艾滋病病毒疫苗研究歷程

艾滋病病毒疫苗研究歷程2015212374 張世祺摘要艾滋病是一種病死率高、傳播范圍廣的傳染性疾病。全世界許多國家對病毒疫苗的研制都很成功，但艾滋病疫苗研究卻一直沒有成功，這主要與HIV特殊的生物學(xué)特性有關(guān)。目前沒有針對HIV的特效治療方法。曾經(jīng)由大衛(wèi)巴爾迪摩領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)的整合酶抑制劑的疫苗被認(rèn)為是最有希望的研究，然而這項耗時經(jīng)年、耗資過億的實驗最終仍然宣告了失敗。整合酶抑制劑的疫苗實驗失敗了之后，艾滋病研究領(lǐng)域內(nèi)一時充滿了悲觀的聲音，但更多的觀點認(rèn)為，目前艾滋病研究只是誤入歧途。目前DNA疫苗成為了比較有希望的研究新方向，然而仍然有許多專家報以謹(jǐn)慎觀望態(tài)度。隨著對HIV的深入研究，HIV流行特點、流行株的克隆、測序和重配等基礎(chǔ)工作的完成，以及HIV病毒本身生物學(xué)特性的闡明，我們依然有理由樂觀的相信，人類將不斷開發(fā)出新的更有效的疫苗，最終實現(xiàn)預(yù)防和治療艾滋病感染。一、為什么至今未能研制出HIV疫苗全世界許多國家對病毒疫苗的研制都很成功，但艾滋病疫苗研究卻一直沒有成功，這主要與HIV特殊的生物學(xué)特性有關(guān)。高度變異性是HIV及其他反轉(zhuǎn)錄病毒所具有的顯著特征。HIV外殼蛋白的抗原性很低，而且存在不同型BurtonDR，WilliamsenPA，PattenPW，el：a1Antibodyandvirus：bindingandneutralizationVirology，2000，270：1。HIV可以分為主型M(main genotype)及AI亞型，不同的亞型之間的差異可達(dá)30以上，而且不同分化體之間還會產(chǎn)生重組體。HIV感染者雖然可以產(chǎn)生各種中和性抗體，但是這些抗體通常是病毒株特異的而不能交叉中和。艾滋病病毒的變異非?！奥斆鳌?。它們在復(fù)制的過程中錯誤率至少比人類高一千到一萬倍。艾滋病病毒復(fù)制高錯誤率的代價就是一些變異后代的死亡，但是它的優(yōu)勢也很明顯，就是藥物對舊病毒有抑制作用的時候，它立刻就會有新的病毒出現(xiàn)，避開藥物的侵害。以一部分病毒的死，贏得另一部分的生存，這是艾滋病病毒的生存策略。更為重要的是艾滋病病毒不僅僅在不同地區(qū)、不同個體之間存在很大差異。而且在同一個個體內(nèi)也具有多樣性。這就使免疫系統(tǒng)很難對機體內(nèi)所有的艾滋病病毒產(chǎn)生有效的免疫反應(yīng)，疫苗試驗必須在眾多國家展開，其難度可想而知。在病毒侵入的過程中，HIV表面糖蛋白9041和gp120的構(gòu)象會發(fā)生改變，這使得抗體難以接近抗原決定基，表面蛋白的糖基化也隱藏了一些重要的抗原決定基，使得抗體不能與之結(jié)合。在自然感染的過程中，對外殼蛋白有很強的抗體反應(yīng)，但是該反應(yīng)不能有效地中和成熟的病毒體。在病毒與CD4結(jié)合前，gp120中的保守位點也一直隱藏著，這樣，HIV就能夠有效地躲避抗體的進(jìn)攻。有些研究表明僅有抗體是不能對HIV提供很好的預(yù)防性或治療性作用的CoxJH，GarnerRP，RedfieldRR，etalAntibodydependentcellularcytotoxicityinHIVtype1-infectedpatientsreceivingVaxSynarecombinantgp160envelopevaccineAIDSResHumRetroviruses，1999，15：847。