本文作者团队包括Oliver Ringel（德国Georg-Speyer-Haus肿瘤生物学与实验治疗研究所）、Vincent Vieillard与Patrice Debré（法国巴黎索邦大学免疫学与传染病中心）、Jutta Eichler（德国埃尔朗根-纽伦堡大学化学与药学院）以及Hildegard Büning（德国汉诺威医学院感染生物学与基因转移实验室及德国感染研究中心）和Ursula Dietrich（通讯作者，Georg-Speyer-Haus）。该文章于2018年4月15日发表于期刊 Viruses。

本文是一篇关于HIV-1疫苗研发挑战与策略的综述性文章。文章的核心主题是探讨为何针对HIV-1的基于抗体的疫苗（antibody-based vaccine）研发如此艰难，并基于对其他病毒成功疫苗的经验以及HIV-1免疫逃逸机制的最新理解，总结了当前有前景的研发策略，特别是围绕诱导广谱中和抗体（broadly neutralizing antibodies, bNAbs）和基于结构反向疫苗学（structure-based reverse vaccinology）的方法。

主要观点一：HIV-1疫苗研发的必要性与传统方法失败的原因。 尽管抗逆转录病毒疗法（ART）已将HIV感染转变为慢性病并减少了新发感染，但全球范围内，尤其是在东欧和中东等地区，新感染人数仍在增加，且许多感染者并不知晓自身状况，导致病毒持续传播。因此，开发有效的预防性疫苗仍是遏制HIV-1流行的迫切需求。然而，传统的疫苗方法（如减毒活疫苗、灭活疫苗、基于单体gp120的亚单位疫苗）对HIV-1均告失败。文章详细阐述了导致失败的主要生物学原因，这些原因也正是HIV-1逃避宿主免疫系统的“伎俩”： 1. 极高的变异性：HIV-1逆转录酶的高错误率导致其基因组突变率极高，在单个感染者体内数年产生的病毒多样性，堪比全球一年内流行的所有流感病毒的多样性。这使得病毒能快速逃逸免疫系统的识别和攻击。 2. 免疫系统攻击：HIV-1主要感染并破坏CD4+ T辅助细胞，这些细胞是适应性免疫应答的核心协调者。感染不仅直接杀死被感染的细胞，还通过旁观者机制（bystander mechanisms）杀死未感染的CD4+ T细胞，并破坏淋巴结结构，最终导致获得性免疫缺陷（AIDS）。 3. 包膜蛋白（Env）的特性： * 低免疫原性：病毒颗粒表面平均仅有约14个Env三聚体尖峰，远少于流感病毒等，降低了被免疫系统识别的机会。 * 高度糖基化：Env蛋白（gp120和gp41）超过一半的质量是糖链，这些糖链像“盾牌”一样遮盖了蛋白表面，特别是可变环区域，减少了能被抗体识别的表位。 * 构象不稳定与误导：Env三聚体（gp120-gp41异源二聚体）非共价结合，导致gp120容易脱落。脱落的单体gp120和非天然构象的gp41残基会诱导免疫系统产生针对非功能性形式的抗体，而这些抗体无法有效中和具有天然构象的病毒。 * 构象灵活性与受体结合顺序：Env三聚体具有动态构象变化。感染需要依次结合CD4受体和共受体（CCR5或CXCR4），在此过程中，关键的中和表位可能仅在短暂的过渡态暴露，且此时病毒已接近细胞膜，抗体难以接近发挥作用。

主要观点二：广谱中和抗体（bNAbs）的发现为疫苗设计提供了新方向与蓝图。 尽管通过疫苗接种诱导bNAbs非常困难，但研究发现，约10-30%的HIV-1慢性感染者在感染数年后能自发产生bNAbs。这些抗体能够中和来自不同亚型（clade）的多种原发性HIV-1毒株。关键进展在于： 1. bNAbs的保护与治疗潜力：在动物模型（人源化小鼠和猴子）中，被动给予这些bNAbs能有效预防感染；在首次临床试验中，输注bNAbs（如3BNC117, 10-1074）能降低HIV-1感染者的病毒载量并延迟病毒反弹。这证明了如果疫苗能诱导出类似的抗体，将具有强大的保护效力。 2. bNAbs的特性与启示：通过高通量B细胞分选等技术，已鉴定出大量bNAbs。分析发现它们具有一些共同特征，如高度的亲和力成熟、长的重链互补决定区3（HCDR3）环，有时还具有自身反应性。这提示了诱导此类抗体可能需要特殊的免疫原设计和复杂的B细胞成熟路径。 3. 结构生物学指导疫苗设计：通过解析bNAbs与Env蛋白的复合物晶体结构，研究人员精确绘制了病毒表面易受攻击的“弱点”（vulnerable sites）。这些保守的表位区域包括：CD4结合位点（CD4 binding site）、V1V2环顶端、V3环高甘露糖糖基化位点、gp120-gp41界面、膜近端外部区域（MPER）以及融合肽（fusion peptide）等。这些结构信息是进行“基于结构的反向疫苗学”设计的基础。

