为什么D614G变异株成为全球主流毒株？

南方周末特约撰稿 汤波

D614G变异株在欧洲形成规模后，迅速在世界其他各大洲扩散。

★一种新冠病毒突变株D614G（第614位氨基酸发生点突变）取代了早期在武汉患者体内分离出的毒株，正成为肆虐全球的主要毒株。最新研究表明，这一突变毒株具有更强的传播力，且可能影响抗体治疗和疫苗保护效果。

最近有多项研究表明，一种传播力更强的新冠病毒变异株正在全球加速流行，可能给全球新冠肺炎疫情防控带来更大挑战。

D614G变异株横空出世

2020年7月2日，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室等机构的研究人员在著名的《细胞》杂志发文指出，一种第614位氨基酸发生点突变的新冠病毒突变株正在成为全球主要新冠病毒毒株。研究表明这一突变株具有更强的传播力，6月中旬在北京市新发地出现的毒株也含有这一突变。

根据新冠病毒基因组信息分析，其第614位氨基酸位于刺突蛋白区域，该氨基酸最早在武汉市新冠肺炎患者体内分离到的新冠病毒上为天冬氨酸（D614），2020年1月12日前在欧洲演变出甘氨酸G614突变，该突变在基因水平上是由单一碱基突变造成的。D614G突变一般还伴随着其他三种突变，这四个突变位点往往出现同一个变异株中，其中D614G突变最为关键。

随着欧洲疫情的暴发和扩散，拥有D614G突变的新冠病毒变异株迅速在全球扩散开来，并成为最主要的新冠病毒毒株。在分析不同阶段的全球共享流感数据倡议组织(GISAID)数据库中新冠病毒基因组序列之后，研究人员发现，在3月1日之前，G614新冠病毒变异株只占到全部近1000个病毒的10%，在3月初到3月底提交的约1.5万个新冠病毒基因组序列中，G614变异株已占到67%，而4月1到5月18日全球提交的1.2万多个病毒数据中，G614变异株占比更是高达78%。

D614G变异株最早报道是在德国、意大利等国家出现，然后很快在欧洲扩散。2月中旬之前，意大利分离出的毒株仍然是D614，但是2月19日之后，G614变异株成为绝对主力，D614毒株基本消失殆尽。法国在2月下旬G614变异株和D614毒株并存，前者略占优势，到3月中旬，G614变异株占据绝对优势，D614毒株也基本未见报道了。在德国、西班牙、英国和冰岛等国家则稍有不同，德国在1月中旬前就发现了G614变异株，但是到1月底前感染者都非常少，G614变异株在3月中下旬逐渐处于优势地位，不过D614毒株并没有完全消失。另据日本国家传染病研究所的一项研究显示，在G614变异株占支配地位的15个欧洲国家中，由于感染力的增加，感染人数的倍增时间缩短了近一半。

G614变异株在欧洲形成规模之后，又迅速在世界其他各大洲扩散。在整个欧洲，3月上旬G614变异株已成为流行毒株的主力，到3月底及4月初，G614变异株占比达80%以上。在北美洲，G614变异株在3月下旬开始形成优势，之后优势继续扩大，而南美洲的G614变异株优势在3月中旬即已形成。大洋洲到3月底时，G614变异株才占据优势，但是D614毒株仍然维持较高的比例。G614变异株在非洲的疫情最初即占主导地位，显示非洲病例主要从欧洲传入。在3月前，亚洲的流行毒株是D614，3月初G614变异株出现，到3月下旬G614变异株超过D614毒株，到5月中下旬，G614变异株比例也只比D614毒株略高。据中国疾病预防控制中心“新型冠状病毒国家科技资源服务系统”的数据显示，6月中旬在北京市出现的新冠病毒也属于G614突变株，因此确定此次北京的疫情是境外输入引发的。

美国斯克利普斯研究所的研究人员也发现了类似D614G变异毒株流行趋势。根据一份6月12日公布在生物论文预印本网站Biorxiv上、尚未经同行评议的研究论文，他们分析GenBank网站上公布的新冠病毒基因组序列后发现，G614毒株在2月份还未检测出来，3月份已占到GenBank所有公布序列的约1/4，到4月份和5月份，G614毒株分别增加至65%和70%。

不过，《细胞》论文的作者也承认，G614变异株的流行趋势也可能与样本误差有关。比如，研究人员一般只会提交一些出现突变的病毒序列，而对与之前提交的序列完全或基本一致的病毒序列，则可能不提交，这在一定程度上造成统计数据的偏差。

