新发现：发生D614G突变的新冠病毒，更易感染人类细胞

原创 奇点糕 奇点网 来自专辑新冠病毒研究进展

自新冠疫情爆发以来，全世界的科学家都在密切关注新冠病毒的变异动向。

科学家注意到，携带D614G突变的新冠病毒毒株，自今年2月份出现以来，感染人数在全球范围内（尤其是欧美国家）一路飙升，现在已经取代2019年的原始毒株成为主流病毒株。

▲ D614G变异新冠病毒的流行程度（D614没变异毒株，G614变异毒株）

近日，美国两顶级研究机构对出现在S蛋白中的D614G变异做了初步研究，两篇还未经同行评审的研究论文几乎得出了相同的结论。

美国斯克利普斯研究所Hyeryun Choe和Michael Farzan领衔的研究团队12日发文称，在表达ACE2的人胚胎肾细胞的细胞系hACE2-293T中，S蛋白出现D614G变异的假病毒感染能力是没突变的9倍[1]。

三天之后，纽约基因组研究中心Neville E. Sanjana团队基于假病毒和人肺上皮细胞等细胞系，再次发现D614G变异让假病毒感染细胞的能力提升了8倍[2]。

基于以上研究，我们基本可以确定，新冠病毒S蛋白的D614G变异，会提升新冠病毒感染细胞的能力。不过，D614G变异是否会增强新冠病毒感染人的能力和毒性，目前仍然不能确定，需要更多的临床数据支撑。

▲ 新冠病毒的D614G变异（Jonathan Corum | Scripps Research）

S蛋白是新冠病毒打开人类细胞之门的钥匙，对新冠病毒的重要性不言而喻。

也正是因为S蛋白对新冠病毒极其重要，目前针对新冠病毒开发的疫苗和抗体类药物有很多是靶向新冠病毒S蛋白的。因此，S蛋白的变异动向，也关系到在研药物和疫苗的效果。故而，科学家对S蛋白那真是格外地关注。

实际上，从新冠疫情爆发以来，全世界各地的研究人员一直在给新冠病毒测序，并上传到特定的数据库，与全世界同行分享数据。从第一个新冠病毒基因上传至今，科学家已经在新冠病毒的基因组上发现了数百个变异。不过大部分是随机变异，没有给新冠病毒带去很大的变化。

▲ 新冠病毒（NIAID-RML）

新冠病毒S蛋白的D614G变异，引起了研究人员的关注。简单地讲，D614G变异就是新冠病毒第614位氨基酸由天冬氨酸（D）变成了甘氨酸（G），因此也有人把变异毒株叫做G614，老毒株叫做D614。

这个发生D614G变异的新冠病毒有多厉害呢？据统计，它从年初的0，到3月份的26%，4月份的65%，5月份的70%，在短短数月时间内，一跃成为世界主流病毒株。研究人员认为，这说明变异毒株G614比老毒株D614更有传播优势。

▲ 新冠病毒G614随时间变化图

此外，有研究人员发现新冠病毒的这种变异，与患者的病毒载量增加有关[3]。还有科学家发现变异毒株G614的流行与患者的病死率增加有关[4]，而且纽约基因组研究中心Sanjana团队在更大的人群中证实了变异毒株G614的流行与病死率之间有较小但显著的正相关性。

不过，上述现象究竟与S蛋白的D614G变异有没有关系，科学家还没有达成共识，因此需要先研究下D614G变异的功能。

▲ 新冠病毒G614的流行与病死率的关系

为了确定D614G突变是否会改变S蛋白的特性，从而影响新冠病毒的传播或复制，斯克利普斯研究所Choe和Farzan领衔的研究团队评估了D614G在新冠病毒进入细胞中的作用。

基于假病毒（PV）研究平台，研究人员用G614和D614分别感染表达ACE2的人hACE2-293T细胞系和不表达ACE2的Mock-293T细胞系。

感染一天之后，研究人员发现G614感染hACE2-293T细胞的效率比D614高约9倍。

▲ 新冠病毒G614与D614感染细胞能力的比较

接下来要弄清楚的一个问题是，D614G突变究竟是如何改变病毒感染能力的。

Choe和他的同事们发现，D614G这个变异的位置很特殊，正处于S1和S2的中间。那这就有可能是D614G变异影响了S蛋白的断裂，以及S1的脱落。

循着这个思路，研究人员做了深入的研究，发现第614位氨基酸由天冬氨酸（D）变成了甘氨酸（G）之后，S1和S2之间变得更稳定了，S1确实更不容易脱落。而且从总体上看，G614病毒表面的完整S蛋白总量是D614病毒的4.7倍。

▲ 新冠病毒G614和D614表面完整S蛋白的比例

此外，D614G变异没有增强ACE2与S蛋白的亲和力。基于以上研究不难看出，D614G变异增加了病毒表面功能完整S蛋白的数量，进而增加了病毒与细胞结合的机会，提高了感染效率。

虽然D614G变异提高了病毒感染细胞的效率，但有个好消息是，Choe团队研究了康复者血浆中和病毒的能力，结果发现不同康复者的血浆均可很好地中和G614病毒和D614病毒。那些开发靶向S蛋白的疫苗和抗体药物的研发人员可以稍稍松口气了。

▲ 新冠病毒G614对康复者血清的敏感性

纽约基因组研究中心Sanjana团队的研究思路几乎与Choe团队的一致，同样是基于假病毒开展研究，只不过Sanjana团队研究的人类细胞系更多，有肺（A549-ACE2）、肝（Huh7.5-ACE2）和肠（Caco-2）。

与D614病毒相比，变异后的G614病毒的感染上述细胞的能力提升2.4-7.7倍。同样，Sanjana团队的研究结果也表明，这种感染能力的提升，是D614G变异让S蛋白在生产和病毒的组装过程中更稳定，导致病毒表面具有完整功能S蛋白数量更多带来的。

▲ 新冠病毒G614感染不同人细胞的效率提升

总的来说，这两个研究在新冠肺炎依旧流行的今天是重要的，它们证明了同一个问题：新冠病毒S蛋白的D614G变异，会增强新冠病毒感染细胞的能力。

不过，D614G变异是否会让新冠肺炎更容易人传人，甚至变得更严重，还需要更多的动物实验和临床数据支撑。在更多的数据出炉之前，我们不能基于这两个研究就认为发生D614G变异的新冠病毒的传染性变得更强了。

当然，我们也不能掉以轻心，毕竟D614G变异的新冠病毒在短短3个月，就成为席卷全球的第一大毒株。

参考资料：

[1].Zhang L, Jackson C B, Mou H, et al. The D614G mutation in the SARS-CoV-2 spike protein reduces S1 shedding and increases infectivity[J]. bioRxiv, 2020.

[2].Daniloski Z, Guo X, Sanjana N, et al. The D614G mutation in SARS-CoV-2 Spike increases transduction of multiple human cell types[J]. bioRxiv, 2020.

[3].Korber B, Fischer W, Gnanakaran S G, et al. Spike mutation pipeline reveals the emergence of a more transmissible form of SARS-CoV-2[J]. bioRxiv, 2020.

[4].Becerra‐Flores M, Cardozo T. SARS‐CoV‐2 viral spike G614 mutation exhibits higher case fatality rate[J]. International Journal of Clinical Practice, 2020.

本文作者 | BioTalker

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