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進入4月以來,新冠病毒所引發(fā)的疫情在印度大規(guī)模蔓延。世界衛(wèi)生組織(WHO)在分析印度疫情時指出兩個重要原因,一是沒有執(zhí)行有效的隔離措施,二是新冠病毒發(fā)生變異。
所有微生物在適應環(huán)境的過程中都會發(fā)生變化,導致人們生病的病原體,如病毒和細菌的變異更是頻繁而迅速。新冠病毒就是一種變異較快的病毒。現(xiàn)在究竟有多少種新冠病毒變異體,沒有也不可能有確切的數(shù)字,研究人員估計有數(shù)千種。
研究人員認為,新冠病毒的雙重變異是導致現(xiàn)在印度疫情惡化和大規(guī)模蔓延的重要原因之一。在新冠病毒的棘突蛋白(S蛋白)上,在印度發(fā)現(xiàn)的冠狀病毒變體B.1.617呈現(xiàn)出兩種基因突變:E484Q和L452R。E484Q與E484K相似,后者此前已在英國、南非和巴西的病毒變體中出現(xiàn);L452R則在美國加利福尼亞變體中出現(xiàn)。
這兩種突變首次同時出現(xiàn)在印度,被稱為印度雙重變異病毒。雙重變異病毒是否比其他變異病毒有雙倍的傳染性或危險性,需要未來更多的研究以及該種病毒致病的臨床癥狀、死亡率等數(shù)據(jù)來證明,但是現(xiàn)在初步的認知是,這種雙重變異病毒株可能有更強的免疫逃逸能力,因此可能更容易傳染人。而且,即使是接種過疫苗者,或已康復的染疫者,也可能再度被快速感染。
不過,基因組數(shù)據(jù)提供的流行趨勢表明,B.1.617的傳播性和英國的B.1.1.7突變株相當,但高于南非的B.1.351突變株。B.1.1.7是2020年12月至2021年1月在英國首先發(fā)現(xiàn)的新冠病毒變異毒株,其棘突蛋白(S蛋白)與人類細胞上ACE2受體的親和力提高了1000倍。WHO通報,B.1.1.7毒株更易在人際之間傳播,傳染性增加40%~70%,傳播指數(shù)達到1.5~1.7,比原來的新冠病毒1.1的傳播指數(shù)高了0.4~0.6。傳播指數(shù)的提高意味著病毒感染的人數(shù)將增多。而且,B.1.1.7突變株感染者具有顯著增高的病毒載量,病毒載量增高也與死亡率增高有關。但是,B.1.1.7毒株的毒性并未增強。
根據(jù)新冠病毒變異對疫情發(fā)展影響的輕重,可以把變異病毒分為三類:關心變體(VOI)、關注變體(VOC)和嚴重后果變體(VOHC)。
關心變體指的是,病毒對疫情的影響只是具有可能性,包括:帶有的特定遺傳標記的變體與受體結合可能發(fā)生變化,既往感染或免疫接種所產(chǎn)生的抗體中和作用可能降低,治療方法效力也可能降低,病毒與疾病的潛在影響、傳播性或疾病嚴重程度增加或許有關。表現(xiàn)為幾種特點,一是特定遺傳標記可能影響傳播、診斷、治療方法或免疫逃逸,二是有證據(jù)表明這是病例或獨特暴發(fā)人群增加的原因,三是在本國和其他國家流行或擴張有限。
關注變體指的是,病毒有初步變化,而且有證據(jù)表明病毒變體傳播性增加,病癥更嚴重,如住院或死亡人數(shù)增加,先前感染或疫苗接種過程中產(chǎn)生的抗體中和作用顯著降低,治療及疫苗的有效性降低或診斷性檢測失效。
嚴重后果變體指的是,有證據(jù)清楚表明這類病毒會導致現(xiàn)有對疾病的預防措施或醫(yī)療應對策略嚴重失效或效果降低,表現(xiàn)為診斷失效,疫苗有效性嚴重降低,出現(xiàn)接種疫苗后也大量染病的病例,或疫苗對重病程度的保護非常低,多種應急使用授權(EUA)或批準療法的效果嚴重降低,有更多嚴重臨床癥狀出現(xiàn)而且住院治療增加。