感染HIV后的24周為急性期，突發(fā)病毒血癥，此后由于特異性細(xì)胞免疫的作用，病毒血癥和臨床癥狀基本消失，進(jìn)入平均810年的無癥狀期?，F(xiàn)已闡明，可以通過測定對HIV中不同抗原決定基的CTL反應(yīng)的特性，來確定特定HLA類型影響向艾滋病發(fā)展的機率。HLA-B27和HLAB57向艾滋病發(fā)展的進(jìn)程是緩慢的，而HLA-B*35和Cw*04則可以增加對HIV的過敏性CavfingtonM，NelsonGW，MartinMP，eta1I-ILAandHIV一1：beterozygoteadvantageandB*35一Cw*04disadvantageScience，1999，283：1748。CD8+T細(xì)胞活性的機制還不是很清楚，有人認(rèn)為可能是CD8+T細(xì)胞進(jìn)攻了病毒蛋白內(nèi)部相當(dāng)保守的區(qū)域，它們通過被感染了的細(xì)胞表面的HLA類蛋白特異性地辨認(rèn)存在的抗原決定基，從而引起細(xì)胞裂解。此外，HIV特異的CTL分泌其他具有限制病毒活性的細(xì)胞和化學(xué)因子。在急性感染時，雖然HIV特異的CD8+T細(xì)胞的數(shù)量會激增，但是HIV仍然可以逃避被根除的命運。Kelleher等KelleherAD，KelhherAD，LongC，etalClusteredmutationsinH1V-1gagamconsistentlyrequiredforescapefromHLA-B27-resmetedcy-toto_，dcTlymphocyteresponsesJExpMed，2001，193：375認(rèn)為HIV通過變異抗原決定基中的關(guān)鍵氨基酸使CTL不能辨認(rèn)它們，這樣就使生產(chǎn)具有廣泛意義的疫苗變得相當(dāng)困難。HIV還可以通過Nef的活動來下調(diào)HLA類。此外，在HlV的慢性感染中，CD8+T細(xì)胞不能很好地起作用，它們有不成熟的表型，從而導(dǎo)致低水平的穿孔素(perforin)。這種不成熟的原因還不很清楚，Kalarns等KalamsSA，WalkerBDThecriticalneedforCD4helpinmaintainingelfectivecytotoxicTlymphocyteresponsesJEXPMed，1998，188：2199認(rèn)為可能是由于缺少CIM+的幫助而引起的。在其他的慢性病毒感染中，CD4+T細(xì)胞通過巨噬細(xì)胞辨認(rèn)存在的抗原，保持CD8+的記憶和成熟，而在HIV感染中，CD4+T細(xì)胞因在早期被攻擊而不能發(fā)揮幫助作用。HIV“隱藏”在淋巴器官、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和被感染的靜息CD4+T細(xì)胞中，在這些部位它不表達(dá)病毒蛋白，所以殺傷性T細(xì)胞不能發(fā)現(xiàn)它。HIV的Nef，Tat和Vpu蛋白可以下調(diào)MHC型和CD4的表達(dá)，從而有效地減少細(xì)胞內(nèi)的免疫反應(yīng)。最近已經(jīng)注意到HIV進(jìn)化中抗原性的轉(zhuǎn)變，而且這個過程發(fā)展得很快，給不同病毒菌株(分化體)之間的重組提供了新的機會，這就給HIV疫苗的發(fā)展提出了很大的挑戰(zhàn)。大多數(shù)經(jīng)典疫苗的作用在于防止病原感染，而非病原進(jìn)入，但HIV不同，即使很小量HIV都會導(dǎo)致艾滋病的發(fā)生，所以要求疫苗能夠產(chǎn)生高效價的中和抗體并有效地記憶，以清除所有進(jìn)入的病毒。