張 珂，沈 潔（綜述），胡麗華（審校）

1.上海奧普生物醫(yī)藥股份有限公司，上海 201201；2.同濟大學(xué)附屬同濟醫(yī)院《外科研究與新技術(shù)》編輯部，上海 200065

自2021年7月20日南京祿口國際機場員工發(fā)現(xiàn)9例新冠陽性病例起，短短一周之內(nèi)，我國多個地區(qū)發(fā)現(xiàn)了關(guān)聯(lián)病例，中高風險區(qū)域數(shù)量激增，造成本次疫情加劇的罪魁禍首正是肆虐全球的變異株Delta。我國的國內(nèi)疫情控制非常穩(wěn)定，境外輸入病例的防控體系也相當完善，Delta之前流行的多個變異株均未在我國造成傳播。但是，新突變株Delta相比較早出現(xiàn)的突變株具有更強的快速擴散能力，導(dǎo)致包括中國在內(nèi)的多個國家和地區(qū)疫情出現(xiàn)反彈。由于全球范圍內(nèi)防疫死角的存在，新冠病毒仍有繼續(xù)突變的可能，未來可能產(chǎn)生更具威脅的新變種。本文將從病毒變異的生物學(xué)角度探討新冠變異對檢測、治療、疫苗等方面的影響，以及如何應(yīng)對病毒不斷變異的挑戰(zhàn)。

1 新冠病毒的變異

病毒的變異本質(zhì)上屬于“物種進化”的自然現(xiàn)象。所有生物的基因組都是DNA或者RNA中的一種，二者統(tǒng)稱為核酸，由基本組成單位A/T/G/C 4種核苷酸有序地排列組合而成，即遺傳密碼。遺傳密碼在自我復(fù)制過程中，會發(fā)生小概率的抄寫錯誤，比如由原來的A變成了G，只是多數(shù)變異對于個體而言是不利的，會被自然選擇淘汰，少數(shù)變異會增強個體的環(huán)境適應(yīng)能力，逐代傳遞并擴散開來，推動物種的進化。

新型冠狀病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）為單股正鏈RNA病毒，編碼的蛋白主要有刺突蛋白（S）、核殼蛋白（N）、包膜蛋白（E）、基質(zhì)蛋白（M）、以及多種輔助蛋白［1］。相比DNA病毒，RNA病毒變異速度更快，其根本原因是RNA病毒復(fù)制所依賴的RNA聚合酶復(fù)制糾錯功能有限，只要有足夠的時間，便會產(chǎn)生危害性更強的變異株［2］。這也正是同屬RNA病毒的流感病毒和艾滋病毒難以控制的重要原因，大量的變異株型和未知的新變種，彼此之間的差異越來越大，導(dǎo)致疫苗或藥物很難對所有株型均有效［3］。新冠病毒的變異也在時時刻刻地發(fā)生著，其中少數(shù)的變異會增強病毒的傳播力、致病力，導(dǎo)致大面積的擴散，形成了諸如Delta等變異株。

新冠病毒的變異有不同的命名和分類方式，最常用的有以下3種：第1種是Pangolin分型法，分析變異的進化譜系，以英文字母和數(shù)字為變異株和子代變異株命名，比如A.1.1.1；第2種是以爆發(fā)地命名的方式，比如英國株、南非株、印度株等，但這種命名方式容易造成地域歧視，因此被WHO等組織呼吁避免使用；第3種，WHO分類法，選取重點變異株，以希臘字母依次命名，比如Delta等。WHO還會根據(jù)變異株的危險級別將變異株分為關(guān)切變異株（variants of concern，VOC）和關(guān)注變異株（variants of interest，VOI），其中VOC嚴重級別更高，是需要各國重點防范的株型。每種變異株的基因組中都具有一個或者幾個典型的位點變異，最終導(dǎo)致所編碼的蛋白質(zhì)的基本構(gòu)成組份氨基酸發(fā)生改變，比如“E484K”，指編碼蛋白的第484位氨基酸由E（谷氨酸）變成了K（賴氨酸）。氨基酸的變異，改變了蛋白質(zhì)的組成，甚至蛋白的構(gòu)象、功能也發(fā)生巨大的改變。比如S基因的變異，改變了病毒刺突S蛋白，N501Y可以使刺突蛋白更好地與細胞相結(jié)合［4］，E484K有助于病毒逃脫抗體的捕獲［5］。