對于新冠病毒關心變體,目前只需留意即可,而嚴重后果變體目前尚未出現(xiàn),因此現(xiàn)在需要重點監(jiān)控的是關注變體。之前,WHO只將2020年12月在英國發(fā)現(xiàn)的B.1.1.7變異株、2020年12月在南非發(fā)現(xiàn)的B.1.351變異株和2021年1月在巴西發(fā)現(xiàn)的P.1變異株劃歸為關注變體。5月10日,WHO宣布,將印度的雙重變異株B.1.617劃歸為關注變體,因為一些初步數(shù)據(jù)顯示它更易傳播。目前,全球關注的需要重點監(jiān)控的新冠病毒變體有4個。
迄今,經(jīng)過批準上市的疫苗接種后產(chǎn)生的抗體都會識別這些變種,因此疫苗對所有新冠變異病毒中的關注病毒都有效果。英國的一項研究表明,接種疫苗能減少2/3感染風險,即便在接種疫苗后仍然染疫者,其病程嚴重的概率也能降低2/3,而且感染者的傳染性也較低。不過,美國埃默里大學研究人員最新發(fā)現(xiàn),莫德拉的mRNA-1273疫苗和輝瑞/生物科技的BNT162b2疫苗(也是mRNA疫苗)對B.1.1.7變異株的中和效力有較大下降,不過所有疫苗接種者血清中的抗體仍然對B.1.617有顯著中和活性,說明目前的疫苗對B.1.617變體仍然有效。
病毒變異是適應環(huán)境和生存的需要。這不僅是一個概括性總結,而且其中一些理論和假說已經(jīng)得到基礎科學研究和臨床醫(yī)學的證明。
首先,病毒與人或其他生物體是一種相生相克的關系,但主要是相克。為了應對人體和其他生物體(統(tǒng)稱為寄主)內免疫系統(tǒng)的圍追堵殺,以便在寄主體內長期生存,病毒必然會以變異的方式來躲避寄主免疫系統(tǒng)的識別和追殺。這方面最典型的病毒是艾滋病病毒(HIV),由于其變異極為迅速和多樣,迄今人類尚未研發(fā)出針對艾滋病的疫苗。
其次,同樣是出于生存的目的,各種微生物為了爭奪寄主體內的生存空間,也要相互爭斗甚至廝殺,因此逼迫病毒變異得更強大,一方面是可以戰(zhàn)勝寄主體內其他的微生物并占領更多地盤,一方面也是為了應對寄主強大的免疫系統(tǒng)的攻擊。
還有一種情況是,寄主本身是一種微生物交流信息和基因成分的平臺。甲型流感病毒之所以既能感染禽類、豬,也能感染人,是因為一些病毒可以在不同的禽類以及豬、人體上進行基因交換,從而既能感染動物,又能感染人。而且,流感病毒的血凝素(H)有16個亞型,神經(jīng)氨酸酶(N)有9個亞型,這些抗原能相互交換,形成幾十種甚至上百種組合,成為新型的流感病毒,既增強毒性和感染力,也能感染人和不同的動物。
病毒變異的另一種情況是由病毒的結構決定的。一般而言,DNA病毒不太容易變異,因為DNA是雙鏈結構,即使復制過程中某一條鏈出現(xiàn)錯誤,還可以通過另一條鏈糾正異常,因而突變率相對較低,這類病毒有皰疹病毒、乙肝病毒等。相對而言,RNA病毒容易產(chǎn)生變異,因為它們是單鏈病毒,在復制過程中如果出錯,沒有另一條鏈來糾錯,因此變異率相對較高,這類病毒包括新冠病毒、冠狀病毒、流感病毒、丙肝病毒等。
病毒變異在很多情況下會導致其致病力、傳染力和毒性增強,因此會影響疫情的發(fā)展,就像現(xiàn)在的新冠病毒變異一樣,會導致診斷、治療的因難,可能降低疫苗、藥物的效力。但是,病毒變異也會遵循一個基本原則,即不能變得毒性太強。如果太強,會迅速殺死寄主,它們也會跟著滅亡。所以,當今變異較多的病毒成為高毒性的較少,而變異性不強的則有很高的毒性,如埃博拉病毒,致死性很強。
新冠病毒屬于低毒性病毒,盡管其變異性強,但迄今發(fā)現(xiàn)的毒性并不強,這也可能是其生存策略所決定的,它們與流感病毒差不多,因而可以以流感病毒為例加以說明。
1918年大流感是1918年1月至1920年12月暴發(fā)的異常致命的流感大流行,當時世界人口約1/4(5億人)感染,造成2000萬~5000萬人死亡,是人類歷史上致死人數(shù)最多的流行病之一,僅次于黑死病。
