在與新冠病毒持續一年多的較量中，人類遇到了諸多挑戰。疫苗給我們帶來了希望，但新的病毒突變又讓人不禁擔憂。為了贏得這場曠日持久的戰役，我們需要了解是什麼推動了新冠病毒突變株的出現，以及這些變異意味著什麼。

在新冠病毒存在之初，它就以某種方式獲得了一種能夠深刻影響人類健康的能力。這種病毒的遺傳密碼中出現了一處看似很不起眼的突變，很可能來源於一次不幸的事故——它與另一種病毒同時感染了一隻蝙蝠，二者的基因片段在蝙蝠體內混合在了一起。

然而，正是這一小段基因組中包含的指令改變了病毒的一個關鍵部分——刺突蛋白（又稱Spike蛋白、S蛋白）。這種重要的蛋白質附著在冠狀病毒的外部，可以與細胞外部的受體結合，幫助病毒的其他部分潛入細胞內部進行複制。

刺突蛋白的這種突變，使新冠病毒可以劫持人體中的弗林蛋白酶（furin）。這種酶就像一把分子剪刀，能夠切開激素和生長因子以激活它們。當弗林蛋白酶剪去新冠病毒刺突蛋白的一部分時（刺突蛋白通常在病毒外部折疊成一系列環狀結構），刺突蛋白就像鉸鏈一樣被打開了。

英國布里斯託大學病毒細胞生物學研究者Yohei Yamauchi一直在研究這種突變會如何導致新冠病毒對人類更具傳染性，他說：“這一過程暴露了刺突蛋白中的一個新序列。這是使這種病毒與之前導致Sars（嚴重急性呼吸道綜合徵）和Mers（中東呼吸綜合徵）的冠狀病毒迥然不同的變化之一。”

這一新的突變也意味著，新冠病毒可能會突然與神經纖毛蛋白（Neuropilin 1，簡稱NRP1）結合，進而侵入細胞內部。這種蛋白位於人類呼吸道和嗅覺上皮細胞的外部，能引導物質進入細胞和組織。換言之，這種突變為新冠病毒提供了進入細胞的大門鑰匙，使它們可以在人類呼吸道中大量複製。

儘管這種突變在新冠病毒中存在的時間並不長，但其重要性已經不言而喻。一些研究人員認為，這可能是新型冠狀病毒能跨越物種並開始在人類中迅速傳播疾病的關鍵突變之一。然而，幾乎就在新冠病毒迅速傳播的同時，研究人員開始發現它的其他突變。

幾乎在每個感染者身上，病毒都會發生非常微妙的變化——在基因密碼中從這裡取走一個字母，在那裡刪除另一個字母，或者替換成不同的字母，等等。當病毒接管細胞的分子機制進行複制時，通常就會發生這些微小的錯誤。除了幫助科學家追踪病毒是如何在世界範圍內傳播之外，大多數突變基本沒什麼作用。但在少數情況下，某種突變的出現會改變病毒的傳播速度，或改變病毒的傳染性，甚至改變病毒所引發疾病的嚴重程度。

隨著新冠肺炎大流行的繼續，了解可能推動病毒發生某些變化的因素，以及這些因素對病毒行為的影響，具有至關重要的意義。以下就是新冠病毒迄今為止出現的一些最重要的突變。

D614G突變

2019年12月初開始出現疫情時，使弗林蛋白酶切斷刺突蛋白的突變就已經存在於新冠病毒中。短短幾個月後，歐洲開始發現第一批病例。研究人員發現，此時新冠病毒已經發生了重大改變，對疫情的進程產生了重大影響。

儘管現在有證據表明，新冠病毒早在2019年12月就已在歐洲出現，但該病毒最初的傳播於2020年2月出現在意大利北部。2月20日從那裡採集的樣品顯示，新冠病毒在刺突蛋白上發生了突變，導致從受感染細胞（特別是患者的上呼吸道細胞）釋放的病毒顆粒數量大大增加。研究者將這種突變稱為D614G，這也是目前全球大流行的主導病毒株。似乎正是這種突變導致了病毒在人與人之間傳播得更快，可能是因為感染者會咳嗽並呼出更多的病毒。

