圖 1. 冠狀病毒結(jié)構(gòu)

 

2020 年石正麗教授在 Nature 發(fā)表的論文 A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin 就揭示了 2019-nCoV 與 SARS-CoV 兩個(gè)冠狀病毒的相似性。文中表明，2019-nCoV 與 SARS-CoV 基因組同源性高達(dá) 79.5%。

國(guó)際委員會(huì)冠狀病毒科研究組 (CSG) 認(rèn)為2019-nCoV與 SARS-CoV 形成了姐妹分支， 后將其命名為 SARS-CoV-2。 

 

 
Delta 毒株突變
 
 
Delta 毒株目前是全球流行的主要新冠病毒變異株。SARS-CoV-2 表面布滿凸起的 S 蛋白可分為三部分，頂部的受體結(jié)合域 (RBD)、S1 亞基和 S2 亞基。S1 亞基與 RBD 相連，負(fù)責(zé)與宿主細(xì)胞膜上的受體 ACE2 結(jié)合，S2 亞基幫助 S  蛋白與受體的結(jié)合。Delta 變種僅在 RBD 中就發(fā)生 3 處突變：L452R、P681R 和  T478K 突變，這使 S 蛋白與細(xì)胞膜上 ACE 受體的結(jié)合能力明顯提高。
 
 
 
 
 
 
Lambda 毒株突變
 
 

除了德爾塔，拉姆達(dá)也開始“發(fā)力”了，據(jù)全球共享流感數(shù)據(jù)倡議組織 (GISAID) 的數(shù)據(jù)顯示，美國(guó)有 1000+ 例由“拉姆達(dá)”毒株引起的新冠肺炎病例。Lambda 變異株是 S 蛋白上發(fā)生了 6 個(gè)單氨基酸突變 (G75V、T76I、L452Q、F490S、D614G 和 T859N)，N 端結(jié)構(gòu)域 (NTD) 存在一段由連續(xù)的 7 個(gè)氨基酸缺失形成的突變 (RSYLTPGD246-253N)。F490S 突變?nèi)笔��?huì)幫助病毒獲得體液免疫抗性，L452Q 突變會(huì)對(duì)疫苗誘導(dǎo)血清中和抗體產(chǎn)生抗性。

 

新冠病毒是怎樣在宿主中肆意橫行的呢？簡(jiǎn)單點(diǎn)說，就是入侵 (病毒受體結(jié)合) → 進(jìn)攻 (釋放自己基因組) → 發(fā)揚(yáng)壯大 (不斷合成并排除異己) → 再進(jìn)攻。

 

 
 

圖 2. 新冠病毒在體內(nèi)的傳播機(jī)制^[2]

 

 

■ 病毒入侵
如果說 S 蛋白是新冠病毒打開宿主細(xì)胞“城門”的鑰匙，那么 ACE2 受體就是那把鎖。S 蛋白一旦與 ACE2 結(jié)合，宿主細(xì)胞表面的其他蛋白質(zhì)立刻啟動(dòng)病毒和細(xì)胞膜的合并。在這個(gè)過程中，TMPRSS2 (一種絲氨酸蛋白酶)可協(xié)同內(nèi)體組織蛋白酶 CatB/L 激活 SARS-CoV-2 入侵細(xì)胞。隨著“城門”的打開，病毒基因組一擁而入到宿主細(xì)胞內(nèi) (Stage 1)。
 
■ 成功進(jìn)攻

看過歷史劇的就知道，野蠻的入侵者打入城門之后，第一件事情就是屠害城中百姓。新冠毒株就有這樣的操作：病毒基因組被釋放到宿主細(xì)胞質(zhì)后，會(huì)被翻譯成病毒復(fù)制酶蛋白，這些蛋白最后被切割成單獨(dú)的非結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì) (NSPs)。NSPs 能迅速抑制宿主細(xì)胞信使 RNA 的轉(zhuǎn)譯，它們會(huì)招募其他蛋白來系統(tǒng)地切割所有沒有病毒標(biāo)簽的細(xì)胞 mRNA。

 
■ 排除異己
Nsp1 阻斷了核糖體的進(jìn)入通道，使得宿主的 mRNA 無法進(jìn)一步合成自身蛋白質(zhì)，最后導(dǎo)致細(xì)胞中的整體蛋白質(zhì)翻譯減少了 70%。此外，一般情況下，被病毒感染的細(xì)胞會(huì)釋放干擾素等提醒免疫系統(tǒng)。但 SARS-Cov-2 為了防止被感染細(xì)胞“告密”，還會(huì)阻止細(xì)胞 mRNA 脫離細(xì)胞核。
 
