免疫缺陷新冠患者病毒追踪:感染逾百天,病毒在体内发生演化

在超长期持续感染新冠病毒(SARS-CoV-2)的过程中,病毒在患者体内会发生什么变化?

当地时间2月5日,国际顶级学术期刊《自然》(Nature)以“加快评审文章”(Accelerated Article Preview)形式在线发表了由英国剑桥大学、伦敦大学学院、牛津大学等团队的一项新冠病毒感染病例的研究,他们发现:一名免疫抑制患者在接受恢复期血浆治疗的同时出现了新冠病毒的不同变异株,接受血浆治疗后,占主导的SARS-CoV-2变异株含有英国发现的变异株B.1.1.7上的一个缺失突变。

研究记录了在免疫缺陷宿主的持续感染过程中,SARS-CoV-2在抗体治疗中的重复演化反应。结果提示了一种可能性,即当免疫抑制患者出现长期病毒复制时,他们体内的SARS-CoV-2可能会发生演化。

该研究的通讯作者为英国剑桥大学病毒学及临床微生物学教授、剑桥治疗免疫学和传染病学研究所核心研究人员Ravindra Gupta。

Gupta及其同事描述了一个病例研究,研究对象是一名感染了SARS-CoV-2的七十多岁的免疫抑制男性患者,曾接受过淋巴瘤化疗。这名患者于2020年夏季入院,在101天里接受过抗生素、类固醇、几个疗程的瑞德西韦和恢复期血浆治疗,但都不见效。

研究团队在23个不同的治疗时间点采集了病毒样本。造成感染的SARS-CoV-2变异株属于谱系20B(在刺突蛋白上携带了会造成D614G替换的突变)。

在患者前57天服用两个疗程的瑞德西韦后,研究观察到总体病毒群体结构变化不大。然而,在恢复期血浆治疗后,研究观察到大量动态的病毒种群变化。

他们发现一个变异株比例开始增加,这个变异株的刺突蛋白(S蛋白,病毒感染宿主的“钥匙”)上出现了两个突变:一个是位点69/70的缺失突变(出现在英国变异株B.1.1.7中),还有一个会造成D796H替换的突变。这个种群在第三轮瑞德西韦(第93天)和恢复期血浆(第95天)治疗后又重新出现。

体外实验显示,带有69/70和D796H的S蛋白逃逸双突变体对恢复期血浆的敏感性略有降低,但感染性与野生型相似。研究提到,D796H似乎是降低易感性的主要原因,69/70单突变体的感染性则是野生型的2倍,这可能也弥补了D796H的感染性降低。

研究认为,这些数据显示,在出现病毒变异的恢复期血浆治疗期间,SARS-CoV-2受到了强烈的选择。有证据表明,病毒对中和抗体的敏感性降低,这些病毒对含有多克隆抗体的恢复期血浆的敏感性降低了一半。

但他们总结表示,这个变异株的出现不是治疗失败的主要原因。

研究同时强调,这只是单个病例研究,因此只能对结果进行有限的外推。但是,研究结果或能提醒人们警惕使用恢复期血浆治疗免疫抑制患者的SARS-CoV-2感染。

值得注意的是,变异毒株B.1.1.7以及古普塔等人的研究,也给世界提出了一个醒:需要关注免疫系统脆弱人群在新冠大流中的潜在作用。如果他们为病毒提供了进化谱系的机会,而新产生的谱系传播速度更快,更具致病性或没有疫苗,那么这些慢性感染不仅对患者构成危险,而且还可能改变新冠大流行的进程。

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英国专家:在英国发现的变异新冠病毒又有新突变

英国广播公司(BBC)2月2日援引英国科研人员的研究报道称,于去年9月份在英国发现的,目前已在英国各地广泛传播的变异新冠病毒——“肯特”变种目前似乎正在英国发生一些新的突变。

路透社报道称,为英国政府提供咨询服务的一个专家小组中的一位公共卫生专家当地时间周二表示,新冠状病毒E484K突变在英国此前发现的变异新冠病毒中“自然而然”地发生了。

英国科研人员在对一些病毒样本的检测中发现部分新冠病毒样本出现了一种名为E484K的突变,而这种突变此前出现在南非和巴西发现的变异新冠病毒中,这种现象引发了英国科学人员的关注。英国利物浦大学流行病学家卡鲁姆·森普尔(Calum Semple)在接受BBC采访时表示,“最令人关注的突变,我们称之为E484K的突变,目前也自然地出现在了最先在英国南部肯特郡发现的变异新冠病毒中。”

