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五山生物
报道
SARS-CoV-2奥密克戎变异毒株的出现是一个紧迫的全球健康问题。研究者的统计模型表明，奥密克戎变异毒株在包括南非在内的几个国家的传播速度比Delta变异毒株更快。细胞培养实验表明，奥密克戎变异毒株的融合率低于Delta变异毒株，也低于SARS-CoV-2的祖先毒株。尽管Delta的S蛋白被有效地切割成两个亚基，这有助于细胞与细胞的融合，但是与Delta变异毒株、祖先SARS-CoV-2祖先毒株的S蛋白相比，奥密克戎变异毒株S蛋白的切割效率较低。此外，在仓鼠模型中，与Delta变异毒株和祖先SARS-CoV-2祖先毒株相比，奥密克戎变异毒株肺部传染性降低，致病性降低。我们的多维度研究揭示了Omicron在人类人口中快速增长、融合能力较低、致病性减弱的病毒学特征。
奥密克戎变异毒株流行动态在南非，年11月，新冠肺炎病例数量和奥密克戎变异毒株（Omicron）的频率迅速增加（图1）。为了估计在南非包括奥密克戎变异毒株在内的SARS-CoV-2谱系的相对有效繁殖数量，我们构建了一个贝叶斯统计模型，该模型代表了病毒谱系频率的动态。我们的统计分析表明，奥密克戎变异毒株（Omicron）在南非的有效繁殖数量是Delta的.1倍（95%可信区间：2.95–.72；图1b）。此外，与南非的结果相似（图1b），奥密克戎变异毒株（Omicron）的有效繁殖数量大于Delta变异毒株在其他六个国家（澳大利亚、丹麦、德国、以色列、英国和美国）（图1c）。截至年1月7日，约个国家报告了超过20万个奥密克戎序列。这些结果表明，奥密克戎变异毒株（Omicron）的传播速度极快，可能在不久的将来在全球范围内超过Delta变异毒株。
奥密克戎变异毒株（Omicron）体外病毒学特征为了阐明Omicron的病毒学特征，我们获得了Omicron分离株（菌株TY8-87）。将携带DG的早期大流行B.1.1分离株（菌株TKYE）和Delta分离株（B.1..2谱系，菌株TKYTK）用作对照。尽管Omicron在VeroE6/TMPRSS2和原代人鼻上皮细胞中的生长与Delta相当，但Omicron的复制性低于Delta在Vero、Calu-、A-ACE2和HeLa-ACE2/TMPRSS2细胞中的复制性（图2a）。Omicron和其他分离株在A-ACE2细胞中复制，但在A细胞中没有复制（图2a），表明Omicron使用ACE2分子作为感染的受体。尽管Omicron和Delta在VeroE6/TMPRSS2细胞中的生长动力学是可比的（图2a），感染细胞的形态非常不同：Delta形成了比B.1.1病毒更大的合胞体，而Omicron只形成了弱合胞体（图2b）。免疫荧光测定进一步表明，感染Delta的VeroE6/TMPRSS2细胞表现出比B.1.1感染细胞更大的多核合胞体，而感染Omicron的细胞则没有（图2c）。此外，感染Omicron的VeroE6/TMPRSS2细胞中的斑块大小显著小于感染Delta（.06倍）或B.1.1病毒（2.08倍）的细胞（图2d）。这些数据表明，Omicron比Delta和早期流行的SARS-CoV-2更不易融合。
为了直接评估这些变体的S蛋白的融合性，我们进行了基于细胞的融合分析。OmicronS在细胞表面的表达水平低于或与携带DG的亲本S的表达水平相当，并且OmicronS比DeltaS在细胞上的表达更高（图2e，f）。然而，我们的融合试验表明，OmicronS的融合性显著低于DeltaS和亲本DGS（图2g）。此外，将S表达细胞与HEK29-ACE2/TMPRSS2细胞共培养表明，OmicronS仅在低水平上诱导多核合胞体。
