新型冠狀病毒不同分支傳播現(xiàn)狀及傳播特性的研究

馮 驍 孟子延 高 楊 徐祥雄 馬丹婧 李琦涵

根據(jù)基因組序列的進(jìn)化分析，新型冠狀病毒SARS-CoV-2屬于正冠狀病毒亞科、β冠狀病毒屬，是感染人類的冠狀病毒家族中的第7個(gè)成員[1,2]。SARS-CoV-2的S蛋白能與血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(angiotensin converting enzyme-2,ACE2)蛋白結(jié)合從而感染細(xì)胞，入侵宿主[3]。ACE2 蛋白廣泛存在于口腔、鼻黏膜、鼻咽、肺、胃、小腸、結(jié)腸等人體器官和組織中，其在肺泡上皮細(xì)胞和小腸上皮細(xì)胞表面表達(dá)量較高，這為SARS-CoV-2提供了可能的入侵途徑[4]。SARS-CoV-2致死性與 MERS-CoV和SARS-CoV相比較弱，但SARS-CoV-2卻具有在人群中傳播的高風(fēng)險(xiǎn)[5，6]。

病毒的基因組決定了其高傳播性[7]。隨著時(shí)間的發(fā)展，病毒在人群中的不斷傳播會(huì)使其發(fā)生基因突變，進(jìn)而可能導(dǎo)致病毒致病特性的改變。本研究意在探究SARS-CoV-2各分支的時(shí)空傳播規(guī)律及人群傳播特點(diǎn)，以期從分子流行病學(xué)的角度分析不同突變分支的致病特性，為病毒的致病機(jī)制研究提供線索。

材料與方法

1.基本資料：GISAID來源的2019年12月24日～2020年7月10日的病例元數(shù)據(jù)共3247條，包含分支、來源、性別、年齡、采樣日期等信息。全球疫情共享網(wǎng)站GISAID截止到2020年7月18日共收錄了來自全球200多個(gè)國家和地區(qū)的全基因組測(cè)序數(shù)據(jù)60830條。該網(wǎng)站根據(jù)其系統(tǒng)發(fā)育樹聚類分析將SARS-CoV-2分為S、L、V、O、G、GR、GH等7種分支。

2.方法：從元數(shù)據(jù)的信息中篩選出性別、年齡、病毒株型等信息，進(jìn)一步整理獲得株型-采樣日期信息、年齡-分支信息、性別-分支等信息。統(tǒng)計(jì)每個(gè)月中各分支的占比。以年齡劃分組別，每20歲劃分為一組，統(tǒng)計(jì)各組中每種分支的數(shù)量;以性別劃分組別，統(tǒng)計(jì)各組中每種分支的數(shù)量。

3. 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法： 繪制各分支隨時(shí)間發(fā)展的占比變化面積圖。利用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件分析各分支在各個(gè)年齡段(0～19歲、20～39歲、40～59歲、≥60歲)及性別之間占比的差異，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

最終獲得有效的分支-采樣日期信息2649條，性別-分支信息2117條，年齡-分支信息2200條。

截止到2020年1月底，按照GISAID網(wǎng)站上6萬多基因組構(gòu)成的系統(tǒng)進(jìn)化樹的分型分析，分支L最先被檢測(cè)到且占比最大，其次是分支S、O。SARS-CoV-2的7種分支已于2020年1月底前完成從原始株的變異分化，并相對(duì)穩(wěn)定的遺傳至今。總體來看，分支L、S、O隨時(shí)間的變化逐漸減少，G系列分支逐漸增多，現(xiàn)為全球主要流行株系(圖1)。當(dāng)然，系統(tǒng)發(fā)育樹以及分支命名是隨基因組的增加而動(dòng)態(tài)變化的。以現(xiàn)有的系統(tǒng)發(fā)育分型來命名疫情發(fā)生之初的分支也是基于穩(wěn)定的變異位點(diǎn)。穩(wěn)定變異有助于新型冠狀病毒傳播過程中的適應(yīng)性進(jìn)化，種內(nèi)變異的發(fā)現(xiàn)有助于了解病毒的演化方向和流行趨勢(shì)，為新型冠狀病毒監(jiān)測(cè)和溯源提供參考依據(jù)。

