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<Science:艾滋病疫苗不再遥不可及>

2013-09-23

 

“威力”抗体的发现几乎阻止了每一个艾滋病病毒变种,这彻底改变了艾滋病疫苗探索的历程。

Science:艾滋病疫苗不再遥不可及

来自冷冻电子断层扫描的三维图像显示,HIV上的gp120和有巨大威力的bNAb交织在一起。

2006年,国际艾滋病疫苗行动组织(IAVI)发起了一项全球范围的搜寻行动——旨在寻找**的能够抵御艾滋病病毒(HIV)的免疫系统防线(一种能挫败几乎所有已知病毒毒株的抗体)。

IAVI总部位于纽约,是一个非营利组织。IAVI称这项行动是一个棘手的任务,将其命名为协议G。如果取得成功,协议G承诺重振被失败困扰的HIV疫苗领域的士气,并帮助设计一个能终结艾滋病(AIDS)疫情的产品。

寻找免疫原

在那时,HIV令疫苗研究人员大感受挫。HIV屡次躲开了研究人员设计的免疫攻击。超过20年的努力仍未能让一款疫苗走向市场。但是,研究人员已经发现了一种武器:广效性中和抗体(bNAbs),他们希望借此扭转颓势。

协议G团队全力以赴,以期发现更多对抗HIV的有效措施。研究人员分析了1800个HIV感染者(来自赞比亚、南非、印度、泰国、尼日利亚、科特迪瓦、卢旺达、乌干达、肯尼亚、澳大利亚、英国和美国)的血液样本。在IAVI团队成员、美国加州**亚哥市斯克利普斯研究所免疫学家Dennis Burton的领导下,研究人员历时两年,对样本进行研究,*终将视线集中在一名女性身上。通过单独研究该女性的B细胞(行使产生抗体的功能),研究人员从她的血清中分离出两种值得注意的抗体。

这两种抗体之所以引人注目,是因为它们能使(162种HIV毒株中的70%以上)感染失效,即使很小的剂量也是如此。Burton和同事在2009年10月9日的《科学》杂志上解释了这一现象。突然间,创造一种通用的HIV疫苗似乎并不再是一个遥不可及的梦。

这一发现产生了天翻地覆的变化,bNAbs迅速变成*热门的研究领域之一。自2009年起,研究人员已经确认超过50种新的HIV bNAbs,其中一些的效果看起来要比协议G中发现的两个还要好。

一些实验室目前正试图阐明,HIV和免疫系统之间错综复杂的相互关系——能导致bNAbs的产生,研究人员希望有一天能用免疫原模拟该过程。HIV领域的行动催生了其他领域研究bNAbs的热潮,例如流行性感冒、丙型肝炎、登革热、西尼罗病毒。诺贝尔奖得主、病毒学家David Baltimore说:“如果有人能创造出一种真正能引起广泛保护性反应的免疫原,那将是妙不可言的。”来自帕萨迪纳市加州理工学院的Baltimore的团队,正在尝试通过干细胞基因工程制造bNAbs。“但我看到前方道路艰难。”他说。

不幸的开始

1986年,在研究者证实了HIV能引起AIDS不久,制造疫苗的障碍出现了。HIV以极快的速度繁殖,每次都会凌乱地复制其基因序列。许多合成突变体“茁壮成长”,变种表现出不同的蛋白抗原。抗体的特异性致使其通常瞄准某一个抗原,无法制服不断变化的病毒。因此,天生的免疫反应或由常规疫苗引发的免疫反应都收效甚微。

1990年,美国马萨诸塞州的Repligen公司在《科学》杂志上报告了**对抗HIV的bNAb(比迄今为止的任何抗体都有效得多),这个发现让AIDS疫苗领域震惊。更令人惊讶的是,他们表述了确切的抗原表位——在动物实验中,这刺激了抗体的生成。研究人员在论文中写道,仅仅6个HIV表面蛋白质(gp120)尖端的氨基酸,就指明了免疫系统如何阻止病毒的不同毒株。

但*终结果是,作为实验室的人工制品,bNAb只能对抗在培养皿中生长的病毒株,对直接来自被感染者体内的病毒并无效果。这个1993年的发现使人们对该公司的产品大失所望。

在奥地利,大致相同的时间,另一个团队发现bNAbs对HIV的一个不同部分起作用。维也纳应用微生物学研究所的Hermann Katinger领导的团队确认了两种对gp41(跨越病毒膜并依附在gp120上的蛋白质)起作用的bNAbs。这一发现意味着,病毒的致命弱点不止一个。

在之后的10年里,斯克利普斯研究所结构生物学家Ian Wilson和马里兰州贝塞斯达市国家过敏症和传染病研究所(NIAID)结构生物学家Peter Kwong用高分辨率描述了bNAbs是如何对gp120和gp41起作用的。这些精巧细致的图片使得研究人员能确定抗体拦截病毒的精确机制,以及为何其他抗体威力有限、作用范围有限。

与此同时,这种抗体对于很多疫苗研究人员来说已经过时,他们更愿意研究如何刺激杀伤细胞(一种T淋巴细胞)。抗体能预防感染,杀伤细胞能识别并摧毁病毒试图侵入的细胞。一些人声称一个T细胞疫苗就能阻止病毒,其他人认为应该将T细胞疫苗和抗体疫苗相结合。还有一些人反对设计疫苗的理念,他们指出在漫长的历史中,疫苗学家仅仅是在动物和人类身上进行不同的测试以获得成功,却对免疫机制本身关注甚少。

逆向研究

之后,备受瞩目的针对HIV的T细胞疫苗可悲地失败了,使更多的目光聚焦在抗体上。在第二战场,多亏了协议G和与之相似的行动,可供研究的bNAbs数量暴涨。研究人员也开发了先进技术来复制来自单一B细胞的大量抗体。

免疫学家Michel Nussenzweig说:“单个细胞抗体复制改变了一切。” Nussenzweig是美国洛克菲勒大学实验室研发HIV bNAbs技术的先驱。多个机构的高水平合作给该领域研究打了一针强心剂。

bNAbs只能给已经感染者提供有限的帮助,因为它们来得太晚了,病毒早已透过血液细胞和组织,bNAbs无力回天。但是一种能适时引发bNAbs的疫苗,在足够数量的情况下,有可能阻止感染。因此,研究人员正在努力探寻,免疫系统是如何产生这些抗体,是什么赋予了它们不同寻常的威力。

Nussenzweig对前景非常乐观。他说:“人们发明疫苗无须从头开始。在每一次研究中,你都可以学到经验并试图应用它。”(段歆涔)

原文检索:

Jon Cohen. Bound for Glory. Science 13 September 2013; DOI: 10.1126/science.341.6151.1168


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