英国莱斯特大学病毒专家朱利安·唐将则这一突变的发现描述为“令人担忧的发展,尽管并非完全出乎意料”。他表示,重要的是民众应当遵守封锁的规定,降低感染病例,这样才能防止病毒进一步发生变异。“否则病毒不仅会继续传播,还会不断进化……允许病毒大肆传播可以为不同的新兴变种提供一个‘熔炉’。”朱利安·唐称。

BBC报道还称,英国公共卫生部门的专家们目前只在他们检测的214159个病毒样本中发现了11个样本出现了E484K突变的,这意味着突变尚未广泛存在。英国当前已经采取措施控制新型新冠病毒的传播。英格兰部分地区甚至开始开展在南非发现的变异病毒的紧急检测,并出台了旅行限制措施,以阻止更多病例从国外输入。

BBC还援引英国专家的话称,尽管这种突变有可能会降低目前已经上市的新冠疫苗抵御病毒的有效率,但不意味着这些疫苗已经失效。报道称,科研人员目前已经在研究这些新出现的突变对现有的新冠疫苗会产生什么样的影响,因为现有的这些疫苗基本都是围绕着引发新冠疫情大流行的最初的几种毒株设计的。一些研究似乎表明,E484K突变可能有助于病毒逃过免疫系统的识别,让中和抗体失效。英国专家则称,即使做最坏的打算,疫苗也可以重新被设计,在必要的情况下,在几周或几个月内对疫苗进行调整,使其更好地适应新情况。

英国前卫生大臣杰里米·亨特则表示,要想比病毒跑得快,就要尽快为尽可能多的人接种疫苗,并再次呼吁诸如洗手、与他人保持距离以及戴口罩等措施仍然是预防感染的有效手段。

当地时间2021年1月9日,英国伦敦民众聚集在克拉芬公园抗议政府的封城措施,并与警察发生冲突。

原创:导卖

首次揭开新冠病毒入侵人体第一道 “关卡” 全景结构,颜宁29岁弟子深入研究病毒如何打开人体“门把手”

学界有这样 一个比喻,如果把人体细胞比作一个房间,细胞表面的受体蛋白就是病毒进入人体细胞的 “门把手”。 转动把手后,病毒就会堂而皇之地入侵人体细胞。 此前的研究发现,新型冠状病毒侵染人体细胞的关键在于利用其S蛋白与细胞表面受体 ACE2结合入侵人体,而 ACE2就相当于新冠病毒入侵人体的 “门把手”。

“如果说早前的研究成果是发现了病毒打开人体细胞大门时抓住的‘门把手’,那么接下来我们深入研究了病毒转动‘门把手’的过程,能够为后续寻找更有效的抗病毒药物提供参考。” 西湖大学鄢仁鸿博士此前接受媒体采访时这样描述他们在疫情中的研究工作,他目前正在西湖大学从事博士后研究工作。

今年2月,西湖大学周强团队利用冷冻电镜成功解析了新冠病毒的细胞表面受体 ACE2的全长三维结构,以及新冠病毒 S 蛋白受体结合域和 ACE2全长蛋白复合物的三维结构,揭示了新冠病毒入侵人体正常细胞第一道 “关卡” 的全景。据悉,这是全球首次解析出 ACE2的全长结构。随后,该研究成果 Structural basis for the recognition of the SARS-CoV-2 by full-length human ACE2作为封面文章发表在 Science 杂志上,鄢仁鸿是该论文的第一作者。

(来源:Science)

紧接着,他们与军事科学院陈薇院士合作,利用冷冻电镜解析了新冠病毒 S 蛋白与中和抗体4A8复合物的结构,清楚展示了两者的相互作用界面,发现4A8中和抗体通过重链与新冠病毒 S 蛋白的 N 端结构域(NTD)相结合。这为后续靶向 S 蛋白 N 端结构域的药物设计和治疗方案提供了科学依据。这项成果于6月22日发表在 Science 上,鄢仁鸿也是此项研究工作的并列第一作者。

(来源:Science)

