SARS-CoV-2 Omicron BA.2刺突蛋白的病毒学特征

Virological characteristics of the SARS-CoV-2 Omicron BA.2 spike.

作者信息Daichi Yamasoba, Izumi Kimura, Hesham Nasser, Yuhei Morioka, Naganori Nao, Jumpei Ito, Keiya Uriu, Masumi Tsuda, Jiri Zahradnik, Kotaro Shirakawa, Rigel Suzuki, Mai Kishimoto, Yusuke Kosugi, Kouji Kobiyama, Teppei Hara, Mako Toyoda, Yuri L Tanaka, Erika P Butlertanaka, Ryo Shimizu, Hayato Ito, Lei Wang, Yoshitaka Oda, Yasuko Orba, Michihito Sasaki, Kayoko Nagata, Kumiko Yoshimatsu, Hiroyuki Asakura, Mami Nagashima, Kenji Sadamasu, Kazuhisa Yoshimura, Jin Kuramochi, Motoaki Seki, Ryoji Fujiki, Atsushi Kaneda, Tadanaga Shimada, Taka-Aki Nakada, Seiichiro Sakao, Takuji Suzuki, Takamasa Ueno, Akifumi Takaori-Kondo, Ken J Ishii, Gideon Schreiber, Genotype to Phenotype Japan (G2P-Japan) Consortium, Hirofumi Sawa, Akatsuki Saito, Takashi Irie, Shinya Tanaka, Keita Matsuno, Takasuke Fukuhara, Terumasa Ikeda, Kei Sato
PMID35568035
期刊Cell
发布时间2022-06-09
DOI10.1016/j.cell.2022.04.035

实验完整度

高

包含流行病学统计模型、假病毒中和实验、细胞培养生长动力学、融合实验、反向遗传重组病毒及仓鼠感染模型等多层次验证。

主要模型

假病毒中和实验(HOS-ACE2/TMPRSS2细胞) 重组SARS-CoV-2感染细胞(VeroE6/TMPRSS2、Calu-3、人鼻上皮细胞) 仓鼠感染模型(叙利亚仓鼠)

重点核对

BA.2有效复制数相对BA.1的比值(1.40倍) 疫苗血清(mRNA-1273、ChAdOx1、BNT162b2)对BA.2的中和滴度 治疗性单克隆抗体(casirivimab、imdevimab、sotrovimab)对BA.2的IC50 重组病毒rBA.2 S-GFP在仓鼠中的致病性指标(体重、Penh、Rpef、SpO2)

摘要

在SARS-CoV-2 Omicron谱系BA.1出现并全球传播后不久,另一个Omicron谱系BA.2开始超越BA.1。统计分析结果显示,BA.2的有效复制数比BA.1高1.4倍。中和实验表明,广泛接种于人群的COVID疫苗诱导的免疫力对BA.2无效,与BA.1相似,且BA.2的抗原性与BA.1显著不同。细胞培养实验表明,BA.2刺突蛋白在人鼻上皮细胞中赋予更高的复制效率,并且比BA.1刺突蛋白更有效地介导合胞体形成。此外,使用仓鼠的感染实验表明,携带BA.2刺突蛋白的病毒比携带BA.1刺突蛋白的病毒更具致病性。总之,我们的多尺度研究结果表明,BA.2对全球健康的风险可能高于BA.1。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
Omicron BA.2的病毒学特征(传播性、免疫逃逸、复制能力、致病性)与BA.1相比有何差异?
核心机制
BA.2刺突蛋白相较于BA.1具有更高的膜融合能力,且不依赖于S1/S2切割效率的提高;BA.2倾向于利用内体途径进入细胞,但TMPRSS2可增强其细胞间融合。
主要证据
通过中和实验显示BA.2对疫苗血清和单抗的耐药性;细胞培养显示BA.2在Calu-3和原代人鼻上皮细胞中复制增强,融合活性增强;仓鼠感染显示BA.2 S重组病毒致病性更高,病毒RNA载量及肺部病理更严重。
研究意义
BA.2可能对全球健康构成比BA.1更高的风险,其更高的有效复制数、免疫逃逸和致病性提示需要持续关注。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

