HIV-1的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)超過30年，那我們究竟離開發(fā)一種疫苗可預防人類感染，并幫助遏制全球HIV-1流行的目標還有多遠？不幸的事實是，還很遠。即使在實驗室工作臺上，我們都還沒有開發(fā)出可誘導交叉反映性中和抗體――一種高水平保護性免疫的抗體類型。誘導中和抗體，這一目標已被證明尤其難達到，不過仍然是研究HIV-1疫苗的研究人員關注的焦點。疫苗難的一大主因是HIV結構復雜的表面包膜糖蛋白（Env）介導HIV-1進入宿主細胞。最近一期的Science上有幾篇研究，分別對HIV-1包膜的三聚體提出了新的見解，Env作為疫苗的潛在用途，以及體液免疫系統(tǒng)如何產(chǎn)生有必要特征的抗體中和HIV-1。
Env是由三個相同的被切割成一個表面組分（gp120）的前體糖蛋白分子（gp160）和膜組分（gp41）組成。gp41的非共價結合，形成Env三聚體（也被稱為病毒刺突）。HIV-1包膜有顯著的抗原多樣性，并通過它的四級結構，重糖基化隱藏關鍵的抗原決定基。此外，抗體必須經(jīng)過廣泛的演變（體細胞突變），以獲得識別天然三聚體和阻斷HIV-1感染的能力。
HIV-1發(fā)現(xiàn)后不久，病毒基因的gp160和gp120被克隆和編碼到病毒疫苗載體或表達載體，做為重組蛋白疫苗。然而，這些疫苗沒有引起廣譜反應并中和抗體，而且gp120的蛋白質疫苗未能在人體藥效試驗中防止HIV-1感染。RV144疫苗使用了痘病毒素和增多的gp120，只表現(xiàn)出溫和的31％的防護感染效果。
現(xiàn)在對為什么這些疫苗不理想，以及如何解決該問題都有了普遍的共識。一個關鍵的理念就是，許多單體的gp120分子的抗原表面基都被埋在三聚體包膜內，因此通過gp120引起大多數(shù)抗體并不能結合功能性病毒刺突。解決這個問題的方法概念上很簡單――表達天然的Env三聚體作為疫苗免疫原。但從技術上講，這是一個挑戰(zhàn)。部分是因為gp120和gp41之間的非共價相互作用禁止了病毒包膜之外的三聚體穩(wěn)定性。
Sanders等人通過設計具體的含有二硫鍵的蛋白質，將gp120和gp41一起"拿下"。這個蛋白統(tǒng)稱BG505 SOSIP。BG505是用于制造蛋白質的病毒株，SOS指二硫鍵，IP是SOSIP三聚體穩(wěn)定性所需的gp41的特定突變。研究人員使用BG505 SOSIP使家兔和猴子獲得免疫。對于一個普通讀者來說，他們的結果似乎令人失望：該疫苗引發(fā)針對自體病毒的中和抗體（匹配的疫苗），對異源病毒沒反應。由于HIV-1具有遺傳多樣性的，此三聚體肯定沒有解決HIV-1的疫苗問題。關鍵的問題是這些結果是否構成產(chǎn)生更多的交叉反應性應答的第一布。一些接下來計劃已經(jīng)在進行中，包括發(fā)展替代的菌株和平臺，以產(chǎn)生附加的三聚體，并進一步穩(wěn)定三聚體，以潛在地提高其免疫原性。在這方面，Chen等人報告了在細胞表面產(chǎn)生近同源Env三聚體的穩(wěn)定轉染的細胞系。有趣的是，他們證明gp41的胞質內區(qū)改變后，對三聚體構象和抗原性出現(xiàn)不利影響。
