多视角解读新型冠状病毒

新型冠状病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）是由严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）引起的疾病，对世界人口产生了破坏性影响，成为自1918年流感大流行以来最严重的全球健康危机。自2020年3月11日被世卫组织宣布为全球大流行以来，该病毒持续威胁着全球人民的健康。经过三年的钻研与实战，全世界科研作者对这一“顽固”病毒有了深入的了解，也不断开发出抗击疫情的有力武器。本期内容，为大家全面介绍新冠病毒及其变异株，疫苗开发进展及未来挑战，以及相关并发症。

01新型冠状病毒简介

SARS-CoV-2利用其表面刺突（S）糖蛋白进入宿主细胞。同源三聚体S可被蛋白水解为两部分，S1亚基负责与细胞表面的血管紧张素转换酶2 (ACE2)结合，S2亚基负责病毒和细胞膜的融合。受体结合结构域(RBD)是S1亚基的c末端结构域，具有免疫优势，因此它是中和抗体的主要靶点。S在融合前状态下，RBD表现出“up”构象，允许RBD与受体结合。然后S1亚基通过在S1和S2边界处的Furin裂解而释放。接下来，细胞跨膜丝氨酸蛋白酶2 (TMPRSS2)通过从融合肽上游切割部分S2亚基来招募病毒引物，导致疏水融合肽暴露并插入宿主细胞膜。

病毒基因组中的适应性突变可以改变病毒的致病潜力。即使是单一的氨基酸交换也会极大地影响病毒逃避免疫系统的能力，使得病毒疫苗和药物开发困难重重。与其他RNA病毒一样，SARS-CoV-2易于进行遗传进化，同时随着突变的发展而适应新的人类宿主，导致出现多种变体，与其祖先菌株相比，这些变体可能具有不同的特征。自大流行开始以来，目前主要有五种变异株被确定为令人担心的变异株（Variants of Concern，VOC）

Alpha (B.1.1.7 lineage)

2020年12月下旬，一种新的SARS-CoV-2变种，即B.1.1.7谱系被确定出现，也称为阿尔法变异株或GRY。B.1.1.7变异株病毒基因组中有17个突变。其中，8个突变（Δ69-70缺失，Δ144缺失，N501Y，A570D，P681H，T716I，S982A，D1118H）位于刺突（S）蛋白中，N501Y显示刺突蛋白对ACE 2受体的亲和力增加，增强了病毒附着并随后进入宿主细胞。据报道，这一变体早在 2020 年 9 月就在英国流传，它的传播性增加了43%至82%，并增加了死亡风险。

Beta (B.1.351 lineage)

 贝塔变异株具有多个尖峰突变，导致 2020 年 10 月在南非纳尔逊曼德拉湾发生第二波 COVID-19 感染。B.1.351变体包括刺突蛋白中的9个突变（L18F，D80A，D215G，R246I，K417N，E484K，N501Y，D614G和A701V），其中三个突变（K417N，E484K和N501Y）位于RBD中并增加了对ACE受体的结合亲和力。这种变异可降低单克隆抗体治疗、恢复期血清和疫苗接种后血清的中和作用。

Gamma (P.1 lineage)

伽马变异株于2020年12月在巴西被发现，并于2021年1月出现在美国。B.1.1.28变体在刺突蛋白中携带10个突变（L18F，T20N，P26S，D138Y，R190S，H655Y，T1027I V1176，K417T，E484K和N501Y）。三个突变（L18F，K417N，E484K）位于RBD中，类似于B.1.351变体。这种变异也可能降低单克隆抗体治疗、恢复期血清和疫苗接种后血清的中和作用。

Delta (B.1.617.2 lineage)

德尔塔变异株最初于2020年12月在印度发现，并导致2021年4月在印度致命的第二波COVID-19感染。在美国，该变种于 2021 年 3 月首次被发现，目前是美国最主要的 SARS-CoV-2 毒株。B.1.617.2变体在刺突蛋白中携带10个突变（T19R，（G142D*），156del，157del，R158G，L452R，T478K，D614G，P681R，D950N）。其特点是传播力更强、病毒载量更高。