新冠病毒英國變種在刺突蛋白上出現了若干突變，使其更容易與人類細胞結合

D614G突變為新冠病毒的刺突蛋白提供了一個更“開放”的結構，提高了它與人類細胞表面ACE2受體的結合能力。新冠病毒與ACE2結合的能力已被認為是其最初能夠感染人類的原因之一，而新的突變使病毒增強了針對人類細胞的能力。

隨後的研究表明，D614G突變病毒株比武漢發現的新冠病毒更具傳染性，並且似乎在年輕人中更常見。但這也是有代價的——突變可能使病毒在面對抗體時更加脆弱，即它在患過病的人身上再次引起感染的能力更低。另一方面，這也意味著可以使用已康復患者的恢復期血漿來對抗病毒。

節日病毒株

隨後，隨著夏季歐洲的封鎖放鬆，國際旅行再次回暖，新冠病毒另一個重要的新變種在西班牙出現。該突變病毒株於2020年6月首次被發現，隨後蔓延至整個歐洲，到9月，瑞士、愛爾蘭和英國的病例中有50%到70%為這種病毒株。

這一病毒株被命名為20A.EU1，研究人員在其刺突蛋白上發現了名為A222V的突變。但這一突變沒有出現在與細胞表面結合的區域，因此不太可能導致傳染性提高。相反，研究人員認為20A.EU1的快速傳播和高流行率更可能是偶然的，因為當時正值限制放寬的時候，人們在夏季假期裡集中出行，人們之間的接觸更甚。

逃避抗體

雖然A222V突變似乎沒有導致新冠病毒行為的劇烈變化，但2020年3月在蘇格蘭出現的另一種突變仍為我們敲響了警鐘。這種名為N439K的突變是在蘇格蘭患者身上提取的約500份樣本中發現的，但到2020年6月，該突變似乎已經在蘇格蘭絕跡，可能是由於嚴格的封鎖限制導致其傳播人數銳減。

這種突變似乎不僅增強了新冠病毒刺突蛋白與人類細胞上ACE2受體結合的能力，而且攜帶該突變的病毒株也對從康復患者身上提取的抗體顯示出一定的耐藥性。這引起了人們對病毒再次感染能力的擔憂，但專家表示，該病毒株應該不會導致患者病情加重。英國Covid-19基因組學聯盟（Cog UK）最近的一份報告補充稱：“沒有證據表明這種突變能使病毒削弱疫苗引發的免疫力。”

然而，就在2020年秋季，這種突變導致的新病例出現了​​，並且顯然與蘇格蘭的病例無關。歐洲其他地方和美國都出現了這種新冠病毒突變，並且至今仍在美國繼續傳播。現在，N439K突變通常與另一種突變一起出現，後者表現為刺突蛋白上兩個明顯的關鍵氨基酸H69和V70的缺失。

多次出現的突變

事實上，H69/V70缺失突變的新冠病毒株已經出現在世界各地。科學家首先於2020年1月在泰國的樣本中發現了該突變，2月在德國又再次發現，儘管這兩次發現之間似乎沒有關聯。

研究人員發現，H69/V70缺失會改變新冠病毒刺突蛋白的形狀，使其環狀結構更為緊密。儘管還不完全清楚病毒由此所獲得的好處，但有人認為，這可能是病毒試圖避開免疫系統的一種適應方式，儘管尚未發現該突變對疾病嚴重程度或疫苗效力的影響。

