奥密克戎变异株亚型的最新研究进展

黄 俊，马学锋，邵慧娟，李 娜，于晓辉，张久聪

（1. 中国人民解放军联勤保障部队第九四〇医院消化内科，甘肃兰州 730050；2. 甘肃中医药大学第一临床医学院，甘肃兰州 730030）

2019 年底由新型冠状病毒（SARS-CoV-2）引起的新型冠状病毒肺炎（coronavirus disease 2019，CO⁃VID-19），已经成为全球性重大公共卫生事件，截止2022 年3 月29 日，全球确诊人数已经超过4.8 亿例，死亡人数累计超过612 万［1］。新冠病毒在传播的过程中发生了进化和变异，已经形成了多个变异株。2021 年11 月9 日，南非首次从病例样本中检测到一种新冠病毒变异株（B.1.1.529），11 月26 日，世界卫生组织将其命名为奥密克戎（Omicron）变异株，并被定义为继阿尔法（Alpha）、贝塔（Beta）、伽马（Gamma）、德尔塔（Delta）之后的第5 种“关切变异株（variant of concern，VOC）”，该变异株具有大量突变，并导致了COVID⁃19 流行病学的有害变化，目前这种新变体现已在128 个国家传播，成为全球主要流行株。Omicron 由几个遗传相关的亚系组成，包括BA.1、BA.2 和BA.3［2］。自2022 年1 月起，BA.1 已经代替Delta 成为全球主要的传播毒株，而最近，BA.2 的比例相对于BA.1 一直在增加，截至2022 年2 月14 日，BA.2 已在数十个国家和地区成为主要流行毒株，包括丹麦、印度、菲律宾、文莱等。Omicron 具有高度传播性，能够逃脱免疫系统的防御，且冠状病毒疫苗对Omicron 变异株的有效性较低［3］。Omicron 变异株的亚型具有不同的突变位点、传播力，因此，尽早了解新冠病毒奥密克戎变异株的亚型及其免疫逃逸的机制，对公共卫生及疫情的防控至关重要。本文将奥密克戎变异株各亚型的特点和免疫逃逸的机制做一简要综述。

1 SARS⁃CoV⁃2 的结构与病原学

SARS⁃CoV⁃2 病毒是一种正义单链RNA 病毒，属于β 属冠状病毒，有包膜，呈直径100～160 nm 的球形颗粒。SARS⁃CoV⁃2 病毒的基因组长度约3 万个核苷酸左右，有5′⁃UTR、3′⁃UTR 两个非翻译区和6 个开放阅读框（open reading frame，ORF），第一个开放阅读框ORF1a/b 在5'端，负责编码非结构蛋白，其余ORF 编码辅助蛋白和4 种必需的结构蛋白，结构蛋白包括刺突蛋白（spike protein，S 蛋白），包膜蛋白（envelope protein，E 蛋白）、膜蛋白（mem⁃brane protein，M 蛋白）和核衣壳蛋白（nucleocapsid protein，N 蛋白）。M 蛋白参与病毒包膜的形成，E蛋白负责病毒粒子的产生和释放，N 蛋白参与病毒的复制周期［4，5］。S 蛋白包括S1 和S2 两个亚基，S1上包含负责识别宿主细胞受体的N 端结构域（N⁃terminal domain，NTD）和受体结合结构域（re⁃ceptor-binding domain，RBD），RBD 可以结合宿主细胞膜上的血管紧张素转化酶2（ACE2）受体，导致S2 的构象变化，进而促进病毒和宿主细胞膜融合，病毒的基因组RNA 进入宿主细胞［6］。S 蛋白是病毒传播和免疫逃逸的关键决定因素，其结构的变异可以改变病毒的传染力和发生免疫逃逸［7］。目前S蛋白及其所含RBD 区域仍然是疫苗和单克隆抗体开发的主要靶点［8］。