表1列舉了VOC級別的幾個重點毒株的變異信息及危害性變化的初步研究數(shù)據(jù)［6-9］。低一級的VOI級別毒株未詳述，包括Epsilon（B.1.427，B.1.429）、Zeta（P.2）、Eta（B.1.525）、Theta（P.3）、Iota（B.1.526）、Kappa（B.1.617.1）等株型。雖然表1中的數(shù)據(jù)多來自尚不充分的評估實驗，但不難看出4個重要的VOC變異株，在傳播力、住院率、致死率幾個方面都造成了更嚴重的危害。目前，新冠病毒的變異只有一年多的時間，大部分變異株都是“點變異”，屬于小幅度變異，尚未達到像流感病毒一樣大幅變異的程度。但我們?nèi)匀恍枰髦貙Υ?，認真分析病毒變異對新冠診斷、治療、疫苗及防疫對策的影響。

表1 重點變異株信息匯總Tab.1 Summary of typical SARS-CoV-2 variants

2 變異株對新冠診治的影響

2.1 對病原體檢測的影響

病原體篩查是及時發(fā)現(xiàn)陽性病例尤其是無癥狀病例的重要手段，按方法學(xué)分，主要有抗體檢測、抗原檢測和核酸檢測三大類［10］?？贵w檢測和抗原檢測，有時也合并稱為免疫法檢測，免疫法可以借助膠體金層析試紙條等載體實現(xiàn)簡便又快速的檢測，在臨床上有一定的需求，但抗體檢測法常存在交叉反應(yīng)且有一定的時間滯后性，抗原檢測法的突出缺點是靈敏度較低。相比之下，核酸檢測法，也稱分子診斷，由于核心技術(shù)PCR具有靈敏度高、特異度好、不受抗菌藥物影響等優(yōu)點，在臨床檢驗中受到廣泛的重視，逐步成為新冠病毒篩查首推的確診方法。新冠變異株的出現(xiàn)帶來一個疑問：現(xiàn)有的檢測產(chǎn)品是否仍然有效？以下從檢測原理的角度分析變異對這三類檢測產(chǎn)品的不同影響。

抗體檢測類產(chǎn)品中最重要的核心組份是根據(jù)新冠基因人工表達的病毒蛋白（抗原），可以跟陽性患者血液中的新冠特異性抗體相結(jié)合，達到檢測的目的。目前市面上的抗體檢測產(chǎn)品，多使用人工表達的新冠S蛋白，如果變異株的S蛋白存在關(guān)鍵位點的變異，刺激宿主所產(chǎn)生的抗體有可能無法被檢測產(chǎn)品中的抗原所捕捉，最終導(dǎo)致假陰性的嚴重后果。因此，變異株對檢測抗體的產(chǎn)品可能存在重大的影響，產(chǎn)品的生產(chǎn)商，應(yīng)針對各重點變異株的變異位點進行分析，如果變異位點恰好位于產(chǎn)品所采用的蛋白分子中，考慮到氨基酸變異可能導(dǎo)致蛋白整體構(gòu)象的變化，無論變異位點位于分子中哪個位置，都需要使用變異株確診患者的血液樣本進行有效性確認，并及時向用戶公布復(fù)核報告。