■ 修建避風(fēng)港
除了以上機(jī)制，在細(xì)胞內(nèi)部 SARS-CoV-2 將細(xì)長(zhǎng)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (ER) 轉(zhuǎn)化為雙膜囊泡 (DMV)，這些雙膜囊泡可能為病毒 RNA 的復(fù)制和翻譯提供了一個(gè)安全的場(chǎng)所，使其免受宿主細(xì)胞中先天免疫傳感器的影響。

 

■ 離開前的“埋伏”
離開細(xì)胞時(shí)，SARS-CoV-2 還會(huì)留一招讓自己變得更容易傳播。SARS-CoV-2 的 S1 和 S2 之間有 5 個(gè)氨基酸 (其他冠狀病毒中只有一個(gè))，這對(duì)病毒入侵肺部細(xì)胞至關(guān)重要。Furin 蛋白酶可以識(shí)別并剪切這段氨基酸，暴露出 S 蛋白上的開放結(jié)構(gòu)域。經(jīng)過Furin 切割過的 S 蛋白，二次結(jié)合 ACE2 的能力會(huì)更強(qiáng)，進(jìn)而更加容易傳播。
這波看下來，這個(gè)病毒，從入侵到離開，步步為營(yíng)，效率之高，速度之快，這起止是毒王，簡(jiǎn)直是病毒屆的卷王。

 

■ 疫苗是否還有用？“加強(qiáng)針”到底是怎么一回事？
我國(guó)目前受新冠影響較大的省份，感染病例多為 Delta 毒株，下面內(nèi)容以針對(duì) Delta 展開。
 
目前報(bào)道的確診病例中，接種過新冠疫苗的不在少數(shù)，疫苗的有效性受到高度關(guān)注。我國(guó)疾控中心研究人員表示：現(xiàn)有的疫苗對(duì)新冠德爾塔 (Delta) 變異毒株的效力有所下降，但是仍然有保護(hù)作用，下圖 3 為現(xiàn)有疫苗。
 

圖 3. 現(xiàn)有疫苗類型

 
此外，關(guān)于加強(qiáng)針的“說法”愈演愈烈，什么是加強(qiáng)針？第一種：在現(xiàn)有疫苗基礎(chǔ)上，再次接種，進(jìn)而穩(wěn)固免疫效應(yīng)。第二種：針對(duì)德爾塔毒株的其他疫苗的研發(fā)。

 

■ 再來一針老疫苗！
第三針的臨床數(shù)據(jù)來了 (科興疫苗之加強(qiáng)針)，7 月 25 日，在健康科學(xué)預(yù)印本論文平臺(tái) Medrxiv 上傳了多家單位聯(lián)合開展的關(guān)于接種第 3 劑科興新冠疫苗的免疫原性和安全性臨床研究論文，題為 Immunogenicity and safety of a third dose, and immune persistence of CoronaVac vaccine in healthy adults aged 18-59 years: interim results from a double-blind, randomized, placebo-controlled phase 2 clinical trial (未經(jīng)同行評(píng)審)。
 

圖 4. 科興三劑接種后，接種者血清中抗體滴度變化^[3]

 

研究結(jié)果顯示，在接種第 2 劑和第 3 劑 CoronaVac (科興；3 μg) 后的第 28 天，接種者血清中抗體陽性率均高于 90.0%，并且沒有嚴(yán)重不良反應(yīng)。

此外，研究表明，接種 2 針后，雖然中和抗體水平在 6 個(gè)月后會(huì)顯著下降，但由于兩劑疫苗接種產(chǎn)生了良好的免疫記憶，在接種第三劑后能夠迅速誘導(dǎo)強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)：接種第三劑后 28 天中和抗體滴度比第二劑后 28 天中和抗體滴度增加了 3-5 倍。

 
■ 針對(duì) COVID-19 的蛋白質(zhì)亞單位疫苗 (三劑疫苗)
關(guān)于蛋白質(zhì)亞單位疫苗 ZF2001 (COVID-19 的蛋白質(zhì)亞單位疫苗)，一二期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已經(jīng)表明其良好的耐受性和免疫原性 (PMID: 33773111)；三期臨床試驗(yàn)對(duì)于 ZF2001 進(jìn)一步的有效性的評(píng)估正在進(jìn)行中 (NCT04646590; 25 μg; 三劑量)。同時(shí)，今年 7 月 16 號(hào)，中科院微生物研究所戴連攀教授在 bioRxiv 上發(fā)表最新實(shí)驗(yàn)結(jié)果：Neutralization of recombinant RBD-subunit vaccine ZF2001-elicited antisera to SARS-CoV-2 variants including Delta。對(duì) 28 例接種者血清樣本的研究顯示，在完整接種三針后，按 0、1、4-6 月接種三劑 ZF2001 疫苗志愿者的血清樣本顯示針對(duì) Delta 變體的中和抗體不會(huì)下降。(如圖 5 所示)

