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《11月18日_传播性增强和/或部分免疫逃逸的SARS-CoV-2变体对人群的影响》

  • 来源专题：COVID-19科研动态监测
  • 编译者： YUTING
  • 发布时间：2021-11-27

  • Cell于11月18日发表了哈佛大学陈曾熙公共卫生学院等研究机构的文章“Population impact of SARS-CoV-2 variants with enhanced transmissibility and/or partial immune escape”，描述了传播性增强或实现部分免疫逃逸的SARS-CoV-2变体对人群的影响。

    文章称，相对于SARS-CoV-2原始毒株，其变体的传播能力增强，在某些情况下，还可以逃脱获得性免疫。研究人员为测量这些变体的表型付出了很多努力，但仍不太了解SARS-CoV-2变体对大流行进程的影响——特别是变体免疫逃逸对大流行进程的影响。研究人员使用一个数学模型模拟了在疫苗推出和非药物干预的背景下，SARS-CoV-2野生型毒株和变异株的动态变化。研究人员发现，传播能力更强的变体通常会增加COVID-19疾病的严重性，而那些可以逃脱部分获得性免疫的变体通常不能广泛地传播，而且很可能导致COVID-19康复患者再次感染SARS-CoV-2变体或疫苗接种者突破性感染SARS-CoV-2变体。然而，当这些表型结合在一起时，即使是在人群免疫力已经增强的情况下，SARS-CoV-2变体仍可继续传播，进而限制疫苗接种为人群带来的保护作用，并会加剧疫情。这些发现有助于解释SARS-CoV-2变体传播的轨迹，并为未来评估和应对可能出现的SARS-CoV-2变体提供信息。

  • 原文来源：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01374-X
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相关报告