由于Delta感染形成更大的合胞体，DeltaS表现出更高的融合性，并在S1和S2之间进行有效切割（以下称为S1/S2切割），我们假设Omicron的合胞形成不良和融合性较低可能是由于S切割效率低。与我们之前的研究一致，在表达S的细胞中，DeltaS的S2亚基裂解水平高于携带DG的亲本S（图2h）。与此形成鲜明对比的是，OmicronS的裂解S2水平显著低于DeltaS（2.5倍）和亲本S（2.2倍）（图2h）。类似地，在Delta感染的VeroE6/TMPRSS2细胞中观察到增强的S1/S2切割，而在Omicron感染的细胞中S切割减弱（图2i）。总体而言，我们的数据表明，OmicronS比Delta和早期大流行SARS-CoV-2的S蛋白切割效率更低，融合性更低。
奥密克戎变异毒株（Omicron）体内的病毒学特征为了研究病毒在体内复制的动力学和Omicron的致病性，我们使用B.1.1、Delta和Omicron毒株进行了仓鼠感染实验。与我们之前的研究一致，感染B.1.1和Delta的仓鼠体重下降（图a）。尽管Omicron感染仓鼠的体重显著低于未感染仓鼠，但仍显著高于B.1.1感染和Delta感染仓鼠（图a）。然后，我们定量分析了三个参数所反映的感染仓鼠的肺功能；即，增强暂停（Penh）和时间与呼气峰值跟随时间相对于总呼气时间的比率（Rpef），这是支气管收缩或气道阻塞的替代标志；和皮下氧饱和度（SpO2）。如图b–d所示，B.1.1感染和Delta感染的仓鼠根据这三个参数表现出呼吸障碍。相比之下，在Omicron感染的仓鼠中，Penh值显著低于B.1.1感染和Delta感染的仓鼠（图b），Rpef值显著高于其他两个感染组（图c）。更具体地说，Omicron感染仓鼠的Rpef和SpO2值与未感染仓鼠的值相当（图c，d）。这些数据表明，Omicron的致病性低于B.1.1和Delta病毒。
接下来，我们通过常规采集感染仓鼠的口腔拭子来评估病毒的产生。如图e所示，Omicron感染仓鼠口腔拭子中病毒RNA载量的动态与B.1.1感染仓鼠和Delta感染仓鼠的动态显著不同。B.1.1和Delta的病毒RNA载量达到峰值，并在1周后相对稳定（图e）。与此形成鲜明对比的是，Omicron的病毒RNA载量在这一时期短暂超过B.1.1和Delta，然后迅速下降（图e）。聚类分析还表明，Omicron口腔拭子中病毒RNA的动态与其他两种病毒的动态明显分离。这些数据表明，Omicron的口腔病毒排泄动力学与B.1.1和Delta的不同。
为了进一步研究病毒在感染仓鼠体内的传播，使用来自呼吸系统的样本进行了病毒核衣壳蛋白的免疫组化分析。在感染仓鼠的上气管中，尽管无论接种何种疫苗，上皮细胞对病毒N蛋白都呈零星阳性，但N蛋白阳性变得无法检测（图4a）。此外，测试的所有受感染仓鼠的上气管中的病毒RNA载量随着时间的推移而减少，这表明本研究中使用的所有SARS-CoV-2分离株（包括Omicron）在仓鼠的上呼吸道组织中的生长效率较低。另一方面，在肺部样本中，B.1.1病毒和Delta感染对SARS-CoV-2N蛋白表现出强烈的阳性，这与肺门主支气管的支气管上皮相似（图4b）。相比之下，在Omicron感染的仓鼠中，在主支气管的肺叶部分零星检测到N阳性细胞，每个N阳性细胞只表现出稀疏的N染色（图4b）。在B.1.1感染和Delta感染的仓鼠的支气管和细支气管周围的肺泡间隙中观察到N蛋白，DeltaN从支气管上皮中消失（图4b）。在Omicron感染的仓鼠中，在主要支气管上皮中未观察到N蛋白阳性，但仍在支气管和细支气管的外围（图4b）。B、1.1和DeltaN阳性细胞显著分布在肺泡间隙，而在感染Omicron的肺部中仅检测到稀疏和弱染色的N阳性细胞簇（图4b）。B.1.1感染的仓鼠肺泡中零星残留有N阳性细胞，而Delta和Omicron感染的样本中发现了少量和轻度染色的细胞（图4b）。这些数据表明，尽管B.1.1病毒和Delta有效地感染支气管上皮并侵入肺泡腔，但Omicron只感染一部分支气管上皮细胞，并较不有效地传播到相邻的上皮细胞。总体而言，IHC数据表明，Omicron感染从主支气管向细支气管远端传播相对缓慢，这导致感染Omicron的仓鼠肺泡腔中零星分布弱N阳性簇。
