北大曹云龙教授入选《自然》年度十大人物，预测新冠病毒变异趋势
2022-12-15 MedSci原创 MedSci原创 发表于上海
2022年12月15日，《自然》公布了2022年度十大人物（
2022年12月15日，《自然》公布了2022年度十大人物（Nature's 10）榜单。
北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）谢晓亮课题组副研究员、北京昌平实验室领衔科学家曹云龙博士因“帮助追踪新冠病毒的演化，并预测了导致新变异株产生的部分突变”入选该榜单。
蒙纳斯特斯基表示：“《自然》十大人物的故事以独特视角浓缩了这不平凡一年中的一些最重大的科学事件。”
曹云龙博士
曹云龙及其团队在研究中发现，新的奥密克戎突变株的受体结合域（RBD）所携带的突变表现出趋同效应，独立进化的毒株演变出了相同的RBD突变，这是此前新冠疫情中不曾见过的。病毒的趋同进化属于小概率事件，因为病毒进化的方向非常多，现在出现趋同进化，说明两件事：1）这些趋同进化的突变位点具备很高的选择优势；2）进化压力非常集中。
奥密克戎RBD趋同进化
这些趋同突变对于抗体药物和疫苗的逃逸能力极强。突破感染在极大程度上受限于“免疫印迹”。也就是说，接种过原始毒株的疫苗后，感染其他突变株主要唤起的还是原始株疫苗所诱导的抗体，很少产生针对新毒株的特异性中和抗体。
同时，突变株感染所诱导的非ACE2竞争和弱中和抗体比例增加，有效抗体占比越来越少，抗体表位多样性越来越低，从而导致免疫压力越来越集中。由于病毒进化的驱动力主要来自免疫压力，免疫压力的集中会进而导致病毒进化位点的相应集中，最终导致趋同进化，且进化速度加快。
奥密克戎突破感染诱导的抗体分布
根据大量抗体的RBD逃逸位点衡量体液免疫压力，并结合病毒氨基酸突变概率、宿主细胞表面受体亲和力等数据，团队构建了基于中和抗体免疫压力的新冠病毒RBD进化趋势预测模型，并据此分别预测了BA.2和BA.5突破感染刺激产生抗体的突变逃逸图谱。
结果显示，与BA.2突破感染相比，BA.5突破感染刺激产生抗体的突变逃逸位点显著减少，只剩下两个显著的逃逸位点（R346和K444），印证了其结合表位多样性减少、免疫压力高度集中。预测的突变热点与现实世界中病毒的进化高度一致。也与现实高度吻合。
BA.2和BA.5突破感染诱导产生抗体的突变逃逸图谱
团队基于目前真实世界中人群的免疫背景，预测了BA.2.75和BA.5未来的进化趋势，并于今年7月构建了在BA.2.75和BA.5突变株的基础上携带不同RBD和NTD趋同突变的假病毒，并通过中和试验发现这些假病毒对不同中和抗体药物和血浆样本具有很高的逃逸能力。分别于10月份和11月份出现的BQ.1.1和CH.1.1分别与我们构建的BA.5-S3、BA.2.75-S4/S6假病毒高度一致。
结果表明，新冠突变是可以被预测的。通过提前预测可能出现的毒株并构建出相应的假病毒，可以提前设计开发疫苗和抗体药物以应对未来可能出现的疫情。
BA.2.75和BA.4/BA.5最终趋同进化趋势的准确预测（左：预测和构建的假病毒；右：现实中出现的突变株）
新亚变体的免疫逃逸能力全面检测
2022年6月17日，谢晓亮/曹云龙团队等在Nature期刊发表了题为：BA.2.12.1, BA.4 and BA.5 escape antibodies elicited by Omicron infection 的研究论文。
该研究发现，奥密克戎突变株 BA.2.12.1、BA.4、BA.5 新亚型呈现出更强的免疫逃逸能力，并且对奥密克戎 BA.1 感染者康复后血浆出现了显著的中和逃逸现象。
这些发现提示，基于 BA.1 的奥密克戎疫苗可能已不适合作为现有免疫背景下的加强针，所诱导出的抗体对新变异株将不具有广谱保护效力。并且，由于新冠病毒存在“免疫原罪”现象并且可以快速进化出免疫逃逸突变位点，通过奥密克戎感染实现群体免疫是极难实现的。
最新XBB和BQ.1亚变体的特性
2022年10月30日，谢晓亮/曹云龙团队在预印本 bioRxiv 发表了题为：Imprinted SARS-CoV-2 humoral immunity induces convergent Omicron RBD evolution 的研究论文。
该研究显示，XBB相对于BQ.1的优势可能部分是由于刺突蛋白受体结合域（RBD）之外的变化，XBB在编码刺突蛋白N端结构域（NTD）的部分基因组中也有突变，XBB能够逃逸针对NTD的中和性抗体，这可能会使它感染对BQ.1及相关亚型免疫的人。但值得注意的是，BQ.1正以极快的速度出现NTD区域的突变。这些突变大大增强了这些变体逃逸接种疫苗和以前感染所产生的中和抗体的能力。
曹云龙博士表示，如果感染了BQ.1，可能会对XBB有一些保护作用，但这还需要进一步研究提供证据。
除了曹云龙，还有两人因在全球公共卫生问题上的突出贡献而登上榜单，分别是Lisa McCorkell 和Dimie Ogoina。
Lisa McCorkell是一位患有“长期新冠”（long COVID）的研究员，作为“患者主导研究合作组织”（Patient-Led Research Collaborative）的创始成员，她帮助提高了公众对该疾病的认识，并筹集到了研究经费。Dimie Ogoina是尼日利亚尼日尔三角洲大学的传染病医生，他对尼日利亚猴痘传染病的研究工作提供了对抗猴痘疫情的关键信息。
2022年1月10日，马里兰大学医学院公布了世界首例活人成功植入基因编辑猪心脏的手术，57岁的心脏病患者大卫·贝内特（David Bennett）接受了一颗经过基因编辑的猪心脏移植以挽救生命。虽然这个猪心脏仅让大卫·贝内特延长了两个月寿命，但这已经是异种移植领域的一个巨大成功和历史性突破。带领团队完成这一基因编辑猪心脏人体移植的外科医生Muhammad Mohiuddin毫无疑问地入选了Nature年度十大人物榜单。
Nature2022年度十大人物
曹云龙
曹云龙2014年毕业于浙江大学竺可桢学院物理学专业，2019年获得哈佛大学化学博士学位。在新冠疫情期间，他围绕新冠病毒B细胞免疫应答、特异性抗体的结构与功能等开展了系统性研究，其中新冠中和抗体药物研制、新冠体液免疫应答特征和新冠突变免疫逃逸机制的创新性研究结果为抗击疫情作出了重要贡献。他以第一作者、共同通讯作者在Nature、Cell、Lancet Infectious Diseases、Cell Host & Microbe、Cell Research等期刊上发表多篇相关研究文章。曹云龙曾获评《麻省理工科技评论》中国区“35岁以下科技创新35人”、获得国家优秀青年科学基金资助。
据悉，《自然》十大人物榜单是对今年重要科学进展、事件以及其中一些关键人物和他们同事的记录。十大人物由《自然》编辑选出，集中了影响2022年一些最重要科学事件的个人，旨在评选十位在这一年重大科学事件中占有一席之地的人物。
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