英國劍橋大學臨床微生物學家Ravinda Gupta是最早發現“B117”變異新冠病毒的人之一，他表示，H69/V70缺失突變“增加了兩倍的傳染性”。

對世界各地病毒測序數據的分析表明，新冠病毒多次出現H69/V70缺失突變。在2020年的大部分時間裡，該突變悄無聲息地傳播著，然後在丹麥出現了一群感染了該突變病毒株的患者。經過調查，研究人員在由養殖場的水貂傳染給人類的病毒株中發現了這種突變。進一步的分析顯示，這些病毒已發生輕微變異，使其對動物的傳染性增強，而一些早期數據表明，它對新冠康復患者血清中含有的抗體也不那麼敏感。

到了2020年8月份，H69/V70缺失突變開始變得更加常見，並與N439K突變一起出現在病毒樣本中。

英國的變異病毒株

H69/V70缺失突變也是快速傳播的所謂“英國變異病毒株”，即B117病毒株的主要特徵之一。除此以外，B117病毒株在其刺突蛋白上還積累了16種其他突變。Ravinda Gupta說：“在這種新的變異病毒中出現的許多突變是我們前所未見的。”

其中之一是刺突蛋白上弗林蛋白酶裂解位點附近的突變，被稱為P681H突變，之前在世界各地的其他變種中也發現過，包括去年12月在尼日利亞出現的B11207病毒株。與英國變種的不同之處在於，B11207病毒株還攜帶了另一種重要的突變，稱為N501Y，發生在病毒與細胞結合的關鍵區域。研究人員認為，這一突變有助於病毒與細胞外部的ACE2受體更緊密地結合。

對於英國病毒株中出現的其他個別突變的確切影響，仍有待進一步探索，但當它們結合在一起時，已經足以導致該病毒在人與人之間更具傳染性。這可能是因為該變種的感染者產生了比之前其他感染者更多的病毒顆粒。換言之，當感染新變種的患者咳嗽、說話和呼吸時，會有更多的病毒以飛沫形式排出體外。

科學家估計，B117病毒株自我複制的速度是最開始發現的病毒株的兩倍。根據目前一些公共衛生官員的預測，B117病毒株將成為新冠病毒在包括美國在內的許多國家的主要形式。該病毒株究竟是如何發生的？科學家尚不清楚，但有觀點認為這麼多突變並不是逐漸積累的，而是突然一起出現，這給一些研究者提供了線索。

Ravinda Gupta說：“一個可能的假設是，這些突變發生一個感染病毒的慢性病患者體內。”在感染新冠病毒的慢性病患者中，至少有兩個H69/V70缺失與其他突變同時出現的病例，其中一例是俄羅斯莫斯科的一名老年婦女，另一例則是英國劍橋的一名男子。

這兩人都接受過癌症治療，據信這降低了他們的免疫系統對抗新冠病毒的能力。由於患者被感染了很長時間，使得病毒有時間在他們體內大量複製並積累突變。當他們接受抗體治療時，那些能夠更好地逃脫或抵禦治療的病毒存活了下來。“我們還不知道B117病毒株在多大程度上會發生這種情況，但在長期感染中，病毒有機會擊退治療所帶來的遺傳壓力。”Ravinda Gupta補充道。

英國最近公佈的死亡率數據似乎表明，B117病毒株的致死率比早期病毒高出30%，但這還有待同行評議的科學研究證實。即便如此，Ravinda Gupta並不認為B117病毒株會給目前在世界各地推廣的疫苗帶來問題。最近的一項研究表明，輝瑞疫苗試驗參與者產生的抗體似乎能對這種變異病毒株起作用。他指出：“但這是一個警告信號，提醒我們不能自滿。”

南非病毒株

在B117病毒株的消息傳出後不久，南非科學家透露，他們也發現了在本國傳播的另一種新冠病毒新變種。

開普敦大學病毒學系主任卡洛琳·威廉姆森說：“在第一波新冠病毒疫情之後，我們觀察到南非兩個地區——東開普省和西開普省——的感染病例又迅速抬頭。”她和同事加強了對這兩個地區的病毒測序，發現一種新的病毒株在2020年10月中旬出現，並在11月底迅速成為主導病毒株。到12月，該病毒株——被稱為501Y.V2或B1351——已經傳播到南非其他許多地區，在鄰國贊比亞也有發現。自此以後，在其他至少20個國家的旅行者中都發現了這種病毒變種，一些國家也顯示出在當地傳播的跡象。

