艾滋病疫苗的過去和今天

王曉冰

1981年，美國疾病控制與預(yù)防中心（CDC）發(fā)布了一份醫(yī)學(xué)報(bào)告，記錄了5名神秘的肺部感染同性戀患者。后來，這幾人被確診為艾滋病，由此成為全球最早被確診的5名艾滋病患者。

今天，研發(fā)根治艾滋病的藥物比古時(shí)蜀道行路還難。從預(yù)防重于治療的理念出發(fā)，研發(fā)出能防止艾滋病病毒（HIV）感染的疫苗才是征服艾滋病的終極目標(biāo)。但迄今為止，有效的能夠投入臨床使用的艾滋病疫苗還在路上。

艾滋病疫苗研發(fā)有多難

HIV入侵人的免疫T細(xì)胞是依賴其包膜蛋白上的幾種糖蛋白分子來抓住T細(xì)胞，然后再入侵。HIV表面的包膜蛋白呈釘狀突起，與T細(xì)胞上的CD4或CCR5蛋白分子結(jié)合并融入T細(xì)胞中。隨后HIV把自己的基因釋放到T細(xì)胞中，產(chǎn)生上億份病毒拷貝。接著，HIV又在人的T細(xì)胞中進(jìn)行組裝，組裝好的病毒又會(huì)逃出T細(xì)胞，蔓延到周圍的細(xì)胞里，周而復(fù)始地感染其他健康T細(xì)胞，因此艾滋病很難被治愈。

治療艾滋病有不同方法：一是用藥物抑制HIV的復(fù)制或徹底殺滅HIV，但是目前的藥物只能抑制HIV復(fù)制，還不能清除和殺滅HIV；另一個(gè)方法是激活人體免疫系統(tǒng)，形成針對和攻擊HIV的抗體，讓病毒不能入侵T細(xì)胞。這種方法目前被認(rèn)為是徹底攻克艾滋病的首選方法。

艾滋病疫苗的原理是，用失活的HIV的一部分，即抗原來制成疫苗，疫苗進(jìn)入健康人體內(nèi)可刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抗體來抗擊HIV。HIV較重要的抗原就是病毒包膜中的一些糖蛋白分子，如gp120、gp160和gp41。其中g(shù)p160是包膜蛋白前體，成熟后裂解成gp120和gp41。這些抗原常用來研制艾滋病疫苗。

但是，迄今還沒有哪一種疫苗能有效刺激機(jī)體產(chǎn)生抗體來中和HIV，較為成功的一次是2009年在泰國完成的RV144疫苗試驗(yàn)。在這個(gè)試驗(yàn)中，受試者要接種兩種疫苗，這兩種疫苗組成聯(lián)合疫苗。經(jīng)過3年半臨床試驗(yàn)，結(jié)果證實(shí)疫苗能夠?qū)?1.2%的人提供保護(hù)。雖然這是迄今第一種能對部分人有保護(hù)效果的艾滋病疫苗，但還不能算是成功的疫苗，因?yàn)槟鼙Ｗo(hù)的人比例太小。

不過，研究人員打算在RV144疫苗的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，希望能獲得更好的免疫效果。具體設(shè)計(jì)是，把RV144改變?yōu)镠VTN702（HIV疫苗試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)702），主要是增加疫苗誘導(dǎo)免疫反應(yīng)的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，并匹配在非洲南部流行的主要HIV亞型——C亞型。HVTN702疫苗試驗(yàn)將招募5400名18～35歲感染風(fēng)險(xiǎn)高的非洲健康成年人參與，每名參與者一年接種5次，所有受試對象將隨機(jī)分成兩組，分別注射疫苗或者安慰劑，研究結(jié)果將在2020年底公布。

HIV的善變和多變

疫苗的成功應(yīng)當(dāng)具有兩個(gè)目標(biāo)：一是疫苗刺激機(jī)體產(chǎn)生的抗體能形成屏障，使HIV不能附著在CD4和CCR5蛋白分子上，從而阻止病毒進(jìn)入T細(xì)胞；二是能引起機(jī)體免疫系統(tǒng)其他部分迅速響應(yīng)，協(xié)同作戰(zhàn)，破壞HIV并清除殘留病毒。

但問題是，疫苗是否可以激發(fā)機(jī)體產(chǎn)生足夠多的抗體大軍來迎戰(zhàn)HIV？這些抗體大軍是否有足夠的戰(zhàn)斗力來阻止HIV攻擊T細(xì)胞？這兩種情況現(xiàn)在看來都不太樂觀，原因就在于HIV的善變和多變。

HIV在世界范圍內(nèi)有237種亞型。而且由于HIV天生的易變性，未來HIV的亞型還會(huì)不斷增多，HIV這個(gè)大家族也會(huì)不斷“擴(kuò)軍”，變得“毒丁興旺”。

國際病毒分類委員會(huì)根據(jù)在全球流行的HIV血清學(xué)反應(yīng)和病毒核酸序列測定將HIV分為HIV-1和HIV-2兩大類型。目前世界各地的艾滋病主要由HIV-1引起。HIV-2引發(fā)的艾滋病主要在西非流行，其致病力低于HIV-1，傳播速度也比HIV-1慢。HIV-1和HIV-2在基因序列上差異很大，它們的包膜糖蛋白常常不能引起交叉免疫反應(yīng)。

