艾滋病病毒疫苗研究歷程

1、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特殊的生物學特性有關。目前沒有針對HIV的特效治療方法。曾經(jīng)由大衛(wèi)巴爾迪摩領導研發(fā)的整合酶抑制劑的疫苗被認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，艾滋病研究領域內一時充滿了悲觀的聲音，但更多的觀點認為，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慎觀望態(tài)度。隨著對HIV的深入研究，HIV流行特點

2、、流行株的克隆、測序和重配等基礎工作的完成，以及HIV病毒本身生物學特性的闡明，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特殊的生物學特性有關。高度變異性是HIV及其他反轉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。

3、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30以上，而且不同分化體之間還會產生重組體。HIV感染者雖然可以產生各種中和性抗體，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也具有

4、多樣性。這就使免疫系統(tǒng)很難對機體內所有的艾滋病病毒產生有效的免疫反應，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合。在自然感染的過程中，對外殼蛋白有很強的抗體反應，但是該反應不能有效地中和成熟的病毒體。在病毒與CD4結合前，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攻。有些研究表明僅有抗體是不能對HIV提供很好的預防性或治療性作用的CoxJH，GarnerRP，RedfieldRR，etalAnt

5、ibodydependentcellularcytotoxicityinHIVtype1-infectedpatientsreceivingVaxSynarecombinantgp160envelopevaccineAIDSResHumRetroviruses，1999，15：847。感染HIV后的24周為急性期，突發(fā)病毒血癥，此后由于特異性細胞免疫的作用，病毒血癥和臨床癥狀基本消失，進入平均810年的無癥狀期。現(xiàn)已闡明，可以通過測定對HIV中不同抗原決定基的CTL反應的特性，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)展的進程是緩慢的，而HLA-B*35

6、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細胞活性的機制還不是很清楚，有人認為可能是CD8+T細胞進攻了病毒蛋白內部相當保守的區(qū)域，它們通過被感染了的細胞表面的HLA類蛋白特異性地辨認存在的抗原決定基，從而引起細胞裂解。此外，HIV特異的CTL分泌其他具有限制病毒活性的細胞和化學因子。在急性感染時，雖然HIV特異的CD8+T細胞的數(shù)量會激增，但是HIV仍然可以

7、逃避被根除的命運。Kelleher等KelleherAD，KelhherAD，LongC，etalClusteredmutationsinH1V-1gagamconsistentlyrequiredforescapefromHLA-B27-resmetedcy-toto_，dcTlymphocyteresponsesJExpMed，2001，193：375認為HIV通過變異抗原決定基中的關鍵氨基酸使CTL不能辨認它們，這樣就使生產具有廣泛意義的疫苗變得相當困難。HIV還可以通過Nef的活動來下調HLA類。此外，在HlV的慢性感染中，CD8+T細胞不能很好地起作用，它們有不成熟的表型，從而導致低

8、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細胞通過巨噬細胞辨認存在的抗原，保持CD8+的記憶和成熟，而在HIV感染中，CD4+T細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細胞中，在這些部位它不表達病毒蛋

9、白，所以殺傷性T細胞不能發(fā)現(xiàn)它。HIV的Nef，Tat和Vpu蛋白可以下調MHC型和CD4的表達，從而有效地減少細胞內的免疫反應。最近已經(jīng)注意到HIV進化中抗原性的轉變，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，而非病原進入，但HIV不同，即使很小量HIV都會導致艾滋病的發(fā)生，所以要求疫苗能夠產生高效價的中和抗體并有效地記憶，以清除所有進入的病毒。疫苗研究進展緩慢或許有多種原因，但至少有一部分應歸結于這樣一個事實，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

10、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制，不能徹底清除病毒。而且抗HIV藥物價格昂貴，具有較嚴重的副作用，藥物使用不當，也會誘發(fā)耐藥株的產生。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，從而產生對疾病的特異抵抗力，提高免疫水平，達到預防、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入，但HIV不同，因為即使很小量的感染都會導致艾滋病的產生，所以要求疫苗能產生高效價的中和抗體并

