SARS-CoV-2 变异株维持高效空气传播的策略探秘：平衡免疫逃逸与传播力的进化密码

新冠疫情期间，SARS-CoV-2 持续变异，其免疫逃逸和空气传播机制不明。伦敦帝国理工学院等机构研究人员以仓鼠为模型，研究 SARS-CoV-2 变异株传播特性。发现不同变异株传播策略不同，这对评估新变异株风险意义重大。

　　新冠疫情自爆发以来，给全球带来了巨大的影响。尽管采取了严格的防控措施，新冠病毒（SARS-CoV-2）仍在全球广泛传播，不断出现新的变异株。这些变异株在免疫逃逸和传播能力方面表现各异，使得疫情防控面临巨大挑战。人们迫切想要了解 SARS-CoV-2 变异株是如何平衡免疫逃逸和空气传播的，然而相关机制却一直不明确 。为了揭开这一谜团，伦敦帝国理工学院（Department of Infectious Disease, Imperial College London）、皮布赖特研究所（The Pirbright Institute）、格拉斯哥大学病毒研究中心（MRC-University of Glasgow Centre for Virus Research）等机构的研究人员开展了深入研究。他们的研究成果发表在《npj Viruses》杂志上，为我们理解新冠病毒的传播特性提供了重要依据。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是利用定制的感染性病毒传播隧道（IVT），来量化感染仓鼠呼出的感染性病毒；二是通过空斑试验（Plaque assays），检测鼻腔洗液样本中的病毒滴度；三是进行实时逆转录定量聚合酶链反应（Real-time RT-qPCR），对病毒基因组进行定量；四是开展传播实验，包括空气传播实验和直接接触传播实验，观察病毒在仓鼠间的传播情况。实验样本主要为叙利亚金黄地鼠，用于模拟病毒传播过程。

研究结果

1. Pre-Omicron SARS-CoV-2 变异株可通过空气在仓鼠间高效传播：给供体仓鼠鼻内接种 100 PFU 的第一波野生型带有 D614G 突变的 SARS-CoV-2（WT/D614G）、Alpha 或 Delta 变异株，10 小时后采集鼻腔洗液样本，未检测到感染性病毒，排除了残留接种物对后续传播的影响。接种后第 1 天，将供体仓鼠与未感染的哨兵仓鼠分别置于定制 ISO 笼两侧，中间用带孔金属板隔开。24 小时接触后，WT/D614G、Alpha 和 Delta 变异株均高效传播给哨兵仓鼠，感染后 1 - 2 天，所有组 100%（4/4）的哨兵仓鼠都检测到病毒脱落。供体和哨兵仓鼠体重均有相似下降，表明鼻内接种和空气传播致病性相当。
2. 利用感染性病毒传播隧道对空气传播感染性病毒排放的表征：研究人员使用 IVT 评估感染仓鼠呼出的感染性病毒。结果显示，WT/D614G 和 Alpha 感染的仓鼠仅在接种后 1 - 2 天检测到气溶胶化感染性病毒，Delta 感染的仓鼠在 1 - 3 天均可检测到。Alpha 变异株感染的仓鼠呼出的感染性病毒水平显著低于 WT/D614G 和 Delta 感染的仓鼠，但这三种变异株鼻腔洗液样本中的病毒 RNA 载量和感染滴度并无显著差异。
3. SARS-CoV-2 WT/D614G、Alpha 和 Delta 在仓鼠模型中建立有效感染的半数感染剂量（ID50）：为探究 Alpha 变异株在感染性病毒排放较低的情况下仍能高效传播的原因，研究人员评估了不同变异株建立有效感染所需的感染剂量。实验发现，仓鼠对 WT/D614G、Alpha 和 Delta 高度易感，低剂量接种即可在上呼吸道（鼻腔洗液）和下呼吸道（肺）产生有效感染。Alpha 变异株的ID50为 0.0208 PFU，Delta 变异株的ID50为 0.304 PFU，Alpha 变异株的ID50比 Delta 变异株低 14.6 倍 。
4. SARS-CoV-2 Delta 在仓鼠模型中的空气传播持续时间：研究发现 Delta 变异株在供体接种后第 1 天，经 24 小时暴露可高效传播给哨兵仓鼠。进一步研究发现，接种后第 2 天暴露的 4 只哨兵仓鼠中有 2 只被感染，第 5 天暴露的哨兵仓鼠未被感染。IVT 检测显示，接种后第 4 - 5 天未检测到感染性病毒斑块，尽管此时鼻腔洗液样本中仍可检测到感染性病毒，但滴度较第 1 - 2 天大幅降低。随着感染进展，鼻腔洗液样本中基因拷贝数与斑块数的比值增加，表明病毒感染性降低。这说明 Delta 感染的仓鼠在感染早期传染性最强，传染性随时间迅速下降。
5. Omicron 亚变体 BA.1、EG.5.1、BA.2.86 和 JN.1 在仓鼠模型中表现出不同水平的空气传播能力：在对 Omicron 亚变体的空气传播实验中，哨兵仓鼠持续暴露于供体仓鼠两周。结果显示，接种不同亚变体的供体仓鼠体重变化和鼻腔洗液中的病毒脱落量不同。BA.1 在仓鼠间的传播效率低于 Pre-Omicron 变异株，仅 6 只哨兵仓鼠中的 2 只被感染；EG.5.1 传播效率高，6 只哨兵仓鼠全部被感染；BA.2.86 传播能力差，6 只哨兵仓鼠中仅 2 只被感染；JN.1 在空气传播实验中未使任何哨兵仓鼠感染，直接接触传播也效率低下。通过 IVT 检测发现，BA.2.86 和 JN.1 未检测到空气传播病毒，BA.1 和 EG.5.1 可检测到感染性病毒排放，但病毒排放并不能完全解释 BA.1 传播效率低的现象。
6. 具有 SARS-CoV-2 野生型武汉 - 株骨架和 Omicron 刺突蛋白的重组病毒显示出更高的传播性：研究人员构建了两种重组病毒 RgWuh-BA.1 和 RgWuh-JN.1。RgWuh-BA.1 在供体仓鼠中的复制滴度高于野生型 BA.1，100%（6/6）的哨兵仓鼠被感染并从 1 - 2 天开始大量排毒。RgWuh-JN.1 在直接接触传播实验中高效传播，空气传播实验中可检测到病毒排放，且与 RgWuh-BA.1 的排放滴度相当。这表明除刺突蛋白外的病毒基因对 BA.1 和 JN.1 的复制和传播能力有影响。

研究结论与意义

本研究全面表征了 Pre-Omicron 和 Omicron 亚变体的空气传播过程，发现不同 SARS-CoV-2 变异株采用不同策略维持高效空气传播能力。Alpha 变异株虽气溶胶化能力降低，但较低的ID50使其仍能高效传播；Delta 变异株感染早期传染性强，随后迅速减弱；Omicron 亚变体的空气传播能力各不相同，且与空气病毒排放有一定相关性。此外，研究还表明非刺突蛋白基因可影响病毒的气溶胶化和传播能力。这些发现对于理解 SARS-CoV-2 的进化、评估新变异株的传播风险具有重要意义，为疫情防控和疫苗、抗病毒药物的研发提供了关键信息。同时，研究中使用的 IVT 等实验方法和技术，也为后续研究提供了重要的参考和借鉴。