据联合国艾滋病规划署称,全球约有3500万人死于由艾滋病病毒(HIV)感染引起的免疫缺陷综合征,即艾滋病。目前约有3800万人感染了HIV。抗病毒药物虽然可以使感染HIV的人存活下来,并降低病毒传染,但这些药物无法清除感染,必须终身服用。研究人员早就认识到,对未受感染的人来说,需要一种较低成本的预防疫苗来消除HIV这一主要的公共卫生威胁。
好消息是,由美国斯克里普斯研究中心(Scripps Research)和非营利性疫苗研究组织IAVI的科学家开发的一种实验性艾滋病毒疫苗已取得重要突破,它可以产生抗体,中和多种艾滋病毒毒株。
在兔子身上进行的试验表明,这些“广泛中和”抗体(bnAbs)至少针对病毒的两个关键部位。研究人员普遍认为,如果要对这种不断变化的病毒提供强有力的保护,疫苗必须诱导bnAbs进入艾滋病毒的多个位点。
斯克里普斯研究所免疫学和微生物学系教授理查德·怀亚特(Richard Wyatt)博士说:“这是初步的概念验证,但也是一个重要进展,我们正在努力优化这种疫苗的设计。”
艾滋病毒的快速突变率和其逃避免疫攻击的其他机制,使得疫苗设计极为困难。但是,怀亚特团队进行的测试证实,疫苗接种可以激活所需的抗体,从而提供广泛的抗艾滋病毒保护。这些被疫苗专家称为bnAbs的抗体,可以中和多种HIV毒株,因为它们与病毒的关键位点相结合,而这些位点在不同毒株之间变化不大。感染HIV的人有时会产生bnAbs作为抗体反应的一部分,但这种情况很少见,通常是在感染很长时间以后。艾滋病毒疫苗设计者面临的主要挑战在于,如何找到刺激免疫系统的方法,使其产生能攻击病毒多个易损位点的bnAbs,从而抵御高比例的HIV毒株。
研究者设计疫苗的核心是一种基于艾滋病毒“Env”蛋白的病毒模拟蛋白。正常情况下,多个灌木状的Env蛋白拷贝散布在每个球形HIV颗粒的表面。每种Env蛋白都包含一种分子机制,使其能够与免疫细胞上的CD4受体结合,并利用该受体作为进入细胞的门户。研究人员设计了Env的一个版本,该版本模拟真实的Env的基本结构,同时又足够稳定,可以用作疫苗。为了模拟真正的HIV病毒颗粒的方式来呈现,他们创造了病毒大小的脂肪相关分子的合成球体,即“脂质体”,这些脂质体布满经过设计的Env蛋白质。
在一种天然的HIV环境蛋白上,聚糖(与糖相关的分子丛)则帮助保护所有重要的CD4结合位点免受免疫攻击。研究人员使用了Env模拟蛋白来进行初始的免疫启动,其中CD4结合位点周围的这个聚糖屏障被部分移除。
怀亚特说:“我们的想法是更好地暴露这个部位,从而在一开始就激发广泛的抗体反应。”
随后48周的增强免疫,则使用带有修复的聚糖的Env蛋白,来选择针对CD4结合位点,又能通过聚糖这个屏障的抗体。增强免疫注射中的Env蛋白也基于不同的HIV毒株混合在一起,以促进对Env结构的抗体应答,而这些结构在这些毒株之间没有变化。
研究小组按照他们的疫苗接种策略为12只兔子接种了疫苗,并将结果与只接受单一的、聚糖屏蔽版Env的对照组进行了比较。他们发现,疫苗组有更好的反应,5只兔子产生抗体,可以中和多个HIV分离物。
研究人员分析了反应强烈的兔子的抗体,并确定了两种不同类型的bnAbs。其中,一种被他们称为E70的抗体,以一种不同寻常的方式阻断了CD4结合位点——抓住其中一个屏蔽聚糖。另一个是1C2,它击中了Env上另一个常见的易损点,即复杂蛋白质的两个关键片段之间的接口。抗体1C2的结合显然破坏了Env的稳定性,使其不再能够介导HIV进入宿主细胞。这种抗体的中和宽度也很理想,在208个不同的艾滋病毒分离株中,有87%被阻断。
这一重要的发现证明,如果采用正确的方法接种艾滋病毒疫苗,可以实现将bnAbs诱导到病毒的多个位点的目标。这意味着人类离开发有效的HIV疫苗又近了一步。
目前,研究团队正进一步开展动物实验,下一步将在猴子身上进行测试,未来还将开展临床试验。
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