11、有效地記憶，以清除所有進入的病毒。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，這就為疫苗誘導免疫反應提供了機會。另外，病毒有限制性結構和基因特征，從而可進一步改善保護免疫力的識別機制。來源于高暴露但未感染者和長期無進展的免疫反應顯示了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的例子同樣證明HIV疫苗是可行的。科學之友-2009年31期白白理想的HIV疫苗應滿足五點要求：1)能夠誘導產生廣譜的中和抗體反應，即體液免疫反應，2)能夠誘導較強烈的細胞免疫反應；3)能夠刺激粘膜免疫反應腸道粘膜組織是HIV進入和病毒早期復制的主要位點，因此通過誘導粘膜免疫反應

12、來控制HIV的傳播十分關鍵；4)能夠激發(fā)機體的天然免疫反應有科學家認為天然免疫在HIV傳播早期起關鍵作用。5)候選疫苗必須安全賀薇.目前艾滋病疫苗的研究方向.當代醫(yī)學,2009.3。三、最有希望的宣告破產大衛(wèi)巴爾迪摩，美國加州理工大學的生物學教授。1975年。他因發(fā)現(xiàn)了一種酶獲當年諾貝爾醫(yī)學獎，他發(fā)現(xiàn)的酶后來被證明是艾滋病病毒復制生長過程中的一個關鍵因素。巴爾迪摩因此成為世界艾滋病病毒研究領域內領軍人物，從1986年起就帶領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

13、制過程中所必需的兩種酶，蛋白酶和逆轉錄酶(而HIV病毒復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。當兩組志愿者再次被召回時，專家對這兩組人員做了詳細的檢查。檢查結果顯示，被注射疫苗的那一組志愿者中，共有24

14、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，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，艾滋病研究領域內一時充滿了悲觀的聲音，甚至有一部分科學家開始認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。更多的觀點認為，目前艾滋病研究只是誤入歧途。許多科學家開始尋找新的路徑。有些人說：“也許我們仍會失敗，但我們的每一次失敗都確認了一條錯誤

15、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

16、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胞T-細胞去攻擊被病毒感染的細胞。它失敗了。更嚇人的是，實驗的結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。唯一的正面結果來自2009年。在泰國進行的一個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；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防作用，所以學界認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險減小了3

17、1%。這是一個很大的成就，但是距臨床應用還有很大距離。（作為比較，麻疹和骨髓灰質炎的疫苗成功率能達到95%）學界對這種雞尾酒疫苗的作用毀譽參半。一些科學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。另一些科學家則看到了一線希望，這個成功預示著艾滋病疫苗還是可能的。但是，科學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。我們仍在研究，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90年代發(fā)展起來的一種新型疫苗，采用基因工程技術構建能表達目的蛋白抗原的核酸疫苗表達質粒，用DNA本身作為疫苗免疫機體產生針對表達抗原的免疫反應。核酸疫苗由于可以在機體

18、細胞內表達抗原且具有較好的免疫原性，可誘發(fā)較強的CTL反應，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，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，免疫反應變弱，但這可以通過一些方法來提高，如在DNA的結構中插入細胞因子的基因、與化學因子共免疫等。DNA疫苗表達外殼蛋白可以刺激弱的抗體反應。人們期望在接觸HIV后，DNA疫苗可以快速增加記憶

19、性的HIV特異的CD8+細胞的數(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)展的進程，阻止病毒的轉錄。除了裸露的質粒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，但是它們仍然保持有刺激發(fā)炎的細胞因子。病毒樣顆粒是由變異的HIV基因在質粒中構成的，它們

20、缺少包裝基因組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為是解決艾滋病這個世紀頑疾的根本途徑。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性進展。從1987年到現(xiàn)在。世界已經(jīng)完成或正在進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

21、力。2009年，由我國自行研制的艾滋病疫苗正式進入期臨床試驗。經(jīng)過I期研究結果證明，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，已被證明具備一定的安全性，達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，科學家另辟蹊徑，研制出了DNA疫苗和重組載體疫苗相結合的疫苗方式。而在已經(jīng)成功的1期試驗中，采用的就是兩種疫苗結合的復合用法，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的一部分，第2針是重組載體疫苗，主要成分是失去