新型冠状病毒奥密克戎BA.2亚变异体(包括BA.4和BA.5)的病毒学特征

· •BA.4/5对BA.1和BA.2感染诱导的免疫具有抗性

· •BA.4/5 S蛋白中的替换有助于免疫逃逸和ACE2结合强度

· •BA.4/5比BA.2更具融合性，在人肺细胞中传播更有效

· •BA.4/5病毒比BA.2病毒更具致病性

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在新型冠状病毒Omicron BA.2在全球传播后，一些BA.2亚变体，包括BA.2.9.1、BA.2.11、BA.2.12.1、BA.4和BA.5，在多个国家出现。作者的统计分析表明，这些BA.2亚变异体的有效繁殖数大于原始BA.2。中和实验表明，BA.1/2感染诱导的免疫对BA.4/5的效力较低。细胞培养实验表明，BA.2.12.1和BA.4/5在人肺泡上皮细胞中的复制比BA.2更有效，特别是BA.4/5比BA.2更具融合性。作者进一步提供了BA.4/5刺突受体结合结构域与人ACE2结合的结构，并考虑了BA.4/5刺突中的取代如何在ACE2结合和免疫逃避中发挥作用。此外，使用仓鼠的实验表明BA.4/5比BA.2更具致病性。作者的多尺度研究表明BA.2亚变异体，尤其是BA.4/5，对全球健康的风险大于原始BA.2。

自2021年11月底以来，新型冠状病毒奥密克戎变异体(B.1.1.529和BA谱系)已在全球范围内传播，并超过了之前的新型冠状病毒相关变异体(VOCs)，如Delta。在Omicron BA.1变体激增之后，另一个Omicron变体BA.2超过BA.1，成为世界上最主要的变体。此后，截至2022年5月，频繁检测到含有S蛋白L452残基取代的BA.2亚变异体，如BA.4和BA.5。这些观察结果表明，在S蛋白L452残基处带有替换的新型BA.2亚变异体比原始BA.2更具传播性。这些最新进展导致世界卫生组织(WHO)考虑将这些在S蛋白L452残基处带有替换的BA.2亚变异体BA.4、BA.5、BA.2.12.1、BA.2.9.1和BA.2.11作为2022年5月18日监测的VOC谱系。

对抗病毒体液免疫的抵抗力主要取决于S蛋白的取代。例如，Omicron BA.1表现出对由疫苗接种、自然新型冠状病毒感染和治疗性单克隆抗体诱导的中和抗体的强烈抗性。除了免疫逃避之外，S蛋白的替代可能调节病毒的致病性。特别是，体外细胞培养中S蛋白的融合性与实验仓鼠模型中的病毒致病性密切相关。例如，与携带原始D614G的B.1.1 S蛋白相比，δ S蛋白在细胞培养物中高度融合，在仓鼠中高度致病。相反，Omicron BA.1 S蛋白比B.1.1 S蛋白融合性和致病性更低。此外，作者最近证明了Omicron BA.2 S蛋白更具融合性，并可能赋予病毒比Omicron BA.1 S蛋白更高的致病性。

需要对新出现的新型冠状病毒病毒变异体进行仔细和快速的评估，以确定其在人群中的生长功效、致病性和/或逃避抗病毒免疫的可能性。在Delta (L452R)和Lambda (L452Q)变体中检测到新型冠状病毒S蛋白L452残基的置换，这两种变体以前分别被归类为VOC和感兴趣的变体(VOI)。重要的是，作者之前证明了L452R通过促进S受体结合结构域(RBD)与人血管紧张素转换酶2 (ACE2)的结合来增加病毒的传染性。作者最近表征了新型冠状病毒奥密克戎BA.1的病毒学特征和BA.2。然而，S蛋白L452残基的替换对Omicron BA.2的病毒学特征的影响仍不清楚。总之，这些观察结果表明，在S蛋白L452残基上带有取代的新BA.2亚变异体，特别是那些被归类为VOC-LUM的亚变异体，可能对全球健康构成潜在风险，作者在此阐明了这些新BA.2亚变异体的病毒学特征。

病毒传播性、免疫抗性和致病性是新新型冠状病毒变种对全球健康潜在风险的特征。在本研究中，作者调查了截至2022年5月18日被分类为VOC-LUM的五种新型BA.2亚变异体的病毒学特征:BA.2.9.1、BA.2.11、BA.2.12.1、BA.4和BA.5。最近的研究评估了新型BA.2亚变异体的一系列病毒学特征，特别是BA.2.12.1、BA.4和BA.5的传播性、免疫抗性、细胞培养中的特性。在这里，作者揭示了BA.4和BA.5在人类群体中的生长功效、对抗抗病毒体液免疫和在实验动物模型中的致病性方面表现出最高的潜在风险。