2 奥密克戎变异株的亚型

Omicron变异株主要分为3个亚型，B.1.1.529.1、B.1.1.529.2 和B.1.1.529.3，分别名为BA.1，BA.2 和BA.3。它们是从同一个B.1.1 节点分支出来的，沿着独立的分支进化［9］。

2.1 奥密克戎BA.1 亚型的特点

BA.1 亚型最早于2021 年11 月9 日在南非首次被检测到，在随后的1 周内，在南非以外的30 多个国家和地区发现了近300 例Omicron 病例，此变异株迅速被世界卫生组织列为VOC，并在2021 年1 月代替Delta 毒株成为了全球主要的传播毒株。目前BA.1 已在100 多个国家传播，仍然是全球范围内报告的最常见的亚型［10］。

相比德尔塔变异毒株及原始毒株，BA.1 在人体支气管组织内的复制速度约快70 倍，传播性更高。以色列卫生部发布新闻，表示Omicron 变异株的传染性比Delta 高约30%［11］。Hui 等［12］通过比较BA.1亚型和以前的变异株在人支气管和肺的离体外植体培养物中的复制能力，发现与以前的变异株相比，Omicron BA.1 在人支气管中具有更快和更高的病毒复制效率，这表明它具有更强传播的能力，与Delta 相比，BA.1 在人类肺部的复制能力较低，可能是感染Omicron 的患者以无症状或轻症状为主的原因。Migueres 等［13］通过对比Omicron 变异株和Del⁃ta 变异株的病毒学特征，发现Omicron 更具传染性，并不是因为鼻咽部的病毒脱落更大，而主要是S 蛋白突变引起的。Omicron RBD 的突变可以增强与ACE2 受体的亲和力，之间产生强烈的静电相互作用（盐桥）和氢键，形成稳定的复合物，为Omicron 的高传播力提供了新的依据［14］。

BA.1 在编码和非编码区域共携带至少60 个突变，其S 蛋白中至少有37 个突变（包括30 个氨基酸取代，3 个缺失和1 个插入），30 种氨基酸取代中有15 种位于RBD 区域，其中5 种（G446S、Q493R、G496S、Q498R、Y505H）已被证实可以增强与ACE2 受体的结合力和免疫逃逸［15，16］。Desingu等［17］通过分析3 种亚型的S 蛋白，发现在BA.1 谱系S 蛋白中共有37 个突变，其中有21 个突变（G142D、G339D、S373P、S375F、K417N、N440K、S477N、T478K、E484A、Q493R、Q498R、N501Y、Y505H、D614G、H655Y、N679K、P681H、N764K、D796Y、Q954H、N969K）是3 个谱系共有的常见突变，还发现了BA.1 谱系的16 个特征突变（ins214EPE、S371L、G496S、T547K、N856K、L981F，、A67V、H69del、V70del、T95I、V143del、Y144del、Y145del、N211I、L212Idel、G446S）。BA.1 的其他结构蛋白也存在突变，包括E 蛋白中的T9I，M 蛋白中的D3G、Q19E 和A63T，以及N 蛋白中的许多缺失（E31⁃、R32⁃、S33⁃）和突变（P13L、R203K 和G204R）［18］。

已有研究表明BA.1 亚型S 蛋白中的H655Y、N679K、P681H 突变可以增加病毒进入宿主细胞的能力，使病毒具有更高的传播性，S317L（BA.1 的特征突变），N501Y、S373P、S375F、E484A、Q498R 和T478K 突变可加强病毒与ACE2 受体的相互作用，此外，N 蛋白中的R203K 和G204R 突变与病毒载量增加有关［17，19，20］。BA.1 亚型是最初发现的Omicron变异株亚型，其相对于以前的变异株存在大量的突变，导致BA.1 的高传播性，迅速成为全球主要流行株。

