HIV,，即人類(lèi)免疫缺陷病毒，自其1983年在美國(guó)首次發(fā)現(xiàn)以來(lái),，科學(xué)家們便致力于尋找到治愈這一疾病的方法,。其中，結(jié)合基因療法的HIV疫苗是諸多研究中很重要也同時(shí)很有希望的一個(gè)方向,。HIV疫苗的研制曾經(jīng)歷盡坎坷,，而近期，來(lái)自斯克利普斯研究中心的Farzan團(tuán)隊(duì)在這方面取得了值得注目的最新進(jìn)展,，再次引起了人們對(duì)這一領(lǐng)域的關(guān)注,。
那么，研制HIV疫苗為何困難重重,？科學(xué)家們是如何克服這些困難,？基因療法是如何與疫苗研制結(jié)合在一起的呢？本次盤(pán)點(diǎn),，帶你一起回顧通過(guò)基因工程研制HIV疫苗的發(fā)展歷史以及最新突破,。
【1】 研制HIV疫苗為何是一個(gè)很困難的事情？
首先,，HIV變種多，疫苗很難具有普適性。HIV病毒分為兩種亞型（HIV-1,，HIV-2）,，即使同一亞型的病毒在不同患者體內(nèi)，病毒的毒株也不相同,。實(shí)驗(yàn)室中針對(duì)某一毒株的所開(kāi)發(fā)疫苗或抗體,，往往臨床上不能對(duì)所有患者適用。
其次,，傳統(tǒng)的通過(guò)主動(dòng)免疫的思路來(lái)研制疫苗方法行不通,。經(jīng)典的開(kāi)發(fā)疫苗的辦法是使用全部或部分非活性病毒來(lái)誘導(dǎo)免疫力，但艾滋病病毒努力隱藏了大部分抗體容易識(shí)別的外部結(jié)構(gòu),。因此,，想要找到一個(gè)能夠激發(fā)人體的免疫反應(yīng)，同時(shí)還可以對(duì)抗病毒的各種不同的突變的分子是十分困難的,。
下面著重介紹三個(gè)比較重要的研究團(tuán)隊(duì),，通過(guò)回顧他們的研究來(lái)了解HIV疫苗基因療法的發(fā)展。
【2】Philip Johnson團(tuán)隊(duì)：富有想象力的開(kāi)端
既然無(wú)法通過(guò)主動(dòng)免疫的方式誘發(fā)生物體的免疫力,，而采取被動(dòng)免疫,，頻繁注射抗體又顯得不太現(xiàn)實(shí)，那么是否把表達(dá)HIV抗體的基因通過(guò)某種方式導(dǎo)入人體,，使這些基因持續(xù)表達(dá)抗體,，從而巧妙地饒過(guò)人自身的免疫系統(tǒng)，使人獲得免疫力呢,？這一富有想象力的想法早在2002年就有人提出并加以嘗試,。
賓夕法尼亞州費(fèi)城兒童醫(yī)院的兒科醫(yī)師Philip Johnson和他的團(tuán)隊(duì)在Journal of Virology上發(fā)表了題目為Generation of Neutralizing Activity against Human Immunodeficiency Virus Type 1 in Serum by Antibody Gene Transfer的論文：他們從艾滋病患者體中提取出來(lái)含量稀少的單克隆抗體，這些抗體可以中和大量的HIV-1型病毒,。接下來(lái),，把表達(dá)這些抗體的基因?qū)雽?duì)于人體無(wú)毒的腺病毒AVV(adeno-associated virus)中，再把這樣改造后的AVV病毒注射到小鼠的肌肉細(xì)胞中,。六個(gè)月后,，在小鼠的血清中能夠檢測(cè)到較高濃度的HIV中和抗體。
結(jié)論一：這項(xiàng)研究說(shuō)明,，腺病毒AVV是可以作為一個(gè)載體把抗體基因?qū)肴梭w中的,。同時(shí)，注入肌肉細(xì)胞后,，表達(dá)出來(lái)的抗體蛋白是可以通過(guò)進(jìn)入血液的,。通過(guò)這樣的方式，我們是可以繞過(guò)人的免疫系統(tǒng),，內(nèi)源性地表達(dá)大量的HIV中和抗體的,。
