2022年12月1日，是第35個「世界艾滋病日」，全國多地公布了最新的艾滋病防治情況，公布內容顯示艾滋病感染規模仍呈增長趨勢，感染總人數不斷增加，且在青年學生以及老人群體中愈發普遍，不得不承認，艾滋病仍是世界各地一項重要的公共衛生問題。艾滋病，全稱為獲得性免疫缺陷綜合征（AIDS），是人體感染人類免疫缺陷病毒（HIV）所引起的以人體CD4+T淋巴細胞減少為特徵的進行性免疫功能缺陷，疾病後期可繼發各種機會性感染、惡性腫瘤和中樞神經系統病變的綜合性疾患，該病症危害大、病死率高。
圖1 艾滋病治療的研究重點
雖然現有阻斷藥物能夠在感染窗口期進行有效阻斷，但對於窗口期之後的感染情況一直以來束手無策，科學家們也一直期望能夠開發出真正能夠預防艾滋病的高效疫苗，但這種疫苗必須需要能引發廣泛的中和抗體（bnAbs），來識別各種發生變異的不同的HIV毒株，才能夠起到預防HIV感染的作用。然而，迄今為止，通過接種疫苗引發bnAbs依然無法實現，其中一個關鍵的挑戰是bnAbs本身就很少發生，即便在感染期間也是如此，並且，bnAb前體在人類免疫系統中也並不常見。
鑒於此，來自美國國家衛生研究院疫苗研究中心的Adrian B. McDermott團隊設計了專門針對招募這些罕見bnAb前體的疫苗，開發了一種被稱為「種系靶向」的方法，推動了免疫學的重大進展，並廣泛適用於HIV以及其他病原體。研究還通過臨床試驗進行了概念驗證，結果發現，HIV潛在疫苗eOD-GT860mer（以AS01B為佐劑）具有良好的安全性，並在97%的疫苗接種者中誘導了VRC01類bnAb前體，血液中免疫球蛋白GB細胞的中位頻率達到了0.1%，這些bnAb前體與bnAb具有相同的性質，並通過增強獲得體細胞超突變和親和力。研究內容以「Vaccination induces HIV broadly neutralizing antibody precursors in humans」為題於2022年12月02日發表於國際頂級期刊《Science》，並被《Science》進行了亮點報道。
【引發bnAbs的HIV疫苗設計策略】
bnAbs和所有抗體一樣，是由B細胞產生的，當B細胞從最初的生殖系狀態成熟時，會獲得親和力增強的突變，在此前，研究者們發現大多數HIV Env蛋白對bnAb種系前體沒有可檢測的親和力，這極大地影響了HIV疫苗策略的設計開發，因為這表明需要具有bnAb生殖系前體親和力的特殊免疫原來引發bnAb反應，並且需要不同的加強免疫原來選擇抗體成熟以產生bnAb。通過使用不同抗原的序貫接種引導免疫反應通過成熟階段，HIV疫苗領域目前正在尋求三種策略來引發bnAbs：（i）B細胞譜系疫苗設計，其中一系列免疫原來源於從自然HIV-1感染者bnAb發育的縱向分析中分離的一系列Env變體；（ii）種系靶向疫苗設計，其中啟動免疫原被設計為結合bnAb類（跨越許多譜系）內的多種前體，增強免疫原依次更像天然Env三聚體；（iii）表位聚焦疫苗設計，其中一系列免疫原旨在集中對三聚體上一個或多個特定結構表位的反應。在以上每種策略中，啟動的階段都是最關鍵的，因為如果有可能發展成bnAbs的B細胞前體沒有及時受到刺激，那麼後續疫苗的其餘部分都可能會失敗。針對這些策略，實驗醫學（第1階段）臨床試驗目前正在針對性地進行或計劃，以測試啟動免疫原或免疫原的順序組合探究能否引發所需的抗體反應。
圖2 抗原特異性和表位特異性B細胞的頻率。
【靶向性策略的首次人體試驗】
