周鹏医生：病毒变异和疫苗作用减弱的机理

2021-07-26 周鹏心视野

本文说明病毒变异和疫苗作用减弱的机理。

病毒“地球村”（48）||

病毒变异和疫苗作用减弱的机理

核心提示

本文说明病毒变异和疫苗作用减弱的机理。

病毒变异的主要部位

作为一种生命形式，求生求成，通过变异应对环境的“适者生存”性选择，是病毒特别是RNA病毒的一种本能。

下图说明：

病毒入侵人体细胞的关键：新冠病毒自带的“万能钥匙”刺突蛋白。

RNA病毒有临床意义和流行病学意义突变的关键：“万能钥匙”刺突蛋白的变异。

新冠病毒和人体细胞：小偷、钥匙-锁、门的关系

碳基世界的生命循环本质上就是核酸和蛋白质的循环。病毒在体外是晶体，在体内可以是生命，但病毒没有复制核酸和合成蛋白质的材料、机器和场所，因此病毒只有进入细胞后，才能繁殖，才表现为生命。

人体（宿主）细胞的细胞膜是一道天然的屏障，病毒必须通过特定的结构、渠道才能进入细胞。对新冠病毒而言，这种特定的结构就是刺突蛋白（Spike Protein)，可以理解为小偷带的开锁进门的钥匙（见下图）。

对细胞而言，病毒进入细胞的特定结构就是受体（Receptor)，可以理解为门锁，对应地，细胞膜可以理解为门或者墙（见下图）。

同时，我们可以把病毒的受体结构域（RDB）与细胞上的受体结合过程，理解为锁进入锁芯的契合过程（见下图）：钥匙进入锁芯后，才有后续的“芝麻开门”即病毒进入细胞过程。

变异后可传播性增强和疫苗作用减弱的原理

病毒或疫苗进入体内后，作为外来的核酸和/或蛋白质，首先要激起我们机体的免疫反应。

人体免疫系统接触病毒病毒的核酸和蛋白质后、或疫苗通过模拟病毒的刺突蛋白激起机体的免疫反应，产生中和抗体（干扰病毒与细胞膜受体结合从而阻滞病毒进入细胞的抗体，由体液免疫产生。）和细胞因子（细胞免疫）并形成免疫记忆。

——非常重要的环节就是通过中和抗体与病毒的刺突蛋白（钥匙）结合、干扰和阻断刺突蛋白（钥匙）进入钥匙孔（锁芯，体细胞上的受体）这个过程、从而阻断病毒进入细胞，这样病毒也就失去了在细胞内复制和增值的可能（下图中与红色小蘑菇即刺突蛋白，钥匙结合的蓝色团块）：

——疫苗就是预先安装好对付外来入侵者小偷（病毒）的锁和防盗门。

——同时，我们可以通过自身免疫系统或疫苗设计（疫苗也是通过我们自身的免疫系统而起作用）来不断产生中和抗体，就相当于不断间接升级、加强抵抗病毒的锁和防盗门。

病毒方面，作为生命它们谋生的前提，首先就是要进入人体细胞。就是要利用它们身上自带的钥匙（刺突蛋白）来开这把锁（人体细胞上刺突蛋白的受体）和这道门。

RNA病毒（新冠病毒和流感病毒等）的重要特点就是通过高频基因突变即抗原漂移（Antigen Drift）而不断改变它们自身带的这把钥匙（刺突蛋白）的结构，以打开人体细胞上的这把锁（受体）和这道门进入细胞，因此，RNA病毒自带的这把钥匙（刺突蛋白）是一把可塑型（变异）的“万能钥匙”。

从钥匙进入锁芯这个契合过程看，疫苗刺激机体免疫系统产生的中和抗体，干扰或阻断了新冠病毒刺突蛋白（钥匙）与体细胞受体（锁芯）的契合过程，也就是使这把现有的钥匙失效。因此，只有通过变异，只有那些通过变异后产生了更多契合位点的新冠病毒，才能在机体免疫反应和疫苗接种背景下，扛得住“适者生存”的自然选择压力而生存下来，并在物竞天择”的自然规律下很快优势生长、繁殖，形成主导疫情的新一代优势流行毒株（见后面和上面的图）。

病毒的不断变异、演化 ——有临床和流行病学意义的演变、演化，主要是那把“万能钥匙（刺突蛋白）”的不断升级、变化......

免疫系统的监视和应答、人工主动免疫（疫苗和疫苗的设计）——不断产生新的中和抗体、间接使对付病毒这个小偷所带“万能钥匙”的锁芯和门的不断升级......

在以上两者互为因果、此消彼长的过程中，病毒的变异总是领先半拍，病毒变异这种半拍的领先，形成了当今的疫情现实：

病毒通过变异，产生了更多的与细胞表面受体契合的位点，人体内现有的中和抗体或者疫苗刺激机体产生的中和抗体，不足以完全阻断病毒与细胞表面受体的结合，即不足以完全阻断病毒进入细胞内复制和繁殖——结局就是：新的变异毒株，产生免疫逃逸并优势生长、繁殖，使现有疫苗的保护效果降低甚至消失，进入人体细胞的病毒多、复制量大、病毒可传播性增强、病毒载量大.......

因此，对流感病毒（变异频率比新冠病毒的变异频率高），每年都要根据监测结果提前设计疫苗。

对新冠病毒，目前对新的变异，新冠疫苗的效果有明显降低。

以上，就是病毒变异后，可传播性增强、疫苗作用减弱的大致机理。