2.2 奥密克戎BA.2 亚型的特点

2021 年11 月17 日BA.2 亚型在南非被发现，2021 年12 月中旬前，根据各国上传到GISAID 平台的新冠病毒基因组数据，BA.1 一直是主要的Omi⁃cron 谱系，BA.2 还非常罕见。截至2022 年2 月14日，BA.2 已在数十个国家和地区成为主要流行毒株，包括丹麦、印度、菲律宾、文莱、尼泊尔、巴基斯坦和孟加拉国等［21］。目前，BA.2 已扩散至全球93个国家与地区，BA.2 的占比在其中43 个国家已超过了BA.1［22］。我国2022 年3 月以来，吉林延边州、山东青岛市、上海普陀区三地同日发现本轮疫情的首例本土病例，随后，山东、广东、河北、云南、上海等地，感染者总数持续上升，此次席卷各地的多为BA.2 亚型［23］。

相比之前的Delta 毒株，Omicron 毒株BA.1 的传播速度要快77%，而在我国流行的BA.2，传播速度又比BA.1 快66%［24］。根据丹麦的疫情数据进行测算，BA.2 的传播力较BA.1 增加了30%［25］。Chen等［26］通过构建一种基于代数拓扑的深度学习模型，分别由BA.1，BA.2，BA.3 的RBD 突变诱导的RBDACE2 复合物的BFE 变化，BFE 变化越大，传染性就越高，发现BA.1、BA.2 和BA.3 的BFE 变化分别为2.60、2.98 和2.88 kcal/mol，推测BA.2 的传染性最高，约是BA.1 的1.5 倍。目前BA.2 的感染率已经超过BA.1，有可能代替BA.1 成为下一个主要的流行病株。

BA.2 谱系的S 蛋白共有31 个突变，包括21 个常见突变和10 个特征突变（T19I、L24S、P25del、P26del、A27S、V213G、T376A、R408S、S371F、D405N）［17］。所有这些突变包括了NTD 中7 个氨基酸的取代或缺失，RBD 的16 个氨基酸取代，D614G突变，3 个靠近furin 裂解位点的氨基酸取代以及S2区域中的4 个氨基酸取代［27］。相比BA.1 和BA.3 在S 蛋白有69⁃70 的缺失，BA.2 则无这个突变，这使得BA.2 在RT⁃PCR 检测时更难以被辨识，也因此被称为“隐形版Omicron”［28］。Desingu 等［29］系统地分析了BA.2 亚型的遗传多样性，发现在丹麦传播的BA.2 的ORF3a 蛋白中，含有一种名为H78Y 的特定突变，这种突变在其他国家并不普遍，主要在丹麦和瑞典被检测到，H78Y 突变在病毒活性中的作用尚无研究报道，但ORF3 蛋白可以促进病毒释放，因此他们推测丹麦BA.2 的高传染力可能与ORF3a上H78Y 突变有关。BA.2 的高传染性以及其检测的困难，为疫情防控带来了巨大的阻碍，需要更多的研究来明确其机制，从而进一步指导各国的防疫工作的开展。

2.3 奥密克戎BA.3 亚型的特点

BA.3 亚型于2021 年11 月18 日在南非被发现。从全球范围来看，关于BA.3 的感染少有报道，自发现至2022 年3 月9 日仅累计造成约500 例患者感染，在丹麦，BA.3 谱系直到2022 年1 月19 日才被发现［30］。

BA.3 谱系的S 蛋白共有33 个突变，但是BA.3谱系没有特征突变，共享来自BA.1 的10 个特征突变（A67V、 H69del、 V70del、 T95I、 V143del、Y144del、Y145del、N211I、L212del、G446S）和BA.2的两个特征突变（S371F，D405N）［17］。BA.3 的33 个突变中，有31 个突变是和BA.1 共有的，因此推测BA.3 谱系以非常低的速度传播并导致病例较少的原因可能是由于缺乏BA.1 的6 个突变（ins214EPE、S371L、G496S、T547K、N856K、L981F）或从BA.2获得两个突变（S371F，D405N）。BA.3 亚型因其样本数量的限制，目前鲜有研究报道。

