导读：艾滋病已流行40多年，但至今仍未研制出相关疫苗，这主要归因于HIV-1包膜蛋白（Envelope, Env）高度变异性、保守中和表位处于受保护的构象、体内表达广泛中和抗体（Broadly neutralizing antibodies, bNAb）种系前体的B细胞相对稀少、以及针对某些包膜蛋白位点的广泛中和抗体存在自身反应性等诸多问题。
2021年，美国国立卫生研究院（NIH）的研究团队在Nature Medicine（IF：58.7）上发表的“A multiclade env-gag VLP mRNA vaccine elicits tier-2 HIV-1-neutralizing antibodies and reduces the risk of heterologous SHIV infection in macaques”带来了艾滋病疫苗研发的新突破。他们设计了一种基于mRNA的新型疫苗平台，能表达膜锚定的HIV-1 Env和猴免疫缺陷病毒（Simian immunodeficiency virus, SIV）Gag蛋白，进而产生病毒样颗粒（Virus-like particles, VLP），在动物实验中展现出良好的免疫原性和保护效果。
发表
期刊
: Nature Medicine影响因子: 58.7
发表时间: 2021年12月
应用技术: mRNA疫苗、病毒样颗粒制备、抗体结合测定、ELISA检测、假病毒中和试验、ADCC测定、T细胞免疫测定、基因编辑技术、蛋白质表达与纯化技术、RT-PCR、负染色电子显微镜（NSEM）等。
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HIV mRNA疫苗的设计与构建
为了验证该疫苗平台的有效性，研究团队首先在体外进行了一系列实验。他们将编码不同HIV-1毒株的Env mRNA与SIV Gag mRNA共转染至人胚胎肾（HEK）293T细胞中。结果表明，所有测试组的Env均能成功组装并释放出Env包被的VLP，表明共表达Env和Gag mRNAs能够有效地引导VLP的产生（图1a），为疫苗在体内发挥作用提供了有力的基础。如图1b所示，这些VLP直径约为90 nm，表面有大量刺突样突起，且不同Env的VLP在结构和Env掺入量上存在差异（图1c），说明疫苗产生的VLP在结构上与天然病毒颗粒高度相似，具备良好的抗原性。
图1 mRNA表达的Env-Gag VLPs的产生和特性
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HIV mRNA疫苗在动物模型中的验证
图2 Env mRNA单独或与Gag mRNA共同免疫的小鼠模型
随后，研究团队在恒河猴模型中评估了该疫苗的免疫原性和保护效力（图3a）。免疫过程中疫苗组动物耐受良好，仅出现轻微不良反应，如食欲减退，且未观察到局部注射反应。在免疫原性方面，疫苗组所有猴子在首次mRNA接种后6周内迅速产生针对自体三聚体的结合抗体，随着免疫次数增加，抗体滴度显著提高，针对异源三聚体的结合抗体在后期也逐渐产生（图3b）。如图3c所示，在第二次自体免疫后2周即可检测到低滴度的自体中和抗体，第三次免疫后变得更持久，且在第三次异源免疫后，所有动物均产生低滴度的异源二级中和抗体，针对多种HIV-1毒株表现出广泛的中和活性（图3d、e）。
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3 VLP mRNA疫苗在恒河猴体内的免疫原性如图4a所示，疫苗组动物在免疫过程中诱导出强大的Env特异性CD4+ T细胞反应，同时还检测到Env特异性CD8+ T细胞反应和循环T滤泡辅助细胞，表明疫苗能够诱导出支持抗体产生的强大T细胞辅助活性。在完成免疫后，研究团队使用异源二级猴-人免疫缺陷病毒（SHIV AD8）对猴子进行了每周一次的直肠内低剂量攻毒实验，结果显示疫苗组有2只猴子未被感染，其余猴子感染时间显著延迟（图4b），疫苗组猴子的感染风险降低了79%（图4c），这表明疫苗在预防感染方面具有显著的保护效力。
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4 疫苗诱导的对SHIV AD8感染的保护与免疫03
HIV mRNA疫苗保护机制
为探究疫苗保护的潜在免疫相关因素，研究团队进行了多项分析。抗体结合特异性分析表明，疫苗诱导的抗体能与多种bNAb靶向的表位结合，且针对无关表位的抗体水平较低，进一步证明了疫苗设计的精准性。在一只代表性保护动物中，通过负染电子显微镜进行多克隆表位定位，发现抗体主要靶向Env三聚体的多个区域，包括CD4结合位点等关键区域，且三聚体基部并非主要靶点，这与传统疫苗有所不同。相关性分析显示，保护效力与针对CD4-BS的抗体显著相关，与抗体滴度、血清中和滴度、T细胞反应等其他因素无显著相关性。此外，疫苗诱导的抗体能够与SHIV AD8感染的原代CD4+ T细胞表面结合，并介导抗体依赖性细胞毒性（Antibody-dependent cellular cytotoxicity, ADCC），这种结合和ADCC活性与保护效力也呈现出显著的相关性。
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结论
艾滋病疫苗的研发是全球公共卫生领域的重要任务，HIV-1 Env-Gag mRNA疫苗已被证明在动物模型中具有良好的安全性、免疫原性和保护效力，为艾滋病疫苗研发带来了新的希望。然而，研究也存在一定局限性，还需将进一步优化疫苗方案，包括提高VLP的产量和质量，改进Env免疫原的选择和mRNA配方等，同时开展更多的临床前和临床试验，以评估该疫苗在人体中的安全性和有效性。我们期待后续研究能够取得更大的突破，为艾滋病疫情的防治做出贡献。
参考文献
[1] Zhang P, Narayanan E, Liu Q, et al. A multiclade env–gag VLP mRNA vaccine elicits tier-2 HIV-1-neutralizing antibodies and reduces the risk of heterologous SHIV infection in macaques. Nature medicine, 2021, 27(12): 2234-2245.
撰写 | 工程菌星球
校稿 | Gddra 编审 | Hide / Blue sea
编辑 设计 | Alice