檢測抗原的產(chǎn)品中的核心組份是使用新冠病毒蛋白（抗原）人工誘導(dǎo)生產(chǎn)的抗體，分單抗和多抗兩種，兩者都可以跟陽性患者呼吸道樣本中的病毒蛋白相結(jié)合。如果產(chǎn)品采用的是單抗，識別位點相對單一，跟前述檢測抗體的產(chǎn)品相似，關(guān)鍵位點的變異可能帶來嚴重影響；如果產(chǎn)品采用的是多抗，識別的位點可能是蛋白分子的多個區(qū)段，個別位點變異造成顛覆性影響的概率較低。目前的新冠抗原檢測產(chǎn)品大多檢測相對保守的N蛋白，而不是頻繁變異的S蛋白，從這個角度分析，受病毒變異的影響程度較低，但該類產(chǎn)品往往采用單抗，比多抗更容易受變異的影響，兩方面因素都需要考慮。無論產(chǎn)品檢測哪個蛋白，采用單抗還是多抗，最終都需要生產(chǎn)方使用變異確診患者的臨床樣本進行產(chǎn)品有效性確認，并及時向用戶公布復(fù)核報告。

核酸檢測類產(chǎn)品的核心組分是與新冠基因匹配的小片段引物，廠家可以通過軟件來分析變異的位點是否位于引物的匹配區(qū)域。另外，核酸檢測產(chǎn)品往往采用2～3套引物組，檢測新冠病毒的多個不同基因，其中一套引物成功擴增，就會報告陽性結(jié)果（至少是陽性疑似），出現(xiàn)各套引物組恰好全部碰上變異的概率很低，因此，核酸檢測類產(chǎn)品受病毒變異的影響不大。但生產(chǎn)商仍應(yīng)及時向用戶公布對變異株的復(fù)核報告，打消用戶的顧慮，并及時修正或更換受突變影響的引物序列。

鑒于我國主要使用核酸檢測法進行篩查，綜合評判變異株對病原體檢測造成的風險較小，較易分析掌控。

2.2 對疫苗的影響

新冠疫苗主要分為以下幾種：滅活疫苗、mRNA疫苗、重組蛋白疫苗、腺病毒載體疫苗［11］。滅活疫苗是將病毒滅活后，注入體內(nèi)，失活的病毒組份依然具有抗原性，能夠誘導(dǎo)宿主免疫系統(tǒng)產(chǎn)生對該抗原蛋白的免疫應(yīng)答，以達到預(yù)防和治療疾病的目的，這類疫苗的優(yōu)點是工藝成熟、不良反應(yīng)小、無需超低溫冷藏。其余幾種疫苗，都是通過基因工程手段，將編碼病毒蛋白的序列，以核酸或者蛋白的形式注入體內(nèi)，誘導(dǎo)產(chǎn)生特異性的抗體，這類疫苗可以快速設(shè)計開發(fā)，但工藝較新，對于可能帶來的副作用，缺乏足夠的經(jīng)驗可參考。目前國內(nèi)使用的疫苗有國藥的2款滅活疫苗、科興的滅活疫苗、康希諾的腺病毒疫苗和安徽智飛的重組蛋白疫苗等，國際上應(yīng)用較廣的，還有Moderna的mRNA疫苗、Pfizer/BioNTech的mRNA疫苗、Oxford/AstraZeneca的腺病毒疫苗、俄羅斯Sputnik V腺病毒疫苗、Johnson&Johnson的腺病毒疫苗、Novavax的重組蛋白疫苗等。

現(xiàn)有的疫苗對變異株的有效性，需要從原理解析和實測評價兩個角度進行綜合判斷。

從疫苗誘導(dǎo)人體免疫的原理進行分析：RNA疫苗、重組蛋白疫苗、腺病毒載體疫苗，這幾種基因工程疫苗，主要以S蛋白為靶點設(shè)計開發(fā)，在人體內(nèi)表達的抗原相對單一，一旦變異株的S蛋白核心位點發(fā)生變異，可能無法被疫苗誘導(dǎo)人體產(chǎn)生的抗體識別，造成免疫逃逸。對于基因工程疫苗，設(shè)計開發(fā)時選取的基因片段越短，受變異株影響的可能性越大。而滅活疫苗使用滅活的病毒，組分不但有暴露在外的S蛋白，還有各種原本包裹在病毒顆粒內(nèi)部的蛋白分子釋放出來，這些蛋白分子都具有抗原性，相比基因工程類疫苗，理論上可以誘發(fā)人體產(chǎn)生更多種類的抗體，從這個角度分析，變異株對滅活疫苗的影響較小，但是在人體遇到病毒侵染時，能夠起作用的主要還是其中一部分可以封閉S蛋白的抗體，因此S蛋白的變異仍可能影響滅活疫苗的效力。綜上所述，變異株，尤其是S蛋白發(fā)生變異的株型，可能會逃脫疫苗免疫，降低疫苗的有效性。