凭借首次成功解析 ACE2全长蛋白与新冠病毒 S 蛋白受体结合结构域的复合物结构,并将膜蛋白纯化与研究手段引入新冠病毒研究中的贡献,90后博士鄢仁鸿入选 《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人” 2020年中国区榜单。

图 |《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人” 2020年中国区榜单入选者鄢仁鸿

想为疫情做一些力所能及的事情

博士期间,鄢仁鸿的研究重点是解析氨基酸转运蛋白复合物的结构和功能的基础科研。研究对象是 LAT1-4F2hc 复合物,负责在体内运输中性氨基酸和荷尔蒙前体小分子,并于2019年作为第一作者在 Nature 发表相关论文。

(来源:Nature)

近年来,LAT1日益受到制药界追捧。大量研究显示,LAT1-4F2hc 复合物在非小细胞肺癌、前列腺癌等多种癌细胞中异常高表达,抑制 LAT1能够显著降低癌细胞的生存能力。因此,LAT1-4F2hc 复合物也被视为重要的新型抗癌药物靶点。(注:4F2hc 是 LAT1的分子伴侣)

鄢仁鸿通过生化手段证明该复合物中的重链蛋白4F2hc 在 LAT1发挥转运活性的必要性,并利用冷冻电镜成功解析出该复合物结构,这是 LAT1-4F2hc 所在异源多聚氨基酸转运家族的首个高分辨率复合物结构。该研究工作为抗癌疗法的开发提供了重要的结构基础。

图 | 氨基酸转运蛋白 LAT1-4F2hc 复合物结构(来源:Nature)

由于 LAT1-4F2hc 研究的顺利推进,鄢仁鸿博士后期间继续沿着这条路继续探索下去。一次偶然的机会他发现了与 LAT1相似的另一个氨基酸转运蛋白 B?AT1。这个蛋白主要在肠道和肾脏表达,负责转运中性氨基酸。通过查阅大量查阅文献,他发现 B?AT1与 LAT1相似,它也有一个分子伴侣蛋白 — ACE2,而该蛋白受体是引起 “非典” 疫情的 SARS 病毒表面 S 蛋白的受体,是病毒侵入人体的 “门户”。

ACE2即血管紧张素转化酶2,是人体内一种参与血压调节的蛋白,广泛存在于肺、心脏、肾脏和肠道等部位,其中在肺部组织和小肠组织表达最为丰富。研究发现 SARS 病毒表面的 S 蛋白通过 “劫持” 控制血压的 ACE2并与之结合入侵正常细胞。后来科学家们也发现 ACE2同样也是新冠病毒的表面受体。

疫情发生后,他们迅速将研究重点转向 ACE2和新冠病毒 S 蛋白的相互作用机理。春节期间,鄢仁鸿他们放弃春节假期很快回到实验室,加班加点利用冷冻电镜解析新冠病毒受体结合域与 ACE2全长蛋白复合物的高分辨率结构以及相互作用机理。

不过在这一过程中,他们也面临着不少难题。一是疫情期间,无法及时获取研究材料,比如说新冠病毒 S 蛋白基因序列;二是样品制备,如果用冷冻电镜解析结构,第一步必须制备均一稳定的蛋白质样品。

刚开始,他们制备的蛋白质样品没能达到均一稳定,加之时间紧,解析过程一度受挫。后来,他们通过冷静思考,一一排查制备流程,优化制样条件,终于制备出了最优的样品,成功解析出 ACE2全长结构。

“疫情之前,我们已经拿到了 B?AT1和 ACE2的复合物。疫情爆发初期,通过多方沟通获得了山东大学王培会老师课题组分享的新冠病毒 S 蛋白基因,同时也从义翘神州公司购买了一些重组受体结合结构域的蛋白,两条路线并进,总体进展也比较快。”

攻克这一课题以后,他们紧接着探索是否有抗体药物或者其他疗法可以中和新冠病毒。机缘巧合之下与陈薇课题组达成合作,解析了中和抗体4A8和新冠病毒 S 蛋白的复合物结构。“我们希望可以为后续的治疗提供一些线索,为新冠病毒治疗做一些力所能及的事情。”

鄢仁鸿透露,接下来的研究计划可以大致分为两条线:一是研究氨基酸转运蛋白 B?AT1;二是继续开展新冠病毒表面 S 蛋白入侵宿主的分子机制,寻找有效药物来抑制病毒侵染,为抗病毒事业尽自己的一份力。

