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摘要
由严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）引起的2019年冠状病毒疾病（COVID-19）已经在全球多个国家引起大流行，该病毒传染性强、致死率高，部分变异株在病毒传播性、致病性和免疫原性等多方面发生变化。无症状感染和有症状感染的COVID-19患者在免疫特征上存在异质性；不同年龄阶段的COVID-19患者的临床表现也不尽相同。目前无治疗COVID-19的特效药物，疫情控制需依赖新型冠状病毒疫苗的接种，如核酸疫苗、灭活疫苗、病毒载体疫苗、蛋白质疫苗等。本文通过对新型冠状病毒的变异、临床表现、治疗和疫苗等方面文献的复习，展现目前相关研究的进展。
由严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）引起的2019年冠状病毒疾病（COVID-19）已经在全球多个国家引起大流行；与此同时，关于SARS-CoV-2的研究也全面展开，本文针对SARS-CoV-2的变异、临床特征、治疗及疫苗开发等进展做以介绍。
一、新型冠状病毒的变异及其感染机制
与流行性感冒病毒相比，新型冠状病毒复制存在内部校对机制故变异较慢，SARS-CoV-2在人群中的突变速率约为8×10-4/位点/年，是流感病毒突变速率的1/6~1/21［1］。截至2021年9月30日，基于Pango命名法，依据SARS-CoV-2的基因组变异变迁将其划分为1 285种亚型或分支。其中一些变异株在病毒传播性、致病性和免疫原性等多方面发生变化。世界卫生组织将重要变异株划分为「关切变异株（variant of concern，VOC）」和「关注变异株（variant of interest，VOI）」。WHO认定的VOC变异株有4个，分别为B.1.1.7（Alpha）、B.1.351（Beta）、P.1（Gamma）、B.1.617.2（Delta）；VOI变异株有2个，分别为C.37（Lambda）和B.1.621（Mu）［2］。
Alpha变异株最早于2020年9月20日在英国东南部出现，截至2021年9月28日，WHO已通报193个国家和地区流行或监测发现Alpha变异株［2］。除D614G外，Alpha变异株的S蛋白发生了HV69-70del、Y144del、N501Y、A570D、P681H、T716Ⅰ、S982A和D1118H八个氨基酸突变，部分毒株的S蛋白序列还出现了S484K、S452R等氨基酸突变位点。研究发现Alpha变异株传播力增强43%~90%，所致感染住院率增加1.40~1.63倍，死亡风险增加1.61~1.64倍［3］。
Beta变异株最早于2020年8月初在南非出现，随后成为南非三省的主要流行株。截至2021年9月28日，WHO已通报142个国家和地区流行或发现了Beta变异株［2］。除D614G外，其S蛋白出现了包括L18F、D80A、D215G、LAL242-244del、K417N、E484K、N501Y和A701V在内的10个氨基酸突变，其中仅约半数毒株中存在L18F变异。南非一项研究结果显示，Beta变异株在传播力及住院病死率方面都有增强，分别提高了50%和20%左右。另外，Beta变异株出现了明显的免疫逃逸能力，不仅能够逃逸多种治疗性单抗，还能降低自然感染者恢复期血清的中和抗体效力［4］。多种疫苗接种者血清对Beta假病毒的中和活性有不同程度的降低（1.6~42.4倍）［5］。
Gamma变异株最初于2020年12月底在巴西北部流行，截至2021年9月28日，WHO已通报96个国家和地区流行或发现了Gamma变异株［2］。除D614G外，Gamma变异株的S蛋白还发生了12个氨基酸突变（L18F、T20N、P26S、D138Y、R190S、K417T、E484K、N501Y、H655Y、T1027I、V1176F和S681H）。研究发现Gamma变异株传播力可能是野生型毒株的1.7~2.4倍，尚未发现致病性的改变［4］。