Omicron (B.1.1.529 lineage)

奥密克戎变异株于2021年11月23日在南非首次发现。由于病毒刺突蛋白发生了30多次变化，加上在南非观察到的病例数量急剧增加，奥密克戎很快被确认为一种需要关注的变异株。已报道的突变包括包膜中的T91，核衣壳蛋白中的P13L、E31del、R32del、S33del、R203K、G204R，基质中的D3G、Q19E、A63T，刺突蛋白N端结构域的N211del/L212I、Y145del、Y144del、Y143del、G142D、T95I、V70del、H69del、A67V，刺突蛋白受体结合结构域的Y505H、N501Y、Q498R、G496S、Q493R、E484A、T478K、S477N、G446S、N440K、K417N、S375F、S373P、S371L、G339D，刺突蛋白融合肽中的D796Y, L981F、N969K、在刺突蛋白的七肽重复1的Q954H以及在非结构蛋白和刺突蛋白的多个其他突变。初步建模表明，奥密克戎的病毒感染性增加了13倍，传染性是德尔塔变异株的2.8倍。奥密克戎目前成为许多国家的主要需要关注的变异株，并发现了许多亚变异体，例如BA.1、BA.2、BA.3、BA.4和BA.5。

图1 全球SARS-CoV-2毒株的遗传关系及其时间进程

02新冠疫苗的开发及挑战

疫苗是应对大流行的有力工具。截至2022年10月，世卫组织已列出了12种获得许可的紧急使用疫苗(https://extranet.who.int/pqweb/vaccines/vaccinescovid-19-vaccine-eul-issued)。其中包括北京生物制品研究所有限公司和科兴生命科学有限公司的灭活COVID-19疫苗（Vero细胞），以及22年5月获批上市的军科院军事医学研究院陈薇院士团队及康希诺生物联合研发合作研发的重组新型冠状病毒疫苗（5型腺病毒载体）。

图2 重组新型冠状病毒疫苗作用机制图

SARS-CoV-2是一种阳性单链RNA病毒，在已知感染人类的RNA病毒中拥有最大的基因组。RNA病毒的一个显着特征是它们的高突变率。与利用宿主复制机制在复制过程中检测和修复碱基配对错误的DNA病毒不同，RNA病毒使用RNA依赖性RNA聚合酶，缺乏校对能力。变异体中S蛋白的细微结构差异都可能促进病毒免疫逃逸，使得开发基于S的通用疫苗变得困难。其中贝塔和奥密克戎变异株具有明显的免疫逃逸迹象。为对抗SARS-CoV-2变异株潜在免疫逃逸，目前通用疫苗设计主要有以下4种新方案：

异源初免加强方案：与同源疫苗接种相比，混合来自不同平台或不同SARS-CoV-2毒株的疫苗可能会引起更大的细胞和体液免疫反应，并实现对新出现的变异株的更广泛免疫。下表列出了几种已被广泛实施的疫苗异源加强给药方案

表1疫苗异源加强给药方案

Moderna和辉瑞- Biontech生产的除指示病毒外靶向SARS-CoV-2奥密克戎变异株BA.4和BA.5的双价COVID-19 mRNA疫苗(mRNA-1273.222和奥密克戎BA.4/5双价)已被FDA授权作为加强剂紧急使用。与亲代单价疫苗mRNA-1273和BNT162b279相比，加强免疫后的BA.4/5中和滴度分别提高了4倍和2.6倍以上。国药集团和科兴生物科技有限公司的奥密克戎特异性灭活候选疫苗也被批准用于在接受两剂或三剂COVID-19野生型灭活疫苗的成年人中进行临床研究（NCT05374954和NCT05381350）。

