Genomic Surveillance for SARS-CoV-2 Variants: Circulation of Omicron XBB and JN.1 Lineages — United States, May 2023–September 2024
Weekly / October 24, 2024 / 73(42);938–945
凯文·马博士1,*;胡安·卡斯特罗博士1,*;阿纳斯塔西娅·兰布鲁博士1；艾丽卡·比利格·罗斯博士1；彼得·库克博士1；Dhwani Batra，硕士，工商管理硕士2；凯琳·库贝纳斯博士1；劳拉·休斯博士1；邓肯·r·麦克康奈尔博士2；帕里特拉·曼达尔博士1,3；尼哈·米塔尔博士1；米利·谢思博士4；凯西·史密斯女士1；安布尔·温，时速1；阿伦·霍尔，DVM1；大卫·温特沃斯博士1；本杰明·j·西尔克博士1；娜塔莉·j·索恩伯格博士1；克林顿·r·帕登博士1 (查看作者关系)
摘要
关于这个话题已经知道了什么？
疾病预防控制中心的国家新型冠状病毒基因组监测项目先前检测到主要变异体的出现和传播，包括Delta和Omicron。
这份报告增加了什么？
在2023年5月至2024年9月期间，新型冠状病毒血统主要由Omicron XBB和JN.1的后代组成。多个XBB后代在2023年夏季和秋季传播，具有免疫逃逸特征。JN.1不是XBB的后代，包含了大量的遗传差异，并在2024年1月成为主导。JN.1的后代随后出现。新冠肺炎病例的增加发生在变异优势期和共循环期。
这对公共卫生实践有什么影响？
鉴于新型冠状病毒进化的不可预测性，持续监测基因变化及其对疾病严重程度和医疗对策有效性的影响仍然至关重要。
摘要
疾控中心继续追踪新型冠状病毒的进化，包括奥米克隆变异体及其后代，使用国家基因组监测。该报告总结了2023年5月至2024年9月期间变异比例估计的美国趋势，在此期间，新型冠状病毒血统主要由Omicron变异体XBB和JN.1的后代组成。在2023年夏季和秋季，出现了多个具有免疫逃逸替代的XBB后代，并达到> 10%的患病率，包括6月24日的EG.5样血统、8月5日的fl . 5 . 1样血统、9月30日的HV.1样血统和11月11日的HK.3样血统。2023年冬天，JN.1变体在美国出现，并迅速在全国范围内占据主导地位，这代表了XBB谱系的实质性遗传转变(> 30个S蛋白氨基酸差异)。JN.1的后代随后传播并达到> 10%的患病率，包括4月13日的KQ.1样和KP.2样谱系，5月25日的KP.3和LB.1样谱系，以及7月20日的KP.3.1.1。新冠肺炎病例的激增分别发生在2024年冬季向JN.1优势转移期间，以及2023年和2024年夏季多个XBB和JN.1后代的循环期间。Omicron变异体的持续进化突出了持续基因组监测的重要性，以指导医疗对策的开发，包括为更新的新冠肺炎疫苗选择抗原。
方法
数据源和序列处理
CDC的国家基因组监测计划之前已经描述过(3,4)。CDC整合了来自1)国家新型冠状病毒菌株监测(NS3)计划的新型冠状病毒序列数据，¶2) CDC签约的商业实验室，和3)公共序列数据储存库。**然后对序列进行质量过滤、重复数据删除，并分配Pango血统。††在2023年5月至2024年9月期间，从新型冠状病毒标本采集到序列沉积的中间间隔为25天(IQR = 22-28天)。
不同比例的估计
疾病预防控制中心冠状病毒肺炎数据追踪系统上显示的2周期间的变异比例是在国家和美国卫生与人类服务部(HHS)估计的按标本采集日期划分的区域级别；不包括最近4周的临近预报。如果谱系在全国范围内构成≥1%(未加权)的序列，并且包含与疫苗、治疗、遗传性或严重性潜在相关的S蛋白替代，则被纳入。估计包括考虑复杂调查设计和潜在抽样偏差的加权。***国家呼吸道和肠道病毒监测系统(NREVSS)†††是2023年11月17日开始的调查权重的主要数据来源。
谱系特征
