SARS-CoV-2奥密克戎XEC变异株核衣壳蛋白R204P突变通过NF-κB通路增强炎症反应和致病性

《Nature Communications》：A non-spike nucleocapsid R204P mutation in SARS-CoV-2 Omicron XEC enhances inflammation and pathogenicity

《自然·通讯》最新研究发现，SARS-CoV-2奥密克戎XEC变异株的核衣壳蛋白R204P突变通过激活NF-κB通路显著增强炎症反应，揭示非刺突蛋白突变在病毒进化中扮演关键角色。该研究通过多尺度实验证实，该突变虽不影响病毒复制能力，但会加剧肺组织损伤，为新冠病毒致病机制提供新见解。

　　

当全球还在应对不断变异的SARS-CoV-2病毒时，2024年末出现的奥密克戎XEC变异株迅速成为主导毒株。这个由JN.1两个子代KS.1.1和KP.3.3重组而来的变异株，不仅展现出更强的传播优势，还带来了一个科学谜题：为何其刺突蛋白融合性与JN.1相当，却能在仓鼠模型中引起更严重的疾病？这个矛盾现象暗示着，除了刺突蛋白之外，病毒的其他组成部分可能也在演化中发挥着关键作用。

在《自然·通讯》最新发表的研究中，日本基因型-表型研究联盟（G2P-Japan）的科学家们对XEC变异株展开了全面解析。研究人员发现，虽然XEC的刺突蛋白突变（S:T22N、S:F59S、S:F456L和S:Q493E）确实为其传播优势做出主要贡献，但真正导致其致病性增强的“元凶”却隐藏在核衣壳蛋白（N蛋白）中——一个名为R204P的突变。

关键技术方法概览

研究团队运用多学科技术手段：基于GISAID数据库的流行病学动力学模型分析突变适应性；病毒样颗粒（VLP）实验评估病毒组装效率；人iPSC来源肺类器官和气道芯片模拟人体感染；重组病毒反向遗传学系统精准验证突变功能；NF-κB报告基因检测炎症通路激活；仓鼠模型评估体内致病性。

突变贡献度分析揭示传播驱动力

通过层次贝叶斯多项式逻辑模型分析美国2024年的病毒基因组监测数据，研究团队发现XEC的四个刺突蛋白突变（S:F456L、S:Q493E、S:F59S和S:T22N）对其传播优势贡献显著，而核衣壳蛋白的R204P突变和非结构蛋白NSP2的A419T突变则未显示明显适应性效应。这提示XEC的快速传播主要归功于刺突蛋白的变异。

病毒特性表征发现矛盾现象

在病毒特性分析中，XEC展现出与JN.1相当的刺突蛋白融合活性、对四种已批准抗病毒药物（尼马特雷韦、瑞德西韦、恩司特雷韦和EIDD-1931）的敏感性以及体外复制能力。然而，当在仓鼠模型中进行测试时，XEC感染却导致更显著的体重下降和更严重的肺部病理损伤，包括广泛的肺泡损伤和炎症细胞浸润。这种体外复制能力与体内致病性之间的脱节，提示可能存在非复制相关的致病机制。

核衣壳蛋白R204P突变的功能解析

聚焦于核衣壳蛋白的R204P突变，研究人员通过病毒样颗粒实验发现该突变不影响病毒颗粒的组装效率。体外复制实验也证实，该突变对病毒在细胞系中的复制没有显著影响。然而，在更接近人体生理条件的气道芯片模型中，XEC表现出更强的屏障穿透能力，提示该突变可能影响病毒在呼吸道组织中的扩散能力。

为精确验证R204P突变的功能，研究团队利用反向遗传学技术构建了重组病毒：rJN.1（野生型）、rXEC（含R204P突变）和rXEC/N:P204R（将204位点恢复为精氨酸）。仓鼠感染实验明确显示，rXEC感染导致最严重的体重下降和肺部炎症，而将204位点恢复为精氨酸（rXEC/N:P204R）则显著减轻了疾病严重程度，证实R204P突变是增强致病性的关键因素。

炎症机制深入探索

进一步机制研究发现，XEC感染激活了更强的NF-κB信号通路。通过AlphaFold3结构预测，研究人员发现R204P突变改变了N蛋白C端结构域中α螺旋的位置，可能破坏了其与TAK1-TAB2/3复合物的相互作用。此前研究表明，SARS-CoV-2的N蛋白能够通过与该复合物结合抑制NF-κB活化，而R204P突变可能削弱了这一抑制功能。

实验证实，rXEC感染能更强烈地激活NF-κB报告基因，并在感染仓鼠的肺组织中诱导更高水平的炎症因子（如IL-6和IL-8）表达。组织病理学分析显示，尽管rXEC感染仓鼠肺中的病毒载量较低，但炎症反应却更为强烈，提示强烈的免疫反应可能加速了病毒清除，但同时导致了更严重的免疫病理损伤。

研究结论与意义

这项研究系统阐明了SARS-CoV-2奥密克戎XEC变异株的病毒学特性，首次证实核衣壳蛋白的R204P突变通过增强NF-κB介导的炎症反应而提高病毒致病性。这一发现具有重要科学意义和实际价值：

一方面，它揭示了SARS-CoV-2进化中的新策略。随着刺突蛋白的进化空间逐渐饱和，病毒可能越来越多地利用非刺突蛋白突变来调整其生物学特性。核衣壳蛋白作为病毒颗粒的核心组件，其突变可能影响病毒与宿主的相互作用，从而改变疾病表现。

另一方面，该研究强调了非刺突蛋白在新冠病毒致病机制中的重要性。虽然刺突蛋白突变主导了病毒的免疫逃逸和传播能力，但非刺突蛋白（如核衣壳蛋白）的变异可能显著影响疾病的严重程度。这为未来疫苗和药物研发提供了新靶点，提示需要针对病毒的全基因组而非仅针对刺突蛋白进行监控和干预。

值得注意的是，核衣壳蛋白的204位点突变并非首次出现——早在Alpha变异株（B.1.1.7）中就有过G204P的报道，但当时并未成为主流。随着病毒通过重组不断“洗牌”其遗传特征，这些曾经被淘汰但具有功能潜力的突变可能重新出现并展示新的生物学特性。

这项由国际团队完成的研究，通过多尺度、多技术的综合研究策略，不仅揭示了XEC变异株的独特致病机制，也为理解SARS-CoV-2的进化轨迹提供了新视角。随着新冠病毒继续在人群中循环，监测非刺突蛋白的变异可能成为预测病毒进化方向和疾病严重程度的重要方面。