什么是英国突变株？什么是南非突变株？一文带你读懂新冠谱系

引言

2020年12月底，社交媒体上出现了一些爆炸性的标题，包括英国检测到突变株，传播力增强10倍等。那么所谓的英国突变株是否真的存在，具体指的是什么？传播力是不是真的增强了10倍？2021年1月早期，又传出南非突变株爆发的消息，那么南非突变株又指的是什么？它又有什么特点呢？

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是否真的存在英国突变株和南非突变株，它们是什么意思？

英国突变株和南非突变株是一种通俗的叫法，分别指的是近期广泛流行于英国和南非的新型冠状病毒的一个谱系（lineage）里的新冠序列集合的统称。其中，英国突变株谱系被命名为（B.1.1.7），南非突变株谱系被命名为（B.1.351）。

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什么是新冠谱系（SARS-CoV-2 lineages），B.1.1.7和B.1.351代表什么意思？

谱系（lineage）这个词属于遗传学的范畴。谱系，或者称为遗传谱系（genetic lineage），是指将祖先遗传类型(等位基因、单倍型或单倍群)与衍生类型连接起来的一系列突变[1]。

简单讲就是类似家族的谱系，我们日常用血缘关系来定义家族谱系，每个具有血缘关系的为一个谱系。而遗传学用遗传学的特征(等位基因、单倍型或单倍群)来定义遗传学谱系。

所以，新冠谱系指的就是以新冠的遗传学特征定义的谱系。而新冠的遗传学特征主要指的是新冠的突变信息。

而要回答B.1.1.7和B.1.351代表什么意思需要首先了解现行的新冠谱系命名法。

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什么是新冠谱系命名法？

因为被测序的新冠序列越来越多（截止2021年1月12为止，GISAID上已经有了359,132条新冠序列），序列之间的关系也随着序列的增多越来越复杂，导致大家在归纳和描述序列特征的时候十分不方便。所以在2020年7月的时候，由英国爱丁堡大学，剑桥大学，牛津大学以及澳大利亚悉尼大学的科学家一起提议了一个动态的新冠谱系的命名方法，便于大家统一称呼（相关文章发表于Nature Microbiology[2]）。然后这个提议在后来被广泛的接受和应用。

被广泛接受和应用的原因除了因为它是首次提出该想法的原因之外，还因为它也具有明显的实用性。文章提供了几个十分有用的工具，整合在（https://cov-lineages.org/）这个网页上。其中包括对上传的任一新冠序列按他所定的规则分谱系的pangolin（Phylogenetic Assignment of Named Global Outbreak Lineages）。所以后面大家有了新冠序列可以直接用它的工具鉴定一下属于现行的哪个谱系，或者是否属于新的谱系。

具体的命名规则不在此展开来讲，我们只需要了解该命名法主要是根据病毒的突变特征以及病毒传播的地理和人群范围来命名。按照该套命名法则，现今流行的新冠毒株主要分为两群：A群和B群，根据是否具有相同遗传突变或者是否在同一人群传播等原则继续往下分为A.1,A.2,B.1,B.2等，B.1再继续往下分就是B.1.1，每一级和它的上一级具有相同的遗传突变（比如B1.1就是由B.1发展而来的），所以其实英国突变株的谱系B.1.1.7和南非突变株的谱系B.1.351就是这个系统命名法的其中一个谱系而已，指的是在它这个命名框架下被命名的一系列新冠序列的集合。

从命名上可以看出B.1.1.7和B.1.351都是来自于B.1这个祖先谱系。而B.1的谱系被描述为：包括意大利的大规模疫情；它现在代表着欧洲的许多疫情，在欧洲内部传播，并从欧洲传播到世界其他地方。在https://cov-lineages.org/ 这个网页上我们可以查看到每个定义的谱系的具体的描述。

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这两个谱系为啥会被大家广泛关注到？什么是N501Y突变？

因为流行病学家在监控新冠突变谱系的时候发现这两个谱系下的序列在短时间内迅速增加（等于谱系迅速扩大），而且带有一些具有显著生物学意义改变的突变（已被实验验证），因此认为该谱系急需实验室鉴定和更有力的基因组监测。2020年12月14日，英国当局向世卫组织报告了英国称为SARS-CoV-2 VOC 202012/01的新冠突变体。该新冠变种包含23个核苷酸替换，在新冠谱系上称为B.1.1.7。相关报告可见于virological（https://virological.org/）论坛[3]。

这份报告主要内容为，在过去四周的时间里他们检测到了这个B.1.1.7株在英国的流行病例中占比越来越高，而且具有上升的趋势。最主要的是，这个谱系下的病毒株相对于其他谱系下的病毒株带有大量的突变（该谱系相对于临近的谱系有多达17个引起氨基酸改变的突变或缺失，而通常的临近谱系之间只有几个突变的差别），而且很多突变发生在S蛋白上。其中三个突变根据以往的实验验证具有显著的生物学意义，包括：