在这一分析中，具有相同S残基31和受体结合结构域替代(残基332-527)的谱系被分组并表示为“代表性谱系样”；谱系组在系统发育上不同，但具有相似的S蛋白序列。归因于变异的新冠肺炎病例的标准化频率是通过将来自NREVSS的阳性检测结果的计数乘以变异比例并乘以最大病例计数来估计的。对测序的病例进行二次取样，以评估S蛋白氨基酸差异的计数(包括置换、插入和缺失)。数据截至2024年10月11日。这项活动由CDC审查，被认为不是研究，并按照适用的联邦法律和CDC政策进行。****
结果
被分析的新型冠状病毒序列的来源
来自美国56个管辖区的总共208，357个新型冠状病毒序列††††是在2023年5月14日至2024年9月14日期间从NS3 (1%)、商业实验室(34%)和公共存储库(65%)分析的。来自储存库的序列百分比从2022年的39%增加。序列的周数中位数从2022年的21，905下降到2023年的4，752和2024年的1，989(补充图1，https://stacks.cdc.gov/view/cdc/165772)。先前和更新的分析方法在国家和区域两级产生了类似的XBB.1.5和HV.1估算值(补充图2。https://stacks.cdc.gov/view/cdc/165773)。
XBB后代
在2023年5月14日至2024年9月14日期间，所有流行率≥1%的新型冠状病毒家系仍然是其后代家系。2023年夏秋两季的景观变化以XBB后代的共同循环为特征(图1)，其中许多在S蛋白受体结合结构域中独立获得相同的取代。相对于XBB.1.5，EG.5样谱系获得了F456L取代；fl . 1 . 5 . 1-样谱系、HV.1样谱系和hk . 3-样谱系也含有F456L取代，也分别获得了K478R、L452R和L455F取代(桌子)。
这些XBB谱系组中没有一个达到优势(> 50%的患病率)，但是有五个组达到了≥10%的患病率。截至2023年5月27日的2周内，XBB.1.16样谱系的患病率超过10%，其次是6月24日的EG.5样谱系、8月5日的FL.1.5.1样谱系、9月30日的HV.1和11月11日的HK.3样谱系(图1)。到2023年7月8日，XBB.1.16样谱系的这些谱系组的患病率达到21.2%的峰值；到9月16日，26.2%的EG.5样血统；9月30日前，20.1%的FL.1.5.1类血统；到11月25日，HK.3样谱系为12.5%，HV.1谱系为31.1%。新冠肺炎病例的相对增加发生在2023年夏末秋初，因为这些谱系共同循环(图1)。
JN.1优势
BA.2.86于2023年8月在美国通过CDC的国家基因组监测计划和其他补充监测系统报告。BA.2.86是BA.2的高度分歧的后代，当与XBB.1.5相比时具有> 30个S蛋白氨基酸差异，这类似于从Delta (B.1.617.2)到Omicron BA.1.1的遗传距离(图2)。BA.2.86患病率保持在3%以下；JN.1是BA.2.86的后代，包含L455S替代，在2023年末迅速增加，并在2024年1月6日至4月27日期间在全国范围内占主导地位(图1)。整个HHS地区的患病率增加相似，尽管在2区(新泽西、纽约、波多黎各和美属维尔京群岛)于2023年12月23日略微提前达到优势。JN.1的全国优势与2023年5月至2024年9月期间向NREVSS报告的阳性新型冠状病毒检测结果的最高频率相吻合，尽管其他血统在冬季高峰的前半段占优势(图1)。在达到1%的患病率后，jn . 1的患病率增长率与XBB.1.5相似，但比Omicron BA.1.1和BA.5慢(补充图3，https://stacks.cdc.gov/view/cdc/165774)。
JN.1后代
在2024年的春天和夏天，JN.1的多个后代获得了趋同的S蛋白替代，并且患病率开始增加(图1)。相对于JN.1，JN.1.16类谱系包含F456L取代，KQ.1类谱系包含R346T，KP.2类谱系包含两种取代，KP.3包含F456L和Q493E(表)。LB.1样谱系和KP.3.1.1在31位残基的尖峰受体结合域外获得了一个缺失，并在2024年5月至9月期间患病率增加(图1)。到2024年4月13日，KQ.1样和KP.2样谱系的患病率均超过10%,到5月25日，KP.3和LB.1样谱系达到10 %,到7月20日，KP.3.1.1达到10%。XEC(jn . 1谱系KS.1.1和KP.3.3的重组体)的患病率从8月17日的0.4%上升至9月14日的2.3%。随着JN.1的这些后代在2024年夏末传播，阳性新型冠状病毒试验结果的标准化频率增加(图1)。