疫苗研究進(jìn)展緩慢或許有多種原因，但至少有一部分應(yīng)歸結(jié)于這樣一個事實，那就是人體中天然的HIV病毒抗體本身不夠大，難以有效地中和病毒。二、艾滋病疫苗現(xiàn)狀目前沒有針對HIV的特效治療方法，雖然高效抗逆轉(zhuǎn)錄病毒的治療方法已經(jīng)在減輕患者痛苦、延長患者壽命等方面取得了一定的效果，但用于治療HIV感染的藥物只能控制病毒復(fù)制，不能徹底清除病毒。而且抗HIV藥物價格昂貴，具有較嚴(yán)重的副作用，藥物使用不當(dāng)，也會誘發(fā)耐藥株的產(chǎn)生。因此，研制安全、有效的疫苗是控制HIV傳播的重要手段之一。HIV易感者通過接種艾滋病疫苗，發(fā)生免疫反應(yīng)，從而產(chǎn)生對疾病的特異抵抗力，提高免疫水平，達(dá)到預(yù)防、治療HIV的目的。大多數(shù)經(jīng)典疫苗的作用在于防止病原感染，而不在于防止病原進(jìn)入，但HIV不同，因為即使很小量的感染都會導(dǎo)致艾滋病的產(chǎn)生，所以要求疫苗能產(chǎn)生高效價的中和抗體并有效地記憶，以清除所有進(jìn)入的病毒。以下幾種現(xiàn)象表明艾滋病疫苗是可行的。首先，HIV病毒株大多是單一型，這就為疫苗誘導(dǎo)免疫反應(yīng)提供了機會。另外，病毒有限制性結(jié)構(gòu)和基因特征，從而可進(jìn)一步改善保護(hù)免疫力的識別機制。來源于高暴露但未感染者和長期無進(jìn)展的免疫反應(yīng)顯示了HIV疫苗的可行性。在靈長類動物模型中，有慢病毒感染受被動保護(hù)的例子同樣證明HIV疫苗是可行的。科學(xué)之友-2009年31期白白理想的HIV疫苗應(yīng)滿足五點要求：1)能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生廣譜的中和抗體反應(yīng)，即體液免疫反應(yīng)，2)能夠誘導(dǎo)較強烈的細(xì)胞免疫反應(yīng)；3)能夠刺激粘膜免疫反應(yīng)腸道粘膜組織是HIV進(jìn)入和病毒早期復(fù)制的主要位點，因此通過誘導(dǎo)粘膜免疫反應(yīng)來控制HIV的傳播十分關(guān)鍵；4)能夠激發(fā)機體的天然免疫反應(yīng)有科學(xué)家認(rèn)為天然免疫在HIV傳播早期起關(guān)鍵作用。5)候選疫苗必須安全賀薇.目前艾滋病疫苗的研究方向.當(dāng)代醫(yī)學(xué),2009.3。三、最有希望的宣告破產(chǎn)大衛(wèi)巴爾迪摩，美國加州理工大學(xué)的生物學(xué)教授。1975年。他因發(fā)現(xiàn)了一種酶獲當(dāng)年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎，他發(fā)現(xiàn)的酶后來被證明是艾滋病病毒復(fù)制生長過程中的一個關(guān)鍵因素。巴爾迪摩因此成為世界艾滋病病毒研究領(lǐng)域內(nèi)領(lǐng)軍人物，從1986年起就帶領(lǐng)一個專家組著手艾滋病疫苗的研究。被艾滋病研究專家們寄予厚望的疫苗，是由美國默克制藥公司組織開發(fā)的一種被稱為“HIV-1”的整合酶抑制劑，這種整合酶抑制劑能夠抑制HIV病毒復(fù)制過程中所必需的兩種酶，蛋白酶和逆轉(zhuǎn)錄酶(而HIV病毒復(fù)制過程總共只需要三種酶)。這是一種通過遏制HIV病毒生存環(huán)境而控制其本身生長的全新治療思路，在對猴子的試驗中獲得明顯的成功。2004年。默克公司聯(lián)手其它一些研究所和團體開展了實驗。1500名志愿者參加了這項實驗，他們的年齡介于18歲到45歲之間。實驗前。這些志愿者都尚未感染HIV病毒，但他們都是艾滋病的高危人群，包括性工作者和交際圈混亂的同性戀者。