Delta变异株最早于2020年12月在印度发现，并在2021年4月引起了印度第二波新冠病毒感染大流行。Delta变异株最初被认为是一种VOI而非VOC，后因其在世界各地迅速蔓延并成为主要流行毒株，2021年5月WHO将其归类为VOC变异株［2］。除D614G外，Delta变异株S蛋白多同时携带包括T19R、G142D、156del、157del、R158G、L452R、T478K、R681R、D950N和S417N在内的10种变异。法国一项研究结果显示，因为对Delta变异株S蛋白的结合能力下降，多种治疗性单抗对Delta变异株无效，自然感染者恢复期血清的中和抗体对其也几乎无抑制作用；疫苗接种者血清中针对Delta变异株的中和抗体滴度较Alpha变异株低3~5倍［6］。
SARS-CoV-2以血管紧张素转化酶2（ACE2）作为主要受体或通过宿主细胞表面的跨膜丝氨酸蛋白酶2（TMPRSS2）或跨膜丝氨酸蛋白酶11D（TMPRSS11D）对受体附着的刺突蛋白进行蛋白裂解，促进膜融合过程和病毒感染性［7］。另外，研究者也发现AXL作为一种新型宿主受体，可促进SARS-CoV-2进入人体细胞，且其在SARS-CoV-2感染中的功能与ACE2无关［8］。
病原体进入宿主体内后，诱发固有免疫和适应性免疫异常或过度反应，IL-1、IL-6、肿瘤坏死因子（TNF）-α、单核细胞趋化蛋白1（MCP-1）等促炎因子大量释放，形成了细胞因子风暴，造成全身系统性的高炎症状态。在危重患者中，COVID-19患者外周白细胞和中性粒细胞早期升高以响应促炎细胞因子，并通过不同的方法介导中性粒细胞进行病毒清除。中性粒细胞外诱捕网（NET）是其中一种机制，一方面它可以在胞外杀灭病原体，但另一方面NET产生过多或者清除障碍会导致血栓形成、内皮和组织损伤。而随着疾病进展，适应性免疫系统的瘫痪导致的免疫抑制可能引起病原体清除障碍、继发感染、潜伏病原体激活、炎症迁延进而导致器官衰竭及死亡［9］。
二、临床表现的异质性与宿主免疫的关系
研究发现COVID-19不同严重程度、不同时期免疫特征显著不同，单核细胞增殖能力随着疾病严重程度加重而上升，无症状感染者及轻症患者在疾病早期出现迅速的CD8+T细胞反应，重症COVID-19患者外周血中未成熟中性粒细胞比例及数量、炎症因子水平升高；重症COVID-19患者在疾病后期炎症持续存在，而轻症患者已恢复至正常［10, 11, 12］。Meyerowitz等［13］提出需要对SARS-CoV-2持续无症状感染的特征进行准确、系统的研究，有助于更好地了解COVID-19疾病严重程度、病理学、传染性、免疫学特征并有助于制定防控策略。Gao等［14］认为隐性感染无症状感染者和轻型患者机体中细胞免疫占优势，而普通型和重型患者则是体液免疫处于主导地位；而Mazzoni等［15］则认为隐性感染无症状感染者的细胞免疫和体液免疫反应均弱于有症状感染者，并且还发现隐性感染无症状感染者的免疫检查点分子表达量下降，推测由于有症状感染者机体产生的免疫反应无法迅速、有效地清除病毒，从而导致免疫细胞被重复激活。一项研究比较了无症状感染者和持续感染患者之间的病毒载量和抗体指标，无症状感染者的病毒载量明显低且抗体存在时间短，提示无症状感染者所产生免疫反应不足以预防再次感染［16］。另一项研究纵向比较了无症状感染和有症状患者之间的T细胞谱，发现两组之间T细胞分布相似，但无症状感染组IFN-γ和IL-2水平更高，这与无症状感染发生时抑炎因子IL-10和促炎因子IL-6、TNF-α及IL-1β成比例分泌有关，而在有症状患者中T细胞分泌的因子比例失调，因此无症状感染者不一定是抗病毒免疫反应弱，而是这些个体产生了更高效的病毒特异性细胞免疫反应［17］。
无症状感染包括隐性感染无症状感染者和潜伏期无症状感染者，这两种概念均基于对病例的回顾，对于疫情防控及疾病诊治具有一定的「滞后性」。因此，我们团队提出了SARS-CoV-2沉默感染阶段（silent SARS-CoV-2 infection stage，SSIS）的概念，处于该阶段的人群有2个可能的转归方向：（1）始终不出现症状，即持续无症状感染者或者隐性感染无症状感染者；（2）经过一段时间后出现症状或者肺部影像学异常，转为确诊患者，即潜伏期无症状感染者。我们通过整合质谱流式技术（CyTOF）、转录组测序（RNA-seq）和血浆微量蛋白的Olink检测技术，对19例持续无症状感染者、12例潜伏期无症状感染者、47例年龄和性别比例与两组无症状感染者均匹配的轻型和普通型COVID-19患者以及27名健康志愿者的外周血标本进行检测，发现持续无症状感染者与潜伏期无症状感染者均存在可以被检测发现的免疫学改变。与持续无症状感染者不同的是，潜伏期无症状感染者外周免疫细胞中CD107alow经典型单核细胞、过渡型单核细胞、非经典型单核细胞以及CD62Lhi CD8+Tnaïve细胞比例均下降，并且血浆蛋白中STC1也是减少的，而CD4+NK T细胞比例是上升的。我们推测潜伏期无症状感染者机体存在一种独特的免疫表型，主要表现为单核细胞过度活化和分化阻滞、淋巴细胞耗竭和免疫抑制，这揭示了导致SSIS两种截然不同疾病进展方向的免疫机制［18］。