表2 变异株靶向加强疫苗

设计嵌合免疫原：将来自不同SARS-CoV-2变异株的关键免疫原组装成单个蛋白质亚基，设计了含有原型-贝塔或德尔塔-奥密克戎RBD二聚体的嵌合抗原候选疫苗。与同型原型二聚体或变异株特异性二聚体相比，两种嵌合蛋白亚单位疫苗对SARS-CoV-2变异株的中和活性范围更广。最近，一种称为Delta RBD-Omicron的嵌合免疫原被构建，其方法是将德尔塔变体RBD插入到奥密克戎刺突骨架的上游(具有Furin切割位点突变)。与奥密克戎Spike mRNA免疫小鼠相比，该免疫原对德尔塔变异株产生的中和抗体滴度显著增加，且与奥密克戎变异株(包括BA.1、BA.2和R346K突变株)相似。

图3 嵌合抗原设计的示意图

构建蛋白质纳米颗粒抗原：嵌合抗原确实提供了针对SARS-CoV-2变异株的交叉反应性保护。然而，一些抗原太小，无法产生强大的免疫应答，因此需要应用新的技术来确保蛋白质亚单位能够被宿主免疫系统捕获和呈递。与单独抗原相比，表面包埋蛋白抗原的纳米颗粒有助于引流到淋巴结，并增加它们被抗原呈递细胞摄取的可能性，从而产生更强的中和反应和更高的交叉反应性抗体保护作用。NVX-CoV2373是一种由三聚体S和Matrix-MTM佐剂组成的重组纳米颗粒疫苗。两剂NVX-CoV2373可引起针对阿尔法和贝塔变异株的免疫应答。已于2021年12月底完成1期临床试验(NCT04784767)。抗原-纳米颗粒构建方面有很多技术突破，其中即插即用平台可同时但独立生产蛋白抗原和纳米颗粒支架，已作为一种通用产品被广泛用于改善蛋白亚单位疫苗生产的低效性。

图4 抗原纳米颗粒的构建

利用保守的中和表位：在分离冠状病毒广泛中和抗体方面取得的进展也为疫苗设计提供了一种创新方法。这些抗体针对刺突中的多个保守中和表位，尤其是S1-RBD和S2区。S2是S同源三聚体的主干区域，在序列和结构方面比S1更保守，这为COVID-19通用疫苗的设计提供了一条新途径。对流感病毒进行的通用疫苗研究已证实，表面糖蛋白血凝素的保守柄区诱导产生的抗体可有效抑制病毒进入。

图5 SARS-CoV-2 S2的中和表位

SARS-CoV-2疫苗已从传统的灭活疫苗升级为基因工程疫苗，包括蛋白质亚单位疫苗、DNA/mRNA疫苗和病毒载体疫苗。它们见证了每一代疫苗的进步，但仍然没有实现战胜COVID-19大流行的目标。继续开发对抗人体多种冠状病毒的疫苗至关重要，通用疫苗开发工作也应扩大到可能构成大流行威胁的其他传染病。

03新冠病毒肺外并发症

除呼吸系统外，许多其他重要器官系统也容易受到SARS-CoV-2感染，导致多种肺外表现和并发症。COVID-19 的全身表现各不相同，但这些并发症在很大程度上由某些共同机制交织在一起，包括直接病毒细胞毒性、免疫紊乱、内皮损伤和血栓炎症，以及 ACE2 相关的 RAS 系统失调。

图6 COVID-19的肺外并发症

心血管并发症：在COVID-19的发展和恶化过程中，心血管系统经常受到累及，特别是在患有高血压、心力衰竭或冠心病等心血管疾病的患者中。一项针对武汉 138 名 COVID-19 住院患者的早期研究表明，7.2% 的 COVID-19 住院患者和 22% 的 ICU 患者观察到心肌损伤。来自中国的一份报告显示，在住院期间，大约12%没有心血管疾病史的患者表现出肌钙蛋白水平升高或心脏骤停。COVID-19 可能使患者易患动脉和静脉血栓形成，COVID-19 危重患者的静脉血栓栓塞风险高达 31-40%。

