南非新冠突變株免疫逃逸實錘，新冠疫苗還有用嗎？

　　上個月，英國出現新冠病毒變異株的新聞吸引了全世界的關注，但幾乎在同一時間，另一種被命名為 501.V2 的變異新冠病毒在南非悄然出現，傳播異常迅猛。

　　隨后，南非疫情迅速發展，目前已經成為非洲疫情最嚴重的國家。牛津大學醫學教授、英國政府疫苗工作小組顧問貝爾曾表示，當前的疫苗對英國變異病毒有效，但對于南非變異病毒是否有效仍然存疑。

　　近日，《natrue》雜志發文，已經證明501.V2新冠病毒能逃逸疫苗效果！

　　501.V2 正在給全球疫情帶來更嚴峻的挑戰。

　　傳染力提高，新變體帶來第二波疫情

　　501.V2 的所有突變中，有 3 個發生在刺突蛋白 RBD 區域（受體結合域）的突變至關重要，分別是：N501Y，E484K 和 K417N。除此之外，501.V2 在刺突蛋白的 NTD 區域（N 端結構域）也存在 L18F、D80A、D215G 等突變。

　　這些突變意味著什么？

　　我們首先來看「老朋友」N501Y。

　　N501Y 突變在英國變異株 B.1.1.7 中也有出現。《讓 40 國對英禁航的變異新冠病毒，會對中國造成影響嗎？》 ） 不過，現有研究已經證明，南非變異株 501.V2 與英國變異株 B.1.1.7 并不同源。

　　N501 突變可以降低 RBD 關鍵殘基的極性，從而提高新冠病毒與人體細胞表面 ACE2 受體的親和力。也就是從理論上講，N501Y 突變可能導致病毒更具感染力，使得新毒株更容易傳播。

圖源：參考資料 1

　　根據英國衛生部專家組的模型分析，以 N501Y 為主要突變的 B.1.1.7 傳染力提高 71%（95% 置信區間：67%～75%），R 值（未明確是 R0 或 Rt）絕對增長 0.39～0.93，也就是一個感染者較之前會多傳染給大約 0.4～0.9 個周圍的人。

　　而在南非，501Y.V2 最早于 2020 年 8 月在納爾遜-曼德拉灣被發現，三個月后，它已然成為南非疫情中的主要流行毒株。

　　2020 年 12 月 18 日，南非衛生部部長姆赫茲宣布南非進入第二波疫情，而迅速搶占優勢地位的 501Y.V2 ，正是「導致第二波疫情的主要原因」。

　　突變株出現免疫逃逸

　　復習了 N501Y，我們再來看 E484K。

　　同樣發生在刺突蛋白的 RBD 區域，E484K 突變也有一定可能性改變病毒感染力。但 E484K 突變最備受關注的一點在于，它的出現可能會增加新冠病毒免疫逃逸的風險。

左圖：不同突變對單克隆抗體或康復者血清的抵抗作用；右圖：不同突變對單克隆抗體或康復者血清的中和作用（圖源：參考文獻 6）

　　2020 年 12 月 28 日，意大利托斯卡納生命科學基金會免疫學家 Rino Rappuoli 等在 bioRxiv 上發表論文。為了篩選出能逃避既往感染產生抗體的病毒突變，研究人員嘗試在一位新冠肺炎康復者的高中和水平血清中培養新冠病毒。

　　90 天內，培養的病毒出現了包括 E484K 在內的 3 個突變，同時不再對這名康復者的血清有反應。

　　這也意味著，那些已經被新冠病毒感染過的人，康復后仍可能被有 E484K 突變的新毒株再次感染。

　　1 月 19 日，南非針對 501Y.V2 召開線上學術會議。南非著名流行病學家 Salim Abdool Karim 在會上介紹了目前的研究結果：E484K 突變減弱了 9 份（共 11 份）康復者血清樣本的抗體結合能力，而部分血清樣本的中和能力甚至降低了 10 倍以上。也就是說，需要 10 倍以上的血清才能完全中和同樣的病毒量。

