暨南大學張其威等發現：奧密克戎曾發生多次基因重組

　　當前世界各地新冠肺炎（COVID-19）的大流行主要是由更具傳染性的奧密克戎（Omicron）變異株引起的。科學家一直在持續關注可能出現的新的重組變異株，因為基因重組是新發和再現的人類病毒病原體產生的重要進化機制，同時也是冠狀病毒進化適應的一種重要途徑。冠狀病毒通過基因重組可以在單次進化事件后迅速累積多個突變，導致病毒傳染性提高或者免疫逃逸增強。由于新冠病毒流行株序列間高度相似且在進化上相對保守，經典的重組檢測方法難以檢測到不同毒株間的重組信號及相應進化軌跡，單一序列發現的重組需要與共感染相區別。

　　近日，暨南大學病原微生物研究團隊張其威教授和吳建國教授等在預印本 bioRxiv 在線發表了題為：Tracking SARS-CoV-2 Omicron diverse spike gene mutations identifies multiple inter-variant recombination events的研究論文。

　　該研究對全球出現的新冠病毒奧密克戎變異株的全基因組序列及其刺突蛋白（Spike）基因序列進行了精細分析，首次發現奧密克戎變異株刺突蛋白基因與阿爾法（Alpha）、貝塔（Beta）、德爾塔（Delta）等變異株之間發生了多次跨變種重組的可靠證據，并且推測奧密克戎毒株與德爾塔毒株的重組產生的“德爾塔克戎”樣變異株 （“Deltacron”-like Variants）最早在2021年11月時已在南非和博茨瓦納等地相繼出現。

　　新冠病毒的刺突蛋白（Spike），主要負責受體識別和介導冠狀病毒入侵宿主細胞。病毒S蛋白氨基酸序列突變能改變S蛋白與宿主細胞受體的結合效率、從而影響病毒感染和傳染性。S蛋白具有免疫原性，帶有許多T淋巴細胞和B淋巴細胞表位，抗原識別位點的突變會導致中和抗體與抗原結合效能的變化、影響抗體中和效價，甚至發生抗原漂移與免疫逃逸現象。

　　研究團隊首先對2022年1月15日之前流行的新冠病毒奧密克戎變異株S蛋白的52563條基因序列進行了全面和細致的比較，發現早期出現的奧密克戎變異株自身已攜帶多種既往VOC流行株具有的特征性氨基酸突變，提示奧密克戎變異株S蛋白基因經歷了多發基因重組事件（圖1）。進一步鑒定發現 18個BA.1亞變種的核心突變（頻率>99%）（8 個在 NTD，5 個在 S1/S2 切割位點附近，5 個在 S2）。BA.2 亞變種與 Alpha變異株共享三個額外的氨基酸缺失。BA.1亞變種與VOC變異株在S蛋白總共有9個常見的氨基酸突變（比 BA.2 多三個），這表明奧密克戎變異株可能來自與這些VOC的重組。BA.1 中包含的阿爾法（Alpha）相關突變（del69-70、del144）比 BA.2 多三個，因此 BA.1 在系統發育上可能更接近阿爾法變異株。

　　通過分析2020年11月至2021年1月全球發布的奧密克戎變異株的基因組序列，篩選奧密克戎變異株的S蛋白基因序列，研究團隊發現奧密克戎變異株在流行期間，不斷新增和整合多個非原生的來自其它既往的VOC/VOI毒株的典型氨基酸突變。其中最值得注意的是，部分奧密克戎變異株的S蛋白RBD區出現了L452R及R346K突變，可能是與德爾塔（Delta）及繆（B.1.621）變異株重組獲得。L452R及R346K突變位于S蛋白受體結合區域，前期研究已經證明L452R及R346K可導致對應區域的中和抗體結合效能下降，導致病毒免疫逃逸能力增強（圖2）。

　　對2021年11月至2022年1月全球公布的S蛋白序列建立系統發育網絡，發現奧密克戎變異株在最初的2個月流行期間，S蛋白的單倍型存在多態性，序列類型主要為BA.1亞變種，還分別進化出在BA.1基礎上整合了S蛋白A701V、R346K、L452R等突變的亞群，以及BA.2亞變種、返祖型（Reversion）等幾個亞群（圖3）。奧密克戎變異株在最初與其它變異株共流行期間，可能已經發生了多次重組事件，導致獲得了來源于其它變異株的特征性突變的基因轉移。奧密克戎變異株與較早流行的其它毒株之間進行序列交換，可能導致了奧密克戎變異株S蛋白基因部分原生突變的丟失，發生回復突變，氨基酸序列更接近于原始毒株。

　　L452R突變是德爾塔變異株攜帶的特征性突變。研究團隊對攜帶德爾塔變異株L452R突變的疑似“德爾塔克戎樣變異株”（“Deltacron”-like Variants）的奧密克戎重組株進行了溯源和全基因組分析，發現“Deltacron”-like變異株在全球多個國家均有檢出。最早于2021年11月在南非和博茨瓦納收集的新冠標本中即出現了L452R “Deltacron”-like的奧密克戎重組株，目前該重組株主要分布在北美洲和歐洲，以及西亞地區（圖4），出現的頻率達近千株。重組的奧密克戎變異株的在全基因組序列水平上也呈現出多態性，表現出來源的復雜多樣化，提示奧密克戎變異株與其它毒株發生了共感染（圖4）。