和所有其他病毒一樣，新冠病毒在不斷變化，人們也在英國、南非、巴西、印度等地持續確認了新的新冠變種病毒。為什麼這幾種新變種的傳播如此迅速？已經感染或接種過疫苗的人是否能抵抗不斷變化的新冠病毒？哈佛醫學院和波士頓兒童醫院陳冰教授帶領的團隊於近期在頂尖學術期刊《科學》上連續發表兩篇新研究，有助於回答這些緊迫的問題。
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新冠病毒利用表面的刺突蛋白結合細胞受體，進而入侵細胞。刺突蛋白也是免疫系統識別病毒、以抗體中和病毒的重要結構。因此，理解新冠病毒在刺突蛋白上產生的變化，對於認識變異株的傳播能力、毒性改變以及是否發生免疫逃逸可以提供重要的洞見，為干預策略提供指導。這支研究團隊利用冷凍電鏡（cryo-EM）技術，對幾種變異株的刺突蛋白進行了成像。冷凍電鏡技術使研究人員能夠以接近原子的分辨率分析蛋白的結構。
新冠疫情中主要傳播的幾種變異毒株中，有一些基因變化使其刺突蛋白髮生了相應的氨基酸變化，例如614位的天冬氨酸（D）變為甘氨酸（G）。在4月30日發表的論文中，研究團隊發現，D614G突變讓刺突蛋白變得更穩定，使得更多的刺突蛋白可以和ACE2受體結合。
“假設原始的病毒長着100個刺突蛋白，由於形狀不穩定，可能只有50%好用。”陳博士解釋，“但在D614G突變中，可能就有90%的刺突蛋白是好用的。”
幾種流行的變異株引人擔憂的地方除了傳播能力更強外，還包括可能逃避免疫系統的識別並導致某些中和抗體失效。在另一篇於6月24日發表的研究論文中，這支研究小組展示了alpha變種（B.1.1.7）和beta變種（B.1.351）全長刺突蛋白三聚體的冷凍電鏡結構，以及它們的生化和抗原特性，揭示變異毒株傳染性和免疫逃逸增強的結構基礎。
研究結果顯示，其中最早發現於alpha變種，其氨基酸的變化A570D和S982A有助於刺突蛋白三聚體讓其受體結合域保持在一個與受體結合的位置，同時N501Y增加了受體結合域與ACE2受體結合的親和力。研究人員推測，這些變化可能使alpha變種感染那些ACE2受體較少的細胞類型。
另一種變異株、最早發現於南非的beta變種，在與受體結合能力沒有明顯降低的情況下，其刺突蛋白三聚體上同時有兩個主要中和位點發生改變，大大降低了針對這些抗原表位的中和抗體的效力，可以解釋為什麼beta變種能夠抵抗一些有效的中和抗體。
研究人員在論文中指出，新冠病毒仍然在全球範圍內不斷複製，新變異體的出現不可避免，病毒的遺傳多樣性也會大大增加。持續的病毒進化可能將免疫逃避和毒力結合，不同的突變組合將為疫苗開發帶來更大的挑戰。這項研究提供了變異毒株刺突蛋白三聚體的生化穩定性和新型表位的結構細節，可以為下一代疫苗的開發提供良好的起點。