3 奥密克戎变异株的免疫逃逸机制

病毒感染或接种疫苗后，B 淋巴细胞会产生中和抗体，与病毒表面抗原结合从而阻断病原与宿主细胞受体的结合，防止病原微生物入侵宿主细胞。大多数新冠疫苗和单克隆抗体都是针对病毒的S 蛋白开发的，S 蛋白的变异，可以增强病毒与ACE2 之间的亲和力从而竞争性的抑制中和抗体与S 蛋白的结合，使病毒发生免疫逃逸，此外，突变还可能改变中和抗体的表位［18，20］。Cao 等［31］使用高通量酵母图谱筛选来确定247 种中和抗体的RBD 逃逸突变谱，发现Omicron 的各种单一突变会损害不同表位的中和抗体，其中K417N、G446S、E484A 和Q493R 突变参与了免疫逃逸。此外，Y505H 突变可以减少病毒与宿主抗体之间的接触，增强病毒从宿主免疫系统中逃逸的能力。

Omicron 亚型S 蛋白的突变导致各亚型对疫苗和单克隆抗体的耐受性不同，Yu 等［32］从接种了mRNA BNT162b2 疫苗的个体中取得样本，使用BA.1、BA.2 假病毒感染样本并测量的中和抗体滴度，发现BA.2 的中和抗体滴度较BA.1 下降了1.3～1.4 倍。Chen 等［26］用各亚型RBD 突变，诱导RBDACE2 复合物的BFE 变化，发现所有亚型的负累积BFE 变化都多于阳性变化，这说明它们的抗体抗性，在相同的环境中，BA.1、BA.2 和BA.3 可能导致其疫苗突破性能力增加约21、27 和18 倍。BA.2 对大多数治疗性单克隆抗体表现出明显的耐药性，包括Sotrovimab，但是Sotrovimab 对BA.1 保持了可观的有效性，除了Bebtelovimab 之外，没有其他治疗性单克隆抗体可以充分覆盖Omicron 变体的所有亚系［33］。奥密克戎变异株的免疫逃逸阻碍了疫苗接种和单克隆抗体治疗的有效性，目前需要更多疫苗和药物的开发来解决这一难题。

4 小结与展望

Omicron 变异株已在全球范围内引起大流行，目前各地感染人数仍在增长，BA.2 亚型感染人数也逐渐上升，目前我们对Omicron 变异株及其亚型的了解仍然较少，其高传染性、高免疫逃逸能力为防疫工作带来了极大的困难。El⁃Shabasy 等［19］分析了528 176 例Omicron 和573 012 例Delta 病例，发现与未接种疫苗的人相比，接种三剂疫苗使Omicron 感染者住院的比例降低了68%。Omicron 变异株并没有完全逃逸现有的疫苗，完成疫苗的全程接种，仍然可以有效降低Omicron 变异株引起的住院、重症和死亡的风险，且加强针的接种还能够有效降低Omicron 变异株引起的突破感染的风险［34］。因此，积极接种疫苗仍然是最有效的预防措施，除此之外，继续保持适当的社交距离、外出佩戴口罩等也十分重要。目前关于Omicron 及其亚型的免疫逃逸机制、检测、特异性疫苗和治疗性抗体等相关研究正在有序地进行。有学者还开发了一种针对Omicron 谱系的多重RT⁃qPCR 测定法，可用于检测和区分Omicron 亚型［35］。国内外针对Omicron 变异株的特异性疫苗也取得了积极进展，我国针对奥密克戎变异株单价以及多价疫苗的研发，进展比较快的已经完成了临床前的研究［36］。本课题组坚信，通过各国人民的共同努力，人类终将战胜新冠病毒。

作者贡献度说明：

黄俊完成论文的写作及文献资料的分析；马学锋、邵慧娟、李娜参与文献资料的分析；于晓辉、张久聪参与选题和设计，指导并修改论文。全体作者都阅读并同意最终的文本。

本文作者均声明不存在利益冲突。