肾脏并发症：AKI 是 COVID-19 住院患者的常见并发症，发病率为 10% 至 80%。血清肌酐升高和蛋白尿是 COVID-19 伴肾损伤的主要临床特征。一项荟萃分析显示，4963 名 COVID-19 患者中9.6% 的患者血清肌酐升高。

胃肠道并发症：在COVID-19患者中，恶心、呕吐、腹泻和腹痛等胃肠道症状可能先于或伴有肺部症状，发病率为10%至60%，最常见的症状是厌食、腹泻、恶心或呕吐。COVID-19危重患者的胃肠道症状更明显，有胃肠道症状的患者COVID-19检测的阳性结果率高于没有胃肠道症状的患者。

肝胆并发症：临床病例研究表明，肝功能障碍与 COVID-19 患者的死亡风险增加有关。COVID-19患者的肝损伤患病率从14.8%到55%不等。肝功能异常主要表现为丙氨酸氨基转移酶（ALT）、总胆红素（TBIL）和 γ-谷氨酰转肽酶（GGT）水平轻度升高。在重症 COVID-19 患者中，天冬氨酸氨基转移酶（AST）升高可能更早、更频繁且更显著，其水平与死亡率的相关性最强。

神经和精神并发症：COVID-19 的神经系统表现包括中枢神经系统（CNS）相关和周围神经系统（PNS）相关症状，存在于 18.1-82.0% 的患者中。很大一部分患者经历了精神病理学并发症，包括42%的焦虑，31%的抑郁症，28%的创伤后应激障碍，20%的强迫症症状和40%的失眠。在COVID-19大流行期间，一线卫生工作者表现出焦虑、抑郁、失眠的症状。长期隔离会引发某些人的精神障碍，例如抑郁和焦虑。

内分泌和代谢并发症：中国疾病预防控制中心（CDC）的数据库显示，在 20,982 名 COVID-19 患者中，5.3% 患有糖尿病。在患有慢性合并症的COVID-19患者中，2型糖尿病是第二常见的并发症（7.4%）。一项针对 72,314 名 COVID-19 患者的研究报告说，糖尿病患者的死亡率为 7.3%，明显高于非糖尿病患者的死亡率（2.3%）。急性高血糖危象、糖尿病酮症酸中毒和高渗性高血糖症是通常由感染引起的严重急性代谢并发症。大约 15% 的轻度至中度 COVID-19 患者患有甲状腺功能障碍。

此外，少部分患者还会出现眼部并发症（约11.3%），如最常见的结膜炎；皮肤并发症（1.8% - 20.4%），如斑丘疹、荨麻疹、瘀点/紫癜、水疱、冻疮等；男性精子质量下降；嗅觉和味觉功能障碍等。目前针对导致COVID-19发病机制的关键机制，包括病毒进入和复制、细胞因子风暴、淋巴细胞减少和内皮损伤以及血栓炎症，可能是重症COVID-19的有希望的治疗策略。潜在的抗SARS-CoV-2治疗根据作用对象可分为两类，一类作用于宿主细胞或免疫系统，另一类作用于SARS-CoV-2本身。

图7 针对COVID-19的潜在治疗靶点

04新冠药物治疗策略

目前对 COVID-19 的治疗选择主要分为两类：抗病毒药物和免疫调节剂。在抗病毒药物方面，瑞德西韦控制病毒载量的能力已获得充分认可，并被FDA批准用于治疗COVID-19伴有氧气供应不足的肺炎患者。它是一种广谱腺苷核苷酸类似物和磷酰胺前药，可以靶向包括冠状病毒在内的多种病毒。根据最近的一份报告，三磷酸瑞德西韦是瑞德西韦的活性形式，类似于冠状病毒的RNA。因此，它很容易整合到新生的病毒RNA链中，导致病毒基因组复制停止。另一项研究表明，瑞德西韦联合巴瑞替尼在缩短COVID-19肺炎住院患者的恢复时间方面效果更好。巴瑞替尼是一种JAK-STAT信号抑制剂，通过抑制网格蛋白介导的内吞作用并控制细胞因子水平的升高而具有抗病毒和抗炎作用。