作者证明了L452R增加了与人ACE2的结合亲和力和假病毒的感染性，甚至在BA.2 S蛋白主链上。因此，连同作者以前的报告，作者的研究结果表明，L452R/Q独立于病毒主链而有助于增加病毒感染性。此外，BA.4和BA.5的S蛋白含有HV69-70del，这种缺失也在α变体中检测到，α变体是以前的VOC。与之前的研究一致，作者证明了HV69-70del突变的插入增加了假病毒的感染性，甚至在BA.2 S蛋白主链上。总之，BA.4/5的S蛋白中的多个突变有助于增强人肺细胞培养物和实验动物模型肺的生长能力。然而，这些替代的真正贡献，尤其是BA.4/5中的L452R，应在未来仔细研究。假定分别包含L452R和L452Q的Delta和Lambda被不带有L452R/Q的原始Omicron BA.1竞争，则出现在BA.4/5 S中的L452R也可能回复到其原始序列。事实上，截至2022年7月，假设一个新的BA.2子变体BA.2.75可能会胜过其他BA.2子变体，包括BA.4/5，尽管BA.2.75的S蛋白在S蛋白的L452残基处没有任何取代。

在作者之前关注Delta，Omicron BA.1以及Omicron BA.2的研究中，我们提出了体外细胞培养中的病毒融合性与体内仓鼠模型中的致病性之间的密切联系。例如，与B.1.1祖先变体相比，具有较少融合性S的Omicron BA.1变体的致病性较低，而具有较多融合性S的Delta变体的致病性较高。在这里，作者证明了Omicron BA.4/5变异体比Omicron BA.2变异体具有更强的融合性，并表现出更强的致病性。这四项研究以及本研究中的梭孢原性和致病性的比较表明，Delta变异体在测试的五种新型冠状病毒变异体中具有最大的梭孢原性和致病性。重要的是，作者的数据支持具有较高融合性的病毒表现出潜在较高致病性的可能性，至少在作者的实验动物模型中是这样。因此，使用诸如本文所述的基于细胞的膜融合试验的系统来测量病毒S蛋白的融合性可以作为预测病毒潜在致病性的快速替代标记。需要进一步研究病毒融合性和临床严重程度之间的相关性，以了解S蛋白在致病性上的意义。

考虑到新型冠状病毒在人群中的复杂进化，该病毒很可能已经进化到优化其传播能力。从病理学的观点来看，δ变体比祖先变体表现出更高的致病性。相反，作者观察到Omicron BA.1变体与Delta变体相比致病性减弱。在世界范围内传播后，BA.1被BA.2取代，BA.2具有与BA.1相当的致病性。另一方面，作者使用基于B.1.1的嵌合病毒的研究显示，含有BA.2 S的病毒比含有BA.1 S的病毒表现出更高的致病性。这些观察表明，新型冠状病毒的进化不一定会削弱其致病性。一种可能性是，在床边观察到的致病性是病毒进化的结果，旨在最大限度地传播。假定与先前的变体相比，Omicron BA.1在源自上呼吸道变体的人类细胞中复制更有效，但在下呼吸道中复制效率较低，BA.1可能被选择以获得更高的传递性，而不是在肺中表现出更高的致病性。Omicron BA.1变体进化的另一种情况源于对人类宿主因子的适应。这包括更有效地利用对病毒感染和复制起积极作用的因子，如TMPRSS2、组织蛋白酶、ADAM10和ADAM17蛋白酶。虽然BA.1 S对TMPRSS2的依赖性比祖先毒株，最近一项研究显示，BA.5重新依赖TMPRSS2。病毒进入途径的转换可能改变组织嗜性和致病性。此外，据推测，新型冠状病毒可能已经进化到可以逃避对人类细胞中病毒复制产生负面影响的因素。事实上，最近的一项研究表明，BA.4和BA.5的复制与先天免疫反应的激活减少有关。此外，虽然大多数研究集中于S蛋白的作用及其对中和敏感性和细胞进入途径的影响，但最近的一项研究提出了研究非S病毒成分如包膜和膜蛋白。总的来说，新型冠状病毒和宿主因子之间复杂的相互作用仍有待阐明。

作者发现BA.4/5对疫苗接种诱导的体液免疫和BA.1和BA.2的突破性感染具有显著的抗性。BA.4/5 S蛋白中的F486V负责其对突破感染抗血清。另一方面，作者的结合试验表明F486V和L452R对人ACE2受体的亲和力表现出相反的作用:F486V降低对人ACE2的亲和力，而L452R增加亲和力。这些结果表明，L452R可能补偿F486V降低的ACE2结合亲和力。有趣的是，作者对新型冠状病毒流行病动力学的分析表明，带有L452R但不带有BA.4/5的S蛋白中存在的其他突变的BA.2.11，在人群中的传播不如BA.4/5多。这一观察表明L452R本身不会增加BA.2的适应性。总之，作者的结果表明BA.4/5通过同时获得F486V和L452R取代而获得了对体液免疫的更高抗性，同时保持了ACE2结合亲和力。