HIV-1有9個(gè)基因，其中就包括包膜基因。根據(jù)基因，國際病毒分類委員會(huì)把HIV-1做了更詳細(xì)的分類，分為組、亞型、亞亞型、流行重組型。HIV-1和HIV-2的核苷酸序列只有45%的同源性。在HIV-1型的各亞型之間的基因離散率是20%～35%，同一亞型內(nèi)的基因離散率是7%～20%。

另外，根據(jù)編碼HIV包膜蛋白的env基因和編碼HIV外殼蛋白的gag基因序列，國際病毒分類委員會(huì)又把HIV-1的組群分為3個(gè)組：M組（主要組）、O組（外圍組）和N組（新組或非M非O組），組間基因離散率為30%～50%。O組是1990年從喀麥隆和加蓬的HIV感染者身上分離到的，與M組其他亞型的氨基酸序列只有50%的同源性。N組是2001年從喀麥隆兩例病人身上分離到的，在HIV的系統(tǒng)樹上既不屬于M組，也不屬于O組，是一組新病毒。

HIV-1與HIV-2有許多不同，即便HIV-1內(nèi)也有很多亞型，因此很難找到最大的公約數(shù)抗原來刺激機(jī)體產(chǎn)生廣譜抗體。即便有些抗體能產(chǎn)生出來，也應(yīng)付不了如此多的HIV亞型，所以疫苗研制遲遲得不到突破。

HIV的多變又是有原因的。HIV與人類免疫系統(tǒng)有著道高一尺、魔高一丈的較量，為了避免人體免疫系統(tǒng)的追殺，HIV便在自己的外殼和包膜的蛋白成分上頻頻重組和變化，換成不同的“馬甲”，讓人體免疫系統(tǒng)無法識(shí)別它，從而逃避免疫系統(tǒng)的追殺。

尋找新的疫苗研發(fā)戰(zhàn)略

荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)和美國康奈爾大學(xué)醫(yī)學(xué)院的雙聘教授羅吉爾·桑德斯等人認(rèn)為，針對單個(gè)gp120蛋白的抗體不能觸發(fā)強(qiáng)烈的免疫應(yīng)答（產(chǎn)生足夠多的抗體），因此需要以完整的HIV的包膜蛋白作為抗原來研發(fā)一種廣譜疫苗，其產(chǎn)生的抗體可以識(shí)別不同毒株的包膜蛋白，阻止它們利用CD4和CCR5進(jìn)入免疫T細(xì)胞。疫苗刺激產(chǎn)生的最有效的抗體能識(shí)別完整的HIV，為此抗體需要精確附著到包膜蛋白上，并與病毒結(jié)合，阻止病毒進(jìn)入細(xì)胞。因?yàn)槟芘c病毒結(jié)合，阻斷感染途徑，研究人員又把相關(guān)防御分子稱為中和抗體。

問題是，HIV的包膜蛋白結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是一種三聚體，由3個(gè)gp120亞單位和3個(gè)gp41亞單位組成。但是，它們在完成各自任務(wù)之前又是分散的，因此需要合成這種三聚體才能有效刺激機(jī)體，產(chǎn)生足夠多的抗體。

經(jīng)過無數(shù)次的實(shí)驗(yàn)，研究人員解決了三聚體的分離問題：通過改造三聚體中的gp41部分，即用脯氨酸代替異亮氨酸，使三聚體能緊密結(jié)合在一起。這種蛋白被命名為“SOSIP”。

但是，這種三聚體并不像自然的三聚體那樣具有釘狀，于是研究人員從來自世界各地的100種HIV里篩選蛋白。然后，研究人員合成所有包膜蛋白的SOSIP版本，找到既具有釘狀結(jié)構(gòu)、又能與許多抗體結(jié)合的蛋白。最后，研究人員找到這樣的病毒蛋白，病毒樣本編號(hào)BG505，來自一名出生在肯尼亞首都內(nèi)羅畢的嬰兒。這個(gè)特殊的毒株是美國弗雷德·哈金森癌癥研究中心的朱莉·歐維巴和其在內(nèi)羅畢大學(xué)的同事分離出來的。

此后，研究人員又發(fā)明了一種方法，可以大量制備高純度的BG505三聚體。研究人員把三聚體注入到兔子和猴子體內(nèi)，收集它們產(chǎn)生的HIV抗體。研究人員把這些抗體添加到由人類細(xì)胞培養(yǎng)的組織中，發(fā)現(xiàn)它們確實(shí)可以保護(hù)人類細(xì)胞免受病毒的感染，不過，對其他HIV毒株還無能為力。這說明利用HIV完整包膜的三聚體研制疫苗盡管有進(jìn)展，但還是沒有成功。

在猴子身上進(jìn)行的試驗(yàn)

世界上還有無數(shù)的研究團(tuán)隊(duì)在利用HIV的不同特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)在研制艾滋病疫苗。

