艾滋病疫苗的过去和今天

王晓冰

1981年，美国疾病控制与预防中心（CDC）发布了一份医学报告，记录了5名神秘的肺部感染同性恋患者。后来，这几人被确诊为艾滋病，由此成为全球最早被确诊的5名艾滋病患者。

今天，研发根治艾滋病的药物比古时蜀道行路还难。从预防重于治疗的理念出发，研发出能防止艾滋病病毒（HIV）感染的疫苗才是征服艾滋病的终极目标。但迄今为止，有效的能够投入临床使用的艾滋病疫苗还在路上。

艾滋病疫苗研发有多难

HIV入侵人的免疫T细胞是依赖其包膜蛋白上的几种糖蛋白分子来抓住T细胞，然后再入侵。HIV表面的包膜蛋白呈钉状突起，与T细胞上的CD4或CCR5蛋白分子结合并融入T细胞中。随后HIV把自己的基因释放到T细胞中，产生上亿份病毒拷贝。接着，HIV又在人的T细胞中进行组装，组装好的病毒又会逃出T细胞，蔓延到周围的细胞里，周而复始地感染其他健康T细胞，因此艾滋病很难被治愈。

治疗艾滋病有不同方法：一是用药物抑制HIV的复制或彻底杀灭HIV，但是目前的药物只能抑制HIV复制，还不能清除和杀灭HIV；另一个方法是激活人体免疫系统，形成针对和攻击HIV的抗體，让病毒不能入侵T细胞。这种方法目前被认为是彻底攻克艾滋病的首选方法。

艾滋病疫苗的原理是，用失活的HIV的一部分，即抗原来制成疫苗，疫苗进入健康人体内可刺激机体免疫系统产生抗体来抗击HIV。HIV较重要的抗原就是病毒包膜中的一些糖蛋白分子，如gp120、gp160和gp41。其中gp160是包膜蛋白前体，成熟后裂解成gp120和gp41。这些抗原常用来研制艾滋病疫苗。

但是，迄今还没有哪一种疫苗能有效刺激机体产生抗体来中和HIV，较为成功的一次是2009年在泰国完成的RV144疫苗试验。在这个试验中，受试者要接种两种疫苗，这两种疫苗组成联合疫苗。经过3年半临床试验，结果证实疫苗能够对31.2%的人提供保护。虽然这是迄今第一种能对部分人有保护效果的艾滋病疫苗，但还不能算是成功的疫苗，因为能保护的人比例太小。

不过，研究人员打算在RV144疫苗的基础上加以改进，希望能获得更好的免疫效果。具体设计是，把RV144改变为HVTN702（HIV疫苗试验网络702），主要是增加疫苗诱导免疫反应的强度和持续时间，并匹配在非洲南部流行的主要HIV亚型——C亚型。HVTN702疫苗试验将招募5400名18～35岁感染风险高的非洲健康成年人参与，每名参与者一年接种5次，所有受试对象将随机分成两组，分别注射疫苗或者安慰剂，研究结果将在2020年底公布。

HIV的善变和多变

疫苗的成功应当具有两个目标：一是疫苗刺激机体产生的抗体能形成屏障，使HIV不能附着在CD4和CCR5蛋白分子上，从而阻止病毒进入T细胞；二是能引起机体免疫系统其他部分迅速响应，协同作战，破坏HIV并清除残留病毒。

但问题是，疫苗是否可以激发机体产生足够多的抗体大军来迎战HIV？这些抗体大军是否有足够的战斗力来阻止HIV攻击T细胞？这两种情况现在看来都不太乐观，原因就在于HIV的善变和多变。

HIV在世界范围内有237种亚型。而且由于HIV天生的易变性，未来HIV的亚型还会不断增多，HIV这个大家族也会不断“扩军”，变得“毒丁兴旺”。

国际病毒分类委员会根据在全球流行的HIV血清学反应和病毒核酸序列测定将HIV分为HIV-1和HIV-2两大类型。目前世界各地的艾滋病主要由HIV-1引起。HIV-2引发的艾滋病主要在西非流行，其致病力低于HIV-1，传播速度也比HIV-1慢。HIV-1和HIV-2在基因序列上差异很大，它们的包膜糖蛋白常常不能引起交叉免疫反应。

