析了他们的血清。在第2剂疫苗注射的8周后，志愿者血清中出现了很高的抵抗新冠病毒刺突蛋白、受体结合区域的特异性IgM和 IgG抗体。
他们通过在HIV-1型病毒构建了假病毒模型，并评估了志愿者血清对10种突变的刺突蛋白的中和活性，其中包括N501Y（B1.1.7突变株）、K417N、E484K以及3个基因突变的组合（501Y.V2突变株）。结果显示，与没有突变的情况相比，血清对E484K、N501Y以及K417N：E484K：N501Y组合突变的刺突蛋白的中和活性出现了显着降低，分别是3比1、2.5比1.3和3比1.1。
接种两种疫苗后的血清，对3种突变（分别是E484K、N501Y和K417N：E484K：N501Y组合突变）的刺突蛋白的中和活性降低。（图片来源：Nussenzweig et al., bioRxiv.）
除此之外，他们还评估了记忆B细胞分泌的中和性抗体（共84种）对存在突变的病毒受体结合域突变的中和活性。有22种抗体（占比26%）对至少有一个突变的受体结合域的中和活性降低了5倍以上。
而另一项由南非国家传染病研究所（NICD）的科学家发表的研究，也得到了类似的结论。他们选择了44份康复者的血清（其中22份血清的抗体浓度更高）进行了研究，分析了这些血清对病毒的受体结合域和501.V2突变株的中和活性。研究显示，27%的血清对比具有单一突变的受体结合域的假病毒，丧失了中和活性。而对501.V2突变株的评估显示，近一半的血清没有中和活性，有一些血清的中和活性降低达86倍。
单克隆抗体的中和效应
在单克隆抗体中和效应的实验中，南非的研究人员评估了12种抗体（第1类）对假病毒上刺突蛋白K417N突变，以及8种抗体（第2类）、5种纳米抗体对E484K突变的中和活性。与没有突变相比，第1类抗体的浓度提高2.5倍时，仍无法中和假病毒上K417N突变的刺突蛋白。第2类抗体对E484K突变的受体结合域的中和活性也明显降低。
这一结果显示，501.V2突变株能逃避主要抗体的中和反应。此外，他们还评估了501.V2突变株的刺突蛋白（抗原结构）上3个氨基酸丢失造成的影响。实验显示，针对于整个抗原结构的抗体的中和反应也会减弱。
美国的研究人员评估了17种最具治疗潜力的单克隆抗体（monoclonal antibodies，mAb）对假病毒上12种刺突蛋白突变（分别是A475V、E484K、Q493R、R346S、N439K、N440K、K417N、Y453F、S477R、N501Y、D614G、R683G突变）的中和活性。
测试结果显示，这些单克隆抗对K417N、E484K、N501Y 突变的中和活性均降低了。其中，有9种和4种单克隆抗体分别对存在E484K突变和N501Y突变的受体结合域（RBD）的中和活性下降超10倍，还有5种对K417N突变新冠假病毒中和活性减弱。而这些正是南非501Y.V2突变株的刺突蛋白关键上3个突变点。
针对上述的实验结果，两个研究团队均表示，需要测试临床使用的单克隆抗体对其他新冠突变株的中和活性，而其中有很多或已失去了对501.V2突变株的中和活性。此外，我们还需要定期去更新靶向新冠病毒刺突蛋白的mRNA疫苗，以避免其潜在的临床疗效丧失。
除此之外，大多数曾感染新冠病毒的康复患者对501Y.V2突变株的中和活性很小，或者无法检测到对其的中和活性，因此很有可能出现新冠病毒感染复阳。南非的研究人员还提到，在巴西发现的一种新冠突变株存在一些关键的突变，可能增其对中和性抗体的抗性，而我们应该更多地关注着它和501Y.V2突变株。
- 本文来源：微信公众号“环球科学”