疫苗刺激人體免疫的過程是非常復(fù)雜的，一方面人體產(chǎn)生的抗體是復(fù)雜的多抗，另一方面，不同個體的免疫應(yīng)答水平也有很大的差異，這兩個原因決定了僅通過簡單的原理分析，不足以作出可靠的評價，因此，針對變異株的疫苗有效性臨床試驗格外重要。目前能查到的相關(guān)數(shù)據(jù)非常有限，一方面疫苗應(yīng)用時間太短，臨床試驗數(shù)據(jù)量很少，另一方面，不同機構(gòu)對同一疫苗公布的有效性評估結(jié)果差別很大，可信度打折扣，原因跟試驗選擇的測試群體所在環(huán)境的感染概率不同、試驗所處時期的流行株型不同等等諸多方面的差異有關(guān)。因此，對疫苗保護力的準確評價，需要基于客觀全面的臨床試驗和長時間的有效性追蹤調(diào)查結(jié)果。表2匯總了各典型變異株對幾種主要的基因工程疫苗有效性影響的研究結(jié)果［12-19］。需要特別指出，由于研究的不充分，部分數(shù)據(jù)僅為實驗室評價或小量臨床評價的結(jié)果。雖然表中數(shù)據(jù)彼此之間有出入，但基本可以確定變異株的確造成了基因工程類疫苗保護效力的降低。對于國內(nèi)用的最多的滅活疫苗，還沒有相關(guān)研究的公開報道，主要原因是每次變異株大流行在我國都得到了有效的控制，國內(nèi)缺少開展疫苗有效性研究的感染群體。但科興公司和鐘南山院士均公開表示滅活疫苗對變異株依然有效，尤其是預(yù)防重癥和死亡。

表2 變異株對基因工程疫苗有效率的影響Tab.2 Impacts of SARS-CoV-2 variants on the efficacy of genetically engineered vaccines

截至目前，尚未查詢到有報道稱某一款主流疫苗對某一種變異株是完全無效的。世衛(wèi)組織和各國防疫機構(gòu)均呼吁，當下防疫形勢嚴峻，通過疫苗注射形成群體免疫，仍然是阻斷病毒傳播和繼續(xù)變異的有效手段。在疫苗使用過程中，需要及時監(jiān)控對變異毒株的保護效力，同時也要加速開發(fā)針對新變種的疫苗。

2.3 對治療的影響

目前，化學(xué)藥、生物制品藥物（抗體/多肽/干細胞等）、中藥，均有用于新冠治療的報道，按藥物作用原理可以分為阻止病毒進入宿主細胞（如氯喹、抗體類等）、抑制病毒RNA復(fù)制（如法匹拉韋、瑞德西韋等）、阻斷病毒蛋白生成（如洛匹那韋等）、增強人體免疫系統(tǒng)（如中藥類、干細胞治療）等幾個途徑［20］。很多藥物的有效性都得到了肯定，但研究并不充分，目前還沒有公認的新冠特效藥。臨床實踐過程中，聯(lián)合使用3種或3種以上抗病毒藥物的混合治療策略，即雞尾酒療法，逐步得到了認可和推廣［21-22］。這種方法最初用于艾滋病的治療，后來被推廣用于治療其他多種頑固病毒。美國前總統(tǒng)特朗普便是采用了雞尾酒療法，從新冠確診到康復(fù)出院僅用了1周時間。

