Nature：新冠病毒在体内与人体抗体进行博弈，病毒不断突变，抗体也不断进化

迄今为止，严重急性呼吸系统综合症冠状病毒已经感染了超过9880万人，造成超过210万人死亡，此外，在英国、南非等地区也陆续发现了新冠病毒的突变菌株。面对严峻的疫情，各国陆续开发了和批准使用了各种针对新冠病毒的疫苗。

今天，剑桥大学Ravindra K. Gupta课题组在顶级期刊《自然》上发表了一篇极其重要的研究论文[1]，首次展现了新冠病毒在免疫力低下患者体内变异的过程。他们在研究一名因边缘区B细胞淋巴瘤而免疫力低下的慢性新冠病毒感染者时发现，康复期血浆治疗会带来强烈的选择压力，导致对抗体敏感性降低的变异毒株成为主要毒株[1]。

其中尤其值得注意的是，研究人员发现了一个非常神奇的进化现象：新冠病毒在进化出一个降低抗体中和作用，但会导致感染能力下降的突变的同时，竟然还会出现一个感染能力较野生型病毒提升2倍的突变[1]。

用一个增强感染能力的新突变，补偿另一个降低抗体敏感性突变带来的毒性损失。新冠在体内的进化真是绝了！科学家首次揭示新冠在免疫力低患者体内进化过程，代偿机制让其逃避抗体，保持毒力

关于英国变种和南非变种的来源，之前就有科学家猜测：在免疫低下患者的慢性感染期间，长期的治疗给病毒提供了进化的机会。不过，还没有研究人员在患者体内观察到整个过程。

Gupta和他的团队之所以能记录下新冠病毒适应性进化的全过程，是因为一个特殊的病例。这名患者是一名70多岁的男性，他因鼻咽拭子检测结果阳性住院。与普通患者不同的是，这名患者在2012年被诊断为边缘区B细胞淋巴瘤。

在疾病本身和化疗的双重作用下，这位新冠病毒感染者表现出B细胞和T细胞联合免疫缺陷。也就是说他的免疫力非常低。

这名患者在确诊后的第41天和54天分别接受了两个疗程的瑞德西韦治疗，在第63天和65天接受康复期血浆的治疗，在第93天接受了一个疗程的瑞德西韦和康复期血浆的治疗。

　　▲治疗期内治疗方式与病毒种群结构的变化之间的关系

　　结合上图，我们不难看出，在一开始ORF7a中的T39I（C27509T）突变占比最高，在第45天达到79%。在第66天，NSP2中的I513T（T2343C）突变和RdRp中的V157L（G13936T）突变从第54天的几乎检测不出来，飙升到几乎占比100%。

尽管如此，研究人员还是注意到瑞德西韦的治疗没有改变病毒种群的结构。当患者接受康复期血浆治疗之后，情况就变了。

Gupta和他的同事观察到新冠病毒的种群结构发生了剧烈的变化。新冠病毒刺突蛋白S2中带有D796H突变和S1 N端域中带有ΔH69/ΔV70缺失突变的变种，在第82天成为主导种群。到第86和89天，刺突蛋白Y200H突变和T240I突变，以及NSP2中的I513T突变，RdRp中的V157L突变，NSP15中的N177S突变占据主导地位。D796H突变和ΔH69/ΔV70则降至10%或更低的频率。

到第93天新冠病毒刺突蛋白P330S突变和S1 NTD中的W64G突变丰度接近100%，而D796H与ΔH69/ΔV70丰度<1%，Y200H和T240I的频率<2%。到95天接受康复期血浆治疗之后，D796H+ΔH69/ΔV70病毒群体的再次出现。

他们发现，单独的ΔH69/ΔV70突变让病毒的感染能力比野生型提高了2倍，单独的D796H突变会导致新冠病毒的感染能力显著下降；但是D796H和ΔH69/ΔV70同时存在的话，新冠病毒的感染能力就保持不变。

然而，人体也不是吃素的，人体也会随着病毒突变，不断改变自己，形成新的抗体对抗突变。

近日，来自美国洛克菲勒大学和西奈山伊坎医学院的研究团队在《Nature》上发表了题为Evolution of antibody immunity to SARS-CoV-2的研究成果，发现患者在感染SARS-CoV-2后6.2个月间，虽然体液中中和活性抗体明显降低，但记忆B细胞在不断进化产生体细胞超突变，表达出了具有增强效力和对RBD突变的抵抗力的抗体，体液免疫一直在持续发展。