圖1 各分支的流行變化情況

總體比較各分支在各年齡段分布的差異(表1)，SARS-CoV-2的7種分支在各年齡段的分布比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.000)。進(jìn)一步將每兩組進(jìn)行比較，除了0～19歲組與20～39歲組間比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.679)，其余的組間比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表2)。從圖1中可直觀觀察到組間差異明顯的分支，分支O隨著年齡的增加占比增加，相反分支G、S隨著年齡的增加占比減少(圖2)。比較各分支的分布在不同性別間的差異，SARS-CoV-2的7種分支在不同性別間的占比比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.114，表3)。

表1 不同分支在各年齡段的分布及方差分析

表2 不同分支在各年齡段分布的兩兩比較(方差分析)

圖2 各分支在各年齡段的占比分布

表3 各分支在不同性別的分布及秩和檢驗(yàn)

討 論

SARS-CoV-2暴發(fā)以來的1個(gè)月內(nèi)已經(jīng)傳播至各個(gè)大洲并初步進(jìn)化為如今的7種分支，由此可見SARS-CoV-2具有非常高的傳播力和快速突變的特性。L、S分支為主要流行株，而后被G系列分支所取代，并在短時(shí)間內(nèi)成為全球流行株。SARS-CoV-2各分支在各年齡段的占比存在顯著差異，這似乎提示了各分支具有一定的人群偏好，而各分支在性別中的占比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

目前對(duì)于疫情的起源眾說紛紜，本研究結(jié)果顯示，疫情之初分支L最先被檢測(cè)到且占比最大，其次是分支S、O[8～10]。有專家從全基因組測(cè)序和系統(tǒng)發(fā)育樹等結(jié)果分析，分支S比L更古老，推測(cè)分支S是最先出現(xiàn)的原始毒株[11]。當(dāng)然，病毒的發(fā)生、發(fā)展是復(fù)雜的過程，這需要將流行病學(xué)調(diào)查與全基因組測(cè)序結(jié)合起來，找到中間宿主，才能真正判斷病毒的起源。

可直觀地分析出目前G、GH、GR分支為全球主要流行毒株，G系列分支以D614G突變?yōu)樘卣鱗12]。從病毒本身的角度出發(fā)，其獨(dú)特的突變位點(diǎn)D614G可能改變了病毒的特性，造成其進(jìn)一步的傳播。另外，各個(gè)國家和地區(qū)的防控政策、隔離措施、反應(yīng)速度、執(zhí)行力度的不同，以及各種措施的滯后加上復(fù)雜的人口流動(dòng)等都有可能加速其傳播。

本研究結(jié)果顯示，SARS-CoV-2各分支在各年齡段的分布存在顯著差異，這似乎提示了各分支具有一定的人群偏好。分支O隨著年齡的增加占比增加，相反分支G、S隨著年齡的增加占比減少。據(jù)流行病學(xué)調(diào)查顯示，隨著年齡的增加，SARS-CoV-2的患病風(fēng)險(xiǎn)和重癥風(fēng)險(xiǎn)都會(huì)顯著增加[13～15]。據(jù)此推測(cè)，相對(duì)其他年齡段，老年人中O分支占比多，G、S分支占比少可能是導(dǎo)致老年人易感的原因。總之，本研究為探究老年易感染SARS-CoV-2提供了一種新思路——病毒不同突變位點(diǎn)可能會(huì)與老年人的人體狀況相適應(yīng)，進(jìn)而使老年群體易患SARS-CoV-2。

據(jù)流行病學(xué)調(diào)查顯示，男性比女性更易感染，且男性的相關(guān)死亡風(fēng)險(xiǎn)比女性高1.59倍[13,16]。本研究結(jié)果顯示，各分支在男性、女性中的分布差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這提示了各分支不具有性別偏好，病毒的不同分支不會(huì)使男性、女性感染SARS-CoV-2存在差異。另有研究顯示造成性別感染的差異可能是由于宿主原因。

綜上所述，SARS-CoV-2具有高傳播性和突變性，追溯病毒的起源還需更多的全基因組測(cè)序數(shù)據(jù)的支持。G系列分支成為全球流行株除了探究病毒本身的特性外，還需結(jié)合不同政策及人口流動(dòng)等原因綜合分析。SARS-CoV-2各分支具有一定的人群偏好，病毒不同的突變位點(diǎn)可能與老年人群的身體機(jī)能相適應(yīng)，進(jìn)而使老年群體易感。這為研究老年群體易感染SARS-CoV-2提供了一種新思路，為探究SARS-CoV-2的致病機(jī)制提供了思路。