病毒變異對藥效的影響評價非常復(fù)雜，無法通過變異位點進行簡單的理論分析。新冠病毒的變異，尤其是S蛋白的關(guān)鍵位點變異，可能會對那些針對S蛋白開發(fā)的靶向藥物的療效產(chǎn)生影響，對于其他作用原理與變異位點無關(guān)的藥物，理論上沒有影響。然而，病毒的變異，不單單只是特定位點的序列改變，還可能造成宿主體內(nèi)病毒載量增加、免疫功能下降等未知的變化［23］，因此，病毒變異對藥效的影響，必須通過嚴謹?shù)呐R床對比實驗才能證實。

前文提到疫苗接種激發(fā)人體產(chǎn)生的多抗，提高了對變異株的兼容性，這些已存在的抗體除了可以在病毒入侵的第一時間有效地封閉病毒，對后續(xù)的用藥治療也能起到積極作用；雞尾酒法多藥混合治療策略的應(yīng)用，也使得單一位點的變異很難逃避多種藥物的不同治療途徑，充分保障了對變異株的治療效果。這兩個因素讓我們對變異株的治療更加有信心。目前，還沒有資料表明當下使用的主要藥物對某一種變異株均無效。

3 如何應(yīng)對新冠病毒變異

新冠病毒在“傳播力”和“致死率”兩方面達到了“完美”的平衡，相比同類的SARS和MERS，新冠的傳播力更強，但在宿主體內(nèi)大量增殖造成的傷害卻更?。?4］，兩方面原因使得新冠病毒可以在短時間內(nèi)將大量病患變成穩(wěn)定的傳播源，而且不少病例沒有明顯病癥，難以察覺，甚至可以逃脫靈敏度極高的核酸檢測，加劇了防控的難度。

面對如此“完美”的病毒，早在2020年初，新冠疫情發(fā)生的最早期，專家就曾警告，疫情防控需要世界各國的共同努力，盡快撲滅疫情，不能給病毒留下變異的時間，但是因為文化差異、經(jīng)濟利益、政治考量等多方面因素，使得“全球圍堵，消滅病毒”的契機一再被錯過。在全球互聯(lián)的時代，中國無法獨善其身，我們不得不面對Delta乃至未來更多更可怕的新變異株的威脅，思考應(yīng)對策略。

3.1 持續(xù)堅持必要的防控力度

國務(wù)院《關(guān)于做好新冠肺炎疫情常態(tài)化防控工作的指導(dǎo)意見》強調(diào)“我國新冠肺炎疫情防控向好態(tài)勢進一步鞏固，防控工作已從應(yīng)急狀態(tài)轉(zhuǎn)為常態(tài)化”，但仍要“堅持預(yù)防為主”。公共衛(wèi)生干預(yù)是阻斷呼吸道病原體傳播的經(jīng)濟且有效的手段?！扒谙词帧?、“佩戴口罩”，不僅可以降低新冠病毒的傳播，同時也能阻斷流感病毒、普通感冒病毒等幾十種呼吸道病原體的傳播。過去一年多的經(jīng)驗表明，各種呼吸道傳染病的病例數(shù)都有大幅度的減少，極大地減輕了社會醫(yī)療負擔。另外，一旦發(fā)現(xiàn)陽性病例，應(yīng)快速挖掘密接圈，及時隔離，第一時間圍堵病毒，避免造成大規(guī)模的擴散。

3.2 提高疫苗接種率，研究疫苗混打的可行性

雖然變異株造成了疫苗保護效力的降低，但疫苗對現(xiàn)有的各種變異株仍有相當?shù)谋Ｗo力，尤其是防止重癥和死亡病例的發(fā)生。社會群體免疫力的提升，可以有效的阻斷病毒傳播。另外，目前的疫苗接種人群主要是18歲以上的成年人，今后應(yīng)加緊研究青少年甚至嬰幼兒疫苗注射的可行性，避免校內(nèi)集體感染的悲劇發(fā)生。

