新冠病毒（SARS-CoV-2）的刺突S蛋白是介導其進入宿主細胞的蛋白，也是疫苗和藥物研發的主要靶標之一。近日，科研人員發現，新冠S蛋白發生在D614G位置上的胺基酸殘基突變可顯著增強病毒的感染能力，並且降低了病毒對患者恢復期血清的敏感性。
當地時間6月20日，重慶醫科大學感染性疾病分子生物學教育部重點實驗室
黃愛龍團隊在醫學預印本平臺bioRxiv上發表了題為：The D614G mutation of SARS-CoV-2 spike protein enhances viral infectivity and decreases neutralization sensitivity to individual convalescent sera 的最新研究論文，論文作者均來自重慶醫科大學，通訊作者為全國政協委員、重慶醫科大學校長黃愛龍、重慶醫科大學教授唐霓等人。
此前，黃愛龍團隊於4月29日、6月5日和6月18日短時間內在國際頂級期刊 《自然·醫學》（Nature Medicine）發表了三篇論文，針對新冠病毒患者的抗體反應和無症狀感染者的臨床和免疫學特徵展開研究。
此次研究中，黃愛龍團隊詳細闡述了新冠病毒S蛋白在614位置的顯性突變（D614G突變）。研究表明，新冠病毒所屬的RNA病毒突變率極高，這可能助長傳播和毒性。
新冠病毒S蛋白中唯一的顯著變異就是非同義D614G突變（天冬氨酸D變為甘氨酸G）。原始數據表明，S-G614是SARS-CoV-2的致病性更高的毒株，具有較高的傳播效率。此前也有研究稱，SARS-CoV-2變體的S-G614蛋白中存在一種新的絲氨酸蛋白酶（彈性蛋白酶-2）切割位點，但是目前科研人員尚不清楚S蛋白中D614G的轉化如何影響病毒的感染性，也不清楚S-G614蛋白是否可以在細胞模型中被彈性蛋白酶-2處理和激活。
在此研究中，科研人員發現，D614G突變在所有分析的序列中佔比高達64.6%，在全球範圍內存在大量自然分布。
研究人員通過慢病毒表達系統等還發現，這一突變可以
增強蛋白酶對S蛋白的切割能力，從而促使病毒具有更強的感染能力
。
此外，
D614G突變改變了S蛋白甚至是整個病毒的免疫原性，進而降低了康復期血清對病毒的敏感性
。
作者們認為，這項研究將有助於理解SARS-CoV-2的傳播，同時推動新冠疫苗的設計和藥物研發。
D614G突變增強S蛋白切割能力，使病毒有更強感染能力
研究人員首先通過資料庫比對發現，S蛋白D614G突變體存在自然分布，且在全球範圍內新冠S蛋白中觀察到的前10個最豐富的非同義突變中，D614G突變表達的相對豐度最高，這個突變在所有分析的序列中佔比高達64.6%。
因此，研究人員認為，D614G突變在新冠病毒進化過程中可能具有選擇優勢。而此前的研究顯示，攜帶D614G突變的新冠病毒毒株已經取代2019年的原始毒株成為了主流新冠病毒株。根據近日公布的數據，導致6月北京新發地新冠疫情的病毒也均帶有D614G突變。
D614G突變為何使新冠病毒有更強感染力、更易進入宿主？
通常來講，冠狀病毒利用兩種不同的途徑侵入細胞：一種是蛋白酶介導的細胞表面途徑（protease-mediated cell-surface），另一種是胞內體途徑（endosomal pathway）。
冠狀病毒S蛋白會被宿主細胞的蛋白酶切割成S1亞基和S2亞基，其中，S1亞基負責受體識別和結合，S2亞基負責感染過程中入侵階段的膜融合。
而通過蛋白酶切割實驗，研究人員發現D614G這種突變引入了另外一個彈性蛋白酶2切割位點，進而可以增強蛋白酶對S蛋白的切割能力，促進了其裂解和病毒細胞的進入。這預示著
