29% 新冠病毒樣本出現 D614G 變異，世衛組織稱「不是新的變異，已在歐美傳播」，意味著什麼？

央視新聞報道，當地時間3日，針對有實驗室研究發現新冠病毒D614G變異可能導致病毒加速複製和加強其傳播性，世衛組織官員表示：研究顯示29%的新冠病毒樣本都出現了該變異；這不是新的變異，帶有該變異的病毒已在歐洲及美洲傳播；但目前並無證據顯示其會導致更嚴重的病情。

北京最近流行的就是這個病毒株D614G。

下圖是北京此次上傳的新冠病毒序列變異性性，紅框圏出的地方，恰好就是D614G。

（北京上傳的此次新冠序列中的變異，紅框標示為D614G）

————不是新變異，但是也不老，而且傳播更快——————

這個變異的確不是新變異，因為這個變異最早應該是在2月份（Feb 16）出現的。但是傳播速度非常快。

看一下下圖是流行病學統計，這個病毒株在短短一個月內就迅速攀升[1]。

（G614在全球的規模迅速擴大）

在2月之前的時候，全世界流行的病毒株主要是D614（橙色），但是從2月起，新的突變株G614（藍色）開始快速增加，並且迅速成為了佔世界主流的病毒株，這一情況在全世界各地都在上演。以至於到了4月的時候，全球的主要流行病毒株一半以上是G614病毒株了。

一個病毒株快速擴散，有兩種可能

1，建立者效應

病毒去征服一個新領地了，新感染人羣的病毒類型主要受出現在該地的病毒株影響，也就是生物學上的建立者效應（奠基者效應）

2，新病毒株感染能力強

還有一種可能，就是一個感染力強的病毒株和感染力弱的病毒株同時出現，那麼感染力強的病毒株會迅速擴散壓過感染力弱的病毒株。

其實，這個通俗的可以視為大家熟悉的R0，R0越大，擴散越強。

但是我們覺得從流行病學上，可以排除1，因為這個病毒在多個地方都呈現了後來居上的趨勢。

事實上，無論是歐美還是亞非，都是類似的趨勢，就是這個新的病毒株比例會迅速增加，那麼，這就不是單純的建立者效應了。

因為在很多國家，D614和G614是同時存在的，此消彼長，那基本上可以認為不是建立者效應的影響了（或者存在，但是相對較小）。

————多個實驗室證實D614G的確具有更強的感染力————

事實上，多個獨立實驗室都佐證了這個新的病毒株，的確具有更強的感染力

1，G614感染力比D614高出9倍以上。

來自佛羅裏達州Scripps Research Institute的研究人員用新冠病毒關鍵蛋白S蛋白構建了D614和G614的偽病毒並用來感染人腎上皮細胞系293T，然後檢測感染後細胞中的熒光變化，發現變異後的G614感染細胞能力明顯提高，如下圖中的所示，G614感染細胞能力要高出D614一個數量級[2]。

2,G614感染肺細胞、肝臟細胞和結腸細胞能力更強

來自紐約基因組研究中心Neville E. Sanjana團隊採取類似的策略構建了包含D614G在內的新冠S蛋白偽病毒，然後用其來感染三種人體細胞，分別是肺細胞（A549）、肝臟細胞（Huh7.5）和結腸細胞（Caco-2），然後用流式細胞計數來檢測感染後的熒光強度[4]。

結果發現D614G變異在三種細胞系中均提高了偽病毒感染細胞的能力，起提升比例高達2.4-7.7倍，尤其是在肝臟細胞中，這種變異後感染能力提升最為明顯。

不僅僅是細胞研究層面，事實上，在現實羣體檢測中，也觀察到了類似的情況，G614患者體內的病毒量要高於D614患者體內的病毒[1]。

（說明，上圖是檢測的循環要求，越低表明病毒載量越高，可以看到G614患者病毒載量更高）。

上述研究都佐證了一個事實：D614G屬於感染性更強的病毒株。

——————新病毒株感染力更強，可能是因為變異改變了結構——————

當然，進一步深入探討，那麼就要回歸到結構上了。

G614之所以傳染性這麼強大，跟這個變異有很大關係。D614G發生在新冠病毒的S蛋白區域。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」的來源。這些凸起對於新冠病毒本身至關重要，它可以和我們細胞上的ACE2受體進行結合，使得我們的細胞將其當做正常物質而吞入，於是就發生了感染。因此，S蛋白對於新冠病毒來說就是一把開啟細胞的鑰匙。而這個D614G的變異，恰好造成了S蛋白結構發生了一些變化。

