艾滋病病毒疫苗研究历程.doc

艾滋病病毒疫苗研究历程2015212374 张世祺摘要艾滋病是一种病死率高、传播范围广的传染性疾病。全世界许多国家对病毒疫苗的研制都很成功，但艾滋病疫苗研究却一直没有成功，这主要与HIV特殊的生物学特性有关。目前没有针对HIV的特效治疗方法。曾经由大卫巴尔迪摩领导研发的整合酶抑制剂的疫苗被认为是最有希望的研究，然而这项耗时经年、耗资过亿的实验最终仍然宣告了失败。整合酶抑制剂的疫苗实验失败了之后，艾滋病研究领域内一时充满了悲观的声音，但更多的观点认为，目前艾滋病研究只是误入歧途。目前DNA疫苗成为了比较有希望的研究新方向，然而仍然有许多专家报以谨慎观望态度。随着对HIV的深入研究，HIV流行特点、流行株的克隆、测序和重配等基础工作的完成，以及HIV病毒本身生物学特性的阐明，我们依然有理由乐观的相信，人类将不断开发出新的更有效的疫苗，最终实现预防和治疗艾滋病感染。一、为什么至今未能研制出HIV疫苗全世界许多国家对病毒疫苗的研制都很成功，但艾滋病疫苗研究却一直没有成功，这主要与HIV特殊的生物学特性有关。高度变异性是HIV及其他反转录病毒所具有的显著特征。HIV外壳蛋白的抗原性很低，而且存在不同型BurtonDR，WilliamsenPA，PattenPW，el：a1Antibodyandvirus：bindingandneutralizationVirology，2000，270：1。HIV可以分为主型M(main genotype)及AI亚型，不同的亚型之间的差异可达30以上，而且不同分化体之间还会产生重组体。HIV感染者虽然可以产生各种中和性抗体，但是这些抗体通常是病毒株特异的而不能交叉中和。艾滋病病毒的变异非常“聪明”。它们在复制的过程中错误率至少比人类高一千到一万倍。艾滋病病毒复制高错误率的代价就是一些变异后代的死亡，但是它的优势也很明显，就是药物对旧病毒有抑制作用的时候，它立刻就会有新的病毒出现，避开药物的侵害。以一部分病毒的死，赢得另一部分的生存，这是艾滋病病毒的生存策略。更为重要的是艾滋病病毒不仅仅在不同地区、不同个体之间存在很大差异。而且在同一个个体内也具有多样性。这就使免疫系统很难对机体内所有的艾滋病病毒产生有效的免疫反应，疫苗试验必须在众多国家展开，其难度可想而知。在病毒侵入的过程中，HIV表面糖蛋白9041和gp120的构象会发生改变，这使得抗体难以接近抗原决定基，表面蛋白的糖基化也隐藏了一些重要的抗原决定基，使得抗体不能与之结合。在自然感染的过程中，对外壳蛋白有很强的抗体反应，但是该反应不能有效地中和成熟的病毒体。在病毒与CD4结合前，gp120中的保守位点也一直隐藏着，这样，HIV就能够有效地躲避抗体的进攻。有些研究表明仅有抗体是不能对HIV提供很好的预防性或治疗性作用的CoxJH，GarnerRP，RedfieldRR，etalAntibodydependentcellularcytotoxicityinHIVtype1-infectedpatientsreceivingVaxSynarecombinantgp160envelopevaccineAIDSResHumRetroviruses，1999，15：847。感染HIV后的24周为急性期，突发病毒血症，此后由于特异性细胞免疫的作用，病毒血症和临床症状基本消失，进入平均810年的无症状期。现已阐明，可以通过测定对HIV中不同抗原决定基的CTL反应的特性，来确定特定HLA类型影响向艾滋病发展的机率。HLA-B27和HLAB57向艾滋病发展的进程是缓慢的，而HLA-B*35和Cw*04则可以增加对HIV的过敏性CavfingtonM，NelsonGW，MartinMP，eta1I-ILAandHIV一1：beterozygoteadvantageandB*35一Cw*04disadvantageScience，1999，283：1748。