  • 《Cell：类似于Delta变体的SARS-CoV-2变体最可能增加COVID-19大流行的严重性》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2021-11-21
    • 在一项新的研究中，来自美国哈佛大学陈曾熙公共卫生学院的研究人员构建出一种数学模型，发现具有与Delta变体相似特征的SARS-CoV-2变体---增强了传播性和感染以前感染/接种过疫苗的人的能力---将引起更严重的大流行病，与单独具有这两种特征之一的SARS-CoV-2变体相比，导致更多的感染和突破性感染/再感染。这些发现有可能帮助科学家们和公共卫生官员解释新变体和现有变体的重要性，并根据变体的特征为各种情况设计有针对性的公共卫生对策。相关研究结果于2021年11月18日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Population impact of SARS-CoV-2 variants with enhanced transmissibility and/or partial immune escape”。 论文第一作者兼论文通讯作者、哈佛大学陈曾熙公共卫生学院流行病学系博士后研究员Mary Bushman说，“迄今为止，免疫逃逸（immune escape）---一种变体逃避免疫系统并导致再感染或突破性感染的能力---的证据好比是红旗（red flag，危险的信号）。我们的研究结果表明，这也许更像是黄旗（yellow flag）---这本身并不是一个大问题。但是当它与增强的传播性相结合时，那么它就可能是一个真正的大问题。” 随着COVID-19大流行的进展，最初的野生型SARS-CoV-2病毒的变体已经出现。一些变体迅速成为主导毒株并增加了感染人数，如Alpha变体和Delta变体，而其他变体，如Beta变体，未能占据主导地位或对COVID-19大流行的发展轨迹产生重大影响。为了了解某些因素对COVID-19大流行的影响，Bushman构建出一种数学模型，它模拟由假设的变体推动的大流行将如何影响正在使用戴口罩与物理距离和疫苗接种各种组合的人群。 该分析模拟了COVID-19大流行的几种不同的假设变体，这些变体包括两种特征的多种组合：增强的传播性，类似于Alpha变体；部分免疫逃逸，类似于Beta变体；增强的传播性和部分免疫逃逸，类似于Delta变体；以及不具备这两种特征中任何一种的变体。该分析还考虑了某些变量，如戴口罩/物理距离或疫苗接种，将如何影响COVID-19大流行的轨迹。对于每一种情形，这些作者都分析了感染的总人数，以及通过接种疫苗避免的感染人数所占的百分比。 Bushman及其团队确定，仅具有增强的传播性的变体就可能比能够部分逃避免疫系统的变体更危险。然而，具有这两种特征的变体可能比单独具有其中任何一种特征的变体造成更多的感染、再感染和突破性感染。 根据这种数学模型，预测疫苗接种在类似于Delta变体的SARS-CoV-2变体情况下也是非常有益的，因为疫苗接种将阻止一种更具传播性的病毒潜在导致的更多感染病例，而且突破性感染的温和性质应该大大降低总体死亡率。 论文共同作者、哈佛大学陈曾熙公共卫生学院流行病学系副教授William P. Hanage说，“人们认识到像Delta变体这样的变体的出现使高水平的疫苗接种变得更加关键，这一点真的很重要。即使我们不能消除这种病毒，我们也能确保人们在面对它时有最好的准备，而一种更具传播性的病毒意味着在没有接种疫苗的情况下会有更多的感染，所以更多的人可以从疫苗接种中受益。” 参考资料： Mary Bushman et al. Population impact of SARS-CoV-2 variants with enhanced transmissibility and/or partial immune escape. Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.11.026.
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  • 《Science：揭示SARS-CoV-2变体正在进化出逃避抗体和疫苗的新方法》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2021-12-13
    • 在一项新的研究中，由美国哈佛医学院的研究人员领导的一个研究团队在预测SARS-CoV-2冠状病毒的未来进化策略的过程中鉴定出几种潜在的突变，这些突变将使这种病毒逃避免疫防御，包括通过感染或接种疫苗获得的自然免疫以及基于抗体的治疗。这些结果将有助于人们衡量SARS-CoV-2在继续适应其人类宿主的过程中可能如何进化，并以此帮助公共卫生官员和科学家为未来可能的突变做好准备。相关研究结果于2021年12月2日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Structural basis for continued antibody evasion by the SARS-CoV-2 receptor binding domain”。 事实上，在这项新的研究即将发表时，一种令人担忧的新变体---omicron---出现了，随后这些作者发现它包含了这篇新发表的论文中预测的几种可逃避抗体的突变。截至2021年12月1日，在非洲、亚洲、澳大利亚、欧洲和南北美洲的25个国家已经发现了omicron，这个名单每天都在增加。 这些作者提醒说，这些研究结果并不直接适用于omicron，因为这种特定的变体如何表现将取决于其自身的一组独特的突变---病毒刺突蛋白中至少有30种突变---之间的相互作用，以及它如何与世界各地人群中流通的其他活性毒株竞争。他们说，尽管如此，这项研究提供了有关omicron的值得关注的特定领域的重要线索，并且也为发现可能出现在未来变体中的其他突变奠定基础。 