最近的一項研究表明，南非變異病毒株能夠逃脫在第一輪大流行期間感染者血漿中的抗體。有人可能會擔憂當前的新冠疫苗對該變種的效果，但很重要的一點是，抗體僅僅是免疫系統對病毒反應的一部分。其他類型的免疫，比如由T細胞提供的免疫，可能仍然是有效的，儘管這還有待試驗。

威廉姆森和同事還發現，這種新的變異病毒株在刺突蛋白中攜帶8種獨特的突變，其中3種可能使其具有更高的傳播能力。“我們不知道這一變異株是如何出現的，”威廉姆森說。但她推測，它可能也來源於長期感染者體內，“通常情況下，新冠病毒會造成急性感染，可以迅速清除……但在某些個體中，可能存在持續的複制，從而使病毒發生進化。 ”

在威廉姆森和她的團隊發現的所有突變中，N501Y突變也出現在英國的B117病毒株中。另一種突變——K417N——已被發現能與N501Y突變結合，以增加病毒與人類細胞上ACE2受體結合的強度。不過，有計算機建模研究提出，K417N突變可能抵消了N501Y突變中出現的結合能力增強。

目前沒有跡象表明南非病毒株會導致更嚴重的疾病，但它的傳播速度似乎比之前的病毒株更快。威廉姆森說：“傳染性強而致病性低的病毒更有可能存活。”這是因為如果病毒殺死宿主的速度太快，它就沒有時間進行更多的增殖並傳播給其他人。

然而，有研究表明，K417N突變可能會降低病毒對人類抗體的敏感性。第三種名為E48 4K的突變——在英國病毒株中不存在——似乎也減少了病毒對抗體的脆弱性。一項研究表明，刺突蛋白中E484位點的改變會使一些抗體中和它的能力降低10倍。

巴西病毒株

在另一個令人擔憂的新冠病毒變種中，E484K也被證明是很重要的一個突變。目前，這一被稱為P1的病毒株正在世界各地傳播。P1病毒株包含了20種獨特的突變，包括在南非病毒株中發現的E484K突變。據調查，該病毒株似乎首先出現在巴西北部亞馬孫州的瑪瑙斯市，那裡遭受了嚴重的疫情。在2021年1月2日從巴西北部飛往日本的4名旅客身上也發現了P1病毒株。

P1病毒株在攜帶E484K突變和K417T突變的同時，還攜帶N501Y突變。儘管科學家們仍在研究這些突變的確切後果，但該病毒株已被世界各國的衛生官員認定為一個“令人擔憂的變種”。

據美國疾病控制與預防中心稱，巴西P1變異病毒株的出現讓人擔心其可能會導致更大規模的再次感染。兩個月前，研究人員在感染新冠病毒的患者中又發現了另一個巴西變異病毒株，命名為P2。不過，儘管該病毒株攜帶E484K突變，但沒有攜帶P1病毒株的另外兩種突變。

E484K突變的出現使許多人擔心新冠病毒可能正在以允許其逃避部分免疫系統的方式進化，但英國Covid-19基因組學聯盟的科學家表示，目前還沒有證據表明它會影響當前疫苗的有效性。

隨著新冠病毒繼續突變，許多病毒學家開始尋找戰勝病毒的新方法。美國亞利桑那大學的病毒進化生物學家邁克爾·沃羅貝和​​他的團隊正在開發一種“早期預警”測試，試圖在新冠病毒新變種開始傳播時就將其識別出來。

“我們已經從實驗室研究中獲得了很有價值的信息，了解到氨基酸的某些變化可能會帶來潛在的威脅，”沃羅貝說，“因此，我們可以利用這一點，希望能儘早發現它們。”如果這種測試方法投入應用，或許將有助於公共衛生官員和疫苗製造商在病毒出現新的重大突變時做好準備。