CD8+T细胞活性的机制还不是很清楚，有人认为可能是CD8+T细胞进攻了病毒蛋白内部相当保守的区域，它们通过被感染了的细胞表面的HLA类蛋白特异性地辨认存在的抗原决定基，从而引起细胞裂解。此外，HIV特异的CTL分泌其他具有限制病毒活性的细胞和化学因子。在急性感染时，虽然HIV特异的CD8+T细胞的数量会激增，但是HIV仍然可以逃避被根除的命运。Kelleher等KelleherAD，KelhherAD，LongC，etalClusteredmutationsinH1V-1gagamconsistentlyrequiredforescapefromHLA-B27-resmetedcy-toto_，dcTlymphocyteresponsesJExpMed，2001，193：375认为HIV通过变异抗原决定基中的关键氨基酸使CTL不能辨认它们，这样就使生产具有广泛意义的疫苗变得相当困难。HIV还可以通过Nef的活动来下调HLA类。此外，在HlV的慢性感染中，CD8+T细胞不能很好地起作用，它们有不成熟的表型，从而导致低水平的穿孔素(perforin)。这种不成熟的原因还不很清楚，Kalarns等KalamsSA，WalkerBDThecriticalneedforCD4helpinmaintainingelfectivecytotoxicTlymphocyteresponsesJEXPMed，1998，188：2199认为可能是由于缺少CIM+的帮助而引起的。在其他的慢性病毒感染中，CD4+T细胞通过巨噬细胞辨认存在的抗原，保持CD8+的记忆和成熟，而在HIV感染中，CD4+T细胞因在早期被攻击而不能发挥帮助作用。HIV“隐藏”在淋巴器官、中枢神经系统和被感染的静息CD4+T细胞中，在这些部位它不表达病毒蛋白，所以杀伤性T细胞不能发现它。HIV的Nef，Tat和Vpu蛋白可以下调MHC型和CD4的表达，从而有效地减少细胞内的免疫反应。最近已经注意到HIV进化中抗原性的转变，而且这个过程发展得很快，给不同病毒菌株(分化体)之间的重组提供了新的机会，这就给HIV疫苗的发展提出了很大的挑战。大多数经典疫苗的作用在于防止病原感染，而非病原进入，但HIV不同，即使很小量HIV都会导致艾滋病的发生，所以要求疫苗能够产生高效价的中和抗体并有效地记忆，以清除所有进入的病毒。疫苗研究进展缓慢或许有多种原因，但至少有一部分应归结于这样一个事实，那就是人体中天然的HIV病毒抗体本身不够大，难以有效地中和病毒。二、艾滋病疫苗现状目前没有针对HIV的特效治疗方法，虽然高效抗逆转录病毒的治疗方法已经在减轻患者痛苦、延长患者寿命等方面取得了一定的效果，但用于治疗HIV感染的药物只能控制病毒复制，不能彻底清除病毒。而且抗HIV药物价格昂贵，具有较严重的副作用，药物使用不当，也会诱发耐药株的产生。因此，研制安全、有效的疫苗是控制HIV传播的重要手段之一。HIV易感者通过接种艾滋病疫苗，发生免疫反应，从而产生对疾病的特异抵抗力，提高免疫水平，达到预防、治疗HIV的目的。大多数经典疫苗的作用在于防止病原感染，而不在于防止病原进入，但HIV不同，因为即使很小量的感染都会导致艾滋病的产生，所以要求疫苗能产生高效价的中和抗体并有效地记忆，以清除所有进入的病毒。以下几种现象表明艾滋病疫苗是可行的。首先，HIV病毒株大多是单一型，这就为疫苗诱导免疫反应提供了机会。另外，病毒有限制性结构和基因特征，从而可进一步改善保护免疫力的识别机制。来源于高暴露但未感染者和长期无进展的免疫反应显示了HIV疫苗的可行性。