為什麼在英國爆發的含有N501Y突變的新冠病毒傳染性更強?

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最近英國出現一種傳染性增加的新冠病毒新變體，它是含有N501Y突變的新冠病毒新變體，英國科研人員根據細胞實驗和基因組的分析結果，推測新毒株的傳染力提高71%，引起全球關注和擔心。

（N501Y表示刺突蛋白的第501個胺基酸從天冬醯胺的N變成了酪氨酸的Y——被認為強化了新冠病毒）。

而南非自11月中旬以來多達90％的新冠病毒均含有同樣的N501Y突變，其傳播速度更快。據悉，這種變異後的病毒2020年10月在南非被發現，並隨後傳播到包括英國和法國在內的多個國家。

變異後的病毒，最明顯的變化是在其刺突蛋白（S蛋白）。刺突蛋白是新冠病毒包膜上主要的受體結合蛋白，也可以說是病毒附著在人體細胞上並幫助其傳播的部分。刺突蛋白（S蛋白）類似於是入侵人體細胞的關鍵「鑰匙」。而人體細胞上的血管緊張素轉化酶2（ACE2）像一個「鎖」。

病毒的S蛋白與細胞上的ACE2受體結合，從而打開感染人體細胞的大門。

具體來說，突變版本有一個被稱為N501Y的受體結合域的改變，並位於病毒的蛋白峰上，也就是說刺突蛋白中較高濃度部分發生了改變從而加強了與人體呼吸道細胞上的ACE2受體的親和力，即加強了病毒的感染力。

（許多細菌或真菌病原體可以自行生存，而無需宿主細胞感染。但是病毒不能。相反，它們必須進入細胞內部才能複製，然後利用細胞自己的生化機制在其中構建新的病毒顆粒並傳播到其他細胞或個體）

一、變異病毒傳染性更強or更弱？

病毒基因突變後，如果替代的胺基酸比原來的胺基酸的等電點增加，則感染力增加。如果替代的胺基酸的等電點比原來的胺基酸的等電點低，則感染力減少。

原因是，在體液pH不變的情況下，刺突蛋白整體等電點增加，刺突整體的正電荷數增加，感染力增加，反之亦然。

如果我們增加體液的pH值，就相當於誘導或「發生」了低等電點的胺基酸替代了高等電點的胺基酸的基因突變的同等效果。

即，增加體液的pH值，刺突整體的正電荷數降低，感染力降低，相當於病毒發生了對自己不利的基因突變，突變為低感染力或無感染力的毒株。

而在2020年3月21日之前，全球流行的新冠病毒株D614，刺突蛋白第614位胺基酸主要是D，之後D614G變異株則成為了主要流行株。

（D614G是指刺突蛋白上的第614位胺基酸由天冬氨酸D，變異成了甘氨酸G）

該變異毒株的實驗室檢測和流行病學調查均顯示其具有更高的傳染性，從2020年2月中下旬開始形成規模，之後短時間內在全球病例中佔據絕對優勢。但是該變異毒株並沒有表現出更高的致病性或致死性，對疾病治療和疫苗效果也沒有產生負面影響。

刺突蛋白S分為S1和S2兩個區域，S1負責與細胞受體結合，S2負責膜融合。S1的胺基酸序列1-685，其中319-541為受體結合域（RBD）。

二、S1基因變異後病毒的主要變化：

通過基因變異，如果病毒刺突蛋白與細胞受體粘接的S1區域的替代胺基酸的等電點增加，感染力增加。等電點增加，刺突S1攜帶的正電荷增加，與細胞受體ACE2的靜電引力增加，感染力增加符合預期。

對負責膜融合的S2區域，似乎是，替代胺基酸的等電點增加，感染力降低。有可能表明，和病毒與細胞粘接過程相反，電學角度，膜融合是刺突負電荷與細胞正電荷之間的中和過程。

（細胞生命抵禦入侵者的主要防禦手段之一是其外層，它由脂肪層組成，該脂肪層可容納構成細胞的所有酶，蛋白質和DNA。由於脂肪的生化特性，其外表面帶負電荷且具有很高的排斥性。病毒必須穿越此障礙才能進入細胞）

三、變異病毒從何而來？

變異新冠病毒因何而來，目前仍是一個謎。不過《紐約時報》在報導中曾提出了兩種被普遍討論的可能性：

1、免疫系統較弱的人被病毒感染後，病毒長期在他們體內複製時，積累大量突變。研究人員發現，隨著時間推移，人類自身抗體會清除部分病毒變體，留下更能夠躲避免疫系統的變異病毒。

2、在病毒重新感染人群之前，可能通過在動物群體（如水貂）中傳播而獲得新的突變。隨著越來越多的動物感染被發現，「動物宿主」已經成為引發人們強烈關注的焦點。世衛組織總幹事譚德塞在12月21日的新聞發布會上表示，「病毒會隨著時間發生變異，這是自然而然和意料之中的。」

例如，季節性流感病毒會頻繁變異，科學家每年都必須定期研發新疫苗，以供相關人群接種。相比於流感病毒，世界衛生組織首席科學家蘇米亞·斯瓦米納坦在12月21日的新聞記者會上說：「新冠病毒的變異速度比流感病毒慢得多，後者變異之快要求每年根據當年的流行毒株對疫苗進行審查和調整。」

四、變異病毒究竟有何影響？

目前看來，變異的新冠病毒似乎具有更強的傳播力。英國首相鮑裡斯·詹森和科學家們證實，在英國發現的一種新冠病毒新變種的傳染性比普通的新冠病毒高70%。需要指出的是，這一數據並不是直接指向人與人之間的傳播力。英國衛生官員估計，突變導致每個感染新變異病毒的人可能會傳染另外1.5人，比原始菌株感染1.1人有所上升。

變異病毒是否影響疫苗有效性備受關注。

世衛組織衛生緊急項目負責人麥可·瑞安在12月21日的新聞發布會上表示，目前尚無任何證據表明在英國出現的變異新冠病毒會導致疾病的嚴重程度增加，也無證據表明任何變異使病毒毒性更高或使診斷方法、疫苗有效性等遭到侵蝕。

考慮到刺突蛋白對病毒至關重要，許多抗病毒疫苗或藥物都針對病毒糖蛋白。對於新冠病毒，疫苗可指導我們的免疫系統製造我們自己的峰值蛋白版本，這種蛋白在免疫後不久就會發生。然後，我們細胞內尖峰的產生開始保護性抗體和T細胞產生的過程。

對於新冠病毒上的刺突蛋白(S蛋白）最令人關注的特徵之一是它在病毒進化過程中如何隨時間變化或變化。該蛋白質被編碼在病毒基因組中，可以隨著病毒的進化而突變並改變其生化特性。大多數突變都將是無益的，並且會阻止刺突蛋白起作用或對其功能沒有影響。但是有些可能會導致更改，使新版本病毒更具傳播性或傳染性。

不過英國《衛報》分析指出，大多數人對疫苗的反應是產生一系列抗體，抗體通過擾亂病毒的不同部分來使病毒失效。因此，即使疫苗產生的部分抗體可能因病毒變異而無效，其他抗體也不太可能受到影響。

總體而言，變異病毒對疫苗的影響可能微乎其微。

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