29% 新冠病毒样本出现 D614G 变异，世卫组织称「不是新的变异，已在欧美传播」，意味著什么？

央视新闻报道，当地时间3日，针对有实验室研究发现新冠病毒D614G变异可能导致病毒加速复制和加强其传播性，世卫组织官员表示：研究显示29%的新冠病毒样本都出现了该变异；这不是新的变异，带有该变异的病毒已在欧洲及美洲传播；但目前并无证据显示其会导致更严重的病情。

北京最近流行的就是这个病毒株D614G。

下图是北京此次上传的新冠病毒序列变异性性，红框圏出的地方，恰好就是D614G。

（北京上传的此次新冠序列中的变异，红框标示为D614G）

————不是新变异，但是也不老，而且传播更快——————

这个变异的确不是新变异，因为这个变异最早应该是在2月份（Feb 16）出现的。但是传播速度非常快。

看一下下图是流行病学统计，这个病毒株在短短一个月内就迅速攀升[1]。

（G614在全球的规模迅速扩大）

在2月之前的时候，全世界流行的病毒株主要是D614（橙色），但是从2月起，新的突变株G614（蓝色）开始快速增加，并且迅速成为了占世界主流的病毒株，这一情况在全世界各地都在上演。以至于到了4月的时候，全球的主要流行病毒株一半以上是G614病毒株了。

一个病毒株快速扩散，有两种可能

1，建立者效应

病毒去征服一个新领地了，新感染人群的病毒类型主要受出现在该地的病毒株影响，也就是生物学上的建立者效应（奠基者效应）

2，新病毒株感染能力强

还有一种可能，就是一个感染力强的病毒株和感染力弱的病毒株同时出现，那么感染力强的病毒株会迅速扩散压过感染力弱的病毒株。

其实，这个通俗的可以视为大家熟悉的R0，R0越大，扩散越强。

但是我们觉得从流行病学上，可以排除1，因为这个病毒在多个地方都呈现了后来居上的趋势。

事实上，无论是欧美还是亚非，都是类似的趋势，就是这个新的病毒株比例会迅速增加，那么，这就不是单纯的建立者效应了。

因为在很多国家，D614和G614是同时存在的，此消彼长，那基本上可以认为不是建立者效应的影响了（或者存在，但是相对较小）。

————多个实验室证实D614G的确具有更强的感染力————

事实上，多个独立实验室都佐证了这个新的病毒株，的确具有更强的感染力

1，G614感染力比D614高出9倍以上。

来自佛罗里达州Scripps Research Institute的研究人员用新冠病毒关键蛋白S蛋白构建了D614和G614的伪病毒并用来感染人肾上皮细胞系293T，然后检测感染后细胞中的荧光变化，发现变异后的G614感染细胞能力明显提高，如下图中的所示，G614感染细胞能力要高出D614一个数量级[2]。

2,G614感染肺细胞、肝脏细胞和结肠细胞能力更强

来自纽约基因组研究中心Neville E. Sanjana团队采取类似的策略构建了包含D614G在内的新冠S蛋白伪病毒，然后用其来感染三种人体细胞，分别是肺细胞（A549）、肝脏细胞（Huh7.5）和结肠细胞（Caco-2），然后用流式细胞计数来检测感染后的荧光强度[4]。

结果发现D614G变异在三种细胞系中均提高了伪病毒感染细胞的能力，起提升比例高达2.4-7.7倍，尤其是在肝脏细胞中，这种变异后感染能力提升最为明显。

不仅仅是细胞研究层面，事实上，在现实群体检测中，也观察到了类似的情况，G614患者体内的病毒量要高于D614患者体内的病毒[1]。

（说明，上图是检测的循环要求，越低表明病毒载量越高，可以看到G614患者病毒载量更高）。

上述研究都佐证了一个事实：D614G属于感染性更强的病毒株。

——————新病毒株感染力更强，可能是因为变异改变了结构——————

当然，进一步深入探讨，那么就要回归到结构上了。

G614之所以传染性这么强大，跟这个变异有很大关系。D614G发生在新冠病毒的S蛋白区域。也就是新冠病毒表面那些凸起的地方，也是新冠病毒命名中的「冠」的来源。这些凸起对于新冠病毒本身至关重要，它可以和我们细胞上的ACE2受体进行结合，使得我们的细胞将其当做正常物质而吞入，于是就发生了感染。因此，S蛋白对于新冠病毒来说就是一把开启细胞的钥匙。而这个D614G的变异，恰好造成了S蛋白结构发生了一些变化。

如上图所示，D614G导致了病毒核心S蛋白的构象发生了改变。原本和相邻的T859之间的氢键作用力发生了改变，而这种改变会引发病毒感染性的改变，这一点在上文中已经证实了。