S-D614G突變體對宿主細胞，甚至是個體有更強的感染能力
。
研究人員發現，轉染pS-G614的細胞顯示出比轉染pS-D614的細胞更強的S1信號，這表明D614G突變改變了細胞蛋白酶對S蛋白的裂解性。
隨後，科研人員又通過慢病毒表達系統成功構建新冠病毒突變體假病毒（含有螢光素酶報告基因），使用表達人類新冠病毒受體ACE2（293T-ACE2）的HEK293T細胞測試ACE2表達與假病毒易感性之間的關係。
研究人員發現，並且證明新冠病毒突變體假病毒在HEK293T細胞上的感染能力，不管從包裝效率還是感染、表達能力等方面都更加強勁。
在實驗中，使用攜帶G614的新冠病毒S蛋白變體，在細胞模型感染後48小時，病毒轉導量比攜帶D614的新冠病毒S蛋白變體增加了2.2倍；此外在細胞感染S-G614假病毒後72小時，
研究人員觀察到最高的病毒轉導效率比S-D614假病毒高約2.4倍
。
S-G614蛋白假型病毒顯示出感染力有所增加
這意味著，當標準化輸入病毒劑量時，S-G614假病毒的進入效率是S-D614假病毒的2.4倍左右，這表明D614G突變可促進SARS-CoV-2的感染性並增強病毒的傳播能力。
研究人員還指出，由於假病毒是單輪感染檢測，因此體外實驗中病毒進入效率的這種看似很小的增加可能會導致體內病毒感染性的巨大差異。
突變可使康復患者血清中和效應大幅降低
恢復期血漿療法是一種傳統的輸血治療方法，在嚴重急性呼吸症候群（SARS）、伊波拉出血熱、中東呼吸症候群等新發突發傳染病疫情的救治中均發揮了一定作用。在此次新冠疫情期間，也有研究證明從新冠康復病人血液中提取的免疫球蛋白有更高的中和能力、更高的特異性。
對此，黃愛龍團隊通過體外微量中和實驗，對康復者血清對突變體病毒和未突變病毒的中和能力進行了驗證。
2020年2月5日至2月10日期間，研究人員從重慶市的三家定點醫院收集了總共41例恢復期新冠患者血清樣本（症狀發作後2-4周），並探索它們對突變體假病毒的抑制作用。
研究者們發現，93％（38/41）的恢復期新冠患者血清樣本可以中和S-D614和S-G614兩種假病毒，並且具有相當的效率。但是值得注意的是，大約7％（3/41）的恢復期血清樣本顯示出對S-G614假病毒的中和活性降低。
在所有樣本中，來自1號、7號、40號病人的血清對突變體假病毒的抑制作用是降低的，而對野生型病毒的中和能力則非常強（甚至存在3-4倍的中和差異）。
其中，
1號病人的血清對突變體假病毒完全失去了中和能力，而此前的實驗證明，它可以中和大約30%的原始病毒
。
此外，上述3例患者血清樣本在ID50（半數抑制劑量，在50%的實驗動物造成感染的微生物劑量）的S-D614假病毒中顯示出894至1337的較高的中和活性，但在S-G614假病毒中，其ID50的中和活性僅為216至367，明顯有所降低。
研究人員表明，這意味著在攜帶D614G突變的新冠病毒中，康復患者血清樣本對於病毒的中和效價僅為原來的（針對未突變病毒）約四分之一。
研究人員據此得出結論：新冠病毒S蛋白的
D614G突變改變了S蛋白甚至是整個病毒的免疫原性，進而降低了康復期血清對病毒的敏感性
。
研究人員最後提到，本研究設計中也存在一些限制性條件。比如實驗使用的是新冠病毒突變體假病毒，缺失S蛋白C末端第19位胺基酸；本次中和實驗主要圍繞S蛋白展開研究，相關的其他蛋白或者表位沒有考慮在內等。
作者們指出，需要進一步使用真正的SARS-CoV-2病毒進行其他測定實驗，同時也應針對D614G以外的其他病毒突變展開研究評估。
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