HIV相關研究最新進展一覽

（圖片摘自www.pixabay.com）

2017年4月26日 生物谷BIOON/---人類免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus, HIV），是一種感染人類免疫系統細胞的慢病毒（lentivirus），屬逆轉錄病毒的一種。艾滋病（AIDS）即是由於HIV感染引發的獲得性免疫缺陷疾病。

HIV通過感染人體的CD4 T淋巴細胞，進而影響機體的正常細胞免疫和體液免疫反應，從而導致各種疾病的發生。由於HIV的變異極其迅速，因此至今無有效的治療方法。

近年來，科學家們在艾滋病的預防與治療方面不斷地探索，取得了顯著的進展。不過，要想根除HIV的威脅還有很遠的路要走。下面我們簡要盤點一下最近一段時間關於HIV的研究的部分進展，希望大家能夠喜歡。

在一項新的研究中，來自美國約翰霍普金斯大學和喬治華盛頓大學的研究人員提供了新的證據證實由缺陷性HIV前病毒（defective HIV provirus）產生的之前長期被認為是無害的蛋白實際上與我們的免疫系統相互作用，而且受到一類特定的被稱作細胞毒性T細胞的免疫細胞的積極監控。相關研究結果發表在2017年4月12日的Cell Host and Microbe期刊上，論文標題為「Defective HIV-1 Proviruses Are Expressed and Can Be Recognized by Cytotoxic T Lymphocytes, which Shape the Proviral Landscape」。

在利用實驗室培養的人細胞開展的研究中，這些研究人員說，他們的實驗證實儘管缺陷性HIV前病毒不能夠產生具有傳染性的功能性HIV，但是它們當中的一小部分，即「高突變性（hypermutated）」HIV前病毒，產生被細胞毒性T細胞識別為HIV的蛋白。

缺陷性HIV前病毒在數量上比功能性HIV多，而且它們產生的缺陷性蛋白能夠讓測量病人體內的病毒滴度的努力複雜化，讓免疫系統筋疲力盡，讓功能性HIV不受自然手段或藥物的攻擊，嚴重地影響治癒方法開發。科學家們認為如果他們能夠利用這些高突變性HIV前病毒，那麼它可能有助他們清除更多的缺陷性HIV前病毒和開發治癒HIV感染的方法。

論文通信作者、約翰霍普金斯大學醫學院醫學講師Ya Chi Ho博士說，「這種病毒有多種方式（甚至以它的缺陷形式）來擾亂我們的免疫系統。」

在這項研究中，這些研究人員收集了來自6名HIV感染者的9種不同的缺陷性HIV前病毒，隨後在實驗室中利用這些病毒轉染人細胞體外培養物。他們培養這些轉染細胞，並且測量它們的HIV增殖標誌物，如RNA和蛋白，並且發現所有這9種HIV前病毒雖然發生突變，但仍然能夠產生這些組分，即RNA和蛋白。

Ho說，「缺陷性HIV前病毒能夠導致病毒RNA和蛋白產生的事實是令人憂慮的，這是因為這意味著測量感染者體內的HIV滴度可能並不如我們所認為的那樣準確。這種滴度的一部分來自缺陷性HIV前病毒。」

在證實缺陷性HIV前病毒產生HIV蛋白之後，這些研究人員隨後測試了免疫系統細胞是否能夠在生物學上識別這些蛋白，並且與它們相互作用。他們再次在實驗室中利用從病人體內獲得的6種不同的缺陷性HIV前病毒轉染細胞。他們將來自相應病人體內的負責識別和摧毀HIV的細胞毒性T細胞與那些被感染的細胞相對應起來。

這些研究人員觀察到含有高突變性HIV前病毒的細胞能夠被來自感染者的細胞毒性T細胞所識別。

Ho說，「如果我們鑒定出和發現一種方法來使用一種合適的蛋白（可能是我們在這項研究中發現的這些高突變性HIV前病毒表達的蛋白之一），那麼我們可能能夠構建出一種強效的疫苗，該疫苗能夠足夠強地增強免疫系統的功能，從而清除HIV。」