所以，最后结论就是，这个病毒大概在2/3月份出现，并迅速取得了传播优势。而实验和流行病学证实该病毒的传播性增强，其原因在于该变异导致了病毒核心蛋白S蛋白的结构变异。

1 Spike mutation pipeline reveals the emergence of a more transmissible form of SARS-CoV-2

2 Lizhou Zhang et.al,The D614G mutation in the SARS-CoV-2 spike protein reduces S1 shedding and increases infectivity

3 Zharko Daniloski et.al,The D614G mutation in SARS-CoV-2 Spike increases transduction of multiple human cell types

D614G其实已经讨论了很长一段时间了，两个月前我在 @腾讯医典有写过相关的文章。

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4月30日，预印本网站BioRxiv上传了一篇来自美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory，LANL）的研究论文，这篇论文叫做「Spike mutation pipeline reveals the emergence of a more transmissible form of SARS-CoV-2」。

科研人员通过对GISAID资料库的4535个新冠病毒核酸序列的分析，发现由于刺突蛋白突变，一种更具传染性的新冠病毒毒株（G614 ）在2月初开始在欧洲传播并且迅速蔓延，目前已经成为全球最主要的毒株。

一

上面这段话有一些专业名词，可能听著比较拗口。为了更好地理解全文，我给大家先简单解释一下。

-GISAID：全称是「全球共享流感数据倡议组织」，总部位于德国慕尼黑，数据来源于全球14000名研究人员和1500个机构的共享，是目前全球最大的流感及新型冠状病毒数据平台。

在新冠疫情期间，全球各地的科研人员做完病毒的基因组测序，便将数据上传至GISAID，这样通过大数据分析，我们就知道哪种毒株正在哪个区域流行。

-刺突蛋白：病毒有其特定的入侵物种，就像一把钥匙配一把锁一样（当然也有万能钥匙可以开很多把锁）。新冠病毒和SARS病毒同属冠状病毒，两者都是利用它们身上的刺突蛋白（Skike protein）与宿主细胞的受体ACE2蛋白连接，从而侵入宿主。而刺突蛋白上的变异，可能会显著影响刺突蛋白与宿主细胞的连接，引起病毒传播力的变化。

新冠病毒结构，外面那些粉红色的凸起就是刺突蛋白

例如之前德州大学奥斯汀分校的研究表明，新冠病毒的刺突蛋白和ACE2的KD（解离常数，数值越小亲和力越大）是14.7nM，而SARS病毒的则是325.8nM，这也在一定程度上解释了为何新冠病毒的传染性比SARS更高。

-D614G：新冠病毒是一种RNA病毒，而RNA病毒的基因组极易出现突变。由于一个碱基突变，原来614号位点编码天冬氨酸（Asparagine，单字母缩写D）的基因突变成编码甘氨酸（Glycine，单字母缩写G）了，这种突变就简写为D614G，咱们把原来的毒株成为D614（最早在武汉分离出来），把突变后的毒株成为G614（或者D614G）。

另外大家需要知道的一点是，并非所有的突变都有生理学意义，只有极少部分突变可能会显著影响病毒的传播力和致病力。

二

那么，从LANL的这篇文章中，我们能获得的信息有哪些？

首先，G614毒株最早是在今年三月份被发现并上传至GISAID，这比实际出现大约延迟2周左右，在最初上传时，这个毒株只出现了7次。

实际上，各地都有不同的毒株出现。然而后续的跟踪研究发现，研究人员发现G614在三月份时以惊人的速度增长并蔓延至全球。

例如在中国发现H49Y毒株，美国华盛顿发现G476S毒株，冰岛发现A831V毒株，但唯独有G614毒株是全球大面积流行的。在3月1日之前，G614基本集中在欧洲，其他地区所占的比例不大，但是越到后来，G614扩散至全球，比例越来越大。

注意看上面这张图，原始的D614（黄色）逐渐被后来的G614（蓝色）代替，也就是说G614逐渐成为后来许多国家的主要流行株。

这是这一病毒株的规模。我们再看看它的毒力。

大家通过上面的数据也能猜到，它的传播能力肯定是高于普通新冠毒株。实际上的确如此，科研人员发现，原来的毒株D614的侧链可能与相邻原聚体的T859形成氢键，使得S1和S2亚基相连；而G614的突变则会降低S1和S2的作用，使得病毒更易与受体细胞发生融合，增加其传染性。在核酸检测当中，G614显示出了比D614更高的病毒载量。

这一点，和之前李兰娟团队发表的研究有吻合之处，李兰娟团队的研究发现，不同变异病毒株感染Vero-E6细胞，病毒载量差异可高达270倍。