讨论
在2023年5月至2024年9月期间，CDC基因组监测计划报告的新型冠状病毒血统主要包括XBB和JN.1的后代。观察到这两个血统及其后代的进化轨迹相似。2022年秋季和2023年夏末检测到XBB和BA.2.86(5)，代表了一个实质性的遗传转变，但XBB和BA.2.86的传播相对有限。这些谱系随后获得关键的穗状取代(XBB中的S486P导致XBB.1.5和类似的谱系，BA.2.86中的L455S导致JN.1)(6);到接下来几年的1月，XBB.1.5和JN.1在全国范围内成为主流，直到晚春。转换到JN.1之后，2024年夏天新冠肺炎活性增加，具有相同替换的后代谱系共循环，包括S31缺失、R346T和F456L(7,8)，类似于XBB.1.5占优后的趋势。继续监测以确定这种不同变异出现后随后逐步进化的模式是否继续，对于更新新冠肺炎疫苗和预测新冠肺炎活动激增将是重要的。
限制
这份报告中的发现至少有四个局限性。首先，由于有限的数据和样本收集或测序中的潜在偏差，最近新型冠状病毒变异比例估计的精确度可能较低。第二，由于数据来源和方法的变化，目前的分析可能不同于以前的分析。第三，很难确定主要的新型冠状病毒变异是否推动了新冠肺炎疫情的激增，或者感染的增加是否允许新的变异出现并成为主要变异。最后，样本量的减少降低了估计的精确度和频率，强调了对可持续监测数据来源的需求。敏感性分析表明，目前的估计在质量上类似于样本量更大的前期(3)。该平台检测新出现变异的能力可以通过持续提交代表性样本的序列来维持，包括在总体新冠肺炎活性较低的时期。
对公共卫生实践的影响
国家基因组监测对于检测JN.1和其他变异在美国的出现以及证明新型冠状病毒继续经历巨大的遗传转变至关重要。然而，监测数据表明，这些变化对新冠肺炎住院率和死亡率的影响已经降低(9)，可能是因为对新型冠状病毒的普遍免疫力。尽管如此，仔细的基因组监测仍然很重要，因为有证据表明2023-2024年新冠肺炎疫苗对JN.1住院治疗的保护作用减弱(2)。食品药品监督管理局使用变异比例数据建议将JN.1谱系(优先选择KP.2)纳入更新的2024-2025新冠肺炎疫苗，并预计将指导未来疫苗的组成(10)。鉴于新型冠状病毒病毒演变的不可预测性，持续监测基因变化以及这些变化对新冠肺炎病严重程度和医疗对策有效性的影响对于保持准备状态仍然至关重要。
感谢
为国家新型冠状病毒菌株监测项目做出贡献的公共卫生项目和实验室工作人员，包括公共卫生实验室协会和商业实验室工作人员；数据提供者和提交实验室，用于生成基因序列和元数据，并通过共享所有流感数据的全球倡议和国家生物技术信息中心GenBank储存库进行共享；Moneeb Bajwa、Fatimah Dawood、Rebecca Kondor、Brian Mann、Meredith McMorrow、Nicole Paterson、David Patton、Adam Retchless、Philip Shirk、Catherine Smith、Thomas Stark、Diya Surie、郑晓瑜疾病预防控制中心。
通讯作者:马凯文，KevinMa@cdc.gov.
1美国疾病预防控制中心国家免疫和呼吸系统疾病中心冠状病毒和其他呼吸道病毒分部；2美国疾病预防控制中心新发和人畜共患疾病中心高级分子检测办公室；3佐治亚州德卢斯的Synergy America公司；4美国疾病预防控制中心新发和人畜共患疾病中心核心实验室服务和反应部。
所有作者都已完成并提交了国际医学期刊编辑委员会表格，用于披露潜在的利益冲突。没有披露潜在的利益冲突。
*这些作者为本报告做出了同等贡献。
† https://covid . CDC . gov/冠状病毒肺炎-数据-跟踪器/#变量-比例。前几周的估计可在以下网址获得https://data . CDC . gov/Laboratory-Surveillance/新型冠状病毒-Variant-Proportions/jr58-6ysp.