那么,，問(wèn)題來(lái)了。以這種方式表達(dá)出來(lái)的抗體是否足以讓人體產(chǎn)生對(duì)HIV的免疫力呢,？緊接著,，Johnson團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了第二個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，并于2009年把相關(guān)成果發(fā)表在Nature上,。這一次,，他們選取了恒河猴身上存在的一種類(lèi)似于HIV的病毒--SIV病毒來(lái)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)?！究贵w寫(xiě)之前與fazran對(duì)比】在抗體選擇上,，Johnson把自然提取的抗體加以拼接構(gòu)造出了一種被他稱(chēng)之為免疫粘合素immunoadhesins 的抗體分子，它可以在人體內(nèi)保持一定的濃度水平,。像第一次一樣,，研究人員把編碼免疫粘合素基因?qū)階VV然后在注入猴子體內(nèi)。四周后,，當(dāng)研究人員給9只實(shí)驗(yàn)組的猴子（注射改造病毒）和6只對(duì)照組（未做任何處理）的猴子注射SIV病毒的時(shí)候,，實(shí)驗(yàn)組中有6只猴子并未被感染，而6只對(duì)照組的猴子全部感染了SIV,。
結(jié)論二：通過(guò)腺病毒AVV轉(zhuǎn)導(dǎo)基因的方法是可以讓動(dòng)物體獲得免疫力的,。
結(jié)果固然欣喜，但也為我們提出了新的問(wèn)題：
1,、實(shí)驗(yàn)組有三只猴子并沒(méi)有通過(guò)這種方式獲得免疫力,，而具體原因我們并不清晰。
2,、腺病毒AVV到底能夠在生物體內(nèi)存活多長(zhǎng)時(shí)間并不明確,，而這一點(diǎn)和疫苗是否能讓人獲得長(zhǎng)久的免疫能力息息相關(guān)。一旦腺病毒AVV被完全殺死或者抑制,，那么相應(yīng)的抗體基因也就無(wú)法表達(dá)了,。
3、還有一個(gè)潛在的問(wèn)題：抗體基因表達(dá)出來(lái)的抗體分子也許會(huì)引起生物體免疫系統(tǒng)的反應(yīng),，這不僅會(huì)限制治療方法的效果,，也許還會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的后果。
4,、最后一點(diǎn),，SIV病毒和HIV相比，對(duì)抗體是非常非常的敏感的,。所以,，當(dāng)我們用HIV的動(dòng)物模型來(lái)重復(fù)試驗(yàn)的時(shí)候是否還會(huì)出現(xiàn)同樣的效果還是一個(gè)很大的未知數(shù)。
（圖為諾貝爾獎(jiǎng)得主的病毒學(xué)家David Baltimore）
【3】Baltimore團(tuán)隊(duì)：進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)技術(shù),，成功讓老鼠免疫HIV病毒的諾獎(jiǎng)大牛
為了回答以上這些問(wèn)題,，加州理工學(xué)院著名生物教授,，曾經(jīng)獲得過(guò)諾貝爾獎(jiǎng)的病毒學(xué)家David Baltimore和他的團(tuán)隊(duì)在Johnson的工作基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的研究，并把Johnson的思路在感染HIV的小鼠上做了更具體的實(shí)踐與優(yōu)化,。Blatimore把這個(gè)方法稱(chēng)為質(zhì)?；拿庖叻烙╒IP：Vectored Immunoprophylaxis）:
首先,，選擇基因載體上Baltimore做了進(jìn)一步的優(yōu)化,，他選擇了一種特殊的腺病毒AVV，這種特殊的病毒具有長(zhǎng)時(shí)間在生物體中存活下來(lái)并表達(dá)持續(xù)表達(dá)編碼抗體基因的能力,，這樣就具備了為生物體提供長(zhǎng)時(shí)間免疫防護(hù)的基礎(chǔ),。其次，在選擇HIV中和抗體上,，從2002年到2011年多年來(lái)更多針對(duì)于HIV高效抗體的出現(xiàn)也讓Baltimore有了更多的選擇,，他在具有類(lèi)似人類(lèi)免疫系統(tǒng)的小鼠身上測(cè)試了5種不同抗體的效果，每次一個(gè),。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果是比較可喜的：這五個(gè)不同抗體中,，兩個(gè)名為b12和VRC01的抗體被證明效果很好。即使小鼠接受的艾滋病病毒劑量比自然感染情況高出100倍也能起到保護(hù)作用,。52個(gè)星期后,，抗體表達(dá)水平仍然很高，表明單劑量可以帶來(lái)持久的保護(hù),。