如上圖所示，D614G導致了病毒核心S蛋白的構象發生了改變。原本和相鄰的T859之間的氫鍵作用力發生了改變，而這種改變會引發病毒感染性的改變，這一點在上文中已經證實了。

所以，最後結論就是，這個病毒大概在2/3月份出現，並迅速取得了傳播優勢。而實驗和流行病學證實該病毒的傳播性增強，其原因在於該變異導致了病毒核心蛋白S蛋白的結構變異。

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其實已經討論了很長一段時間了，兩個月前我在 @騰訊醫典有寫過相關的文章。

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4月30日，預印本網站BioRxiv上傳了一篇來自美國洛斯·阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National Laboratory，LANL）的研究論文，這篇論文叫做「Spike mutation pipeline reveals the emergence of a more transmissible form of SARS-CoV-2」。

科研人員通過對GISAID資料庫的4535個新冠病毒核酸序列的分析，發現由於刺突蛋白突變，一種更具傳染性的新冠病毒毒株（G614 ）在2月初開始在歐洲傳播並且迅速蔓延，目前已經成為全球最主要的毒株。

一

上面這段話有一些專業名詞，可能聽著比較拗口。為了更好地理解全文，我給大家先簡單解釋一下。

-GISAID：全稱是「全球共享流感數據倡議組織」，總部位於德國慕尼黑，數據來源於全球14000名研究人員和1500個機構的共享，是目前全球最大的流感及新型冠狀病毒數據平臺。

在新冠疫情期間，全球各地的科研人員做完病毒的基因組測序，便將數據上傳至GISAID，這樣通過大數據分析，我們就知道哪種毒株正在哪個區域流行。

-刺突蛋白：病毒有其特定的入侵物種，就像一把鑰匙配一把鎖一樣（當然也有萬能鑰匙可以開很多把鎖）。新冠病毒和SARS病毒同屬冠狀病毒，兩者都是利用它們身上的刺突蛋白（Skike protein）與宿主細胞的受體ACE2蛋白連接，從而侵入宿主。而刺突蛋白上的變異，可能會顯著影響刺突蛋白與宿主細胞的連接，引起病毒傳播力的變化。

新冠病毒結構，外面那些粉紅色的凸起就是刺突蛋白

例如之前德州大學奧斯汀分校的研究表明，新冠病毒的刺突蛋白和ACE2的KD（解離常數，數值越小親和力越大）是14.7nM，而SARS病毒的則是325.8nM，這也在一定程度上解釋了為何新冠病毒的傳染性比SARS更高。

-D614G：新冠病毒是一種RNA病毒，而RNA病毒的基因組極易出現突變。由於一個鹼基突變，原來614號位點編碼天冬氨酸（Asparagine，單字母縮寫D）的基因突變成編碼甘氨酸（Glycine，單字母縮寫G）了，這種突變就簡寫為D614G，咱們把原來的毒株成為D614（最早在武漢分離出來），把突變後的毒株成為G614（或者D614G）。

另外大家需要知道的一點是，並非所有的突變都有生理學意義，只有極少部分突變可能會顯著影響病毒的傳播力和致病力。

二

那麼，從LANL的這篇文章中，我們能獲得的信息有哪些？

首先，G614毒株最早是在今年三月份被發現並上傳至GISAID，這比實際出現大約延遲2周左右，在最初上傳時，這個毒株只出現了7次。

實際上，各地都有不同的毒株出現。然而後續的跟蹤研究發現，研究人員發現G614在三月份時以驚人的速度增長並蔓延至全球。

例如在中國發現H49Y毒株，美國華盛頓發現G476S毒株，冰島發現A831V毒株，但唯獨有G614毒株是全球大面積流行的。在3月1日之前，G614基本集中在歐洲，其他地區所佔的比例不大，但是越到後來，G614擴散至全球，比例越來越大。

注意看上面這張圖，原始的D614（黃色）逐漸被後來的G614（藍色）代替，也就是說G614逐漸成為後來許多國家的主要流行株。

這是這一病毒株的規模。我們再看看它的毒力。

大家通過上面的數據也能猜到，它的傳播能力肯定是高於普通新冠毒株。實際上的確如此，科研人員發現，原來的毒株D614的側鏈可能與相鄰原聚體的T859形成氫鍵，使得S1和S2亞基相連；而G614的突變則會降低S1和S2的作用，使得病毒更易與受體細胞發生融合，增加其傳染性。在覈酸檢測當中，G614顯示出了比D614更高的病毒載量。

這一點，和之前李蘭娟團隊發表的研究有吻合之處，李蘭娟團隊的研究發現，不同變異病毒株感染Vero-E6細胞，病毒載量差異可高達270倍。