華人學者開闢艾滋病疫苗研究新思路｜前沿

題圖：VRC34.01 抗體 （綠色和黃色）和融合肽（紅色）的相互作用，灰色是艾滋病毒表面的膜蛋白。圖片來源NIAID

編者按：

在過去的三十多年裡，艾滋病已經奪去全球超過3400萬人的生命。儘管目前我們已經可以通過藥物延長艾滋病人的生命，但根治艾滋病仍遙遙無期，這與艾滋病毒極容易突變有關，抗艾藥物研發由此變得十分困難。最近，一組來自美國國立衛生研究院的科學家，不僅找到了遏制艾滋病毒的全新靶點——融合肽，同時還設計出一種通過該靶點殺死艾滋病毒的疫苗VRC34.01，該疫苗有效性可達到50%。儘管通向終結艾滋病的路途漫長而又艱難，但我們其實離黎明時的曙光，已不再遙遠。有關艾滋研究，請參見此前的文章《治癒艾滋病還有希望嗎？》。

撰文 | 孔瑞（美國國立衛生研究院博士後）

責編 | 葉水送

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Why it』s so hard to cure HIV-AIDS http://v.qq.com/boke/page/v/0/5/v0174dx6fn5.html

（視頻時長4分31秒）

自上世紀八十年代以來，艾滋病的流行已經奪去超過3400萬人的生命。據世界衛生組織（WHO）統計，2014年全世界有大約有3700萬艾滋病毒（HIV）攜帶者，大約200萬為新增感染者。艾滋病毒，亦稱為人類免疫缺陷病毒，為何它們如此可怕，以至於人人談「艾」色變。原因大約有二：一是病毒感染難以根治，一旦感染，終生折磨；二是缺乏有效的預防性疫苗。科學家們經過多年的努力，成功發明了「雞尾酒」療法和一系列抗艾滋藥物，從而有效地幫助病人抑制體內病毒的複製。然而時至今日，根治和研發艾滋疫苗這兩個大問題，依然沒有得到很好的解決。

2016年5月12日，美國頂級學術雜誌《科學》（Science）在線發表了美國國立衛生研究院（NIH）的一項關於艾滋病毒的研究成果。研究者不僅發現了一種新型的中和抗體VRC34.01，同時還發現這種抗體在艾滋病毒膜蛋白上的識別位點，由於該位點極為特殊，研究者可以將其作為疫苗研究的新靶點。與此同時，研究者發現了這種抗體對病毒產生抑制作用的分子機制。該研究由美國國立衛生研究院（NIH）三位來自中國的博士後孔瑞、許凱以及周同慶共同完成，有望使人類在遏制艾滋病毒的道路上更進一步。

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道高一尺，魔高一丈

面對艾滋病毒，大部分感染者的免疫系統無法徹底消滅它們，其中最主要的原因是，艾滋病毒是一個善變的傢伙，在複製的過程中會產生變異。譬如，一個艾滋病毒的「毒一代」感染了人體細胞，在細胞中大量複製時，它們會造出成百上千個「毒二代」病毒，而這些「毒二代」病毒的膜蛋白長得都不太一樣。這對免疫系統來說，是個大麻煩。因為它在產生抗體、準備遏制「毒一代」病毒時，碰到了「毒二代」病毒，抗體可能會失去效力，難以辨識一些新病毒。成功逃離免疫細胞殺傷的「毒二代」病毒，很快就產生「毒三代」、「毒四代」的病毒。

當然免疫系統也會合成「抗二代」、「抗三代」的抗體。在很多艾滋病毒感染者體內，抗體和病毒是互相學習，一起成長的。這樣的結果就是，在一個未經治療的感染者體內，擁有很多不一樣的艾滋病毒。而全世界三千多萬感染者，艾滋病毒千變萬化。要想研製出一個艾滋疫苗，誘導免疫系統來識別以及防禦這些千變萬化的艾滋病毒，著實令研究者們頭痛不已。三十多年過去，最早一批開始研究艾滋病毒的科學家，已經熬白了頭髮，而艾滋病疫苗依然遙遙無期。

02

抗艾疫苗如何以不變應萬變

艾滋病毒雖然千變萬化，但是無論如何變化，它們都需要感染CD4 T淋巴細胞，其接觸和進入細胞的過程不易改變。艾滋病毒膜蛋白上的一些重要區域，尤其是負責進入細胞過程的一些功能區域難以改變。而這些區域，從理論上說，是疫苗研究針對的有效區域。從2009年開始，科學家們多年的努力終於有了突破，基於B細胞培養技術以及抗體分離技術的進步，一批能識別並且抑制不同艾滋病毒株的新型抗體被陸續分離出來。這些抗體能夠抑制30%到90%左右的艾滋病毒。