志愿者被分為兩組，一組被注射帶有整合酶抑制劑的疫苗，另一組注射了毫無實際作用的安慰劑。當(dāng)兩組志愿者再次被召回時，專家對這兩組人員做了詳細(xì)的檢查。檢查結(jié)果顯示，被注射疫苗的那一組志愿者中，共有24人感染上艾滋病病毒；而另一組，共有21人感染，兩組實驗者體內(nèi)的病毒載昔水平并沒有什么區(qū)別。緊接著的跟蹤測試表明，注射有整合酶抑制劑疫苗的志愿者甚至更容易感染上HIV病毒。雖然研究專家們還無法在理論上找到出現(xiàn)問題的癥結(jié)，但事實無可辯駁。于是這項耗時經(jīng)年、耗資過億的實驗被喊停。整合酶抑制劑的疫苗實驗失敗了之后，艾滋病研究領(lǐng)域內(nèi)一時充滿了悲觀的聲音，甚至有一部分科學(xué)家開始認(rèn)為尋找艾滋病疫苗根本就是無路可走的絕境。但是對艾滋病就是人類終極頑癥的看法，很多專家不能贊同。更多的觀點認(rèn)為，目前艾滋病研究只是誤入歧途。許多科學(xué)家開始尋找新的路徑。有些人說：“也許我們?nèi)詴?，但我們的每一次失敗都確認(rèn)了一條錯誤的路，所以無論如何，我們在一步步接近成功?！?子虛.艾滋病疫苗之路漫漫.創(chuàng)新科技，2009，（6）四、艱難的路迄今為止，其他所有人體感染的微生物都有自愈的先例，即人體免疫系統(tǒng)自己消滅這些微生物的先例。但是HIV例外，在全世界30,000,000例HIV病患中，人們完全找不到人體免疫系統(tǒng)戰(zhàn)勝病毒，自我治愈的先例。有些人有特殊基因，能夠抑制病毒的大量復(fù)制。但是從沒有人的免疫系統(tǒng)能夠完全消滅這些艾滋病病毒。面對這樣的挑戰(zhàn)，艾滋病疫苗的研究是一連串的失敗也就不奇怪了。在所有的試驗疫苗中，只有3種疫苗走到了臨床試驗的地步：Vaxgen的AIDSVAX疫苗，它是由兩個gp120蛋白的碎片組成，它完全沒有任何效果。而Merck的v520疫苗是向一種無害的病毒植入3個HIV病毒基因而成，它的效果更糟。本來，它的目的是要控制一種免疫細(xì)胞T-細(xì)胞去攻擊被病毒感染的細(xì)胞。它失敗了。更嚇人的是，實驗的結(jié)果是被實驗者在接種疫苗后變得更容易感染病毒了，這其中的原因尚不完全清楚。唯一的正面結(jié)果來自2009年。在泰國進(jìn)行的一個16000人參加實驗，實驗檢測了兩種疫苗混合使用的效果：其一是包含著3個HIV基因的鳥類病毒，作用是激發(fā)免疫系統(tǒng)的反應(yīng)；還有一個簡潔版的AIDSVAX疫苗。這兩種疫苗各自已經(jīng)被證明對艾滋病沒有預(yù)防作用，所以學(xué)界認(rèn)為這僅僅是浪費時間和精力罷了。但是讓人驚訝的是，這個疫苗成功的讓感染風(fēng)險減小了31%。這是一個很大的成就，但是距臨床應(yīng)用還有很大距離。（作為比較，麻疹和骨髓灰質(zhì)炎的疫苗成功率能達(dá)到95%）學(xué)界對這種雞尾酒疫苗的作用毀譽參半。一些科學(xué)家注意到這種疫苗的效果時效性很短，并且僅限于低危人群。另一些科學(xué)家則看到了一線希望，這個成功預(yù)示著艾滋病疫苗還是可能的。但是，科學(xué)家注意到疫苗并沒有減少已感染病患身體中的病毒數(shù)量，這不科學(xué)。我們?nèi)栽谘芯?，暫未完全理解這種疫苗的作用機制。五、新的發(fā)展方向DNA疫苗核酸疫苗是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種新型疫苗，采用基因工程技術(shù)構(gòu)建能表達(dá)目的蛋白抗原的核酸疫苗表達(dá)質(zhì)粒，用DNA本身作為疫苗免疫機體產(chǎn)生針對表達(dá)抗原的免疫反應(yīng)。