为了研究感染SARS-CoV-2的患者体内的长期抗体免疫能力，研究人员对87名COVID-19患者在感染后1.3和6.2个月时血液中的中和抗体水平及记忆B细胞特征进行了分析。

酶联免疫吸附（ELISA）和自动血清学测定结果发现，1.3到6.2个月间，血液中的抗RBD（新冠病毒刺突蛋白受体结合域）和抗N（核蛋白）抗体均显著下降，且各抗体的下降幅度均与初始抗体水平成反比。使用含SARS-CoV-2刺突蛋白的HIV-1假病毒测量血浆中和活性，发现与1.3个月时相比，6.2个月时针对新冠病毒的中和抗体滴度下降了5倍，这表明SARS-CoV-2感染后6个月时，患者体内具有中和活性的的抗体明显降低，但仍可检测到。

抗SARS-CoV-2的血浆抗体动力学

记忆B细胞是由免疫系统中的B细胞分化而来的，对抗原具有特异性的识别能力，当抗原二次感染机体时，记忆细胞可直接增殖、分化产生浆细胞，并产生抗体，与抗原结合。对患者体内的SARS-CoV-2记忆B细胞分析，发现1.3到6.2个月间，记忆B细胞群体中表达抗RBD的IgG抗体的记忆B细胞占比表现出小幅但显著的增加。

抗SARS-CoV-2 RBD的抗体序列

此外，研究人员还发现，1.3和6.2个月时的记忆B细胞还表现出了单克隆抗体种类的的更新和抗体序列的演变，这也说明在受到感染后1.3到6.2个月间，免疫系统一直在持续优化对新冠病毒的抗体免疫反应。对这两个时间点中的122个代表性抗体对RBD的反应性进行评估，发现其中有115种能与RBD结合，且6.2个月时抗体的EC50（半最大效应浓度）显著提高。

抗SARS-CoV-2 RBD单克隆抗体反应性

那么这些抗体对病毒突变菌株的抗性如何呢？研究人员对其与SARS-CoV-2的野生型RBD和突变体RBD的结合效果进行测定，发现两个时间点均出现的抗体克隆中，有83％的抗体克隆在6.2个月时与突变RBD的整体结合增加，且在E484(巴西及南非突变株突变位置)，Q493，N439，N440和R346这些RBD突变氨基酸位置上是结合增加最为显著。对能与突变RBD结合的抗体的中和广度进行分析，发现除了具有更强的中和力外，进化的记忆B细胞表达的抗体也具有更高的中和广度，部分抗体能中和一种以上病毒变体。

抗SARS-CoV-2 RBD单克隆抗体的中和活性

最后，研究人员分析，抗体的不断进化可能是通过抗原以免疫复合物的形式保留在滤泡树突状细胞表面很长时间，使得在生发中心进行的B细胞产生体细胞超突变和不断选择而发生的，人体组织中残留的低水平病毒蛋白质也可能作为抗原进一步促使抗体不断进化。

原始出处：

Kemp SA, Collier DA, Datir RP, Ferreira IATM, Gayed S, Jahun A, Hosmillo M, Rees-Spear C, Mlcochova P, Lumb IU, Roberts DJ, Chandra A, Temperton N; CITIID-NIHR BioResource COVID-19 Collaboration; COVID-19 Genomics UK (COG-UK) Consortium, Sharrocks K, Blane E, Modis Y, Leigh K, Briggs J, van Gils M, Smith KGC, Bradley JR, Smith C, Doffinger R, Ceron-Gutierrez L, Barcenas-Morales G, Pollock DD, Goldstein RA, Smielewska A, Skittrall JP, Gouliouris T, Goodfellow IG, Gkrania-Klotsas E, Illingworth CJR, McCoy LE, Gupta RK. SARS-CoV-2 evolution during treatment of chronic infection.Nature. 2021 Feb 5. doi: 10.1038/s41586-021-03291-y

Gaebler C, et al.  Evolution of antibody immunity to SARS-CoV-2.Nature. 2021. PMID: 33461210