HIV-1有9个基因，其中就包括包膜基因。根据基因，国际病毒分类委员会把HIV-1做了更详细的分类，分为组、亚型、亚亚型、流行重组型。HIV-1和HIV-2的核苷酸序列只有45%的同源性。在HIV-1型的各亚型之间的基因离散率是20%～35%，同一亚型内的基因离散率是7%～20%。

另外，根据编码HIV包膜蛋白的env基因和编码HIV外壳蛋白的gag基因序列，国际病毒分类委员会又把HIV-1的组群分为3个组：M组（主要组）、O组（外围组）和N组（新组或非M非O组），组间基因离散率为30%～50%。O组是1990年从喀麦隆和加蓬的HIV感染者身上分离到的，与M组其他亚型的氨基酸序列只有50%的同源性。N组是2001年从喀麦隆两例病人身上分离到的，在HIV的系统树上既不属于M组，也不属于O组，是一组新病毒。

HIV-1与HIV-2有许多不同，即便HIV-1内也有很多亚型，因此很难找到最大的公约数抗原来刺激机体产生广谱抗体。即便有些抗体能产生出来，也应付不了如此多的HIV亚型，所以疫苗研制迟迟得不到突破。

HIV的多变又是有原因的。HIV与人类免疫系统有着道高一尺、魔高一丈的较量，为了避免人体免疫系统的追杀，HIV便在自己的外壳和包膜的蛋白成分上频频重组和变化，换成不同的“马甲”，让人体免疫系统无法识别它，从而逃避免疫系统的追杀。

寻找新的疫苗研发战略

荷兰阿姆斯特丹大学和美国康奈尔大学医学院的双聘教授罗吉尔·桑德斯等人认为，针对单个gp120蛋白的抗体不能触发强烈的免疫应答（产生足够多的抗体），因此需要以完整的HIV的包膜蛋白作为抗原来研发一种广谱疫苗，其产生的抗体可以识别不同毒株的包膜蛋白，阻止它们利用CD4和CCR5进入免疫T细胞。疫苗刺激产生的最有效的抗体能识别完整的HIV，为此抗体需要精确附着到包膜蛋白上，并与病毒结合，阻止病毒进入细胞。因为能与病毒结合，阻断感染途径，研究人员又把相关防御分子称为中和抗体。

问题是，HIV的包膜蛋白结构复杂，是一种三聚体，由3个gp120亚单位和3个gp41亚单位组成。但是，它们在完成各自任务之前又是分散的，因此需要合成这种三聚体才能有效刺激机体，产生足够多的抗体。

经过无数次的实验，研究人员解决了三聚体的分离问题：通过改造三聚体中的gp41部分，即用脯氨酸代替异亮氨酸，使三聚体能紧密结合在一起。这种蛋白被命名为“SOSIP”。

但是，这种三聚体并不像自然的三聚体那样具有钉状，于是研究人员从来自世界各地的100种HIV里筛选蛋白。然后，研究人员合成所有包膜蛋白的SOSIP版本，找到既具有钉状结构、又能与许多抗体结合的蛋白。最后，研究人员找到这样的病毒蛋白，病毒样本编号BG505，来自一名出生在肯尼亚首都内罗毕的婴儿。这个特殊的毒株是美国弗雷德·哈金森癌症研究中心的朱莉·欧维巴和其在内罗毕大学的同事分离出来的。

此后，研究人员又发明了一种方法，可以大量制备高纯度的BG505三聚体。研究人员把三聚体注入到兔子和猴子体内，收集它们产生的HIV抗体。研究人员把这些抗体添加到由人类细胞培养的组织中，发现它们确实可以保护人类细胞免受病毒的感染，不过，对其他HIV毒株还无能为力。这说明利用HIV完整包膜的三聚体研制疫苗尽管有进展，但还是没有成功。