雖然天然三聚體是HIV-1的疫苗的研究和發(fā)展的一個重要新工具，另外一些問題：比如高水平的體細胞突變、某些情使況下，免疫球蛋白可變區(qū)基因的使用偏好，在生產(chǎn)有效中和抗體時，需要解決。抗體上的gp120的CD4結合位點是特別值得研究，因為它們結合于病毒的功能上保守的區(qū)域。此類抗體的一個主要類別，稱為VRC01類，可以模仿細胞受體CD4與gp120的相互作用而中和HIV-1。重要的是，VRC01類抗體被發(fā)現(xiàn)存在于多個HIV-1感染捐獻者。因此它似乎代表一個靶向HIV三聚體的可重復解決方案。所有VRC01類抗體具有兩個關鍵的免疫學特征：它們來自相同的重鏈可變基因的等位基因VH1-2*02，并且它們具有短（五個氨基酸）CDR3的輕鏈――避免與Env三聚體部分發(fā)生沖突的必要因素。
要研究免疫系統(tǒng)如何將這種不尋常的短輕鏈與VH1-2*02衍生重鏈配對，Jardine等人和Dosenovic等人構建出表達VRC01-類抗體的全人重鏈轉基因小鼠。這些小鼠中產(chǎn)生抗體的B細胞優(yōu)先表達人VH1-2*02衍生的重鏈，但重要的是，輕鏈庫是完整的。Jardine等人構建的老鼠表達近種系的VRC01抗體（即未突變的）重鏈，然后讓小鼠免疫表達專門設計的針對這種抗體的修飾蛋白gp120。值得注意的是，少于0.1％的小鼠輕鏈具有能產(chǎn)生VRC01類中和抗體所需的特性。然而，90％以上疫苗啟動的能靶向CD4結合位點的B細胞都含有適當?shù)奈灏被彷p鏈。他們建議如果用適當?shù)目乖碳ぃ璧哪墚a(chǎn)生中和抗體的罕見免疫球蛋白基因重排就能被有效地制備。重要的是，所產(chǎn)生的抗體無法中和HIV-1，它們都是VRC01的前體抗體，將可能需要進一步的體細胞突變，以顯示有效的病毒中和能力。
Dosenovic等構建了表達被稱為3BNC60的germline-reverted VRC01類抗體的老鼠，然后對這些老鼠用不同的gp120工程變體處理，引起免疫反應。他們證明了實驗老鼠體內產(chǎn)生了3BNC60的抗體前體――雖然仍然沒有疫苗活性。但是，在能夠表達3BNC60成熟抗體的重鏈分子的轉基因老鼠身上，BG505 SOSIP三聚體引起免疫反應，產(chǎn)生了相當多的具有活性的血清VRC01類抗體。那些抗原特異性的免疫B細胞被克隆出來，研究發(fā)現(xiàn)他們表達的有效抗體不僅包括3BNC60重鏈還有僅由5個氨基酸組成的CDR3輕鏈部分。總而言之，Jardine和Dosenovic等人的研究表明人類免疫系統(tǒng)在發(fā)生抗原反應時能夠產(chǎn)生由稀有輕鏈和適當重鏈組成的有效抗體。
以上4個研究如何促進了有效HIV-1疫苗的研制呢？首先，他們說明了現(xiàn)在我們可以利用真正的HIV三聚體蛋白引起免疫反應，而且可以由此獲得能夠識別病毒穗并且中和病毒的潛在有效抗體。關于三聚體蛋白的研究雖然僅僅是一個開始，他們?yōu)槲覀冊O計更加有效的疫苗抗原提供了必要的思路。這些研究也證明了對于HIV-1的Env免疫抗原的結構和免疫識別機制的知識使我們可以修飾該抗原從而更加有高效地研究它與免疫B細胞的相互反應。
根據(jù)我們對HIV-1被感染個體體內產(chǎn)生廣譜中和抗體的情況的了解，成功的免疫接種很可能需要多種不同的免疫抗原和重復性人體實驗才能實現(xiàn)。到底是特異性的Env蛋白的一部分克隆抗原，還是完整的三聚體――或者兩者都是――可以用來誘導免疫B細胞還需要進一步的免疫反應實驗才能確定。我們現(xiàn)在研發(fā)出了最新的免疫抗原，獲得了如何產(chǎn)生有效抗體的免疫途徑的相關知識，還擁有用來仔細研究免疫B細胞反應的相關技術。可以預見我們終究將會進入HIV-1免疫研究的新時代。