有研究稱，疫苗混打，能夠提升保護力［25］。理論上分析，混打的確可以讓人體獲得不同疫苗的免疫特異性，增強對更多變異株的兼容能力。外媒報道，德國總理默克爾已進行了兩種疫苗的混合施打，德國、加拿大等多個國家已開始實施疫苗混打。

3.3 密切監(jiān)控跨物種傳播

新冠病毒的動物起源說，一直是溯源的重要思路［26-27］。SARS、MERS，都已被證實起源于動物，偶然的變異使病毒具備了侵染人類的能力［28-29］。雖然新冠病毒的人畜跨物種傳播尚未得到充分證實，但大量研究已經(jīng)表明新冠感染譜擴大到水貂、貓、雪貂等動物［30］。由于不同物種的機體差異很大，病毒很可能在新的宿主體內(nèi)發(fā)生適應(yīng)性的變異，變成更可怕的新毒株。一旦新冠病毒可以跨物種傳播，尤其是可以侵染野生動物時，將會變得極難防控，造成巨大的經(jīng)濟損失。

3.4 研究快速應(yīng)對未知變異毒株大爆發(fā)新技術(shù)

2021年7月26日，美國國家過敏和傳染病研究所（NIAID）主任Fauci宣布，美國即將啟動“原型疫苗（prototype vaccines）”計劃。傳統(tǒng)疫苗的開發(fā)和臨床實驗需要數(shù)年的時間，即便是緊急批準使用的新冠疫苗，也是在疫情爆發(fā)一年后才得到使用，不但錯過了阻斷病毒傳播的最佳時機，也造成了大量的死亡病例，慘痛的教訓(xùn)迫使人類思考開發(fā)快速疫苗新技術(shù)。新冠mRNA疫苗、腺病毒疫苗、蛋白疫苗等基因工程疫苗的成功開發(fā)，有力地證明了人類可以通過基因序列分析，快速地設(shè)計開發(fā)出安全可靠的疫苗。美國的“原型疫苗”計劃，便是計劃更加深入地研究基因工程疫苗技術(shù)，通過分析20個病毒家族的基因序列，研究病毒的分子結(jié)構(gòu)，尋找宿主的應(yīng)答抗體必須攻擊的抗原蛋白關(guān)鍵位點，并找出病毒如何引起身體產(chǎn)生這些抗體的，進而開發(fā)出能夠應(yīng)對整個病毒家族的原型疫苗，未來遇到家族中新的病毒種類或者新的變異株出現(xiàn)時，通過修改原型疫苗的序列，可以快速地開發(fā)出針對性的疫苗。新冠疫情推動了防疫科技和理念的革命，類似的“前置性”防疫新技術(shù)研究受到了關(guān)注，當人類未來面對未知病原體危害時，能夠快速響應(yīng)。除了原型疫苗，還可以從原型藥物等角度進行思考。

4 結(jié)語

新冠疫情在全球范圍內(nèi)的反復(fù)，很大程度上是各國防疫政策不一所導(dǎo)致的，人類從中得到了深刻的教訓(xùn)：全球性問題的解決，需要所有國家通力協(xié)作。中國政府曾力推全球健康碼的實施，但礙于各國社會開發(fā)水平不同，對防疫的認知也不同，倡議沒有得到廣泛的響應(yīng)。WHO開展的“新冠肺炎疫苗實施計劃（COVAX）”，旨在推動各個國家都能公平地分配到疫苗，但這個計劃同樣沒有得到歐美各國的有力支持，相反，很多國家在爭取疫苗的過程中，都采取了優(yōu)先自保的策略，導(dǎo)致防疫壓力更大的第三世界國家無法購買到疫苗，疫情進一步加劇，并留給病毒繼續(xù)變異的機會。面對Delta突變株和潛在的新變種，唯有各國政府配合WHO，制定出切實可行的聯(lián)防制度，真正清除全球防疫死角，才能有效地壓縮新冠病毒持續(xù)變異的時間和空間，使疫情得到早日控制，讓人類的生活重新回歸正常軌道。