主要观点三：基于结构的反向疫苗学与表位疫苗策略。 这一策略的核心思想是：利用从感染者体内分离出的bNAbs作为“探针”，逆向设计能够精确模拟这些bNAbs所靶向的Env保守表位的免疫原，用以免疫接种，从而“引导”免疫系统产生类似的bNAbs。 1. 合成肽模拟物：文章以作者团队的工作为例，介绍了两种合成肽策略。 * 模拟CD4结合位点（CD4bs）：基于gp120-CD4复合物结构，设计了一种组装肽（cd4bs-m），它包含了构成CD4bs的三个关键片段。虽然该肽能与gp120结合并抑制其与可溶性CD4的相互作用，但意外地发现它增强了HIV-1对细胞的感染，可能诱导了非天然的Env构象变化或形成聚集体。这凸显了精确模拟复杂构象表位的挑战。 * 模拟抗体互补位（Paratope）：基于bNAb B12与gp120的复合物结构，设计了一种模拟B12抗体三个重链CDR区的组装肽。该肽能以亚微摩尔亲和力结合gp120，并能抑制HIV-1感染，成功实现了对B12抗体功能的模拟。这为设计基于抗体互补位的免疫原提供了概念验证。 2. 有前景的gp41表位疫苗候选物：文章重点介绍了两个通过噬菌体展示技术筛选出的线性表位，它们位于gp41蛋白上，具有临床转化潜力。 * EC26-2A4ΔM：该表位最初从一名“精英控制者”（elite controller）的血浆抗体中筛选得到。它位于MPER区域，但与经典抗体2F5的表位有重叠又不同。优化后的肽段（EC26-2A4ΔM）在小鼠DNA初免-肽段加强的免疫方案中，能诱导出中和抗体（针对Tier 1病毒），且不与心磷脂发生交叉反应（避免了自身免疫风险）。临床数据显示，感染早期和晚期拥有该表位特异性抗体的患者，其CD4最低值（CD4 nadir）更高，提示这类抗体可能对患者有益。 * W614A-3S：这是目前临床开发最先进的表位之一。3S基序高度保守，通过与补体受体gC1qR相互作用，能导致未感染的CD4+ T细胞上调NKp44配体，从而被NK细胞杀伤，这是HIV介导的旁观者CD4+ T细胞耗竭机制之一。有趣的是，将3S基序中第614位的色氨酸（W）替换为丙氨酸（A）得到的W614A-3S肽段，在小鼠、兔子和猴子中免疫后，能诱导出具有跨亚型广谱中和能力的抗体（bNAbs）。回顾性临床研究发现，在未经治疗的长期不进展者（LTNP）中，抗W614A-3S bNAbs的阳性率（25%）显著高于疾病进展者（4%），且其存在与病毒载量、前病毒DNA呈负相关，与CD4计数维持正相关。这表明W614A-3S bNAbs可能与控制疾病进展有关。

主要观点四：基于载体的bNAb递送策略。 除了主动免疫（接种疫苗诱导自身产生抗体），文章还探讨了被动免疫的新方法——利用病毒载体在体内持续表达bNAbs。 1. 腺相关病毒（AAV）载体：AAV因其安全性高、免疫原性低、稳定且能感染多种组织（尤其是肌肉组织）而成为有前景的递送工具。将bNAb的基因克隆到AAV载体中，注射后可在肌肉细胞中长期表达并分泌bNAbs，提供持续的保护。 2. 优势与挑战：相比直接注射重组抗体蛋白，AAV介导的体内表达避免了抗体半衰期短、需要频繁注射和高成本的问题，并且可以方便地组合多种bNAbs的基因以应对病毒逃逸。然而，主要挑战在于宿主可能产生针对这些“外来”bNAbs的抗抗体（anti-antibodies），尤其是针对那些高度突变（远离种系基因）的bNAbs。解决策略可能包括使用免疫抑制方案、避免在抗原呈递细胞中表达、或通过靶向肝细胞诱导免疫耐受。 3. 主动免疫与被动免疫结合的载体策略：文章展望了新一代AAV疫苗的构想：利用经过工程化改造的AAV衣壳作为支架，在其表面展示Env表位或蛋白，同时其基因组编码可溶性Env蛋白。这样，衣壳本身可作为“初免”免疫原（刺激先天免疫并呈递抗原），而体内持续表达的Env蛋白则可作为“加强”免疫原，有望更有效地诱导bNAbs。

主要观点五：结论与未来展望。 尽管目前尚未有任何Env免疫原能在接种后成功诱导出针对异源原发性HIV-1毒株的bNAbs，但近年来该领域已取得关键进展。对感染者体内天然产生的bNAbs的鉴定、功能验证和结构解析，为理性设计疫苗免疫原铺平了道路。基于结构的反向疫苗学、表位聚焦疫苗设计以及载体递送技术是当前最有希望的方向。未来的免疫原设计需要能够“招募”并引导初始B细胞，经历类似自然感染中观察到的复杂亲和力成熟过程，最终产生具有保护作用的bNAbs。即使保护率未达100%的疫苗，也能显著减少新发感染，值得全力推进。同时，基于AAV载体的bNAb体内表达为被动免疫提供了有潜力的替代方案，而骆驼科动物和牛体内诱导出的具有长HCDR3的纳米抗体（nanobodies）或bNAbs，也为疫苗设计和抗体工程提供了新的启示。

本文的意义与价值： 本文系统性地梳理了HIV-1疫苗研发面临的根本性挑战，并超越了简单罗列困难的层面，深入剖析了病毒免疫逃逸的分子机制。更重要的是，它清晰地勾勒出了当前疫苗研发的前沿范式转变：从基于经验或灭活/减毒病原体的传统方法，转向以从感染者体内发现的保护性抗体（bNAbs）为蓝图的理性设计。文章不仅总结了基于结构反向疫苗学和表位疫苗的具体策略与实例（如合成肽、gp41表位候选物），还介绍了AAV载体递送等新兴技术，为读者提供了该领域从基础科学到转化医学的全景视图。它强调了跨学科合作（结构生物学、免疫学、病毒学、合成化学、基因治疗）对于攻克这一难题的重要性，并指出了未来可能取得突破的关键研究方向，对HIV疫苗研究者、免疫学家以及传染病领域的学者具有重要的参考价值。