結構強化的病毒，傳染力更強——冠狀病毒的D614G突變(下)－盲眼的尼安德塔石器匠

結構強化的病毒，傳染力更強——冠狀病毒的D614G突變(下) 原載於泛科學

SARS二世病毒入侵細胞的過程。圖／取自 Profile of a killer: the complex biology powering the coronavirus pandemic

導致 COVID-19（武漢肺炎、新冠肺炎）的 SARS-CoV-2 冠狀病毒「SARS二世」，最近一批研究認為，出現在 S蛋白質上（spike protein）的一個突變「D614G」有助於適應，增加病毒的傳染力。[1] [2]

美國的斯克里普斯研究所（Scripps Research Institute）的科學菁英戰隊，以人造的模擬病毒和基因改造細胞做實驗，證實 D614G 確實能提高病毒的感染能力。[3] [4]

病毒如何感染細胞？SARS二世病毒感染的關鍵 S蛋白質，可分為 S1、S2 兩部分。S1 中有一段能辨識特定目標的短序列，會直接和細胞表面的 ACE2 受器結合。接著細胞上的「酵素」會把 S1 切除，讓後面的 S2 與細胞膜合體，病毒才能將遺傳物質輸入細胞，順利入侵。

如果病毒是可樂娜啤酒：瓶口、瓶蓋、開罐器

想像成在喝可樂娜啤酒，假如可樂娜的瓶蓋是 S1，瓶口是 S2，酵素是開罐器，嘴巴就是細胞的 ACE2 受器。可樂娜要移動到嘴巴附近，由開罐器打開瓶蓋後，瓶口對準嘴巴，才能喝到可樂娜。

SARS二世的前輩 SARS一世病毒也與 ACE2 結合，但是過程不同。SARS一世用 TMPRSS2 酵素當開罐器，SARS二世則用 furin 酵素。差異在於，SARS二世的 S1 和 S2 中間多出一小段序列，可以讓 furin 作用。

SARS二世病毒的 S1、S2 之間，多出一小段可以讓 furin 作用的位置。圖／取自 ref 3

D614G讓瓶蓋瓶口結合更穩定，增加感染成功率

SARS二世用 furin 作開罐器的效果更強，缺點是 S1 和 S2 中間多出一段後變得不太穩固，就像喝可樂娜時，還沒對準嘴巴，瓶蓋已經從瓶口脫落，可樂娜就喝不到惹。不過 D614G 突變後能彌補這個缺點，讓瓶蓋與瓶口的結合更穩定。

D614G 突變位於 S1，不過很靠近 S2。以人造模擬病毒感染人類細胞株的體外實驗發現，D614G 應該不影響 S1 與細胞的結合，卻能讓 S1 的結構更穩定。證據是：S蛋白質如果配備 D614G 突變，S1 與 S2 的比值（S1:S2）明顯較高，幾種分析方法的比值都超過原本三倍。

可樂娜！圖／取自 junk DNA

新突變能穩固 S1、S2 的結合，使得 S1 不容易半途脫隊（shedding），藉此增加感染成功的機率。

情況好像運送 100 瓶可樂娜，原本半路上 70 瓶的瓶蓋會掉下來，只有 30 瓶能抵達目標；但是改版後只有 20 瓶會脫落，高達 80 瓶能接近嘴巴。如此一來，即使可樂娜本身沒有更吸引人，光是順利抵達目標的啤酒數量大增，就能讓喝到可樂娜的人數成長數倍。

可樂娜啤酒也是疫情的受害者：〈受害者撞名冠狀病毒墨西哥可樂娜啤酒配合防疫將停產〉

D614G 突變怎麼讓結構更穩定？論文推論，第 614 號氨基酸突變後，旁邊的第 613 號麩醯胺酸（glutamine，Q）會與 859 號蘇氨酸（threonine，T）形成氫鍵，讓整個結構更有彈性。另外，原本的 D614 可能與第 464 號精氨酸（arginine，R）形成立體障礙，干擾 S1 和 S2 的結合，突變後障礙也就消失了。

S蛋白質的立體結構，第 614 號氨基酸靠近 S1、S2 的交界，由 D 改變為 G 以後，也會影響周圍氨基酸的化學鍵結。圖／取自 ref 3

小小改變，增加病毒傳染力

突變的效果很微妙，大部分突變影響都很有限，有時候在特定機緣下，光是一處小小的變化卻會帶來很大的差異。

假如 SARS二世和一世相同，S1 和 S2 之間沒有多出一段序列，兩者的結構仍然能保持穩定，卻會因為開罐器較弱而限制感染力。增加 furin 牌開罐器的作用位置後，開罐效果提升，也帶來結構不穩定的副作用；而 D614G 的出現，能有效彌補缺點。

因此，S1 和 S2 之間插入短片段序列導致的新 furin 切位，以及 D614G 的位置變化，可以視為病毒一系列相關的適應。

然而要注意，體外實驗的感染力變強 3 倍、10 倍，不等於病毒實際人傳人時也會增強 3 倍、10 倍。針對 3 萬人的一項英國研究，比較兩款病毒傳播上的不同，估計配備 D614G 突變的病毒傳染力為本來 1.22 倍。但是愛丁堡大學的 Andrew Rambaut 認為，假如真的比較強，效果也不是太大……等等，1.22 倍不大！？[5] [6]

斯克里普斯研究所的菁英戰隊外，還有多個其他戰隊用類似的模擬病毒測試差異，得到一致的結論：至少人造情境下 D614G 能增加感染力。