HIV，即人類免疫缺陷病毒，自其1983年在美國首次發(fā)現(xiàn)以來，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很有希望的一個方向。HIV疫苗的研制曾經(jīng)歷盡坎坷，而近期，來自斯克利普斯研究中心的Farzan團隊在這方面取得了值得注目的最新進展，再次引起了人們對這一領(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？本次盤點，帶你一起回顧通過基因工程研制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。實驗室中針對某一毒株的所開發(fā)疫苗或抗體，往往臨床上不能對所有患者適用。

其次，傳統(tǒng)的通過主動免疫的思路來研制疫苗方法行不通。經(jīng)典的開發(fā)疫苗的辦法是使用全部或部分非活性病毒來誘導(dǎo)免疫力，但艾滋病病毒努力隱藏了大部分抗體容易識別的外部結(jié)構(gòu)。因此，想要找到一個能夠激發(fā)人體的免疫反應(yīng)，同時還可以對抗病毒的各種不同的突變的分子是十分困難的。

下面著重介紹三個比較重要的研究團隊，通過回顧他們的研究來了解HIV疫苗基因療法的發(fā)展。

【2】Philip Johnson團隊：富有想象力的開端

既然無法通過主動免疫的方式誘發(fā)生物體的免疫力，而采取被動免疫，頻繁注射抗體又顯得不太現(xiàn)實，那么是否把表達(dá)HIV抗體的基因通過某種方式導(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。

賓夕法尼亞州費城兒童醫(yī)院的兒科醫(yī)師Philip Johnson和他的團隊在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，把表達(dá)這些抗體的基因?qū)雽τ谌梭w無毒的腺病毒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。六個月后，在小鼠的血清中能夠檢測到較高濃度的HIV中和抗體。

結(jié)論一：這項研究說明，腺病毒AVV是可以作為一個載體把抗體基因?qū)肴梭w中的。同時，注入肌肉細(xì)胞后，表達(dá)出來的抗體蛋白是可以通過進入血液的。通過這樣的方式，我們是可以繞過人的免疫系統(tǒng)，內(nèi)源性地表達(dá)大量的HIV中和抗體的。

那么，問題來了。以這種方式表達(dá)出來的抗體是否足以讓人體產(chǎn)生對HIV的免疫力呢？緊接著，Johnson團隊開展了第二個重要實驗，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似于HIV的病毒--SIV病毒來開展實驗。【抗體寫之前與fazran對比】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只實驗組的猴子（注射改造病毒）和6只對照組（未做任何處理）的猴子注射SIV病毒的時候，實驗組中有6只猴子并未被感染，而6只對照組的猴子全部感染了SIV。

結(jié)論二：通過腺病毒AVV轉(zhuǎn)導(dǎo)基因的方法是可以讓動物體獲得免疫力的。

結(jié)果固然欣喜，但也為我們提出了新的問題：

1、實驗組有三只猴子并沒有通過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)存活多長時間并不明確，而這一點和疫苗是否能讓人獲得長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)的抗體基因也就無法表達(dá)了。

3、還有一個潛在的問題：抗體基因表達(dá)出來的抗體分子也許會引起生物體免疫系統(tǒng)的反應(yīng)，這不僅會限制治療方法的效果，也許還會導(dǎo)致更嚴(yán)重的后果。

4、最后一點，SIV病毒和HIV相比，對抗體是非常非常的敏感的。所以，當(dāng)我們用HIV的動物模型來重復(fù)試驗的時候是否還會出現(xiàn)同樣的效果還是一個很大的未知數(shù)。

（圖為諾貝爾獎得主的病毒學(xué)家David Baltimore）

【3】Baltimore團隊：進一步優(yōu)化實驗技術(shù)，成功讓老鼠免疫HIV病毒的諾獎大牛

為了回答以上這些問題，加州理工學(xué)院著名生物教授，曾經(jīng)獲得過諾貝爾獎的病毒學(xué)家David Baltimore和他的團隊在Johnson的工作基礎(chǔ)上做了進一步的研究，并把Johnson的思路在感染HIV的小鼠上做了更具體的實踐與優(yōu)化。Blatimore把這個方法稱為質(zhì)粒化的免疫防御（VIP：Vectored Immunoprophylaxis）:

首先，選擇基因載體上Baltimore做了進一步的優(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時間在生物體中存活下來并表達(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時間免疫防護的基礎(chǔ)。其次，在選擇HIV中和抗體上，從2002年到2011年多年來更多針對于HIV高效抗體的出現(xiàn)也讓Baltimore有了更多的選擇，他在具有類似人類免疫系統(tǒng)的小鼠身上測試了5種不同抗體的效果，每次一個。

實驗結(jié)果是比較可喜的：這五個不同抗體中，兩個名為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倍也能起到保護作用。52個星期后，抗體表達(dá)水平仍然很高，表明單劑量可以帶來持久的保護。