三、不同年龄段患者的临床特征
1. 儿童COVID-19患者的临床特征：COVID-19通常对儿童的影响较小，儿童感染进展更慢；儿童感染新型冠状病毒后病情进展更慢的原因包括：高浓度的ACE2受体、持续存在母源抗体、免疫活跃、接触的病毒载量低、高的淋巴细胞计数、在年龄小的儿童咽喉和气道中发现定植的病毒群阻止新型冠状病毒的克隆等。
基于25项研究、2 446例儿童COVID-19患者的荟萃分析显示，发热是儿童最常见的症状且持续时间比成人更久，典型的急性上呼吸道感染症状如喉咙痛和流鼻涕在患儿中很少观察到，16.8%有腹泻或恶心，儿童消化道症状比成人更常见；一半以上患儿进展到肺，胸部影像学以磨玻璃改变最常见，需要关注儿童中混合感染的比例高达37.7%［19］。
2. 青壮年COVID-19患者的临床特征：青壮年患者临床表现可能更严重，更易出现发热、肌肉痛、消化道症状、咳嗽、胸痛和嗅觉丧失等表现，可能是免疫应答更强的结果；同时，接受机械通气的年轻患者相比其他年龄段患者预后更好，可能与功能储备和恢复能力较好有关。在严重COVID-19和死亡的年轻患者中，肥胖是公认的危险因素，有研究认为是由于与腹部内脏脂肪过多相关的促炎症状态和脂肪组织里ACE2受体的高表达［20］。此外，淋巴细胞减少、D-二聚体、高敏心肌肌钙蛋白I（hs-CTnl）、高敏C反应蛋白（hs-CRP）升高水平可预测青壮年严重COVID-19的预后，是其死亡独立的危险因素［21］。
3. 老年COVID-19患者的临床特征：多项研究认为老年COVID-19患者死亡风险增加，我们团队汇总了上海多家定点医院发热急诊明确诊断的221例病例，发现年龄与淋巴细胞计数（r=-0.432，P<0.001）和白蛋白水平（r=-0.569，P<0.001）呈明显负相关。≥60岁的患者表现为更高水平的血尿素氮（5.83 mmol/L vs 4.42 mmol/L，P<0.001）、乳酸脱氢酶（272.8 U/L vs 249.0 U/L，P=0.004）和炎症指标；其中双侧受累的患者（89.4% vs 74.3%，P=0.006）有更多肺叶受累（4.15 vs 3.34，P<0.001），细菌合并感染（12.9% vs 4.4%，P=0.021）占比更高，具有更长病程和更多的呼吸衰竭；年龄对患者病情和预后的影响在老年男性中体现得尤为明显，可能不同性别对病毒易感性不同。Zheng等［22］研究发现老年人的T细胞极化和免疫细胞基因表型更倾向炎症表型，而易感SARS-CoV-2的基因也在老年人群中相对上调；另一方面，SARS-CoV-2进一步增强衰老导致的炎症风暴。另外，衰老与ACE2过表达、性激素和生长激素的减少、营养不良和维生素D缺乏、线粒体功能障碍和氧化应激障碍、合并症增多和运动量减低等相关的诸多效应密切相关，老年人感染新冠后更多出现如ARDS、血栓形成、肾功能衰竭等合并症，共同导致了老年人群COVID-19严重程度和病死率更高［23, 24, 25］。
四、COVID-19治疗进展
1. 抗病毒治疗：WHO的Solidarity试验结果显示，在总病死率、住院时间方面，洛匹那韦、瑞德西韦、羟氯喹治疗对住院患者几乎没有影响［26］。随机对照试验结果表明，羟氯喹作为接触前预防或暴露后预防也都没有明显的益处。多中心、随机、双盲、对照的2期试验结果显示，吸入雾化干扰素β-1a（SNG001）能改善患者症状，并加速恢复。
2. 免疫治疗：一项在美国49个中心进行的2/3期随机试验结果显示，对于无需住院的轻中度患者，中和抗体bamlanivimab-etesevimab联合治疗可显著降低病毒载量，而bamlanivimab单药疗法对病毒载量的影响不显著。REGN-COV2疗法（由2种SARS-CoV-2特异性抗体组成）的2/3期双盲试验报道，REGN-COV2可降低非住院患者的病毒载量，且安全性良好。多中心、随机、对照2期试验报道，Ly-COV555（一种单克隆中和抗体）可降低门诊患者的病毒载量和住院风险，但另一项随机试验报道LY-CoV555与瑞德西韦联合治疗未加快住院患者的恢复时间。