最近，两种类风湿关节炎治疗药托珠单抗和Sarilumab已被FDA批准为SARS-CoV-2的免疫治疗药物，用于治疗严重COVID-19感染导致的细胞因子风暴。这些单克隆抗体通过拮抗膜结合和可溶性IL-6受体起作用，从而阻断诱导细胞因子释放的下游信号转导。此外，REMAP-CAP临床试验表明，当在进入重ICU后24 h内给予托珠单抗和Sarilumab时，COVID-19住院患者的生存率提高了28%，死亡率降低了22.2%。根据NHS指南，这两种药物都被提倡用于治疗ICU中的COVID-19住院患者。Casirivimab与Imdevimab形成独特的单克隆抗体混合物，命名为REGEN- COV^TM。这些抗体以非竞争性方式与SARS-CoV-2刺突蛋白结合，因此有助于靶向新的突变型SARS-CoV-2变异株，并降低其免疫逃逸的概率。3期试验的结果表明，REGEN- COV^TM使非住院COVID-19患者的住院或死亡减少了70%。FDA批准其用于治疗成人和儿童COVID-19患者。

图8 目前正在研究的用于 COVID-19 治疗的不同药物

  对于轻症新冠检测阳性患者，我国多位药学、临床、中医专家，参考新一轮疫情用药实际，论证了《新冠病毒感染者用药目录（第一版）》推荐给社会公众。此版用药目录按照中西药分开的原则，是对国家第九版诊疗方案中推荐用药的完善和补充，针对发热、咽痛等6类中医诊断症状推荐67个中药品种；针对咳嗽、咳痰等4类临床症状推荐41个西药品种。

小结

疫情迎来全面开放，这是全球科研工作者和医药卫生工作人员不懈努力的结果。但我们要克服的难关还有很多，抗击疫情的形势依然严峻。期待疫苗和靶向药物开发能尽快取得优异的成果！

参考文献：

1.Aleem A, Akbar Samad AB, Slenker AK. Emerging Variants of SARS-CoV-2 And Novel Therapeutics Against Coronavirus (COVID-19). In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; October 10, 2022.

2.Zhao F, Zai X, Zhang Z, Xu J, Chen W. Challenges and developments in universal vaccine design against SARS-CoV-2 variants. NPJ Vaccines. 2022;7(1):167. Published 2022 Dec 19. doi:10.1038/s41541-022-00597-4

3.Fan Y, Li X, Zhang L, Wan S, Zhang L, Zhou F. SARS-CoV-2 Omicron variant: recent progress and future perspectives. Signal Transduct Target Ther. 2022;7(1):141. Published 2022 Apr 28. doi:10.1038/s41392-022-00997-x

4.Ning Q, Wu D, Wang X, et al. The mechanism underlying extrapulmonary complications of the coronavirus disease 2019 and its therapeutic implication. Signal Transduct Target Ther. 2022;7(1):57. Published 2022 Feb 23. doi:10.1038/s41392-022-00907-1

5.Fernandes Q, Inchakalody VP, Merhi M, Mestiri S, Taib N, Moustafa Abo El-Ella D, Bedhiafi T, Raza A, Al-Zaidan L, Mohsen MO, Yousuf Al-Nesf MA, Hssain AA, Yassine HM, Bachmann MF, Uddin S, Dermime S. Emerging COVID-19 variants and their impact on SARS-CoV-2 diagnosis, therapeutics and vaccines. Ann Med. 2022 Dec;54(1):524-540. doi: 10.1080/07853890.2022.2031274. PMID: 35132910; PMCID: PMC8843115.

6.Borio LL, Bright RA, Emanuel EJ. A National Strategy for COVID-19 Medical Countermeasures: Vaccines and Therapeutics. JAMA. 2022 Jan 18;327(3):215-216. doi: 10.1001/jama.2021.24165. PMID: 34989782.

7.人民日报官方微博

作者：一颗草莓

编辑人：💧Transparent

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