在猴子身上进行的试验

世界上还有无数的研究团队在利用HIV的不同特点和结构在研制艾滋病疫苗。

法国国家科研中心的摩根·邦塞尔等人利用HIV-1的包膜蛋白gp41制成了一种新的疫苗并用雌性白化猕猴进行试验。研究人员把雌猴分成两组，一组猴子在鼻部和肌肉注射疫苗，另一组猴子只注射安慰剂。在注射半年后，再用猿猴免疫缺陷病毒感染猕猴。结果发现，5只注射了疫苗的猕猴中有4只没有出现病毒感染，只有一只猴子有暂时性的病毒感染；而作为对照组的6只猕猴全部感染了病毒。由于猿猴免疫缺陷病毒与人类免疫缺陷病毒有很大的相似性，这证明利用HIV-1的包膜蛋白gp41制成的疫苗有预防艾滋病感染的效果。

另一类艾滋病疫苗的制作原理是，用无害的病毒来携带HIV抗原，使其成为激活免疫系统的疫苗。美国俄勒冈卫生科学大学的免疫学家路易斯·皮克的研究小组采用另一种无害病毒来携带HIV抗原并制成疫苗，这种病毒就是巨细胞病毒。巨细胞病毒能在体内长期无症状地潜伏，用它来携带HIV抗原制成疫苗可以较长时间地刺激免疫系统，形成针对和攻击HIV的抗体。对24只恒河短尾猴注射这种疫苗，一年多后，再用猴免疫缺陷病毒感染恒河猴，结果有13只猴子在感染初始阶段就能抑制病毒，猴子血液中的病毒能快速地降到检测不出的水平。几个月之后，病毒在这13只猴子身上再度出现，但其中12只猴子的免疫系统能再次攻击病毒，把血液中的病毒水平降下来，12只猴子的免疫保护期在一年以上。

不过，也有研究人员认为，这种疫苗只能有效地控制病毒，却不能阻止病毒感染，因而作用有限。而且，作为载体的巨细胞病毒的长期安全性也不确定，它也有可能破坏体内免疫系统。

更具希望的疫苗

研究人员发现，其实人体免疫系统自身就可以产生中和HIV的特殊抗体，大约10%～30%的HIV感染者在被感染几年后能产生一种广泛性中和抗体，称为3BNC117。但是，HIV有灵活多变的躲避抗体进攻的手段，在感染人几年后，HIV就会进化成对抗体“刀枪不入”的境界。

但是，如果在HIV进化之前就将3BNC117注射到感染者体内，会使感染者获得抗体的优势，从而最大限度地抑制HIV。美国洛克菲勒大学的卢森兹韦等人将3BNC117抗体以不同浓度注射进12名未感染HIV和17名感染HIV的受试者体内，受试者随后被观察56天。在接受最高剂量（每千克体重用药剂量30毫克）注射的8名患者中，HIV载量降低了300倍。这一结果令人鼓舞，因为此前只是对感染了HIV的基因工程小鼠和非人灵长类动物身上进行的研究是成功的，而此次是首次在人身上试验抗体抑制HIV获得成功。而且，3BNC117抗体能够对HIV的237种亚型病毒株中的195种病毒株产生中和作用，所以称为广泛性中和抗体。

如果有一种物质能刺激产生大量的3BNC117抗体，这本身就是一种广谱疫苗，研究人员正在进行探索。另外，能中和HIV的并非只有3BNC117抗体，而是有多种抗體。美国范德堡大学的米勒等人最近在HIV感染者体内分离出了一种携带环状结构的特殊抗体，这种抗体可以同HIV紧密结合并且使得HIV失活，甚至对那些从未感染过HIV的个体也能够发挥保护效应。这种环状抗体由28个氨基酸组成，可以以不同的组合方式串联在一起。最重要的是，利用计算机模拟技术，研究者们可以对这些抗体进行重新设计和优化，从而找到最有效阻断HIV攻击人体T细胞的位点或路径。这也是一种潜在的有效疫苗。

美国国家卫生研究院的研究人员还从一名HIV感染者体内鉴定出一种抗体，该抗体能强效中和98%的接受测试的HIV分离株，包括20种对其他的同类型抗体产生抵抗的HIV毒株中的16种。这种被称作N6的抗体的显著中和作用使得它有可能成为一种新的疫苗或治疗药物的候选者。

【责任编辑】庞 云