圖源：YouTube 視頻截圖

　　另一份來自南非國家傳染病研究所的研究發現，44 份康復者血清樣本中，90% 以上出現了免疫反應減弱的情況，而其中的 21 份（48%）完全失去對 501.V2 的中和能力。只有 3 份來自重癥康復者的血清樣本仍保持了較強的中和能力，這是因為重癥患者康復后，血清內中和抗體的濃度較高。

　　但 Salim Abdool Karim 特別指出，目前的研究僅限于抗體結合，T 細胞介導的免疫反應仍對防止再次感染起著重要作用。

　　疫苗和抗體療法可能被影響

　　E484K 突變迅速吸引了全球科學家的關注。病毒變異出現免疫逃逸，現有的疫苗還有效嗎？

　　美國洛克菲勒大學免疫學專家 Michel C. Nussenzweig 收集了 20 名新冠疫苗志愿者的血清樣本（其中 14 名接種了 Moderna 疫苗 mRNA-1273，6 名接種了輝瑞疫苗 BNT162b2），并制作了具有 K417N、E484K、N501Y 三個突變的假病毒。

　　隨后，研究人員使用血清樣本對假病毒做中和，發現血清中和活性降低了 1 到 3 倍，而這意味著需要 1 到 3 倍的血清才能中和同樣多的病毒。

　　從志愿者體內分離的單克隆抗體，22/84（26%）的抗體結合至少減少了 5 倍；對 17 個強中和活性的抗體做中和，發現其中 9 個抗體對 E484K 的中和活性至少減少 10 倍， 5 個對 K417N 至少減少 10 倍，4 個對 N501Y 至少減少 10 倍。

圖源：參考文獻 7

　　面對這樣的情況，美國 Fred Hutch 研究所的病毒學家 Trevor Bedford 認為，未來需要密切監測病毒變異的趨勢，并及時更新疫苗。

　　而與輝瑞合作生產 mRNA 疫苗的 BioNTech 也表示，針對英國和南非出現的變異病毒，公司「有能力在 6 周內提供新的疫苗」。

　　除了疫苗，抗體療法的效果也可能會受到病毒突變的影響。

　　一篇于 12 月 1 日發表在預印本 bioRixv 上的論文顯示，研究人員嘗試篩選出對于再生元雙抗聯合療法（REGN10933+REGN10987）和禮來/君實聯合開發的單抗療法（LY-CoV016）不再敏感的突變株。

　　結果顯示，前者篩選出 1 個突變位點 E406W；后者篩選出 3 個突變位點，K417N、N460T、A475V。 而其中 K417N 正是 501.V2 中發現的關鍵突變位點之一。

　　1 月 4 日一篇發表在 bioRixv 的研究顯示，K417N 完全逃逸了 1 類中和抗體：CA1、LyCoV016、CC12.1。 E484K 完全逃逸了 2 類中和抗體（BD23、C119、P2B-2F6）。

圖源：參考文獻 9

　　也就是說，同時擁有 E484K 和 K417N 兩種突變的 501.V2 變體有可能完全逃逸這 3 類中和抗體。

　　致謝：感謝 中國科學院微生物博士 @二手的科學家，中科院上海巴斯德研究所免疫學博士 @最后一次吃糖 ，北海道大學神經科學碩士、盛諾一家高級醫學顧問 莊時利和 對本文做出的貢獻

　　中國科學院微生物博士 @二手的科學家 審核意見：

　　新冠疫苗雖然已經陸續在全球迅速推進接種，但戰勝一場全球性的流行病，遠沒有我們想象地那么容易。如果說僅有一個關鍵位點 N501Y 突變的英國突變株是小試牛刀，具備三個關鍵位點突變的南非突變株便是更上層樓。而現有新冠疫苗對于南非突變株是否還仍舊高效成了大家十分關心的話題。