對這些抗體識別位點的研究， 促進了對病毒膜蛋白的理解，以及疫苗的設計。其中一個經典的例子是單克隆抗體VRC01，它可以識別艾滋病毒膜蛋白和CD4受體結合的區域。這個區域在艾滋病毒功能上非常關鍵，是艾滋病毒膜蛋白上一個經典的保守區域，雖然病毒用各種手段包括多糖分子組成的「糖盾」來保護這個區域，但抗體VRC01還是可通過選擇特定的抗體基因和高度的序列突變，以獨特的方式識別這個區域，從而抑制超過80%的艾滋病毒毒株 。

抗體VRC01的發現和研究，吸引了諸多研究小組以此為模版進行疫苗研究，他們試圖通過免疫誘導產生類似的抗體。類似於CD4受體結合區這樣的靶點，近幾年共發現四個。這些靶點各有優勢，也各有所限。截至目前，雖然還沒有任何一項研究誘導出廣譜的中和抗體，但這個領域的科學家們，正在做出最大的努力。

03

新抗體，新位點，新機制

《科學》雜誌最近發表的這項研究顯示，研究者從一個艾滋病毒感染者的樣品里，分離出了一族新型中和抗體，其中含有最具代表性的單克隆抗體VRC34.01，大約可抑制50%的艾滋病毒毒株。通過蛋白質共結晶以及其它實驗方法，研究人員闡明了抗體VRC34.01針對艾滋病毒膜蛋白上的識別位點：一段由8個連續氨基酸組成的序列和一個糖分子。而這8個連續的氨基酸是艾滋病毒「融合肽」的一部分，且位於「融合肽」的氨基端。

「融合肽」是一段疏水的蛋白序列，由15至20個氨基酸組成，位於病毒膜蛋白gp41的氨基端。通常來說，艾滋病毒感染細胞有三個步驟：第一步，病毒膜蛋白結合細胞膜上的CD4受體，這種結合會導致膜蛋白變形，接著會啟動第二步，與細胞膜上的輔助受體（CCR5或者CXCR4）結合，而變形的最終結果是「圖窮匕見」，這裡的「匕首」就是「融合肽」。由於「融合肽」具有的疏水特性，第三步啟動了，暴露出來的「融合肽」和細胞膜結合，進而啟動病毒和細胞的膜融合。所以「融合肽」就像病毒插入細胞膜的匕首，是一個關鍵的功能區域。

如此關鍵的區域，在病毒表面的膜蛋白上處於什麼狀態呢？一直以來，研究人員們的推斷是，因為疏水性，「融合肽」被包裝在膜蛋白內部，被很好地保護起來。然而在此項研究中，科學家結合結構生物學和病毒學研究，從結構和功能兩方面一起證明，「融合肽」氨基端8個氨基酸可以被暴露，而且可被免疫系統產生的抗體「抓住」，這一抗體就是VRC34.01，其可以抑制50%的艾滋病毒。《科學》雜誌編輯在總結中說道：「這是一個出人意料的發現，因為病毒一向試圖遮護如此關鍵的部位以免受抗體的攻擊」。

這是科學界第一次發現針對艾滋病毒「融合肽」的抗體，也是第一次提出「融合肽」可能成為一個有希望的疫苗新靶點。過去的疫苗設計主要針對一些結構比較複雜的位點，以至於設計難度較大。而「融合肽」的結構要簡單很多，因此針對「融合肽」的疫苗設計從理論上分析可能相對容易。

研究人員還分析了病毒針對VRC34.01的逃逸機制，發現病毒主要通過這8個氨基酸序列的突變來逃避抗體VRC34.01的識別。然而，由於這一段序列在功能上的重要性，它的變化是有限的，也就是說，如果有一個或多個抗體識別這些有限的序列，理論上可以覆蓋更多的艾滋病毒毒株。

此外，研究者進一步研究了抗體VRC34.01對病毒的抑制機制。與抗體VRC01直接阻止膜蛋白和CD4受體的結合不同，抗體VRC34.01並不阻止CD4受體的結合，卻抑制了CD4受體結合後膜蛋白的變形。而這樣的變形，是進一步結合輔助受體和膜融合的必要條件。所以抗體VRC34.01用抗體重鏈和輕鏈一起抓住「融合肽」上的8個氨基酸和另外一個糖分子，將病毒膜蛋白鎖定在某個姿勢，進而抑制病毒感染細胞。

總體來說，這項研究的主要意義在於發現了艾滋病毒的一個新的弱點，為疫苗研究提供了一個新靶點，從而開闢了全新的思路。與其它靶點相比，「融合肽」靶點既有其優勢，也有其劣勢。相信通過研究人員們的努力，我們會在不久的未來看到更多新的進展。通向艾滋疫苗的路途道阻且長，也許還不能一眼望見終點，但偶爾回首過去，其實我們已經走得很遠。

PK吧疾病君-艾滋病篇 http://v.qq.com/cover/g/gmpfgjl8pk0m53r.html?vid=d1410livefo

（清華大學醫學院教授張林琦、程峰談艾滋病防治，視頻時長2分55秒）

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