§世界卫生组织新冠肺炎疫苗成分技术咨询小组声明(https://www . who . int/news/item/26-04-2024-关于新冠肺炎疫苗抗原成分的声明);美国食品药品监督管理局声明(https://www . FDA . gov/vaccines-blood-biologics/updated-新冠肺炎-疫苗-使用-美国-开始-秋季-2024)。
¶ https://www . CDC . gov/coronavirus/2019-ncov/variants/CDC-role-surveillance . html; https://www . aphl . org/programs/infectious _ disease/新型冠状病毒/Pages/Sequence-Based-Surveillance-submission . aspx
**公共序列数据储存库包括共享所有流感数据的全球倡议和国家生物技术信息中心GenBank数据库。来自公共存储库的序列仅限于满足基线监测标准的序列，这确保它们正确记录了地理、人口和临床多样性。https://www . aphl . org/programs/infectious _ disease/Documents/Technical %20 assistance % 20 for % 20分类% 20基线% 20监视% 20更新%2008112021_final.pdf
††质量过滤器包括限制人类来源的序列和美国特有的序列，排除那些无效的州名和实验室来源的序列。Pango谱系定义和方法可在线获得。https://github.com/cov-lineages/pango-designation; https://cov-lineages.org/
由于精确度有限，在2周内少于300个序列的HHS地区的变异比例没有在CDC的冠状病毒肺炎数据追踪器上报告。https://www . hhs . gov/about/agencies/IEA/regional-offices/index . html
对于CDC的冠状病毒肺炎数据追踪器在最近4周内的估计，当可用序列的数量仍在累积时，对任何患病率≥0.5%的家系，使用多项式回归拟合前21周的数据进行临近预报估计。在这项分析中，数据限于最近4周以后收集的序列。
***不同的比例估计方法考虑了复杂的抽样调查设计，权重基于每个新型冠状病毒序列所代表的每周估计感染数；权重被调整到第99百分位。每个提交的实验室来源被认为是一个主要的取样单位，序列标本采集的状态和周被认为是地层。不同比例估计方法的代码和模型方程可在线获得。https://github.com/CDCgov/SARS-CoV-2_Genomic_Surveillance
†††NREVSS是一个由大约540个实验室组成的网络，这些实验室被动地报告每周进行的检测总数和阳性结果，包括新型冠状病毒。https://www.cdc.gov/nrevss/php/dashboard/index.html
在2023年5月11日至2023年11月17日期间，使用了一组数据源来估算调查设计权重。HHS地区阳性新型冠状病毒核酸扩增检测结果的百分比来自NREVSS，HHS地区阳性标本的数量来自新冠肺炎电子实验室报告(CELR)。来自NREVSS和CELR的阳性检测结果的百分比有很好的相关性。https://doi.org/10.15585/mmwr.mm7219e2
在2021年1月1日至2024年9月14日期间，从100万个序列的初始数据集对序列进行子采样(5000个)以进行分析。研究期间的每一年都是按比例代表的，二次抽样通过确保每个州的序列都包括在内来说明地理代表。
**** 45《联邦法规汇编》第46.102(l)(2)部分，21《联邦法规汇编》第56部分；《美国法典》第42篇第241(d)节；5《美国法典》第552a节；美国加州大学第44分校。3501及以下。
††††新型冠状病毒序列来自美国50个州、哥伦比亚特区、美属萨摩亚、关岛、北马里亚纳群岛、波多黎各和美属维尔京群岛。
疾病预防控制中心使用一种多样化、多成分的监测方法来追踪美国和全球范围内新的和潜在的重大新型冠状病毒变种的出现。这些监测系统包括1)国家新型冠状病毒基因组监测，2)基于旅行者的基因组监测，3)国家废水监测系统，以及4)数字公共卫生监测(例如，全球数据仓库、新闻和社交媒体)。https://covid.cdc.gov/covid-data-tracker/#variant-summary
关于新冠肺炎住院、死亡和血清阳性率(既往新型冠状病毒感染或疫苗接种的指标)的数据可在CDC的冠状病毒肺炎数据追踪器上获得，网址为https://covid . CDC . gov/冠状病毒肺炎-数据-跟踪器/# covid net-住院-网络, https://covid . CDC . gov/冠状病毒肺炎数据追踪器/# trends _ weekly deaths _ select _ 00，以及https://covid . CDC . gov/冠状病毒肺炎-数据跟踪/#全国-献血者-血清阳性率-2022.