论文通讯作者、哈佛医学院Blavatnik研究所微生物学助理教授Jonathan Abraham说，“我们的发现表明，建议对omicron采取非常谨慎的态度，因为这些突变被证明相当有能力逃避用于治疗新感染患者的单克隆抗体和因mRNA疫苗接种而产生的抗体。”这些作者没有研究这种病毒对接种非mRNA疫苗而产生的抗体的抵抗能力。 Abraham指出，SARS-CoV-2在人类身上继续复制的时间越长，它就越有可能继续进化出新的突变，从而在现有的自然免疫力、疫苗和治疗方法面前进化出新的传播方式。 Abraham说，这意味着阻止这种病毒传播的公共卫生努力，包括尽快在全球范围内进行大规模疫苗接种，对于预防疾病和减少这种病毒进化的机会都是至关重要的。 这些作者说，这些发现还强调了对SARS-CoV-2以及其他病原体未来潜在进化进行持续研究的重要性。论文共同第一作者Katherine Nabel说，“为了摆脱这种大流行病，我们需要领先于这种病毒，而不是追赶。我们的方法是独特的，因为我们不是孤立地研究单个躲避抗体的突变，而是将每个突变作为同时包含许多突变的复合变体的一部分来研究---我们认为这可能是这种病毒的走向。不幸的是，这似乎是omicron的情况。” 许多之前的研究已探究了SARS-CoV-2的新优势毒株中进化出的机制，这些机制使得这种病毒能够抵抗旨在让易被感染的人免受感染和严重疾病的抗体的保护能力。 在2021年夏天，Abraham没有等着看下一个新变体会带来什么，而是着手确定未来可能出现的突变会如何影响这种病毒感染细胞和逃避免疫防御的能力，并与来自哈佛医学院、布莱根妇女医院、麻省总医院、哈佛皮尔格林医疗保健研究所、哈佛大学陈曾熙公共卫生学院、波士顿大学医学院和美国国家新发传染病实验室以及AbbVie生物研究中心的同事们进行合作。 为了估计SARS-CoV-2下一步如何可能自我转化，这些作者根据这种病毒的化学和物理结构的线索，寻找在免疫力低下的人和全球病毒序列数据库中发现的罕见突变。在使用非传染性病毒样颗粒的实验室研究中，他们发现了多种复合突变（complex mutation）的组合，这些突变将使这种病毒感染人体细胞，同时减少中和抗体的保护能力。 这些作者将注意力集中在SARS-CoV-2刺突蛋白的受体结合结构域（RBD），这种病毒利用这种结构域来结合人类细胞。刺突蛋白允许这种病毒进入人体细胞，在那里启动自我复制并最终导致感染。 大多数中和抗体的作用是结合SARS-CoV-2刺突蛋白受体结合结构域上的相同位置，以阻止它附着到人类细胞并导致感染。 突变和进化是病毒自然历史的正常部分。每次产生一个新的病毒拷贝时，都有可能出现拷贝错误。当病毒遇到来自宿主免疫系统的选择压力时，允许病毒避免被现有抗体阻断的拷贝错误就有更好的机会让它存活下来并继续复制。允许病毒以这种方式逃避抗体的突变被称为逃逸突变。 这些作者证实SARS-CoV-2可以同时产生大量的逃逸突变，同时保留结合它感染人体细胞所需的受体的能力。为了测试这一点，他们通过将无害的、非感染性的病毒样颗粒与含有疑似逃逸突变的SARS-CoV-2刺突蛋白的片段结合起来构建出假病毒，即实验室制造的SARS-CoV-2病毒替身。他们发现含有多达七个逃逸突变的假病毒对治疗性抗体和mRNA疫苗接受者的血清中的中和抗体更有抵抗力。 在这些作者开始实验时，这种复杂的进化水平还没有在一系列病毒毒株中出现过。但随着omicron变体的出现，受体结合结构域中的这种水平的复合突变不再是假设。Abraham说，delta变体在它的受体结合结构域中只有两个逃逸突变，但他们构建的假病毒有多达七个逃逸突变，而omicron似乎有十五个逃逸突变，包括他们分析的几个特定逃逸突变。 在一系列的实验中，这些作者用假病毒进行了生化检测和测试，以了解抗体如何与含有逃逸突变的刺突蛋白结合。其中的几个逃逸突变，包括在omicron中发现的一些逃逸突变，使假病毒能够完全逃避治疗性抗体，包括那些在单克隆抗体鸡尾酒疗法中发现的抗体。 这些作者还发现了一种能够有效中和所有测试变体的抗体。然而，他们也注意到，如果刺突蛋白发生单一突变而使得在抗体与这种病毒结合的位置上增加一个糖分子，那么这种病毒将能够躲避这种抗体。从本质上讲，这将阻止这种抗体发挥其作用。 这些作者指出，在罕见的情况下，SARS-CoV-2的循环毒株已经被发现获得这种突变。他们说，当这种情况发生时，它可能是来自免疫系统选择压力的结果。他们补充说，了解这种罕见突变的作用，对于在它作为优势毒株的一部分出现之前做好准备至关重要。 虽然这些作者没有直接研究假病毒逃避因自然感染而产生的免疫力，但是他们以前对携带较少突变的变体的研究结果表明，这些较新的、高度突变的变体也将巧妙地逃避通过自然感染获得的抗体。 在另一项实验中，假病毒被暴露在接受过mRNA疫苗的人的血清中。对于一些高度突变的变体，来自单剂量疫苗接种者的血清完全失去了中和病毒变体的能力。在从接受过第二剂疫苗接种的人身上提取的血清样本中，疫苗对所有变体---包括一些大量突变的假病毒---至少保留了一些效力。 这些作者强调，他们的分析表明即使是用原始的刺突蛋白抗原进行反复免疫，对于抗击高度突变的SARS-CoV-2刺突蛋白变体也可能是至关重要的。 Abraham说，“SARS-CoV-2是一种变形高手。我们在SARS-CoV-2刺突蛋白中看到的巨大结构灵活性表明，Omicron不可能是这种病毒的终结。” 参考资料： Katherine G. Nabel et al. Structural basis for continued antibody evasion by the SARS-CoV-2 receptor binding domain. Science, 2021, doi:10.1126/science.abl6251.
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