在灵长类动物模型中，有慢病毒感染受被动保护的例子同样证明HIV疫苗是可行的。科学之友-2009年31期白白理想的HIV疫苗应满足五点要求：1)能够诱导产生广谱的中和抗体反应，即体液免疫反应，2)能够诱导较强烈的细胞免疫反应；3)能够刺激粘膜免疫反应肠道粘膜组织是HIV进入和病毒早期复制的主要位点，因此通过诱导粘膜免疫反应来控制HIV的传播十分关键；4)能够激发机体的天然免疫反应有科学家认为天然免疫在HIV传播早期起关键作用。5)候选疫苗必须安全贺薇.目前艾滋病疫苗的研究方向.当代医学,2009.3。三、最有希望的宣告破产大卫巴尔迪摩，美国加州理工大学的生物学教授。1975年。他因发现了一种酶获当年诺贝尔医学奖，他发现的酶后来被证明是艾滋病病毒复制生长过程中的一个关键因素。巴尔迪摩因此成为世界艾滋病病毒研究领域内领军人物，从1986年起就带领一个专家组着手艾滋病疫苗的研究。被艾滋病研究专家们寄予厚望的疫苗，是由美国默克制药公司组织开发的一种被称为“HIV-1”的整合酶抑制剂，这种整合酶抑制剂能够抑制HIV病毒复制过程中所必需的两种酶，蛋白酶和逆转录酶(而HIV病毒复制过程总共只需要三种酶)。这是一种通过遏制HIV病毒生存环境而控制其本身生长的全新治疗思路，在对猴子的试验中获得明显的成功。2004年。默克公司联手其它一些研究所和团体开展了实验。1500名志愿者参加了这项实验，他们的年龄介于18岁到45岁之间。实验前。这些志愿者都尚未感染HIV病毒，但他们都是艾滋病的高危人群，包括性工作者和交际圈混乱的同性恋者。志愿者被分为两组，一组被注射带有整合酶抑制剂的疫苗，另一组注射了毫无实际作用的安慰剂。当两组志愿者再次被召回时，专家对这两组人员做了详细的检查。检查结果显示，被注射疫苗的那一组志愿者中，共有24人感染上艾滋病病毒；而另一组，共有21人感染，两组实验者体内的病毒载昔水平并没有什么区别。紧接着的跟踪测试表明，注射有整合酶抑制剂疫苗的志愿者甚至更容易感染上HIV病毒。虽然研究专家们还无法在理论上找到出现问题的症结，但事实无可辩驳。于是这项耗时经年、耗资过亿的实验被喊停。整合酶抑制剂的疫苗实验失败了之后，艾滋病研究领域内一时充满了悲观的声音，甚至有一部分科学家开始认为寻找艾滋病疫苗根本就是无路可走的绝境。但是对艾滋病就是人类终极顽症的看法，很多专家不能赞同。更多的观点认为，目前艾滋病研究只是误入歧途。许多科学家开始寻找新的路径。有些人说：“也许我们仍会失败，但我们的每一次失败都确认了一条错误的路，所以无论如何，我们在一步步接近成功。” 子虚.艾滋病疫苗之路漫漫.创新科技，2009，（6）四、艰难的路迄今为止，其他所有人体感染的微生物都有自愈的先例，即人体免疫系统自己消灭这些微生物的先例。但是HIV例外，在全世界30,000,000例HIV病患中，人们完全找不到人体免疫系统战胜病毒，自我治愈的先例。有些人有特殊基因，能够抑制病毒的大量复制。但是从没有人的免疫系统能够完全消灭这些艾滋病病毒。面对这样的挑战，艾滋病疫苗的研究是一连串的失败也就不奇怪了。在所有的试验疫苗中，只有3种疫苗走到了临床试验的地步：Vaxgen的AIDSVAX疫苗，它是由两个gp120蛋白的碎片组成，它完全没有任何效果。而Merck的v520疫苗是向一种无害的病毒植入3个HIV病毒基因而成，它的效果更糟。本来，它的目的是要控制一种免疫细胞T-细胞去攻击被病毒感染的细胞。它失败了。更吓人的是，实验的结果是被实验者在接种疫苗后变得更容易感染病毒了，这其中的原因尚不完全清楚。唯一的正面结果来自2009年。在泰国进行的一个16000人参加实验，实验检测了两种疫苗混合使用的效果：其一是包含着3个HIV基因的鸟类病毒，作用是激发免疫系统的反应；还有一个简洁版的AIDSVAX疫苗。