对于中、重度及危重患者，IL-6受体拮抗剂Tocilizumab或Sarilumab未能显著改善临床状况。回顾性单中心队列研究报道IL-1受体拮抗剂anakinra不能改善重度患者的预后［27］。多中心、开放标签、随机试验发现anakinra也不能改善轻中度患者的预后［28］。多中心、随机、双盲、安慰剂对照的3期试验显示，IL-1β抑制剂canakinumab对于重症患者也没有明显疗效。
3. 糖皮质激素：巴西的多中心、随机、开放标签研究显示，静脉注射地塞米松增加了中重度患者不需呼吸机的天数，但对28 d的全因病死率无明显影响。在法国进行的多中心随机双盲序贯试验报道，氢化可的松未显著减少重症患者21 d的病死率或机械通气率。中国多中心临床研究结果显示，糖皮质激素治疗重症患者增加了28 d病死率，并延迟病毒清除。RECOVERY研究报道在COVID-19住院患者中，地塞米松的使用降低了28 d病死率，但在未接受呼吸支持的患者中没有观察到地塞米松的明显益处［29］。有研究结果显示，吸入布地奈德可缩短早期感染后的恢复时间、减少并发症［30］。
4. 抗凝：多中心、随机试验结果显示，在危重患者中，与标准剂量相比，中等剂量的肝素在治疗静脉或动脉血栓形成复合物的主要转归方面没有显著差异，也未观察到30 d内病死率的明显改善。另一项开放性、适应性、多平台、随机临床试验报道，与常规预防血栓相比，治疗剂量的肝素未增加危重患者的无器官支持天数或出院存活率。多平台、对照试验结果显示，肝素治疗减少了非危重患者的器官支持使用并改善了预后。
五、新冠病毒疫苗研究进展
目前开发的新冠病毒疫苗包括核酸疫苗、灭活疫苗、病毒载体疫苗、蛋白质疫苗等，疫苗的有效性和不良反应是目前重点关注的问题。
核酸疫苗通过DNA或RNA传递病毒的遗传信息给人类细胞，使后者表达新冠病毒棘突蛋白，从而引起免疫应答。DNA疫苗ZyCoV-D在印度已被批准紧急使用，在Ⅰ期临床试验中显示出了较好的安全性、耐受性和免疫原性。mRNA疫苗BNT162b2和mRNA-1273在多中心临床随机对照试验中分别表现出95.0%和94.1%的保护性。这两种mRNA疫苗被报道可能引起罕见的严重不良反应，如急性心肌梗死、脑炎/脊髓炎/脑脊髓炎、心肌炎/心包炎、肺栓塞、卒中、血栓形成伴血小板减少综合征等，其中心肌炎最常见于12~29岁的男性青年［31］。
灭活疫苗是将生长于培养细胞中的SARS-CoV-2进行化学灭活，将整个病毒暴露于免疫系统。我们开展的前瞻性研究表明BBIBP-CorV疫苗的接种不会促进血栓相关性抗体的产生，不增加血栓相关事件的风险［32］。
病毒载体疫苗是将新冠病毒刺突糖蛋白基因重组到腺病毒载体上。AD26.COV2-S疫苗的Ⅰ-2a期临床试验中期结果显示出较好的耐受性，多中心3期临床随机对照试验提示单剂量就能起保护作用，但对B.1.351和P.1变异株的中和抗体反应下降。ChAdOx1（AZD1222）疫苗在1/2/3期临床试验中表现出较好的耐受性，但是两剂接种后对B.1.351变异株无保护效果，对B.1.1.7的中和活性下降。AD26.COV2-S疫苗和ChAdOx1疫苗接种后可能会出现较为罕见的静脉窦血栓或疫苗引起的免疫血栓性血小板减少症［33］。蛋白质亚基疫苗ZF2001在Ⅰ/Ⅱ期临床随机对照试验中表现出较好的耐受性［34］。
不同严重程度和年龄段的COVID-19患者在免疫谱、临床表现上具有异质性，这反映了提供精准个体化COVID-19诊疗方案的必要性。传播力、致病力增强或具有免疫逃逸能力的新型冠状病毒变异株不断出现，对临床治疗药物和疫苗的研发带来了巨大挑战，目前仍需继续监测新冠病毒变异株的出现和传播，研发安全、有效、经济的新冠病毒治疗药物和疫苗。
参考文献（略）
作者：周敏 瞿介明；单位：上海交通大学医学院附属瑞金医院呼吸与危重症医学科 上海交通大学医学院呼吸病研究所 上海市呼吸传染病应急防控与诊治重点实验室
本文转载自订阅号「中华结核和呼吸杂志」
引用本文: 周敏, 瞿介明. COVID-19研究年度进展2021 [J] . 中华结核和呼吸杂志, 2022, 45(1) : 67-71. DOI: 10.3760/cma.j.cn112147-20211028-00748.