一般流感暴發(fā)通常導致老人、幼兒或是免疫功能低下的患者死亡,但1918年大流感死亡最多的人群是青壯年。后來的研究表明,首先是流感病毒的變異導致了1918年大流感的高感染率。一種假說認為,通過對1918年大流感病毒的基因序列分析,發(fā)現(xiàn)其與2005年在亞洲發(fā)生的H5N1病毒相似。另一種假說則認為,當時的病毒來自于一種人類H1病毒和一種禽類病毒的重配。
造成1918年大流感的病毒,盡管有病毒基因重組和變異,但是其毒性并不強,只是感染性增強了,感染率高達50%。流感病毒感染后的一種特殊情況是產(chǎn)生了細胞因子風暴,導致自體免疫系統(tǒng)過度反應,因此免疫力強的青壯年反而容易引起強烈的免疫反應而死亡。
新冠病毒與流感病毒有較大的相似性,屬于低毒性病毒,新冠病毒導致的死亡率約2.1%,流感的死亡率更低,約0.1%。但是,冠狀病毒也有少數(shù)是高毒性。如2003年導致嚴重急性呼吸道綜合征(SARS)的冠狀病毒被視為高毒性,導致的病死率為7%~15%,也被視為快速殺死宿主的高毒性病毒會很快失去傳染鏈的一個例子。
但是,未來新冠病毒如何變化,難以預料,只能加以嚴密監(jiān)控。即便是變異后的低毒性新冠病毒,也有可能引發(fā)細胞因子風暴而導致較多的死亡。不過,由于認識到這種情況,現(xiàn)在新冠病毒導致的死亡率已經(jīng)大幅下降。
新冠肺炎的主要死亡病因依次是呼吸衰竭、感染性休克、心力衰竭、出血和腎功能衰竭。細胞因子風暴與新冠肺炎的嚴重程度和死亡率相關。
細胞因子是一組低分子量細胞外信號蛋白,由各種免疫細胞,包括巨噬細胞、淋巴細胞、肥大細胞以及其他類型細胞,如內皮細胞等分泌產(chǎn)生。人體內有多種細胞因子,包括白介素、干擾素、淋巴因子、趨化因子和腫瘤壞死因子等。
在新冠病毒感染肺部和其他部位時,多種細胞因子會刺激人體的免疫系統(tǒng)來消滅病原體,如大量的抗體和殺傷T細胞來攻擊病毒,同時清除受損細胞,修復損傷的組織,這種情況也產(chǎn)生了嚴重炎癥并可能失控,然后導致感染性休克、多器官損傷,甚至最終導致器官衰竭并死亡。很多新冠肺炎病人就是死于細胞因子風暴導致的呼吸衰竭、感染性休克、心力衰竭。
現(xiàn)在,尚無針對新冠肺炎的特效藥,但首先可以選擇抗病毒藥物,如法匹那韋、利巴韋林等廣譜抗病毒藥,還有抗流感病毒藥物,如硝唑尼特等。
對于細胞因子風暴也無特異性治療手段。直接降低細胞因子風暴最常用、最有效的藥物仍是糖皮質激素,它也是最常用的免疫調節(jié)藥,但是,WHO針對新冠肺炎的臨床管理指南(2020年1月28日發(fā)布)建議不要使用皮質類固醇,除非另有說明。不過,現(xiàn)在也有一些針對細胞因子風暴中某種特異細胞因子的靶向治療,如特異細胞因子的單克隆抗體或核酸適配體、特異的重組蛋白等,或者使用抗白介素-6受體單克隆抗體托珠單抗,用于消除細胞因子風暴。
不過,印度最近疫情的發(fā)展也表明,新冠病毒也有不同于流感病毒之處,毒性顯然比流感病毒要強。
印度新冠病毒雙突變株B.1.617是2020年10月發(fā)現(xiàn)的,現(xiàn)已在40多個國家檢出。印度國家生物學基因組學研究所研究員辛納斯瓦米稱,現(xiàn)在印度又出現(xiàn)了三重突變株的變異新冠病毒,病毒除了有E484Q和L452R基因突變外,還有E484K基因突變,后者最早在南非和巴西的變異毒株中被檢測出來。這種三重突變的毒株現(xiàn)在被命名為B.1.618(簡稱印度株),其傳播力比其他變種毒株更強。
盡管認為印度的三重突變株病毒毒力更強,但目前尚無確切證據(jù)表明三重突變株病毒更加致命或更易傳播。而且研究人員也陸續(xù)在其他病毒樣本中檢測出了四重和五重基因突變,目前來看,這些突變尚未影響到現(xiàn)有疫苗的效果。不過,現(xiàn)在疫苗研究也已瞄準新冠病毒突變株。