然而，缺陷性HIV前病毒能夠分散這些免疫細胞的注意力，使得它們不會攻擊高度傳染性的正常HIV。Ho說，「這些細胞毒性T細胞鑒定和靶向功能性HIV的能力似乎受到極大地損害，這是因為它們可能攻擊來自缺陷性HIV前病毒的蛋白，而不是真正的功能性HIV。」

Ho認為關於這些高突變性HIV前病毒的進一步信息可能讓科學家們提供工具來靶向它們、應付它們，並且開發一種治癒HIV感染的方法。這也是病毒學家們長期以來難以實現的一個目標。

2. PNAS：構建出抵抗HIV的免疫細胞，有望治癒HIV感染

在一項新的研究中，來自美國斯克里普斯研究所（TSRI）和上海科技大學的研究人員開發一種方法將抵抗人類免疫缺陷病毒（HIV）的抗體附著到免疫細胞表面上，從而產生抵抗HIV的細胞群體。在實驗室條件下，他們的實驗證實這些抵抗性細胞能夠快速地替換被HIV感染的免疫細胞，從而有助潛在地治癒HIV感染者。相關研究結果於2017年4月5日在線發表在PNAS期刊上，論文標題為「Immunochemical engineering of cell surfaces to generate virus resistance」。

論文第一作者、TSRI高級研究員Jia Xie說，「這種保護將會是長期的。」

在論文通信作者Richard Lerner博士的領導下，這些研究人員計劃與來自美國希望之城基因治療中心的研究人員合作在療效測試和安全性測試中評估這種新療法。在病人體內開展測試之前，這些療效測試和安全性測試是美國聯邦法規所必需的。

希望之城惡性血液腫瘤與幹細胞移植研究所基因治療中心主任John A. Zaia博士說，「希望之城當前利用造血幹細胞移植開展臨床試驗，測試治療獲得性免疫缺陷綜合征（AIDS，是由HIV感染導致的）的基因療法。這一經歷有助於將這種發現轉化為臨床研究。最終的目標將是在不需要服用其他藥物的情形下，控制AIDS病人體內的HIV。」

在之前的療法中，抗HIV抗體在血液中以相對較低水平地自由遊動。然而，在TSRI開發的這種新技術中，抗HIV抗體附著到免疫細胞的表面上，阻斷HIV結合一種至關重要的細胞受體，從而阻止擴散HIV感染。

Xie將它稱為「鄰近效應（neighbor effect）」。將抗HIV抗體附著到免疫細胞表面上要比很多抗HIV抗體在整個血液中流動更加有效。他說，「為了發揮療效，你不需要讓如此多的抗HIV抗體存在於免疫細胞表面上。」

在測試他們的系統抵抗HIV之前，這些研究人員利用鼻病毒（導致很多普通感冒病例）作為一種模式系統開展研究。他們一種被稱作慢病毒的載體運送一種新的基因到體外培養的人細胞中。這種基因指導細胞合成結合人細胞受體ICAM-1的抗體，而ICAM-1是鼻病毒結合所需要的。利用這些抗體獨佔這個受體位點，鼻病毒就不能夠侵入人細胞來擴散感染。

Lerner說，「這真地是一種細胞疫苗接種。」

鑒於這種運送系統不能夠精確地到達100%的細胞，這種最終的產品是基因改造細胞（engineered cell）和非基因改造細胞（unengineered cell）的混合物。這些研究人員隨後加入鼻病毒到這些細胞群體中，然後觀察到會發生什麼。

絕大多數細胞在大約兩天內死亡。在僅含有非基因改造細胞的培養皿中，這種細胞群體從不會恢復。在混合的基因改造細胞和非基因改造細胞群體中，細胞初始時大幅度死亡，但是它們的數量快速地反彈。在125小時后，這種細胞群體數量大約返回到未感染HIV的對照組中的細胞數量。

本質上，這些研究人員迫使這些細胞在實驗室培養皿中按照達爾文的「適者生存」策略開展競爭。沒有抗體保護的細胞會死亡，僅留下受到抗體保護的細胞存活下來和增殖，從而將保護性的基因傳遞到新的細胞。

這種成功讓這些研究人員在測試這種相同的技術是否能夠抵抗HIV。為了感染人，所有的HIV毒株需要結合一種被稱作CD4的細胞表面受體。因此，他們選擇了能夠潛在地保護正常情形下被HIV殺死的免疫細胞表面上的這種受體的抗體，然後對這些抗體進行測試。Lerner說，「鑒於能夠從組合抗體庫中選擇特定的抗體，這項研究是能夠開展的。」