結(jié)論三：Baltimore的實(shí)驗(yàn)表明,，哺乳動(dòng)物是可以通過(guò)這種基因療法而獲得對(duì)于HIV的免疫能力的。而且HIV抗體表達(dá)水平可以持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間,，這將為人體試驗(yàn)階段做好準(zhǔn)備,。
【4】Farzan團(tuán)隊(duì)：設(shè)計(jì)高效的人工蛋白質(zhì)
通過(guò)基因工程的方法研制HIV疫苗：Johnson團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該說(shuō)是作為先驅(qū)為以后的研究提供了基本的實(shí)驗(yàn)思路和技術(shù)流程，而B(niǎo)altimore則進(jìn)一步把這項(xiàng)技術(shù)成功應(yīng)用在哺乳動(dòng)物上,，并使其獲得了對(duì)于HIV的免疫能力,。那么Farzan的工作則是更進(jìn)一步：
他們根據(jù)HIV病毒侵染細(xì)胞的過(guò)程設(shè)計(jì)了一個(gè)新的抗HIV蛋白分子：eCD4-lg。與自然條件下人體產(chǎn)生的其他分子相比,，這個(gè)人工合成的蛋白具有更為強(qiáng)大的免疫保護(hù)能力,。
簡(jiǎn)單介紹一下HIV病毒侵染細(xì)胞的過(guò)程：HIV病毒是通過(guò)與白細(xì)胞表面的兩個(gè)受體依次結(jié)合來(lái)感染細(xì)胞的。首先,，HIV病毒的薄膜糖蛋白gp120與白細(xì)胞的CD4受體相結(jié)合,。這一結(jié)合會(huì)使gp120蛋白扭曲從而使病毒表面另外一部分區(qū)域暴露出來(lái)，從而與白細(xì)胞表面另外一個(gè)受體CCR5相結(jié)合,。而Farzan等人新構(gòu)造的蛋白eCD4-lg,，是由CD4、CCR5兩個(gè)受體的一部分連接在同一個(gè)抗體上構(gòu)成的,。這樣的話,，當(dāng)AIDS病毒和eCD4-lg相結(jié)合的時(shí)候,，該病毒就無(wú)法再次侵染細(xì)胞了，這樣就實(shí)現(xiàn)了eCD4-lg這個(gè)蛋白對(duì)病毒的中和作用,。
在試管中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明,，eCD4-lg與所有已知的自然HIV抗體相比，具有更強(qiáng)的阻止病毒侵染細(xì)胞的能力,。為了檢驗(yàn)eCD4-lg在動(dòng)物中是否有效,，研究者把編碼eCD4-lg的基因放到一個(gè)沒(méi)有毒性的病毒中，并用這個(gè)改造后的病毒侵染了4只實(shí)驗(yàn)組的猴子,。在注射了改造過(guò)的病毒之后,，4只猴子體內(nèi)產(chǎn)生了大量的eCD4-lg蛋白。接下來(lái)的34周里,，研究人員對(duì)實(shí)驗(yàn)組的這4只猴子和對(duì)照組的4只猴子（未注射eCD4-lg基因）進(jìn)行了連續(xù)的,，大劑量的AIDS病毒的注射。結(jié)果正如他們期盼的那樣,，實(shí)驗(yàn)組的猴子并未感染艾滋病,，而對(duì)照組的猴子全部無(wú)一幸免。
總結(jié),，人工設(shè)計(jì)出來(lái)的抗體eCD4-lg優(yōu)勢(shì)在于：
1,、動(dòng)物體內(nèi)并未出現(xiàn)對(duì)eCD4-lg明顯的免疫排斥，初步預(yù)測(cè)這也許是因?yàn)檫@個(gè)蛋白與本體內(nèi)的細(xì)胞成分太相似了,。而相反之前研究者所使用的HIV中和抗體都會(huì)導(dǎo)致不同程度的免疫排斥,。
