华盛顿大学Cassia Wagner团队揭示新冠ORF8敲除的正选择机制

新冠病毒在人群持续传播过程中不断发生适应性进化，刺突蛋白的突变带来免疫逃逸能力与传播力提升，驱动变异株周期性全球流行。除结构基因外，附属基因的演化模式与选择压力，是理解病毒进化的关键内容。

ORF8是新冠病毒重要的附属蛋白，具备下调MHC-I，抑制干扰素信号，激活炎症通路等多重免疫逃逸功能。但在流行过程中，ORF8反复出现敲除，截至2023年9月，全球约90%流行株携带ORF8敲除。该现象由何种选择压力驱动，与临床重症是否相关，一直缺乏系统解答。

2024年4月13日，美国华盛顿大学Cassia Wagner团队在Nature Communications发表题为Positive selection underlies repeated knockout of ORF8 in SARS-CoV-2 evolution的研究论文。

该研究整合区域监测与全球序列数据，证实ORF8敲除由正向选择驱动，可显著提升病毒传播适应性，同时降低感染后的临床严重程度。研究明确了新冠病毒附属基因丢失的进化规律，为病毒进化机制研究提供新视角，也为临床诊疗与基因组监测提供参考。

正 文

研究人员首先以美国华盛顿州2020年2月至2023年3月的新冠病毒序列为核心数据集，系统鉴定ORF8敲除事件并分析其流行特征。团队将大片段缺失或提前终止密码子导致蛋白截短定义为敲除，共识别14929例ORF8敲除样本，占高质量序列的11.7%。ORF8的提前终止突变数量是其他基因的14倍，敲除克隆的平均规模显著高于其他基因敲除克隆。ORF8敲除并非局限于Alpha，XBB等高适应性支系，而是广泛出现在多个进化分支，提示其具有独立的选择优势。宿主内变异分析显示，ORF8的无义突变率与等位基因频率显著高于其他基因，进一步支持其承受特殊的正向选择压力。

为区分搭车进化，中性进化与正向选择三种假说，研究人员基于全球近700万条序列构建系统发育树，精准计算各基因的错义与无义突变dN/dS值。结果显示，结构基因与复制酶基因的无义突变dN/dS远低于0.01，受到强烈纯化选择。ORF8的错义与无义突变dN/dS均大于1，是全基因组中唯一同时满足该特征的基因，符合正向选择的核心判定标准。携带ORF8无义突变的克隆，生长速率为同义突变克隆的6.3倍，剔除Alpha与XBB支系后仍达2.5倍，该提升幅度与刺突蛋白关键适应性突变相近。其他附属基因如ORF7a，ORF7b仅呈现纯化选择放松，无明显生长优势，证实ORF8敲除的适应性收益具有特异性。

研究人员进一步将病毒序列与华盛顿州临床数据关联，评估ORF8敲除对感染结局的影响。分析限定于奥密克戎之前的流行株，排除变异株致病力差异与疫苗效果干扰。未调整因素时，ORF8完整毒株感染的住院率为8.3%，死亡率为1.8%，ORF8敲除毒株感染的住院率为6.7%，死亡率为1.3%。多因素逻辑回归校正时间，变异株，疫苗状态，性别与年龄后，ORF8敲除仍与住院风险降低相关，比值比为0.82，与死亡风险降低相关，比值比为0.73。机制上，ORF8通过抑制抗原呈递与干扰素应答增强免疫逃逸，其敲除可减弱病毒免疫抑制能力，降低炎症反应与组织损伤，使病毒在传播效率与致病力之间达成进化权衡。

在华盛顿州SARS-CoV-2进化过程中，ORF8被反复敲除

总 结

总的来说，该研究通过华盛顿州本地序列分析，全球进化选择压力评估与临床结局关联验证三大维度，完整揭示新冠病毒ORF8反复敲除的进化驱动力。ORF8敲除不是搭车效应或中性进化，而是受正向选择驱动的适应性事件，可显著提升病毒传播能力，同时降低感染后的住院与死亡风险，这一规律与SARS病毒ORF8丢失现象高度相似，呈现冠状病毒适应人类宿主的保守进化路径。

该研究系统阐明新冠附属基因的适应性进化逻辑，补充了病毒进化理论体系，为全球新冠病毒基因组监测提供关键监测位点，也为临床感染风险评估与预后判断提供了稳定可用的分子标记，对疫情防控与临床管理具有实际应用价值。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-47599-5