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(yù)防人類感染,，并幫助遏制全球HIV-1流行的目標(biāo)還有多遠(yuǎn)？不幸的事實(shí)是，還很遠(yuǎn),。即使在實(shí)驗(yàn)室工作臺上,，我們都還沒有開發(fā)出可誘導(dǎo)交叉反映性中和抗體――一種高水平保護(hù)性免疫的抗體類型。誘導(dǎo)中和抗體,，這一目標(biāo)已被證明尤其難達(dá)到,，不過仍然是研究HIV-1疫苗的研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。疫苗難的一大主因是HIV結(jié)構(gòu)復(fù)雜的表面包膜糖蛋白（Env）介導(dǎo)HIV-1進(jìn)入宿主細(xì)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(jià)結(jié)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(jié)構(gòu),，重糖基化隱藏關(guān)鍵的抗原決定基,。此外，抗體必須經(jīng)過廣泛的演變（體細(xì)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(dá)載體,，做為重組蛋白疫苗,。然而，這些疫苗沒有引起廣譜反應(yīng)并中和抗體,，而且gp120的蛋白質(zhì)疫苗未能在人體藥效試驗(yàn)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(hù)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(guān)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(nèi),，因此通過gp120引起大多數(shù)抗體并不能結(jié)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(dá)天然的Env三聚體作為疫苗免疫原,。但從技術(shù)上講,，這是一個挑戰(zhàn)。部分是因?yàn)間p120和gp41之間的非共價(jià)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(shè)計(jì)具體的含有二硫鍵的蛋白質(zhì),，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(zhì)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(jié)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(yīng),。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(guān)鍵的問題是這些結(jié)果是否構(gòu)成產(chǎn)生更多的交叉反應(yīng)性應(yīng)答的第一布,。一些接下來計(jì)劃已經(jīng)在進(jìn)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(jìn)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(bào)告了在細(xì)胞表面產(chǎn)生近同源Env三聚體的穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的細(xì)胞系,。有趣的是,，他們證明gp41的胞質(zhì)內(nèi)區(qū)改變后,，對三聚體構(gòu)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(xì)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(shí),，需要解決?？贵w上的gp120的CD4結(jié)合位點(diǎn)是特別值得研究,，因?yàn)樗鼈兘Y(jié)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(xì)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(xiàn)者,。因此它似乎代表一個靶向HIV三聚體的可重復(fù)解決方案。所有VRC01類抗體具有兩個關(guān)鍵的免疫學(xué)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(gòu)建出表達(dá)VRC01-類抗體的全人重鏈轉(zhuǎn)基因小鼠。這些小鼠中產(chǎn)生抗體的B細(xì)胞優(yōu)先表達(dá)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(gòu)建的老鼠表達(dá)近種系的VRC01抗體（即未突變的）重鏈,，然后讓小鼠免疫表達(dá)專門設(shè)計(jì)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(jié)合位點(diǎn)的B細(xì)胞都含有適當(dāng)?shù)奈灏被彷p鏈。他們建議如果用適當(dāng)?shù)目乖碳?，所需的能產(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(jìn)一步的體細(xì)胞突變，以顯示有效的病毒中和能力,。
Dosenovic等構(gòu)建了表達(dá)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(yīng),。他們證明了實(shí)驗(yàn)老鼠體內(nèi)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(dá)3BNC60成熟抗體的重鏈分子的轉(zhuǎn)基因老鼠身上,，BG505 SOSIP三聚體引起免疫反應(yīng),，產(chǎn)生了相當(dāng)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(xì)胞被克隆出來,，研究發(fā)現(xiàn)他們表達(dá)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(yīng)時(shí)能夠產(chǎn)生由稀有輕鏈和適當(dāng)重鏈組成的有效抗體,。
以上4個研究如何促進(jìn)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(yīng),，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(guān)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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)和免疫識別機(jī)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(xì)胞的相互反應(yīng)。
根據(jù)我們對HIV-1被感染個體體內(nèi)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(fù)性人體實(shí)驗(yàn)才能實(shí)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(dǎo)免疫B細(xì)胞還需要進(jìn)一步的免疫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)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(guān)知識,，還擁有用來仔細(xì)研究免疫B細(xì)胞反應(yīng)的相關(guān)技術(shù)?？梢灶A(yù)見我們終究將會進(jìn)入HIV-1免疫研究的新時(shí)代,。