参考
- 迪库尔J，佩恩AB，赛尔夫WH，等；CDC新冠肺炎疫苗有效性合作者。更新的2023-2024年(单价XBB.1.5)新冠肺炎新冠肺炎疫苗的中期有效性-18岁以上具有免疫能力的成年人的相关急诊和紧急护理就诊和住院治疗VISION和IVY networks，2023年9月-2024年1月。MMWR莫布凡人周刊代表2024；73:180–8.https://doi.org/10.15585/mmwr.mm7308a5 PMID:38421945
- Ma KC，Surie D，Lauring AS，等.更新的2023-2024(单价XBB.1.5)新冠肺炎疫苗接种对新型冠状病毒Omicron XBB和BA.2.86/JN.1谱系住院治疗的有效性和临床严重程度的比较-常春藤网络，26家医院，2023年10月18日-2024年3月9日。Clin Infect Dis 2024epub 2024年8月6日。https://doi.org/10.1093/cid/ciae405 PMID:39107255
- Ma KC，Shirk P，Lambrou AS，等。新型冠状病毒变异体的基因组监测:奥密克戎谱系的循环——美国，2022年1月-2023年5月。MMWR莫布凡人周刊代表2023；72:651–6.https://doi.org/10.15585/mmwr.mm7224a2 PMID:37319011
- Lambrou AS，Shirk P，Steele MK等；菌株监测和新出现的变异生物信息学工作组；菌株监测和新变种NS3工作组。新型冠状病毒变异体的基因组监测:Delta (B.1.617.2)和Omicron (B.1.1.529)变异体的优势—美国，2021年6月-2022年1月。MMWR莫布凡人Wkly代表2022；71:206–11.https://doi.org/10.15585/mmwr.mm7106a4 PMID:35143464
- Lambrou AS，South E，Ballou ES，等,《新型冠状病毒病毒变异体的早期检测和监测》, BA.2.86全球，2023年7月至10月。MMWR莫布凡人周刊代表2023；72:1162–7.https://doi.org/10.15585/mmwr.mm7243a2 PMID:37883327
- 杨生，于燕，徐燕，等. BA.2.86在强大免疫压力下向JN.1的快速进化。柳叶刀感染Dis 202424:e70–2。https://doi . org/10.1016/s 1473-3099(23)00744-2 PMID:38109919
- 反复出现的新型冠状病毒S突变赋予选择JN.1亚系的生长优势。bioRxiv 2024[2024年9月16日在线发布的预印本]。https://doi.org/10.1080/22221751.2024.2402880 PMID:39259045
- 卡库Y，尤MS，托伦蒂诺JE等；日本基因型与表型协会(G2P-日本)。新型冠状病毒KP.3、LB.1和KP.2.3变异体的病毒学特征。柳叶刀感染Dis 202424:e482–3。https://doi . org/10.1016/s 1473-3099(24)00415-8 PMID:38945150
- 小岛康誉·N、亚当斯·K、赛尔夫·WH等人；调查急性疾病网络中的呼吸道病毒。2021年3月至2022年8月引入新冠肺炎疫苗后，美国因冠状病毒疾病2019(新冠肺炎)住院的成人的严重程度和流行病学变化。Clin感染Dis 202377:547–57.https://doi.org/10.1093/cid/ciad276 PMID:37255285
- 美国食品药品监督管理局。选择2024-2025年新冠肺炎疫苗配方[简报文件]。在马里兰州银泉举行的疫苗和相关生物制品咨询委员会会议上发表；2024年6月2日。马里兰州银泉市:美国卫生与公众服务部，美国食品药品监督管理局；2024.https://www.fda.gov/media/179003/download
图1. 新型冠状病毒变异体两周比例*的国家估计†(A)估计变异所致新冠肺炎病例的标准化频率§(B)-美国，2023年5月14日至2024年9月14日