在這項研究中，值得關注的是，研究者在IAVI G001第1期臨床試驗中，通過評估種系靶向啟動疫苗候選eOD-GT8 60mer（結合佐劑AS01B）的安全性和免疫反應，對種系靶控策略進行了首次人體試驗。疫苗免疫原是一種自組裝納米顆粒，包含60個片段的HIV gp120工程化外結構域、種系靶向版本8（eOD-GT8），基因融合併排列在內部的納米顆粒上。eOD-GT8被設計為對VRC01類bnAbs的推斷種系前體具有親和力，該類抗體中不同的基因和氨基酸序列特徵定義了一類具有不同LC和HCDR3的抗體。在臨床前實驗中，eOD-GT8顯示與多種VRC01類人類生殖系B細胞結合，平均頻率約96%，具有相當大的親和力[幾何解離常數（KD）為4μM]。結合了佐劑的eOD-GT8 60mer則被證明能夠在多個不同的工程小鼠模型中啟動VRC01 B類細胞應答，包括模擬人類疫苗接種的兩個關鍵參數的嚴格模型：前體頻率和親和力，並且也顯示出能引發VRC01類反應，可促進小鼠模型中bnAb的發生。此外，在IAVI G001試驗中，研究者們還確定了進行人體免疫時誘導VRC01類免疫球蛋白G（IgG）B細胞應答的有效性。
圖3 VRC01類BCR分級聚類和遺傳多樣性。
【疫苗性能評價】
在人體臨床試驗中，除一名研究參與者外，其他所有參與者均接種了兩種疫苗，在所有試驗情況下，沒有發生任何嚴重不良事件（AE），也沒有參與者發生感染HIV-1或出現HIV血清陽性的情況。不過有97.9%的受試者出現了了局部或全身性不良事件，但一般為輕度或中度，大多數情況下在1至2天內可以得到緩解，這與其他疫苗的情況一致，這些結果表明，該疫苗具有可人體應用的安全性和耐受性。在接種第一針後，所有疫苗接種者均產生了針對eOD-GT860mer和單體以及eOD-GD8CD4結合位點（CD4bs）表位的血清IgG結合抗體，其中CD4bs結合eOD-GC8比eOD-GP8-KO11更強，阻斷VRC01類前體Abs和bnAbs結合的表位敲除突變體。第二次接種後，疫苗誘導的eOD-GT860mer和單體反應增加，而CD4bs特異性反應保持相對恆定，與臨床前實驗相結合，研究表明該疫苗具有高度的免疫原性，並誘導了類轉換、抗原特異性和CD4bs特異性血清IgG反應。
圖4 疫苗接種者VRC01和非VRC01級BCR的HC和LC V基因隨時間的氨基酸突變水平。
此外，研究者發現VRC01類應答具有高度多克隆的特點，具有不同的HCDR3和LC，BCR序列分級聚類顯示，在2865個接種試驗中，有1779個源自獨立種系重組事件的獨立簇出現了VRC01類BCR，>60%的VRC01類反應源自不同的前體。CD4bs特異性BCR基因庫的採樣深度受到實際限制，更深入的採樣可能已經為每個聚類確定了額外的聚類或成員。儘管如此，每個參與者的獨立VRC01類集群數量相當多（低劑量組和高劑量組的中位數分別為32和65）（圖3E），由此表明每個個體中都含有大量不同的前體。在啟動和增強後的所有階段，研究者都在記憶B細胞和PBs中檢測到了高度的VRC01類多克隆性，也即，eOD-GT8 60mer啟動了來自VRC01類前體的不同區域的反應，並且在增強後保持了克隆多樣性。
【總結與展望】
誘導具有預定義遺傳特徵和結合特異性抗體的疫苗對於預防具有高抗原多樣性的病毒，如HIV、流感、丙型肝炎病毒和β冠狀病毒等具有重要意義，開發能夠持續誘導類似bnAbs的疫苗，並結合廣泛的T細胞免疫，就有望實現對這些病原體的預防。基於這些概念，這篇研究通過整合生物分析和人體臨床試驗，為種系靶向疫苗設計啟動策略建立了臨床概念驗證，支持開發增強性的疫苗方案，以產生針對HIV的VRC01類bnAb反應，並證實可以將種系靶點策略應用於HIV和更多其他病原體的其他靶點。該研究是開發能夠觸發VRC01類CD4bs bnAbs的預防性疫苗的重要進展，與此同時，研究者們也仍在繼續努力將bnAbs觸發到其他HIV表位。有效HIV疫苗的成功開發將需要把所有這些研究鏈結合起來，形成一種多層次、多功能的免疫方法。總而言之，這項研究在人類臨床試驗中對HIV疫苗的靶點預防性策略進行了一次開創性的概念證明。
文章來源：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.add6502
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