這些研究人員的技術再次發揮作用。他們對免疫細胞進行基因改造，使之在細胞表面上表達能夠結合CD4的抗體。在將這些基因改造的免疫細胞與HIV一起孵育后，他們最終獲得抵抗HIV的免疫細胞群體。這些抗體識別CD4結合位點，從而阻斷HIV結合這種受體。

這些研究人員進一步證實在論文共同作者Devin Sok開展的實驗中，相比於自由遊動的可溶性抗體，這些測試的附著到免疫細胞表面上的抗體更加有效地阻斷HIV感染。

除了計劃與希望之城開展合作之外，Xie說，這項研究的下一步是嘗試設計保護免疫細胞表面上不同受體的抗體。

3. PLoS Biol：不可思議！利用金融數學模型或能幫助開發更出色的HIV疫苗

金融數學（stock price prediction，股票價格預測）和液體中的粒子擴散與開發更好的HIV疫苗之間有什麼關係？近日，來自愛荷華大學的研究人員就表示，我們可以利用上述研究模型來預測HIV表面蛋白的進化軌跡，隨後利用相關信息就能夠設計出抵禦HIV更好的疫苗，相關研究刊登於國際雜誌PLoS Biology上。

HIV-1是誘發全球AIDS流行的主要原因，據世界衛生組織數據顯示，從20世紀70年代艾滋病流行開始，目前全球已經有7000萬HIV感染者，而且有3500萬感染者死於HIV。微生物學家Hillel Haim說道，HIV是一種高度動態化的病毒，其會在感染個體中不斷發生改變，而且還會產生更加嚴重的後果；當我們開發疫苗時，我們非常有必要對該病毒進行模擬以便機體免疫系統能夠學會如何識別並且攻擊病毒，而目前我們所面臨的問題就是如何開發出一種疫苗能夠擊中不斷變化的病毒靶點。

HIV的移動靶點實際上就是病毒的包膜糖蛋白（Env），其位於病毒表面，Env會頻繁發生突變，最終誘發病毒群體中Env突變數量的增加，這種多樣性無意中就限制了當前HIV疫苗的成功率；為了製造出更好的疫苗來實時狙擊不斷變化的HIV，疫苗開發者就需要知曉患者血液中循環的到底是攜帶哪種Env突變的病毒，同時他們還希望能夠成功預測這些蛋白如何隨著時間延續而發生改變。

這項研究中，研究者受到了金融數學模型的啟發，他們開發出了新型的計算機工具和方法或許就能夠準確預測過去30年裡愛荷華市HIV感染人群機體中病毒不同特性的Env蛋白進化的機制和方式。這項研究的關鍵就在於愛荷華大學特殊的資料庫，20世紀80年代，研究者Jack Stapleton在愛荷華市建立HIV診所來對感染者進行治療，10年後研究者從數百名患者中收集了血液樣本，而研究者Haim及其同事對樣本HIV中的成百上千個Env蛋白進行分離研究，他們檢測了Env蛋白結構特性的改變，Haim說道，當研究病毒顆粒擴散的物理學過程時，我開始熟悉數學，隨後我們對病毒特性改變的模式進行了深入探索。

調查Env的特性就能夠為研究者預測該蛋白改變的模式提供思路，當研究者對來自相同血液樣本中不同病毒的Env蛋白進行對比后他們發現，一些相似的特性非常相似，而另外一些特性則具有高度可變性，研究者將不一致的特性認定為「易變性」，每一種特性的易變性在不同患者之間都非常相似。另外一種測定易變性的系統和擴散模型能夠用來在股市中進行預測，股價的微小波動通常就會符合某支股票的特徵。

在HIV的進化和股市中，自身的隨機性或許就具有一種確定和可預測的結構，而這通常就能夠用來幫助預測系統的進化趨勢，而本文中研究者所使用的基於擴散的模型就能夠有效描述HIV Env蛋白的進化情況。Haim說道，我們發現，從20世紀80年代多位患者機體血液樣本中所測定的Env特性的易變性或許能夠準確幫助我們預測病毒的這些特性如何進化；通過檢測一系列患者來準確預測病毒未來改變的能力或許就能夠潛在幫助疫苗開發者開發針對全世界不同患者群體中特殊形式的HIV疫苗。

