詳讀全球首例新冠二次感染研究:為何4個月後再中招且無症狀

8月24日,中國工程院院士、香港大學李嘉誠醫學院微生物學系講席教授袁國勇(Yuen Kwok-yung)及其團隊對外披露香港發現一例新冠肺炎康復者二次感染新案例,該消息迅速引發全球關注。一天之後,當地時間8月25日,國際權威期刊《臨床傳染病》(Clinical Infectious Diseases)正式刊發了相關論文。

研究指出,即使由於自然感染或接種疫苗而產生了群體免疫力,新冠病毒仍可能繼續在人群中傳播。研究者們表示,對二次感染患者的進一步研究,會為疫苗設計提供非常重要的保護性相關因素的線索。

該研究題為「COVID-19 re-infection by a phylogenetically distinct SARS-coronavirus-2 strain confirmed by whole genome sequencing」,即「通過全基因組測序確認的、不同系統發育學關系的新冠病毒株導致的新冠肺炎再感染」。研究團隊均來自中國香港,所屬單位包括香港大學李嘉誠醫學院微生物學系、瑪麗醫院、天水圍醫院等,研究通訊作者為袁國勇。

論文披露了香港一名33歲男子二度感染新冠病毒(SARS-CoV-2)的案例,該患者系香港第564號個案,為香港居民,曾於3月底確診新冠肺炎,4月中旬康復出院,並於8月前往英國、西班牙,返港後在香港國際機場進行了例行篩查,8月15日被檢測出再次對SARS-CoV-2呈陽性。

在研究背景中,研究團隊表示,已有證據表明新冠肺炎的康復患者的免疫力有所下降,但是尚不清楚是否真正會發生再次感染。8月26日,袁國勇在接受澎湃新聞(www.thepaper.cn)記者專訪時表示,「這是第一個通過比較基因組測序記錄的新冠二次感染。這兩次感染的兩種病毒株基因組中9種不同病毒蛋白的24個核苷酸的差異和14個氨基酸的變化,強烈表明了患者是再次感染,而不是持續排毒142天。」

基於再次感染發生的可能性,研究者們還強調了以下觀點:

第一,群體免疫不可能消除新冠病毒。

第二,疫苗可能無法提供針對COVID-19的終生保護。

第三,患者第二次感染新冠時可能比第一次感染時症狀輕,這可能與初次感染期間適應性免疫的啟動有關。

以下為澎湃新聞編譯的論文(有刪減):

引言

迄今為止,新冠肺炎(COVID-19)大流行已經導致約2300萬患者感染,影響了200多個國家,超過80萬人死亡。新冠大流行嚴重破壞了全球醫療保健系統,並導致很多社會經濟活動停擺。

病毒的家庭傳播導致家族聚集病例的發生,由於病原體新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)的高傳播性,其通過空氣傳播、飛沫傳播和接觸傳播等途徑導致餐館、酒吧、游輪、辦公場所和醫療機構疫情大暴發。

除少數地區外,盡管採取了嚴格的控制措施,COVID-19仍繼續在世界范圍內流行。此外,許多地區在放寬社會隔離政策後,疫情「卷土重來」。

關於新冠病毒的關鍵問題之一是,是否發生真正的再次感染。盡管病人在感染後體內會迅速產生中和抗體,但最近的研究表明,抗體滴度最早在急性感染後1至2個月就開始下降。

由於病人康復後仍有長期的一段時間處於低水平的「排毒期」,即病毒水平在RT-PCR檢測(逆轉錄PCR,新冠病毒的檢測篩查方法)的檢測極限附近,因此檢測結果為陰性並出院的新冠患者經常會發生「復陽」的情況。

近期的一個病例報告表明,新冠患者會發生二次感染,但該研究未進行病毒基因組分析,上述有關病例帶來了一大爭議:新冠康復患者體內再次檢測出病毒是由於持續排毒還是由於再次感染?

研究人員分析了一例二次感染的患者,該患者的二次感染發生於第一次感染後4.5個月。團隊使用全基因組分析將再感染與長時間排毒期進行了區分,以證明該患者的確發生了再感染,該結論也得到了流行病學、臨床和血清學數據的支持。

結果

病例

該患者為一名居住在香港的33歲男性,平時身體較好。在第一次感染新冠病毒時,患者出現3天的咳嗽和痰、喉嚨痛、發燒和頭痛症狀。3月26日,經口咽後唾液SARS-CoV-2的RT-PCR檢測確診為新冠陽性。他於3月29日住院,那時他所有的症狀都消失了。該患者於4月14日出院,經鼻咽拭子和咽喉拭子兩次RT-PCR檢測均為陰性。

8月15日,該患者從西班牙經英國返港,在香港機場進行入境篩查時,採集的口咽部唾液經SARS-CoV-2 RT-PCR檢測呈陽性。該患者再次入院,並一直保持無症狀。