缩写:NREVSS =国家呼吸道和肠道病毒监测系统；NS3 =国家新型冠状病毒菌株监测。
*序列通过NS3、合同实验室、公共卫生实验室和其他美国机构报告给CDC。变异比例估计方法使用复杂的调查设计和统计权重来说明样本被排序的概率。https://covid . CDC . gov/冠状病毒肺炎-数据-跟踪器/#变量-比例
†具有潜在治疗相关性的S蛋白替代且在冠状病毒肺炎数据追踪器网站(https://covid . CDC . gov/冠状病毒肺炎-数据-跟踪器/#变量-比例)。谱系是根据首次出现在冠状病毒肺炎数据追踪器上的日期排序的。具有相同S残基31和受体结合结构域氨基酸序列(残基332-527)的谱系被归类为具有代表性的谱系，称为“代表性谱系样”“其他”代表在显示的所有2周期间，全国流行率小于1%的聚集谱系。
§归因于变异的新冠肺炎病例的标准化频率是通过将两周一次的NREVSS阳性检测结果乘以变异比例，并乘以最大NREVSS病例数(发生在截至2024年1月6日的2周内)来估计的。
缩写:A =丙氨酸；C =半胱氨酸；D =天冬氨酸；δ=删除；E =谷氨酸；F =苯丙氨酸；G =甘氨酸；H =组氨酸；I =异亮氨酸；K =赖氨酸；L =亮氨酸；M =蛋氨酸；N =天冬酰胺；P =脯氨酸；Q =谷氨酰胺；R =精氨酸；RBD =受体结合域；S =丝氨酸；T =苏氨酸；V =缬氨酸；W =色氨酸；Y =酪氨酸。
XBB.1.5S蛋白序列被用作参考，因为它包含在2023-2024新冠肺炎疫苗中。相对于Wuhan-Hu-1存在的替换用下划线标出。类似XBB.1.5的谱系还包括FD.2、XBB.1.42.2、XBB.1.5、XBB.1.5.1、XBB.1.9.1和XBB.1.9.2。
†具有相同的S残基31和RBD(残基332-527)氨基酸序列的谱系被分组为一个代表性谱系，称为“代表性谱系样”包括在至少一个2周期间患病率≥5%的谱系组，以及在属于某个谱系的≥50%的序列中存在的置换。谱系是按照首次出现在CDC的冠状病毒肺炎数据追踪器上的日期排序的。
§表示在至少两个不同的进化谱系中独立置换的位点。
¶因为在JN.1的不同后代谱系中多次独立获得缺失，所以包括S蛋白的N-末端结构域中的残基31
**表示先前研究中确定的地点(https://www.nature.com/articles/s41586-021-04385-3)与先前美国食品药品监督管理局批准的单克隆抗体的体外结合减少有关。
††破折号表示与参考序列相同的氨基酸。
XEC是JN.1谱系KS.1.1和KP.3.3的重组体，包含与KP.3相同的RBD序列。XEC还具有T22N和F59S取代。
图2. 子采样*新型冠状病毒序列，†按血统组，§样本收集日期，以及相对于武汉-Hu-1参考(美国，2021年1月1日-2024年9月14日)的S蛋白氨基酸差异数(包括替换、插入和缺失)
*从2021年1月1日至2024年9月14日的100万个序列的初始数据集中，对序列进行了二次抽样(5，000个)分析。研究期间的每一年都是按比例代表的，二次抽样通过确保每个州的序列都包括在内来说明地理代表。
†序列通过国家新型冠状病毒病毒株监测项目、合同实验室、公共卫生实验室和其他美国机构报告给CDC。
§具有潜在治疗相关性的S蛋白替代且在冠状病毒肺炎数据追踪器网站(https://covid . CDC . gov/冠状病毒肺炎-数据-跟踪器/#变量-比例)。谱系是根据首次出现在冠状病毒肺炎数据追踪器上的日期排序的。具有相同S残基31和受体结合结构域氨基酸序列(残基332-527)的谱系被归类为具有代表性的谱系，称为“代表性谱系样”“其他”代表在显示的所有2周期间，全国流行率小于1%的聚集谱系。
本文的建议引用:Ma KC，Castro J，Lambrou AS，等。新型冠状病毒变异体的基因组监测:Omicron XBB和JN.1谱系的循环——美国，2023年5月-2024年9月。MMWR莫布凡人周刊代表2024；73:938–945.DOI:http://dx.doi.org/10.15585/mmwr.mm7342a1.