“做科研挺有意思的”

现年29岁的鄢仁鸿本科毕业后就进入当时尚在清华大学的颜宁实验室,开启科研漫漫求索之路。

不过鄢仁鸿走上科研这条路并非一蹴而就,这一路有迷茫、有启发、有鼓励、有挫败、有坚持、也有成就感。

鄢仁鸿本科在山东大学就读生物技术专业,相当于半只脚踏入了生命科学领域,但是他当时并没有想到会走上科研这条路。大三的时候,摆在他面前有两条路,一是读博继续深造,二是就业工作。

“当时有直接攻读博士学位推荐免试机会,也可以选择去其他学校申请毕业论文设计实习,我计划去申请实验室试一试。” 鄢仁鸿回忆道。

正好看到颜宁老师对于选择从事科研的人说了一段话 “我觉得从科研中能够获得成就感,这种成就感能够不断给我正面反馈,让我继续在科研这条路上走下去”。这段话深深触动了鄢仁鸿,给当时犹豫、还未设定长远目标的鄢仁鸿注入了一针强心剂,同时也坚定了他走上科研道路的决心。

抱着试一试的心态,鄢仁鸿给颜宁发了邮件,表示自己很希望去她的实验室做毕业设计。让鄢仁鸿出乎意料的是,颜宁居然很快就回复了他的邮件,后来鄢仁鸿如愿以偿进入颜宁实验室从事生物膜蛋白结构和功能研究。

进入实验室以后,他的研究工作也并不是一路顺畅。随着研究的深入,很多意料之外的困难也随之而来。鄢仁鸿在讲述了一个关于研究工作的小故事,此前在进行一个课题研究时,多次重复体外脂质体转运实验均以失败告终,他的研究工作一时也陷入僵局。后来,沉下心来,细心比对实验各项流程,设置对照试验,最后终于发现是同位素试剂存在问题。排除问题后,他的实验也得以顺利进行。

他告诉《麻省理工科技评论》中国,在科研工作中时常会充斥紧张、挫败、失望等负面情绪,关键是要学会调整自己的心态,需要有耐心,沉下心来做科研。在这个过程中,他也真切体会到了科研带来的喜悦,不仅仅在于获取实验结果后得到的满足感,更在于解决问题后取得的成就感。

经过不断积累经验,调整心态,鄢仁鸿渐渐摸索出了一条适合自己的道路出来。

“做科研还挺有意思的。现在回头去看,选择科研这条路反倒是一件顺理成章、水到渠成的事情”。鄢仁鸿总结道。

对于鄢仁鸿而言,他的科研之路才刚刚开始。

从事基础科研的初心

对于目前从事的基础科研工作,鄢仁鸿也有自己的思考。

在他看来,结构生物学基础研究意义重大,尤其是对于药物研发,药物研发需要基于解析出来的结构进行设计和优化。

当问及未来是否有与制药公司合作开发药物的计划时,鄢仁鸿告诉《麻省理工科技评论》中国,目前我们的研究还处于机理探究阶段,如抗体分子之间的结合、结构、基本性质的研究。后续如果基础研究中取得非常好的进展很愿意与企业合作,把药物分子成药、推进临床。

施一公曾在接受采访时指出基础科研的重要性。他表示,前沿科学探索性研究将在西湖大学占据举足轻重的地位,培养富有社会责任感的拔尖创新人才是西湖大学最根本的任务。在西湖大学,对一位科学家的学术评价主要看其研究是否剑指相关领域的最前沿以及实质性进展。

“对我而言,我的成长过程很大程度上受到施一公导师和颜宁导师的启发,他们的言传身教对我的影响很大。施老师创办西湖大学的初衷是为国家培养更多高精尖人才,这个想法真的很伟大。” 而这也是鄢仁鸿选择进入西湖大学从事博士后研究的原因之一。

“我觉得一个优秀的科学家也应该有着远大的理想,研究不能只局限于自己研究领域,同时也要思考能够为社会做些什么。我自己在从事科研工作的时候,常常会想自己的研究成果能为社会带来哪些帮助,或者是否能为解决疾病尽自己的一份绵薄之力,这是我做科研的初衷。” 鄢仁鸿说。

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https://www.nature.com/articles/s41586-019-1011-z

https://science.sciencemag.org/content/367/6485/1444

(责任编辑:贺锦格_NB18842)

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