第二次入院時,他不發燒,體溫36.5攝氏度,脈搏頻率為每分鍾86次,血壓為133/94,室內空氣中的血氧飽和度為98%。該患者身體檢查無異常,住院後口咽後唾液的Ct值為26.69。

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入院時,該患者C反應蛋白(CRP)水平微高,為8.6 mg/L,但在住院期間有所下降。患者也有低血鉀症,但其他血液檢查結果均正常。患者胸部X光片未發現任何異常。

醫院沒有給患者進行抗病毒治療。住院期間,患者口咽後唾液的實時RT-PCR檢測Ct值逐漸下降,表明病毒載量減少。

新冠病毒免疫球蛋白G(特異抗體IgG)

患者第一次感染症狀發作後第10天和第二次感染住院後第1天收集的血清標本中,針對SARS-CoV-2核蛋白的特異抗體IgG呈陰性。

研究人員還對患者第二次感染期間收集的一系列血清標本進行了新冠病毒IgG的檢測,發現住院後1至3天收集的血清標本為陰性,而隨後住院後第5天收集的血清標本為陽性。

基因組分析

研究人員對患者3月第一次感染和8月第二次感染期間收集的口咽後唾液標本進行了全基因組測序。

基因組分析結果表明,患者第一次感染和第二次感染的病毒基因組屬於不同的進化枝/譜系。第一次感染的病毒基因組屬於GISAID進化枝V、Nextstrain進化枝19A、穿山甲譜系B.2(概率為0.99)。而第二次感染的病毒基因組則屬於GISAID進化枝G、Nextstrain進化枝20A穿山甲譜系B.1.79(概率為0.70)。

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第一次感染的病毒基因組在ORF8(開放閱讀框8)64位點有一個終止密碼子,導致其58個氨基酸被截斷。除此以外,患者第一次感染的病毒組基因與第二次感染的病毒組基因相差23個核苷酸,其中13個是導致氨基酸變化的非同義突變。

兩個基因組之間的氨基酸差異位於刺突蛋白、膜蛋白、核蛋白、非結構蛋白和輔助蛋白中。

研究人員對這兩個基因組進行了生物大分子序列比對搜索。第一個病毒基因組與2020年3月和4月從美國和英國收集的毒株最相關,而第二個病毒基因組與2020年7月和8月從瑞士和英國收集的毒株最相關。

研究人員還發現,第二個基因組包含nsp6突變,這很少見。

討論

「我們報告了全球首例再次感染COVID-19的情況。」

研究人員稱,有幾條證據表明該患者第二次新冠檢測陽性是由於再感染,而不是長時間的病毒「排毒期」。

首先,全基因組分析表明,該患者兩次感染的SARS-CoV-2毒株屬於不同的進化枝/譜系,有24個核苷酸差異,這表明他第二次感染的病毒株與在第一次完全不同。

其次,該患者在第二次感染期間C反應蛋白水平升高,病毒載量相對較高且逐漸下降,並且SARS-CoV-2的特異抗體IgG發生了血清轉化,這表明該患者第二次感染是急性感染的一次真正發作。

第三,患者兩次感染之間有142天的間隔。先前的研究表明,對於大多數患者而言,在症狀發作後一個月就無法檢測到病毒RNA了。據報道,很少見病毒的排毒時間持續超過一個月的例子。在一份此前的報告中,一名孕婦在最初新冠測試結果為陽性後104天體內仍檢測到病毒。

第四,該患者最近曾前往歐洲,歐洲地區自2020年7月下旬開始再次暴發新冠疫情。患者第二次感染的新冠病毒基因組也與7月和8月在歐洲收集的毒株在系統發育上密切相關。

對於該患者再次感染的確認有幾個重要意義。

首先,盡管對於該患者而言,隨後的感染可能比初次感染症狀輕,但群體免疫不可能消除SARS-CoV-2。與其他人類冠狀病毒一樣,COVID-19可能會繼續在人群中傳播。對於「季節性」的冠狀病毒229E、OC43、NL63和HKU1,發生再感染是常事。

在某些情況下,盡管體內有一定水平的特異性抗體存在,再次感染仍然會發生。

其次,疫苗可能無法提供針對COVID-19的終生保護。此外,疫苗研究還應包括從已康復的新冠患者。

盡管該患者第二次感染期間CRP升高且血清轉化為急性感染,但該患者在第二次感染期間無症狀。先前對恆河猴的再感染的研究也顯示,再感染時其病情較輕,這可能與初次感染期間患者適應性免疫的啟動有關。

在新冠病毒感染期間,大多數患者都會產生中和抗體。在本研究中,盡管在患者第二次感染初期未檢測到新冠抗體,但殘留的低滴度抗體可能已經部分控制了病毒

由於中和抗體靶向病毒的刺突蛋白,因此刺突蛋白的變異可能會使病毒對第一次感染時患者體內的中和抗體的敏感性降低。事實上,刺突蛋白受體結合結構域和N端結構域中的幾個突變已顯示出其對於中和抗體敏感性的降低。