最後研究者指出，很幸運的是，基於金融市場的模型啟發了我們繼續深入研究，由於病毒具有隨機性的高保守特性，因此我們對HIV改變的預測是極為準確的。後期我們還需要進行更為深入的研究來探索如何更好地基於本文研究來開發有效抵禦HIV感染的新型疫苗。

4. Nat Commun：利用新方法繪製HIV包膜糖蛋白指紋圖譜

doi:10.1038/ncomms14954

HIV病毒是偽裝高手。這種病毒利用多聚糖（glycan）分子作為盾牌躲避免疫系統和阻止抗體攻擊它。

如今，在一項新的研究中，來自美國斯克里普斯研究所（TSRI）的研究人員開發出一種方法來分析HIV的保護性包膜糖蛋白Env上的多聚糖分子。利用這種方法，他們能夠快速地構建出這種糖蛋白上的多聚糖「指紋圖譜（fingerprint）」。這些發現有助開發一種潛在的候選HIV疫苗。相關研究結果於2017年3月28日在線發表在Nature Communications期刊上，論文標題為「Global site-specific N-glycosylation analysis of HIV envelope glycoprotein」。

論文通信作者、TSRI化學主席、TSRI分子醫學共同主席James Paulson說，「能夠鑒定出HIV糖蛋白Env上的多聚糖指紋圖譜將有助我們開發出一種與之相匹配的HIV疫苗。」

破壞HIV的防禦

利用這種新方法，這些研究人員能夠最終觀察到哪些多聚糖分子組成這種糖蛋白Env和Env是否具有任何漏洞。

這些多聚糖分子覆蓋著HIV用來侵入宿主細胞的糖蛋白Env。人免疫系統想要製造抗體來結合Env和阻止感染，但是這些多聚糖分子阻止免疫細胞觀察到它們的靶標和產生有用的抗體。

在TSRI，幾個研究團隊正在設計HIV疫苗來促進人體產生罕見的能夠繞過這些多聚糖分子的「廣泛中和」抗體。若要做到這一點，這些疫苗需要讓免疫系統認識HIV樣糖蛋白Env，從而告訴免疫系統這種多聚糖盾牌上的漏洞在何處。

在這項新的研究中，這些研究人員開發出一種方法來找出糖蛋白Env上的多聚糖組成。他們利用酶將Env降解為較小的肽片段。接著，他們利用質譜分析這些肽片段，並且觀察它們屬於三種類型的哪一種：含高甘露糖的多聚糖、複合型多聚糖（它們是更加成熟的多聚糖）和不含有多聚糖的位點。

儘管之前的研究已能夠區分含高甘露糖的多聚糖和複合型多聚糖，但是這項研究是科學家們首次能夠觀察糖蛋白Env上不含有多聚糖的位點數量。事實上，這種新方法已揭示出Env所含有的漏洞並不如很多科學家們之前預測到的那麼多。

這種新方法也會節省時間。之前利用質譜開展的研究需要人們手動分析這些肽片段結果，這一過程可能需要幾個月的時間。在這項研究中，通過與TSRI教授John Yates實驗室合作，這些研究人員成功地利用一種計算機演算法快速地分析這些結果。

論文第一作者、Paulson實驗室研究員Liwei Cao說，隨著科學家們篩選很多HIV候選疫苗以便找到合適的疫苗來阻止許多種不斷進化的HIV毒株，速度將派得上用場。

這項研究的下一步是分析自然的HIV毒株（而不只是HIV樣候選疫苗）表面上的多聚糖組成和不含多聚糖的位點。Paulson說，「隨後，我們能夠觀察這些指紋圖譜是否匹配。」如果它們確實匹配，那麼這些研究人員將知道他們是否處於開發能夠誘導有用的抗體產生的疫苗的正確道路上。

Paulson解釋道，這種新方法可能也有助抵抗具有類似的糖蛋白盾牌的病毒，比如流感病毒。事實上，這項新研究包括一個編外項目，在這個編外項目中，這些研究人員成功地在一種流感病毒蛋白上測試了他們的方法。（生物谷）