流行病学与系统动力学分析

评估BA.2相对于BA.1的传播优势。

基于GISAID基因组监测数据,使用贝叶斯层次模型估计各谱系的有效复制数,并构建最大似然树和系统动力学分析。

2

免疫逃逸评估

评估BA.2对疫苗诱导抗体和单克隆抗体的抗性。

采用假病毒中和实验,检测疫苗血清、恢复期血清及治疗性单抗对BA.2的中和活性。

3

体外细胞培养感染实验

评估BA.2刺突蛋白的复制能力和融合活性。

使用反向遗传学构建表达GFP的嵌合重组病毒(rBA.2 S-GFP等),感染多种细胞系,测定病毒生长曲线、合胞体大小、假病毒感染性、RBD结合亲和力等。

4

体内致病性评估

比较BA.2 S病毒与BA.1 S病毒在仓鼠中的致病性。

将重组病毒经鼻内接种叙利亚仓鼠,监测体重、肺功能指标(Penh, Rpef)、血氧饱和度,并在不同时间点检测肺组织病毒RNA载量、N蛋白表达和组织病理学变化。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM(高糖)Sigma-Aldrich6429-500ML
胎牛血清Sigma-Aldrich172012-500ML
青霉素-链霉素Sigma-AldrichP4333-100ML
EMEM培养基Sigma-AldrichM4655-500ML
EMEM培养基Wako041-29775
嘌呤霉素InvivoGenant-pr-1
潮霉素Nacalai Tesque09287-84
G418Nacalai TesqueG8168-10ML
Expi293表达培养基Thermo Fisher ScientificA1435101
多西环素Takara1311N
卡西瑞单抗----
伊德维单抗----
索托维单抗----
QIAamp病毒RNA迷你试剂盒Qiagen52906
One-Glo荧光素酶检测系统PromegaE6130
Bright-Glo荧光素酶检测系统PromegaE2620
GloMax Explorer多功能酶标仪3500Promega--
CentroXS3Berthhold Technologies--
PEI Max转染试剂Polysciences24765-1
NAb Protein A Plus离心试剂盒Thermo Fisher Scientific89948
KpnI限制酶New England BiolabR0142S
NotI限制酶New England BiolabR1089S
PrimeSTAR GXL DNA聚合酶TakaraR050A
TransIT-LT1转染试剂TakaraMIR2300
TURBO DNaseThermo Fisher ScientificAM2238
羧甲基纤维素Wako039-01335
亚甲蓝Nacalai Tesque22412-14
Hoechst 33342Thermo Fisher ScientificH3570
Fluoromount-G封片剂Southern Biotech0100-01
EnduRen活细胞底物PromegaE6481
Nonidet P40替代品Nacalai Tesque18558-54
蛋白酶抑制剂混合物Nacalai Tesque03969-21
蛋白定量染料Bio-Rad5000006
1× NuPAGE LDS上样缓冲液Thermo Fisher ScientificNP0007
SuperSignal West Femto最大灵敏度底物Thermo Fisher Scientific34095
可溶性人ACE2(18-740残基)This study--
CF640荧光染料Biotium9210
胆红素Sigma-Aldrich14370-1G
E64d(阿洛司他丁)SelleckS7393
阿法沙龙(Alfaxan®)Jurox--
异氟烷Sumitomo Dainippon Pharma--
EnVision FLEX高pH抗原修复液AgilentK8004
One Step TB Green PrimeScript PLUS RT-PCR试剂盒TakaraRR096A
SARS-CoV-2直接检测RT-qPCR试剂盒TakaraRC300A
Nano Glo HiBiT裂解检测系统PromegaN3040
ACE2活性检测试剂盒SensoLyteAS-72086
KAPA HiFi HotStart ReadyMix试剂盒RocheKK2601
Cell Counting Kit-8DojindoCK04-11
MAS-GP包被玻璃载玻片Matsunami GlassS9901

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
中和实验
假病毒类型、血清稀释度、细胞系(HOS-ACE2/TMPRSS2)、血清采集时间点(疫苗接种后)、单抗浓度
阅读提示:见STAR Methods中'Neutralization assay'部分及图2图例
细胞培养感染实验
细胞类型、感染剂量(TCID50)、感染时间、病毒株(重组病毒rBA.2 S-GFP等)、培养条件
阅读提示:见STAR Methods中'SARS-CoV-2 infection'和'Plasmid construction'部分,图3图例
融合实验
细胞系(HEK293等)、质粒(pDSP8-11等)、转染试剂、细胞比例、检测时间
阅读提示:见STAR Methods中'Coculture experiment'和'SARS-CoV-2 S-based fusion assay'部分
动物实验
仓鼠品系、年龄、性别、病毒接种剂量、检测时间点、麻醉药物
阅读提示:见STAR Methods中'Animal experiments'部分及图4图例