對於本研究中的患者,第一次和第二次感染的病毒刺突蛋白中有4個氨基酸殘基不同,即L18F、A222V、D614G和Q780E。

先前的研究已經確定,氨基酸殘基222和614都位於B細胞免疫優勢表位之內,A222V和D614G可能會影響這些表位的結構。 D614G位於病毒刺突蛋白的亞結構域2,這一突變在大多數SARS-CoV-2毒株中被發現。使用偽病毒的研究表明,D614G可增強SARS-CoV-2的復制能力。

最近一項使用偽病毒的研究表明,大約7%的恢復期新冠患者血清樣本顯示出對614G假病毒的中和活性比614D降低。我們需要進一步的血清學研究來確定,第一次感染和第二次感染之間SARS-CoV-2毒株刺突蛋白中的這些氨基酸差異是否是造成患者再次感染的原因。

T細胞免疫也可能在改善再次感染的嚴重程度方面發揮作用。在COVID-19大流行之前對冠狀病毒的研究表明,冠狀病毒可以誘導持久的T細胞免疫。

T細胞免疫主要針對新冠病毒刺突蛋白,盡管也可以發現CD4或CD8 + T細胞對其他病毒蛋白的反應。Grifoni等人的研究表明,兩個CD4 + T細胞都主要靶向結構蛋白(刺突、膜和核蛋白)。

CD4 + T細胞也靶向nsp3、nsp4和ORF8,而CD8 + T細胞靶向nsp6、ORF3a和ORF8。

初次感染新冠數月後,能夠在恢復的COVID-19患者中檢測到T細胞免疫。患者兩次感染的新冠病毒基因組的氨基酸變化之一位於刺突蛋白氨基酸殘基222,該殘基也是引起CD4 + T細胞反應的潛在位點。

在患者第二次感染後不久,研究人員在收集的血液樣本中未檢測到針對SARS-CoV-2的特異抗體IgG。抗體水平低可能與該患者首次感染期間的症狀較輕有關。多項研究已表明,病情較輕的患者的抗體滴度低於病情較重的患者。

新冠感染後缺乏抗體應答可能會影響再次感染的敏感性和感染的嚴重性。盡管本次研究中的患者在第二次感染期間無症狀,但再次感染有可能導致更嚴重的感染。

此前對SARS-CoV的研究表明,針對刺突蛋白的抗體可能與更嚴重的急性肺損傷有關。但是,本研究中的患者在第二次感染期間,直到住院後5天體內才檢測到抗新冠病毒的免疫球蛋白G。

一種可能是他在第一次感染後沒有發生抗體反應,但是由於研究人員只在他第一次感染症狀發作後10天才收集了存檔的血清樣本,因此無法確定。先前的研究表明,某些患者直到症狀發作後2-3周才檢測到抗體反應。

另一種可能性是,他確實在第一次感染後引發了抗體反應,但抗體滴度下降到低於檢測限度。抗體的這種減弱已被此前的研究充分描述,在一項研究中,有33%的新冠患者在恢復期(症狀發作後平均39天)對中和抗體反應呈陰性。

另一項研究表明,在症狀發作後的8周內,有40%的無症狀新冠患者血清反應陰性。除了缺乏防止再次感染的保護措施外,抗體滴度快速下降的另一個提示是,針對血清陽性率的研究可能低估了真實的感染發生率。

這項研究存在幾項局限。

首先,研究人員在患者第一次感染期間僅收集了一個血清樣本。由於患者可能無法在10天之內發生抗體反應,因此陰性的抗體測試結果不能排除患者在第一次感染的早期恢復期確實出現抗體反應的可能性。

其次,使用兩次感染的上呼吸道標本進行的病毒培養仍在進行,因此無法比較第一次感染和第二次感染中針對病毒的中和抗體效價。

這一病例說明,即使是從第一次感染恢復幾個月後,也可能會發生再次感染。研究結果表明,即使患者通過自然感染或通過疫苗接種獲得了免疫力,SARS-CoV-2仍可能像其他會帶來普通感冒的人類冠狀病毒一樣在人類體內持續存在。

從SARS-CoV-2感染中恢復,並被同一病毒再次攻擊的恆河猴,在支氣管肺泡灌洗中,第二次感染期間的病毒載量峰值比第一次感染時降低了超過5 log10,而鼻拭子中的病毒載量峰值僅降低了約2 log10。

同樣,在疫苗研究中,仍可以在接種疫苗的動物的上呼吸道中檢測到新冠病毒RNA。

有必要對再感染進行進一步的研究,這對於研發更有效的疫苗至關重要。

總之,有症狀感染新冠4.5個月後再次感染是可能的。因此,已經感染過一次的患者也應考慮接種疫苗。即使是感染過COVID-19的人,也應遵守流行病控制措施,例如全體佩戴口罩和保持社會距離。

來源:cnBeta