1	N501Y突变是S蛋白受体结合域(RBD)内6个关键接触残基之一，可以增加与人和鼠ACE2的结合亲和力。（备注：N501Y指的是在S蛋白的蛋白序列的第501位由N天冬酰胺变成了Y酪氨酸）。
2	HV 69-70 deletion的缺失与逃避人类免疫反应相关，也与S蛋白受体结合域(RBD)变化相关。
3	P681H突变紧邻furin裂解位点，是一个具有生物学意义的位点。

所以相当于生物学也印证了该病毒株可能更具有传播力，因此大家应该给予该毒株更加高度的关注。包括变异是否会导致传染性、临床表现和严重程度发生变化，或是否会影响应对措施(包括诊断、治疗和疫苗)等。

根据世界卫生组织在2020年12月31日的报告[4]，初步分析表明，感染该B.1.1.7谱系病毒的病人在疾病严重程度，再感染率方面都没有明显的变化。而对于HV 69-70 deletion缺失突变的分析发现，其的确影响一些靶向S基因的PCR检测试剂盒的检测效率。但是在世界范围内使用的大多数PCR检测试剂使用多个靶标，因此，该突变对诊断的影响预计并不会显著。

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南非突变株（B.1.351 /501Y.V2）具体是什么情况？

2020年12月18日，南非国家当局宣布检测到一种正在南非三省迅速传播的新型SARS-CoV-2。南非将这种变种命名为501Y.V2。这是因为该南非突变株带有N501Y突变，但是与上面所说的英国突变株的N501Y突变又属于不同的系统发育树的枝。所以如果把英国突变株认为是第一个N501Y 突变株的话，他们就是第二个N501Y（501Y.V2）的意思。相关的文章于2020.年12月22日上线于medRxiv[5]。而后续根据前面提到的新冠谱系命名法，把这个南非突变株501Y.V2归类为了B.1.351谱系。

根据文章所述，这个南非突变谱系的主要特征是spike蛋白存在8个谱系定义突变，包括受体结合结构域（RBD）的3个重要残基(K417N、E484K和N501Y)，这些突变可能具有功能意义。

而根据世卫的报告，在11月16日开始的一周内，南非卫生当局的例行测序发现，这种新的SARS-CoV-2变种已基本取代了在东开普省、西开普省和夸祖鲁-纳塔尔省传播的其他SARS-CoV-2病毒。虽然基因组数据强调501.V2变异迅速取代了南非流传的其他谱系，初步研究表明该变异与更高的病毒载量有关，这可能意味着增加了可传播性，这一点以及影响可传播性的其他因素，是进一步调查的对象[3]。

目前，没有明确的证据表明该南非株的变异会增加疾病的严重性。但仍需要进一步调查来了解其对传播、临床严重程度、实验室诊断、治疗学、疫苗或公共卫生预防措施的影响。截至12月30日，来自南非的501Y.V2变种已传播到了四个国家。

总结

1

英国突变株指的是新冠谱系上被命名为B.1.1.7的病毒株，特点为在英国广泛流行，带有S蛋白(HV 69-70 deletion, Y144 deletion, N501Y, A570D, P681H, T716I, S982A, D1118H)突变。

2

南非突变株谱系被命名为B.1.351，或称为501Y.V2突变株，特点为在南非广泛流行，带有S蛋白(L18F, D80A, D215G, R246I, K417N, E484K, N501Y, A701V)突变。

3

这两个突变病毒株从流行病学调查来看传播速度比其他毒株迅速，初步的研究表明致死率没有显著差别，对病毒的检测影响不大。

最后，根据最新了解，2021年1 月11日，巴西当局报道了对亚马逊州（Amazonas）流行株（B.1.1.28）的分析[6]，主要关注了4株从亚马逊旅游回到日本的游客身上分离的毒株，该毒株同时带有E484K和N501Y突变（与南非的B.1.351谱系有相似的突变位点）。不过，文章的最终分析结果表明，在日本旅行者中检测到的新分支B.1.1.28（K417N/E484K/N501Y）并不是从最近在里约热内卢和其他巴西州检测到的分支B.1.1.28（E484K）进化而来，而是在B.1.1.28谱系的进化过程中独立产生的。

参考资料

[1] "The Genographic Project - Human Migration, Population Genetics, Maps, DNA - National Geographic"

[2]Rambaut, A., Holmes, E.C., O’Toole, Á. et al. A dynamic nomenclature proposal for SARS-CoV-2 lineages to assist genomic epidemiology. Nat Microbiol 5, 1403–1407 (2020). https://doi.org/10.1038/s41564-020-0770-5

[3] Topic: Preliminary genomic characterisation of an emergent SARS-CoV-2 lineage in the UK defined by a novel set of spike mutations.

[4] https://www.who.int/csr/don/31-december-2020-sars-cov2-variants/en/

[5] medRxiv 2020.12.21.20248640; doi: https://doi.org/10.1101/2020.12.21.20248640

[6] Topic：Phylogenetic relationship of SARS-CoV-2 sequences from Amazonas with emerging Brazilian variants harboring mutations E484K and N501Y in the Spike protein

作者：祝中一

编辑：赵晓晶

图片来源于网络，侵删

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