法國國家科研中心的摩根·邦塞爾等人利用HIV-1的包膜蛋白gp41制成了一種新的疫苗并用雌性白化獼猴進(jìn)行試驗(yàn)。研究人員把雌猴分成兩組，一組猴子在鼻部和肌肉注射疫苗，另一組猴子只注射安慰劑。在注射半年后，再用猿猴免疫缺陷病毒感染獼猴。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，5只注射了疫苗的獼猴中有4只沒有出現(xiàn)病毒感染，只有一只猴子有暫時(shí)性的病毒感染；而作為對照組的6只獼猴全部感染了病毒。由于猿猴免疫缺陷病毒與人類免疫缺陷病毒有很大的相似性，這證明利用HIV-1的包膜蛋白gp41制成的疫苗有預(yù)防艾滋病感染的效果。

另一類艾滋病疫苗的制作原理是，用無害的病毒來攜帶HIV抗原，使其成為激活免疫系統(tǒng)的疫苗。美國俄勒岡衛(wèi)生科學(xué)大學(xué)的免疫學(xué)家路易斯·皮克的研究小組采用另一種無害病毒來攜帶HIV抗原并制成疫苗，這種病毒就是巨細(xì)胞病毒。巨細(xì)胞病毒能在體內(nèi)長期無癥狀地潛伏，用它來攜帶HIV抗原制成疫苗可以較長時(shí)間地刺激免疫系統(tǒng)，形成針對和攻擊HIV的抗體。對24只恒河短尾猴注射這種疫苗，一年多后，再用猴免疫缺陷病毒感染恒河猴，結(jié)果有13只猴子在感染初始階段就能抑制病毒，猴子血液中的病毒能快速地降到檢測不出的水平。幾個(gè)月之后，病毒在這13只猴子身上再度出現(xiàn)，但其中12只猴子的免疫系統(tǒng)能再次攻擊病毒，把血液中的病毒水平降下來，12只猴子的免疫保護(hù)期在一年以上。

不過，也有研究人員認(rèn)為，這種疫苗只能有效地控制病毒，卻不能阻止病毒感染，因而作用有限。而且，作為載體的巨細(xì)胞病毒的長期安全性也不確定，它也有可能破壞體內(nèi)免疫系統(tǒng)。

更具希望的疫苗

研究人員發(fā)現(xiàn)，其實(shí)人體免疫系統(tǒng)自身就可以產(chǎn)生中和HIV的特殊抗體，大約10%～30%的HIV感染者在被感染幾年后能產(chǎn)生一種廣泛性中和抗體，稱為3BNC117。但是，HIV有靈活多變的躲避抗體進(jìn)攻的手段，在感染人幾年后，HIV就會(huì)進(jìn)化成對抗體“刀槍不入”的境界。

但是，如果在HIV進(jìn)化之前就將3BNC117注射到感染者體內(nèi)，會(huì)使感染者獲得抗體的優(yōu)勢，從而最大限度地抑制HIV。美國洛克菲勒大學(xué)的盧森茲韋等人將3BNC117抗體以不同濃度注射進(jìn)12名未感染HIV和17名感染HIV的受試者體內(nèi)，受試者隨后被觀察56天。在接受最高劑量（每千克體重用藥劑量30毫克）注射的8名患者中，HIV載量降低了300倍。這一結(jié)果令人鼓舞，因?yàn)榇饲爸皇菍Ω腥玖薍IV的基因工程小鼠和非人靈長類動(dòng)物身上進(jìn)行的研究是成功的，而此次是首次在人身上試驗(yàn)抗體抑制HIV獲得成功。而且，3BNC117抗體能夠?qū)IV的237種亞型病毒株中的195種病毒株產(chǎn)生中和作用，所以稱為廣泛性中和抗體。

如果有一種物質(zhì)能刺激產(chǎn)生大量的3BNC117抗體，這本身就是一種廣譜疫苗，研究人員正在進(jìn)行探索。另外，能中和HIV的并非只有3BNC117抗體，而是有多種抗體。美國范德堡大學(xué)的米勒等人最近在HIV感染者體內(nèi)分離出了一種攜帶環(huán)狀結(jié)構(gòu)的特殊抗體，這種抗體可以同HIV緊密結(jié)合并且使得HIV失活，甚至對那些從未感染過HIV的個(gè)體也能夠發(fā)揮保護(hù)效應(yīng)。這種環(huán)狀抗體由28個(gè)氨基酸組成，可以以不同的組合方式串聯(lián)在一起。最重要的是，利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，研究者們可以對這些抗體進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和優(yōu)化，從而找到最有效阻斷HIV攻擊人體T細(xì)胞的位點(diǎn)或路徑。這也是一種潛在的有效疫苗。

美國國家衛(wèi)生研究院的研究人員還從一名HIV感染者體內(nèi)鑒定出一種抗體，該抗體能強(qiáng)效中和98%的接受測試的HIV分離株，包括20種對其他的同類型抗體產(chǎn)生抵抗的HIV毒株中的16種。這種被稱作N6的抗體的顯著中和作用使得它有可能成為一種新的疫苗或治療藥物的候選者。

【責(zé)任編輯】龐 云