 

圖 5. 接種三劑 ZF2001 疫苗志愿者的血清樣本的中和抗體變化^[4]

 
■ 新進(jìn)展——單克隆抗體 2B11

除了“加強(qiáng)針”，國(guó)藥集團(tuán)關(guān)于德爾塔變異株的研究有了新進(jìn)展，7 月 27 日，發(fā)表在 Cell Discov 的 Screening of potent neutralizing antibodies against SARS-CoV-2 using convalescent patients-derived phage-display libraries 一文表明，從 COVID-19 恢復(fù)期患者體內(nèi)分離出了十種  nAb。如圖 6a 所示，其中抗體 2B11 對(duì) WT SARS-CoV-2 和 B.1.1.7 變體有很高的靶向性，IC₅₀ 值均在納摩爾級(jí)別。

 

2B11-RBD 復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)表明 2B11 的表位與 ACE2 結(jié)合位點(diǎn)高度重疊(圖 6b)。同時(shí)，在AdV5-hACE2 轉(zhuǎn)導(dǎo)小鼠模型中，與對(duì)照組相比，2B11 使用能顯著降低病毒感染引起的肺部損傷。

 

 

 

圖 6. 2B11對(duì)WT SARS-CoV-2 和 B.1.1.7 變體的有效性^[5]

a. 2B11抑制WT SARS-CoV-2 和 B.1.1.7 變體的 IC₅₀ 值. b. 2B11-RBD晶體結(jié)構(gòu)分析. c. 肺部組織免疫組化

 

 

抗體抑制劑

Anti-Spike-RBD mAb 能夠阻斷 Spike 蛋白與 ACE2 的相互作用，具有抗 SARS-CoV-2 活性。

Anti-SARS-CoV-2 Spike mAb (CR3022) 人源的單克隆抗體 IgG1，可以和 SARS-CoV/SARS-CoV-2 Spike 蛋白 (S1) 結(jié)合。

其他抑制劑

Remdesivir 對(duì) SARS-CoV 和 MERS-CoV 的 EC50 值為 74 nM，可用于 2019-nCoV (COVID-19) 研究。

Chloroquine 有效抑制 SARS-CoV-2 (COVID-19) 感染 (EC50=1.13 μM)。也可用于瘧疾的研究。

Camostat mesylate TMPRSS2 的抑制劑，具有抗 SARS-CoV-2 活性。也是一種絲氨酸蛋白酶 (serine protease) 抑制劑。

重組蛋白

S1 Protein (HEK293-expressed) HEK293 細(xì)胞表達(dá)的重組人源 S1 蛋白。

S Protein RBD Protein, His (HEK293-expressed) 在 HEK293 細(xì)胞中產(chǎn)生的帶 His 標(biāo)簽的重組 2019-nCov 的 S 蛋白受體結(jié)合區(qū)域 (RBD)。

3C-like Proteinase, His 大腸桿菌中表達(dá)，N 端帶有一個(gè) His 標(biāo)簽的 3C-like Proteinase 蛋白。

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參考文獻(xiàn)

 

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1. Peng Zhou, Xing-Lou Yang, Xian-Guang Wang, et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature. 2020 Mar;579(7798):270-273.

2. Andrew G Harrison,Tao Lin, Penghua Wang, et al. Mechanisms of SARS-CoV-2 Transmission and Pathogenesis. Trends Immunol. 2020 Dec;41(12):1100-1115.

3. Hongxing Pan, et al. Immunogenicity and safety of a third dose, and immune persistence of CoronaVac vaccine in healthy adults aged 18-59 years: interim results from a double-blind, randomized, placebo-controlled phase 2 clinical trial. medRxiv and bioRxiv

4. Shilong Yang, Yan Li, Lianpan Dai, et al. Safety and immunogenicity of a recombinant tandem-repeat dimeric RBD-based protein subunit vaccine (ZF2001) against COVID-19 in adults: two randomised, double-blind, placebo-controlled, phase 1 and 2 trials. Lancet Infect Dis. 2021 Aug;21(8):1107-1119. 

5. Yongbing Pan, Jianhui Du, Jia Liu, Hai Wu, et al, Screening of potent neutralizing antibodies against SARS-CoV-2 using convalescent patients-derived phage-display libraries. Cell Discov. 2021 Jul 27;7(1):57.