結(jié)論三：Baltimore的實驗表明，哺乳動物是可以通過這種基因療法而獲得對于HIV的免疫能力的。而且HIV抗體表達(dá)水平可以持續(xù)很長一段時間，這將為人體試驗階段做好準(zhǔn)備。

【4】Farzan團隊：設(shè)計高效的人工蛋白質(zhì)

通過基因工程的方法研制HIV疫苗：Johnson團隊?wèi)?yīng)該說是作為先驅(qū)為以后的研究提供了基本的實驗思路和技術(shù)流程，而Baltimore則進一步把這項技術(shù)成功應(yīng)用在哺乳動物上，并使其獲得了對于HIV的免疫能力。那么Farzan的工作則是更進一步：

他們根據(jù)HIV病毒侵染細(xì)胞的過程設(shè)計了一個新的抗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，這個人工合成的蛋白具有更為強大的免疫保護能力。

簡單介紹一下HIV病毒侵染細(xì)胞的過程：HIV病毒是通過與白細(xì)胞表面的兩個受體依次結(jié)合來感染細(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，從而與白細(xì)胞表面另外一個受體CCR5相結(jié)合。而Farzan等人新構(gòu)造的蛋白eCD4-lg，是由CD4、CCR5兩個受體的一部分連接在同一個抗體上構(gòu)成的。這樣的話，當(dāng)AIDS病毒和eCD4-lg相結(jié)合的時候，該病毒就無法再次侵染細(xì)胞了，這樣就實現(xiàn)了eCD4-lg這個蛋白對病毒的中和作用。

在試管中進行的實驗表明，eCD4-lg與所有已知的自然HIV抗體相比，具有更強的阻止病毒侵染細(xì)胞的能力。為了檢驗eCD4-lg在動物中是否有效，研究者把編碼eCD4-lg的基因放到一個沒有毒性的病毒中，并用這個改造后的病毒侵染了4只實驗組的猴子。在注射了改造過的病毒之后，4只猴子體內(nèi)產(chǎn)生了大量的eCD4-lg蛋白。接下來的34周里，研究人員對實驗組的這4只猴子和對照組的4只猴子（未注射eCD4-lg基因）進行了連續(xù)的，大劑量的AIDS病毒的注射。結(jié)果正如他們期盼的那樣，實驗組的猴子并未感染艾滋病，而對照組的猴子全部無一幸免。

總結(jié)，人工設(shè)計出來的抗體eCD4-lg優(yōu)勢在于：

1、動物體內(nèi)并未出現(xiàn)對eCD4-lg明顯的免疫排斥，初步預(yù)測這也許是因為這個蛋白與本體內(nèi)的細(xì)胞成分太相似了。而相反之前研究者所使用的HIV中和抗體都會導(dǎo)致不同程度的免疫排斥。

2、在試管中進行的實驗表明，eCD4-lg與所有已知的自然HIV抗體相比，具有更強的阻止病毒侵染細(xì)胞的能力。

3、從理論上來說，與廣譜中和抗體bNAb相比HIV病毒在與eCD4-lg結(jié)合時更不容易發(fā)生變異，因為HIV病毒會與蛋白中的CD4和CCR5兩個受體部分結(jié)合在一起。

4、更為重要的一點，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，這項新的進展僅提供了試管實驗以及動物實驗的數(shù)據(jù)。由此，他也補充道："也許eCD4-lg的確是一個比自然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需要解決的大問題。在臨床上，你很難預(yù)測到底會發(fā)生什么。"需要注意的是，Baltimore團隊和Johnson團隊各自的艾滋病基因療法早已進入臨床實驗期。

Johnson持同樣的看法：eCD4-lg并不一定會在人體中比bNAbs具有更好的效果。同時，他還提出了另外一個看法：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。"

針對這些質(zhì)疑，F(xiàn)arzan表示自己已經(jīng)開始著手計劃相關(guān)的實驗，盡力在進入臨床實驗之前充分檢驗eCD4-lg的效力和作用，確保不出什么意外的狀況。

【結(jié)束語】

科學(xué)發(fā)展的道路從來都不是康莊大道。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。通過一系列的回顧，我們可以看到通過基因工程的手段研發(fā)HIV疫苗還是一條，至少現(xiàn)在看來，頗具前景的道路。上文所提到過的，Johnson和Baltimore團隊的研究都已經(jīng)紛紛邁入了臨床實驗期的消息，更是讓我們對治愈艾滋病充滿了期待。同時，我們也注意到基因療法潛在的巨大危險，人體是沒法對插入的基因產(chǎn)生免疫反應(yīng)的，我們很難預(yù)測這些導(dǎo)入人體的抗體基因會不會還有其他的未知功效。因此，我們需要一步一步謹(jǐn)慎小心的實驗論證。困難固然重重，但科學(xué)家們不會放棄希望，我們也有理由相信，像歷史上多次發(fā)生過那樣，終有一天，人類會點燃熊熊的普羅米修斯之火，贏得這場與病毒的戰(zhàn)斗。