接下来，肺被切除，并在不同的时间点分为两个区域：肺门和肺外周。在肺外周，B.1.1、Delta和Omicron的病毒传播动力学表现出相似的模式。另一方面，在肺门中，尽管B.1.1和Delta的病毒RNA载量和病毒滴度值比这些值低约10倍，但对于Omicron，这些值与这些值相当，甚至高于这些值（图4c）。我们的统计分析表明，Omicron的病毒RNA和病毒滴度的斜率与B.1.1和Delta的斜率显著不同（图4c）。这些结果表明，Omicron在感染急性期的生长动力学可能与B.1.1和Delta在肺门的生长动力学不同。为了深入探讨这种可能性，我们研究了N蛋白的阳性，特别是在靠近肺门的肺部区域的细支气管。细支气管上皮细胞对病毒N抗原呈相对强烈的阳性（图4d）。B.1.1感染的仓鼠中N阳性上皮细胞的数量减少，而Delta感染的仓鼠大多数细支气管上皮细胞的N蛋白呈阴性（图4d）。相反，在Omicron感染的仓鼠中，N阳性上皮细胞仍然存在（图4d）。此外，定量分析表明，Omicron感染仓鼠细支气管中N阳性细胞的百分比显著高于Delta感染仓鼠（图4d）。总之，这些结果，即肺门附近细支气管中病毒N蛋白的阳性（图4d），与肺门中的病毒RNA载量和病毒滴度（图4c）以及口腔拭子中的病毒核糖核酸载量（图e）非常一致。
奥密克戎变异毒株（Omicron）的病理特征为了进一步研究Omicron在肺部的致病性，通过仔细识别四个肺叶、主支气管和肺叶支气管，并将每个肺叶与支气管分支一起切片，对感染仓鼠福尔马林固定的右肺进行了分析（扩展数据图6）。在B.1.1感染和Delta感染的肺中，炎症反应达到峰值，发现II型肺泡肺细胞增生的炎症广泛分布于每个肺叶（图5a）。相比之下，Omicron感染在同一时间点与细支气管一起伴有有限的炎性结节（图5a），Omicron感染的肺中II型肺细胞增生面积的百分比显著低于其他两个感染组（图5b）。在B.1.1感染的仓鼠中，发现轻度支气管炎；观察到支气管和细支气管破裂；肺泡炎和出血在炎症高峰时被识别（图5b，c）。在Delta感染的仓鼠中，炎症反应比B.1.1病毒感染更突出，如前所示，2观察到增生的大型II型肺细胞；在这两个感染组中，急性炎症特征（如支气管炎或细支气管炎和出血）得到解决，并被II型肺细胞取代（图5b，c）。这两个感染组的观察结果与我们之前的报告一致2。在Omicron感染的仓鼠中，观察到轻度支气管炎，肺泡间隔模糊增厚，并观察到II型肺细胞的支气管周围或细支气管周围结节分布（图5b，c）。值得注意的是，Omicron感染仓鼠的肺部没有观察到严重的肺泡炎和出血。结节型II型肺细胞的面积减少（图5b，c）。肺损伤也通过组织病理学评分进行定量评估。Omicron感染的仓鼠的总分显著低于B.1.1感染和Delta感染的仓鼠，并且Omicron感染仓鼠的支气管炎、肺泡炎、II型肺细胞增生和大型II型肺上皮细胞增生等各项指标显著低于Delta感染仓鼠（图5c）。连同时间过程观察（图a–d），我们的结果表明，Omicron的致病性相对低于Delta和B.1.1病毒。
英文原文SuzukiR,YamasobaD,KimuraI,WangL,KishimotoM,ItoJ,MoriokaY,NaoN,NasserH,UriuK,KosugiY,TsudaM,OrbaY,SasakiM,ShimizuR,KawabataR,YoshimatsuK,AsakuraH,NagashimaM,SadamasuK,YoshimuraK;GenotypetoPhenotypeJapan(G2P-Japan)Consortium,SawaH,IkedaT,IrieT,MatsunoK,TanakaS,FukuharaT,SatoK.AttenuatedfusogenicityandpathogenicityofSARS-CoV-2Omicronvariant.Nature.Mar;60():-.doi:10./s---1.EpubFeb1.PMID:;PMCID:PMC.
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