这两种疫苗各自已经被证明对艾滋病没有预防作用，所以学界认为这仅仅是浪费时间和精力罢了。但是让人惊讶的是，这个疫苗成功的让感染风险减小了31%。这是一个很大的成就，但是距临床应用还有很大距离。（作为比较，麻疹和骨髓灰质炎的疫苗成功率能达到95%）学界对这种鸡尾酒疫苗的作用毁誉参半。一些科学家注意到这种疫苗的效果时效性很短，并且仅限于低危人群。另一些科学家则看到了一线希望，这个成功预示着艾滋病疫苗还是可能的。但是，科学家注意到疫苗并没有减少已感染病患身体中的病毒数量，这不科学。我们仍在研究，暂未完全理解这种疫苗的作用机制。五、新的发展方向DNA疫苗核酸疫苗是20世纪90年代发展起来的一种新型疫苗，采用基因工程技术构建能表达目的蛋白抗原的核酸疫苗表达质粒，用DNA本身作为疫苗免疫机体产生针对表达抗原的免疫反应。核酸疫苗由于可以在机体细胞内表达抗原且具有较好的免疫原性，可诱发较强的CTL反应，它可以制成多价疫苗，易于改造以适用于流行毒株，而且易于制备和保存，特别适合于发展中国家。HIV核酸疫苗的研究表明，可以在灵长类及小动物试验中诱发HIV特异性的中和抗体及记忆性CD8+CTL反应，改造后也可以诱发黏膜免疫。由于核酸疫苗的各种优点，使得它的前景是诱人的，DNA疫苗也许是解决生产重组蛋白疫苗所遇到的困难的一种办法。在DNA疫苗接种后，免疫反应变弱，但这可以通过一些方法来提高，如在DNA的结构中插入细胞因子的基因、与化学因子共免疫等。DNA疫苗表达外壳蛋白可以刺激弱的抗体反应。人们期望在接触HIV后，DNA疫苗可以快速增加记忆性的HIV特异的CD8+细胞的数量，从而阻止HIV传播。人们也希望DNA疫苗可以抑制HIV的感染，减缓向AIDS发展的进程，阻止病毒的转录。除了裸露的质粒DNA外，病毒载体(减毒的和灭活的)逐渐被运用于运载不同的HIV基因。现在运用最为普遍的病毒包括：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)。一些痘病毒载体(如MVA)的基因组已经被剔除，这样使得它们不再具有免疫抑制作用和病原性，但是它们仍然保持有刺激发炎的细胞因子。病毒样颗粒是由变异的HIV基因在质粒中构成的，它们缺少包装基因组RNA的能力，因此它们是不具有感染性的，在动物模型中，它们具有免疫原性而且是有效的，在人体中的效验性也还处在等待中。为了提高免疫原性和效率，一些免疫方法已经得到成功地运用，如：初始免疫-加强免疫相结合的策略，gene-gundelivery等。六、未知的未来一直以来，研制出能够抵抗艾滋病的疫苗被很多人认为是解决艾滋病这个世纪顽疾的根本途径。但在过去的20多年里，世界各国针对艾滋病疫苗的研究一直没能取得实质性进展。从1987年到现在。世界已经完成或正在进行的艾滋病疫苗临床研究有170多项，但由于种种困难，其中进入期临床研究的不到十分之一。中国也在艾滋病病毒疫苗的研究过程中做了许多努力。2009年，由我国自行研制的艾滋病疫苗正式进入期临床试验。经过I期研究结果证明，该艾滋病疫苗对49名疫苗接种志愿者均未出现明显不良反应，已被证明具备一定的安全性，达到了国际同类疫苗的水平。据介绍，这次艾滋病疫苗的期临床研究将分三个阶段，第一、第二阶段将选择HIV阴性的低危健康成年人作为志愿者。第三阶段选择HIV阴性的健康志愿者，其中包括部分高危人群。艾滋病疫苗的研制，和传统意义上的疫苗不尽相同，所以在艾滋病疫苗的研究上，科学家另辟蹊径，研制出了DNA疫苗和重组载体疫苗相结合的疫苗方式。而在已经成功的1期试验中，采用的就是两种疫苗结合的复合用法，一般是在志愿者上臂肌肉或者是皮下先后注射两针。第一针就是DNA疫苗，主要成分是失去活性的病毒遗传物质的一部分，第2针是重组载体疫苗，主要