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美国斯克里普斯研究所（TSRI）的一个研究小组通过免疫系统识别并攻击病毒的结构“信号”阻止艾滋病毒感染的方式来设计艾滋病疫苗。这种策略取决于找到新的方法来稳定称为HIV - 1表面抗原的蛋白质，并设计HIV样的粒子，来促使身体对抗真正的病毒。 现在，以该研究小组为首的两项新研究加快了这些工作。第一项研究描述了一种策略，来稳定一个重要的HIV结构，并可能制备HIV类用于大规模的疫苗生产。第二项研究使用这一新的见解，设计了新的纳米颗粒作为候选疫苗。 这两项研究成果发表在6月28日的Nature子刊《Nature Communications》。本文通讯作者、TSRI生物学家Jiang Zhu说：“从工程和设计方面来说，这都是一项很大的成就。” 稳定艾滋病毒 在第一项研究中，Zhu和研究员Leo Kong (第一作者，现在在美国国立卫生研究院)，基于先前Ward和Wilson实验室的结构性研究，来调查一个称为“亚稳度”的特征。亚稳度描述的是艾滋病毒包膜糖蛋白(Env)三聚物的紧张态，此时它就像一个负载弹簧，发生了戏剧性的变化，可使病毒进入细胞。 对于想明确这一病毒靶标、并探究“人类免疫系统面临着什么”的科学家们来说，亚稳度带来了一个问题。亚稳度也阻碍着天然免疫力和疫苗生产。对于这两种情况中的适应性免疫系统来说，它需要识别一个病毒蛋白的功能性、稳定版本——一副“面部照片”，这样它就可以产生抗体并攻击碰到的真实病毒。 不幸的是，由于病毒的亚稳定性（或容易变形），我们难以构建HIV蛋白的结构用于疫苗的设计。TSRI的Ward和Wilson小组之前确定了其他Env的低温电子显微镜和x射线结构；然而，当前的方法可稳定一个HIV病毒株中的Env，不一定能稳定另外一个HIV病毒株的Env，因此，我们很难设计一个Env蛋白库，帮助找到能够对抗多种HIV类型的“广泛中和性抗体”。 为了促进疫苗的设计工作，TSRI研究人员想要查找亚稳定性的根本原因,，Jiang和Kong假设，改变Env的一个关键区域，会改善其整体性能。他们猜测，Env上称为HR1的区域可能与亚稳态有关。 Kong说：“HR1上基本上类似于一个高度弯曲的树枝，准备好在春天回直。HR1区域中的这个小弯曲可能是亚稳态的‘零地带’。在大多数发表的Env结构中，当这一区域发生突变或以原生形式松散包装时，会出现无序结构。根据这些观察结果，重新布局HR1弯曲可以极大地稳定Env，似乎是合理的。” 实际上，当科学家们调整艾滋病毒的基因序列时，他们能够缩短HR1区域，从而防止其转换，并使其余的结构保持稳定。Zhu说：“我们弄清了‘为什么HIV是亚稳态的’一个根本原因。” 然后研究人员表明，他们稳定的Env三聚物，也几乎完全模仿真正HIV三聚物的结构，从而表明它们在疫苗中可能是有用的。既然重新布局HR1应该能阻止Env经历到感染细胞的必要更改，那么稳定策略还可能带来蛋白质或DNA为基础的疫苗。此外，修改后的三聚物也有可能以很高的量和纯度进行生产，这是工业规模的疫苗生产中的一个重要注意事项。 最后，因为许多病毒包含亚稳态的Env蛋白质——具有HR1样区域，TSRI开发的这种工程方法可能适用于设计对抗其它病毒性病原体的疫苗，如流感和埃博拉病毒。 新的候选疫苗 在第二篇论文中，研究人员探讨了可以模拟HIV的纳米粒子设计。 在疫苗设计中粒子并不陌生。它们为对抗人类乳头瘤病毒(HPV)、乙肝和戊型肝炎的成功疫苗提供了支柱。 这些纳米颗粒被称为病毒样颗粒(VLPs)，是自然界发现的其他蛋白质的空心壳。科学家们发现，他们可以将病毒蛋白添加到壳的外面，从而制备一个假的病毒。然后，“骗子”能够刺激机体产生抗体，用于对真正病毒的长期防护。 但是随着Zhu及其同事们专注于制备HIV样的VLPs，Env三聚物再一次提出了一个挑战。三聚体是由三个亚基组成，它们集合形成了一个皇冠的形状。皇冠的顶部是三个亚基聚合的地方。科学家们发现，当一种疫苗只包含三聚物的一部分时，免疫系统不能产生广泛中和抗体。免疫系统需要看到完整的HIV蛋白质——也称为抗原，它们刺激免疫系统产生抗体。 为了构建一个人造病毒，在新的研究中，研究人员向纳米颗粒中添加了HIV三聚体，它们将自己的亚基锁定在一起成为三个集群。当这三个亚基聚集在一起时，研究人员猜测，它们可以把HIV抗原集合在一起形成一个三聚物。 本文共同第一作者Linling He说：“我们的想法是将一个三聚体的HIV- 1抗原与纳米颗粒亚基‘融合’在一起，所以当亚基“自组装”时，它们将三个附加的HIV - 1抗原聚合在一起。” 这是几何学和工程学的一个壮举。Zhu说：“将HIV Env正确地放在纳米颗粒上，同时保持其自然的三聚物形式，这真的很具有挑战性，而是我们做到了。现在，Env的多个副本显示在纳米颗粒表面，就像一个真正的病毒所做的那样。” 然后，该研究团队测试了不同的纳米粒子和三聚物版本，以找到最佳的组合。六个设计在实验室检测中表现良好，现在等待试验动物模型。 Wilson说：“我们仍在努力寻找新的候选疫苗，以在人体中引起保护性反应。未来的挑战是，了解如何使用这些新的候选疫苗，来诱导一种保护性的、广泛的中和抗体反应，并开发适当的方案引发这个响应。” 在今年4月份，TSRI的这个研究小组与中国疾病预防控制中心的科学家合作，在《Immunity》杂志描述了在一类有效对抗HIV的强大免疫分子中发现的一种前所未见的未成熟（“青少年”）抗体。 |
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