　　上文中的一個非常重要的參考資料中，研究人員用 20 份接種了 mRNA 疫苗（mRNA-1273 或 BNT162b2）的志愿者血清對新冠假病毒突變株進行中和試驗。結果顯示，血清對 E484K（單突變）、N501Y（單突變）和 K417 : E484K : N501Y（三突變）假病毒突變株中和活性分別下降了 1～3 倍、1.3～2.5（下圖 B）倍和 1.1～3 倍。看到這個數據，也許大家對于現有疫苗的有效性喪失了很大信心。畢竟以上兩個 mRNA 疫苗代表了目前保護效力最高的新冠疫苗品種。

　　但是，真相可能還有轉機。

　　在 2021/01/07 的預印本網站上，輝瑞的團隊同樣用接種了 mRNA 疫苗 BNT162b2 的 20 份志愿者血清對 N501Y 單突變病毒分離株進行了真病毒的中和試驗，結果顯示，BNT162b2 疫苗所誘導的中和血清對于 N501Y 單突變株依舊有效，甚至部分血清中和效價還有所升高（下圖 A）。

　　因此，從以上數據我們至少可以獲得一個信息，即不同的實驗室使用不同來源的血清，用假病毒或真病毒突變株進行中和試驗，可能得到非常不同的結論。我們需要更多、更有說服力的數據來相對準確地回答現有疫苗是否仍舊對南非突變株有效的問題，尤其是用更多的疫苗接種志愿者血清樣本直接針對野生型分離突變株的中和試驗數據。

　　此外，大多數人可能還記得，不管是輝瑞的 BNT162b2 還是 Moderna 的 mRNA-1273 新冠疫苗，此前公布的臨床數據顯示，兩個 mRNA 疫苗誘導的血清中和抗體滴度均可達康復者血清的 3～4 倍。即便是對突變株的中和效力有所減弱，也不太會迅速降低至 WHO 推薦的 50% 保護率以下。

　　因此，針對全球形勢依舊嚴峻的新冠疫情，當務之急依舊是快速擴產和快速推進接種范圍。同時，針對新冠突變株，需要加大研究、跟蹤、檢測以及開始在臨床前做好使用突變抗原進行疫苗更新的準備。

接種疫苗志愿者中和血清對 N501Y 新冠突變株中和滴度對比數據。黑色為 Moderna 疫苗；紅色為輝瑞疫苗（圖源：參考資料 10、11）

　　參考資料：

　　中科院上海巴斯德研究所免疫學博士 @最后一次吃糖 審核意見：

　　目前還未看到評價血清中和能力的金標準，即血清對 N501.V1（英國）、V2（南非）、V3（巴西）真病毒的 PRNT50/80 數據，無法準確評估逃逸能力。

　　但根據現有證據來看有幾點是肯定的：1）N501.V1 的逃逸能力很弱；2）N501.V2 對血清的逃逸能力很強；3）接種 RNA 疫苗的志愿者血清比自然感染患者的血清抵抗毒株突變的能力要強得多；4）即使有毒株逃逸了血清抗體，但記憶 T 細胞仍然是有效的，希望可以盡快大范圍接種疫苗。

　　題圖來源：YouTube 視頻截圖

　　參考資料：

　　[1]Starr TN, Greaney AJ, Bloom JD, et al. Deep Mutational Scanning of SARS-CoV-2 Receptor Binding Domain Reveals Constraints on Folding and ACE2 Binding. Cell. 2020 Sep 3；182(5):1295-1310.e20.

　　[2]Tegally H, Wilkinson E, Giovanetti M, et al. Emergence and rapid spread of a new severe acute respiratory syndrome-related coronavirus 2 (SARS-CoV-2) lineage with multiple spike mutations in South Africa[J]. medRxiv, 2020.

　　[3]Could new COVID variants undermine vaccines? Labs scramble to find out. Nature, 07 January 2021

　　[4]Andreano E, Piccini G, Licastro D, et al. SARS-CoV-2 escape in vitro from a highly neutralizing COVID-19 convalescent plasma[J]. bioRxiv, 2020.