核酸疫苗由于可以在機體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)抗原且具有較好的免疫原性，可誘發(fā)較強的CTL反應(yīng)，它可以制成多價疫苗，易于改造以適用于流行毒株，而且易于制備和保存，特別適合于發(fā)展中國家。HIV核酸疫苗的研究表明，可以在靈長類及小動物試驗中誘發(fā)HIV特異性的中和抗體及記憶性CD8+CTL反應(yīng)，改造后也可以誘發(fā)黏膜免疫。由于核酸疫苗的各種優(yōu)點，使得它的前景是誘人的，DNA疫苗也許是解決生產(chǎn)重組蛋白疫苗所遇到的困難的一種辦法。在DNA疫苗接種后，免疫反應(yīng)變?nèi)酰@可以通過一些方法來提高，如在DNA的結(jié)構(gòu)中插入細(xì)胞因子的基因、與化學(xué)因子共免疫等。DNA疫苗表達(dá)外殼蛋白可以刺激弱的抗體反應(yīng)。人們期望在接觸HIV后，DNA疫苗可以快速增加記憶性的HIV特異的CD8+細(xì)胞的數(shù)量，從而阻止HIV傳播。人們也希望DNA疫苗可以抑制HIV的感染，減緩向AIDS發(fā)展的進(jìn)程，阻止病毒的轉(zhuǎn)錄。除了裸露的質(zhì)粒DNA外，病毒載體(減毒的和滅活的)逐漸被運用于運載不同的HIV基因?，F(xiàn)在運用最為普遍的病毒包括：痘病毒(poxviruses)、塞母利基森林病毒(semlikiforestvirus)、腺病毒(adenoviruses)、和辛得比斯病毒(sindbisvirous)。一些痘病毒載體(如MVA)的基因組已經(jīng)被剔除，這樣使得它們不再具有免疫抑制作用和病原性，但是它們?nèi)匀槐３钟写碳ぐl(fā)炎的細(xì)胞因子。病毒樣顆粒是由變異的HIV基因在質(zhì)粒中構(gòu)成的，它們?nèi)鄙侔b基因組RNA的能力，因此它們是不具有感染性的，在動物模型中，它們具有免疫原性而且是有效的，在人體中的效驗性也還處在等待中。為了提高免疫原性和效率，一些免疫方法已經(jīng)得到成功地運用，如：初始免疫-加強免疫相結(jié)合的策略，gene-gundelivery等。六、未知的未來一直以來，研制出能夠抵抗艾滋病的疫苗被很多人認(rèn)為是解決艾滋病這個世紀(jì)頑疾的根本途徑。但在過去的20多年里，世界各國針對艾滋病疫苗的研究一直沒能取得實質(zhì)性進(jìn)展。從1987年到現(xiàn)在。世界已經(jīng)完成或正在進(jìn)行的艾滋病疫苗臨床研究有170多項，但由于種種困難，其中進(jìn)入期臨床研究的不到十分之一。中國也在艾滋病病毒疫苗的研究過程中做了許多努力。2009年，由我國自行研制的艾滋病疫苗正式進(jìn)入期臨床試驗。經(jīng)過I期研究結(jié)果證明，該艾滋病疫苗對49名疫苗接種志愿者均未出現(xiàn)明顯不良反應(yīng)，已被證明具備一定的安全性，達(dá)到了國際同類疫苗的水平。據(jù)介紹，這次艾滋病疫苗的期臨床研究將分三個階段，第一、第二階段將選擇HIV陰性的低危健康成年人作為志愿者。第三階段選擇HIV陰性的健康志愿者，其中包括部分高危人群。艾滋病疫苗的研制，和傳統(tǒng)意義上的疫苗不盡相同，所以在艾滋病疫苗的研究上，科學(xué)家另辟蹊徑，研制出了DNA疫苗和重組載體疫苗相結(jié)合的疫苗方式。而在已經(jīng)成功的1期試驗中，采用的就是兩種疫苗結(jié)合的復(fù)合用法，一般是在志愿者上臂肌肉或者是皮下先后注射兩針。第一針就是DNA疫苗，主要成分是失去活性的病毒遺傳物質(zhì)的一部分，第2針是重組載體疫苗，主要成分是失去活性的病毒蛋白的一部分。兩針之問間隔1個月左右。即便如此，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院艾滋病中心主任張林琦教