BA.4/5以外的Omicron变体在S蛋白中带有Q493R置换。BA.2 S蛋白中的R493Q逆转增加了对第3剂疫苗诱导的抗病毒血清的易感性，表明Q493R取代有助于对疫苗诱导的体液免疫的抗性。另一方面，BA.4/5在与BA.2分支后失去了Q493R取代。有趣的是，在未接种疫苗的实验动物模型中，BA.2 S蛋白中的R493Q逆转增加了对BA.2感染或BA.2 RBD接种诱导的体液免疫的抗性。这些结果表明BA.4/5 S蛋白中的R493Q回复突变可能有助于逃避由携带Q493R的变体(如BA.1和BA.2)诱导的免疫。此外，尽管BA.4/5 S蛋白中的R493Q回复，BA.4/5仍然对第3剂疫苗诱导的抗病毒血清。这一结果表明R493Q逆转对减弱对疫苗诱导的体液免疫的抗性的作用将被其它取代所抵消，例如BA.4/5 S蛋白中的F486V取代。最近的研究表明，BA.4/5也对来自以前感染过新型冠状病毒变异体的个体的恢复期血清具有抗性，所述变异体包括Delta。总之，作者的结果和以前的报道表明BA.4/5逃避了由疫苗接种和/或以前新型冠状病毒变异体的自然感染诱导的体液免疫。

一个没有确凿证据的简单假设暗示新型冠状病毒将进化以减弱其致病性。然而，作者用至少三个观察来反对这个观点。首先，在实验动物模型中，δ变体显示出比原始B.1病毒相对更高的致病性。临床研究也提供了证据，表明δ变体比其它先前的变体，包括α变体。第二，尽管Omicron BA.1变体比Delta和原始B.1.1病毒的致病性低，随后传播的变异体Omicron BA.2的S蛋白获得了比Omicron BA.1。第三，作者证明了Omicron BA.4/5可能比Omicron BA.2更具致病性。因此，作者的观察强烈表明，新型冠状病毒不一定获得突变来减弱其致病性。

在作者之前的研究中，作者使用了一种带有BA.2的嵌合病毒S非BA.2(盘古谱系A)基因组骨架中的基因，并显示BA.2S在被感染的仓鼠中，带有BA的嵌合病毒比BA.1更具致病性S-携带嵌合病毒。然而，另一项使用BA.2临床分离株的研究显示了与BA.1临床分离株相当的致病性。作者最近的研究和另一项研究可能是由于病毒序列在非S地区。事实上，在非人类中有26个突变SBA.2和非BA.2主干(盘古谱系A)之间的区域，在作者之前的研究中使用。为了避免这种不一致，作者基于BA.2。与BA.2相比，BA.2.12.1的大多数在非基因组中不具有任何突变S区域，表明用于仓鼠实验的基于BA.2的编码BA.2.12.1 S的重组病毒(rBA.2.12.1)是真实的BA.2.12.1SBA.4和BA.5基因组的区域，分别与BA.2基因组。因此，有理由假设作者在使用重组病毒中的发现反映了与BA.2相比，真实BA.4/5表现出向肺性(图4f)和在仓鼠模型中更高的致病性。然而，Kawaoka等人最近表明，BA.4/5病毒临床分离株的致病性与动物模型中的BA.2分离株相当。此外，Reuschl等人表明BA.4/5编码的非S病毒蛋白更有效地调节先天免疫信号。需要进一步的研究来澄清本研究中测试的BA.2亚变异体的真实特征。

原文来源：Kimura I, Yamasoba D, Tamura T, Nao N, Suzuki T, Oda Y, Mitoma S, Ito J, Nasser H, Zahradnik J, Uriu K, Fujita S, Kosugi Y, Wang L, Tsuda M, Kishimoto M, Ito H, Suzuki R, Shimizu R, Begum MM, Yoshimatsu K, Kimura KT, Sasaki J, Sasaki-Tabata K, Yamamoto Y, Nagamoto T, Kanamune J, Kobiyama K, Asakura H, Nagashima M, Sadamasu K, Yoshimura K, Shirakawa K, Takaori-Kondo A, Kuramochi J, Schreiber G, Ishii KJ; Genotype to Phenotype Japan (G2P-Japan) Consortium, Hashiguchi T, Ikeda T, Saito A, Fukuhara T, Tanaka S, Matsuno K, Sato K. Virological characteristics of the SARS-CoV-2 Omicron BA.2 subvariants, including BA.4 and BA.5. Cell. 2022 Sep 14;185(21):3992–4007.e16. doi: 10.1016/j.cell.2022.09.018. Epub ahead of print. PMID: 36198317; PMCID: PMC9472642.