占优势的原因

为什么D614G变异株能占据优势呢？　洛斯阿拉莫斯国家实验室等机构的研究人员认为是这一点突变造成新冠病毒刺突蛋白的结构发生了细微变化，导致该毒株具有更强的传播力。通过电子显微镜观察，原有的D614与相邻的T859原聚体形成氢键，使得刺突蛋白的S1和S2亚基连接在一起，而D614突变成G614之后，与T859的氢键无法形成，从而使得S1和S2亚基不能相连，更利于新冠病毒与受体细胞的融合。

通过分析英国谢菲尔德教学医院999名新冠患者的病毒基因组序列，研究人员发现，G614变异株感染者的上呼吸道病毒载量显著高于D614毒株感染者，但是两种不同毒株感染者的住院率和重症监护率却没有显著差异。体外假病毒试验表明，将携带G614或D614的刺突蛋白重组到疱疹性皮炎病毒和另一种假病毒上，研究人员观察到携带G614的假病毒的感染滴度比携带D614的病毒高出2.6—9.3倍，这在一定程度上说明G614变异株传播力比D614病毒高，不过还需要更多的证据证明，比如D614G变异是否影响病毒在肺细胞的滴度等等。

洛斯阿拉莫斯国家实验室的这项研究描述了G614变异株如何在一个月内席卷全球，最终成为全球新冠病毒的主要流行毒株。旅行者在G614变异株流行中扮演重要角色，使得G614变异株被引入或重复引入到原先D614毒株占主导地位的区域。G614变异株之所以站稳脚跟并逐步取代D614毒株，可能是由于某些正向选择压力，比如感染者上呼吸道更高的病毒载量等等。

斯克利普斯研究所的研究人员同样采用假病毒模拟感染的方法来评价G614变异株占优势的原因。他们采用的假病毒是马洛尼鼠白血病病毒，通过基因重组技术使其表达含有G614或D614的新冠病毒刺突蛋白，然后去感染人胚胎肾细胞，结果携带G614的假病毒感染效率比携带D614的假病毒高9倍，这与洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究结果中最高水平相当。斯克利普斯研究所的研究人员进一步分析了刺突蛋白脱落的S1亚基和S2亚基的比例，发现携带G614假病毒的S1亚基脱落量显著少于携带D614的假病毒，而且携带G614的病毒可能产生更多的刺突蛋白，从而更容易入侵宿主细胞。

重庆医科大学第二附属医院的研究人员也对D614G变异进行了研究。根据其2020年6月20日发布在生物论文预印本网站Biorxiv上的论文显示，他们认为G614的出现，使得新冠病毒多了一个新的蛋白酶酶切位点，而冠状病毒刺突蛋白必须被宿主蛋白酶裂解，才能实现膜融合入侵宿主细胞。进一步分析发现，携带G614突变的病毒更容易入侵宿主细胞，而宿主蛋白酶抑制剂可显著降低携带G614突变的病毒感染效率。

可能的有害影响

对于突变的冠状病毒，人们最担心的是这些突变是否会影响疫苗的有效性，以及抗体等药物的疗效。流感病毒疫苗研发就遇到过这种难题，由于流感病毒容易变异，每次新的流感季，之前的疫苗保护效率往往会大打折扣，不得不重新研发新的疫苗，不过疫苗研发进度总是赶不上流感病毒的变异速度。

为此，洛斯阿拉莫斯国家实验室等机构的研究人员用6个圣地亚哥感染者捐献的康复期血清去中和携带G614或D614的毒株，结果发现G614毒株似乎更容易被多克隆抗体中和，至少与D614相当。由于并不清楚这些康复期血清捐献者感染的是何种毒株，这一试验至少说明G614毒株对康复期血清中的多克隆抗体并没有表现出更强的抵抗力。日本国家传染病研究所的一项研究也认为，新冠康复者血清对G614变异株和D614毒株表现出相近的中和活力，这一结论与美国研究人员的相同。

不过，重庆医科大学第二附属医院的研究人员也开展了类似的研究，结果却有所不同。他们测试了41个新冠康复者的血清，其中38个血清都对携带D614的病毒和携带G614的病毒表现出相似的中和作用，但是另外3个血清样品对携带G614病毒的中和作用显著降低，其中一个样品则对G614病毒完全没有中和作用，这表明G614变异株可能降低康复者血清中多克隆抗体的中和作用，从而影响抗体治疗的效果。

由于疫苗注射后也会在机体产生中和病毒的抗体，因此上述研究说明还需要更多地考虑这些突变毒株对疫苗研发的影响，以设计和研发出针对新的突变毒株更有效的疫苗和治疗方案。