2、在試管中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明,，eCD4-lg與所有已知的自然HIV抗體相比,，具有更強(qiáng)的阻止病毒侵染細(xì)胞的能力。
3,、從理論上來(lái)說(shuō),，與廣譜中和抗體bNAb相比HIV病毒在與eCD4-lg結(jié)合時(shí)更不容易發(fā)生變異，因?yàn)镠IV病毒會(huì)與蛋白中的CD4和CCR5兩個(gè)受體部分結(jié)合在一起,。
4,、更為重要的一點(diǎn)，eCD4-lg是與HIV病毒薄膜上保守區(qū)域的糖蛋白緊密結(jié)合的,。這意味著它具有很好地普適性,，可以應(yīng)對(duì)不同HIV亞型的多種毒株。
當(dāng)然,，科學(xué)界也存在很多質(zhì)疑eCD4-lg的聲音：
Baltimore注意到,，這項(xiàng)新的進(jìn)展僅提供了試管實(shí)驗(yàn)以及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。由此,，他也補(bǔ)充道："也許eCD4-lg的確是一個(gè)比自然HIV抗體更好的分子,，但它到底能不能夠在病人身上起作用還是一個(gè)需要解決的大問(wèn)題,。在臨床上，你很難預(yù)測(cè)到底會(huì)發(fā)生什么,。"需要注意的是,，Baltimore團(tuán)隊(duì)和Johnson團(tuán)隊(duì)各自的艾滋病基因療法早已進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)期。
Johnson持同樣的看法：eCD4-lg并不一定會(huì)在人體中比bNAbs具有更好的效果,。同時(shí),，他還提出了另外一個(gè)看法：相比于eCD4-lg，HIV自然抗體的抵抗病毒能力也許稍微弱了一些,。但是,，這些自然抗體也許已經(jīng)足以遏制HIV了,。"到底（藥物）多好才算是好呢,？沒(méi)有人知道具體的程度。所以,，只要我們所采用的治療措施能夠有效地阻止疾病的發(fā)生就可以了,。"
針對(duì)這些質(zhì)疑，F(xiàn)arzan表示自己已經(jīng)開(kāi)始著手計(jì)劃相關(guān)的實(shí)驗(yàn),，盡力在進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)之前充分檢驗(yàn)eCD4-lg的效力和作用,，確保不出什么意外的狀況。
【結(jié)束語(yǔ)】
科學(xué)發(fā)展的道路從來(lái)都不是康莊大道,。在結(jié)合基因療法研究HIV疫苗之前,，不少科學(xué)家曾投身于其他方式研制疫苗，投入了巨大的人力物力,，研究甚至都進(jìn)展到臨床早期了,，最終都不免以失敗告終，令人扼腕嘆息,。（具體例子可參考默克公司的"STEP"）,。更多情況下，我們往往看到的是曾經(jīng)喧囂著會(huì)治愈艾滋的刺眼新聞標(biāo)題慢慢被人們所遺忘,。
然而,，希望總是存在的。通過(guò)一系列的回顧,，我們可以看到通過(guò)基因工程的手段研發(fā)HIV疫苗還是一條,，至少現(xiàn)在看來(lái)，頗具前景的道路,。上文所提到過(guò)的,，Johnson和Baltimore團(tuán)隊(duì)的研究都已經(jīng)紛紛邁入了臨床實(shí)驗(yàn)期的消息，更是讓我們對(duì)治愈艾滋病充滿了期待,。同時(shí),，我們也注意到基因療法潛在的巨大危險(xiǎn),，人體是沒(méi)法對(duì)插入的基因產(chǎn)生免疫反應(yīng)的，我們很難預(yù)測(cè)這些導(dǎo)入人體的抗體基因會(huì)不會(huì)還有其他的未知功效,。因此,，我們需要一步一步謹(jǐn)慎小心的實(shí)驗(yàn)論證。困難固然重重,，但科學(xué)家們不會(huì)放棄希望,，我們也有理由相信，像歷史上多次發(fā)生過(guò)那樣,，終有一天,，人類(lèi)會(huì)點(diǎn)燃熊熊的普羅米修斯之火，贏得這場(chǎng)與病毒的戰(zhàn)斗,。
