非人霊長類のワクチン接種がHIV-1 Env三量体の四元エピトープを標的とする広域中和抗体系統を誘発

感染症学 微生物学 細胞生物学 生化学 生命科学 医学 免疫学
非人霊長類 HIV-1 Env三量体 広域中和抗体 四元エピトープ ワクチン接種

一、研究背景

ヒト免疫不全ウイルス（HIV-1）のエンベロープ糖タンパク質（Env）は中和抗体の主要な標的であるが、その高い変異性によりワクチン開発が困難となっている。自然感染では、広域中和抗体（broadly neutralizing antibodies, bnAbs）が稀にしか産生されず、出現までに数年を要する。Env三量体模倣物質（例：BG505 SOSIP.664）は天然構造を安定に提示できるが、従来のワクチン研究では株特異的な中和抗体しか誘導できず、世界的に流行するHIV-1サブタイプを網羅することが困難であった。本研究では、糖鎖修飾を施した異種三量体の順次免疫戦略により、保存されたCD4結合部位（CD4 binding site, CD4bs）に焦点を当てたbnAbs誘導メカニズムを探求した。

二、論文情報

  • 研究チーム：Fabian-Alexander Schleich（カロリンスカ研究所）、Shridhar BaleとJavier Guenaga（スクリプス研究所）らによる国際共同研究。
  • 責任著者：Gunilla B. Karlsson Hedestam（カロリンスカ研究所）とRichard T. Wyatt（スクリプス研究所）。
  • 掲載誌：*Immunity*（2025年6月10日、第58巻）、Elsevier刊。

三、研究手法と結果

1. 免疫原設計と動物実験

主要手順：

  • 免疫原改変：
    • 16055 dg4 NFL三量体（CD4bs近傍の4つのN-グリコシル化部位N276/N301/N360/N463を欠失）を用い、保存エピトープを露出。
    • プロトマー間ジスルフィド結合（CC3：A501C-A662C）を導入し三量体安定性を向上（図1）。
  • 動物モデル：
    • 12頭のアカゲザル（非ヒト霊長類、NHPs）を2群に分離：
    • 群1（NHP1-6）：可溶性三量体免疫；
    • 群2（NHP7-12）：三量体-リポソーム複合体免疫。
    • 免疫プロトコル：
    1. 事前免疫：BG505/CH505キメラ三量体 + AMC016三量体（融合ペプチド標的）；
    2. 初回免疫：16055 dg4 NFL三量体（CD4bs集中）；
    3. ブースト免疫：異種完全糖鎖化三量体（ZM233、CH119、JR-FL等）、12週間隔（図2a）。

実験結果：

  • 血清中和活性：
    • 2回免疫後（post-2）、NHP1とNHP9でtier 2ウイルス（例：JR-FL）に対する交差中和が確認（図2c）；
    • 6回免疫後（post-6）、中和幅が拡大し、84株のグローバルウイルスパネルの70%をカバー（図4）。

2. モノクローナル抗体の単離と特性評価

主要手順：

  • 記憶B細胞の選別：
    • ビオチン化JR-FL NFL三量体プローブを用いたフローサイトメトリーにより抗原特異的B細胞を分離（図S3a）。
    • NHP1から185組の重鎖/軽鎖配列を取得、49のクローン系統に分類。
  • 抗体特性解析：
    • LJF-0034系統：
    • 高頻度変異（重鎖SHM 12%、軽鎖SHM 9%）；
    • 四級エピトープを標的：隣接プロトマーのCD4bsとV3領域に跨る（図5c）；
    • 中和幅：84株中66%をカバー（図4）、平均IC50 2.14 μg/mL（LJF-0085）。

構造解析：

  • クライオ電子顕微鏡（cryo-EM）：
    • 結合様式：軽鎖はCD4bs（N276糖鎖を回避）、重鎖はV3領域に結合（図5d-e）；
    • エピトープ特性：
    • 軽鎖は保存残基D457/K282と塩橋を形成（図6a）；
    • 重鎖はHCDR2を介しV3領域R308と相互作用（図6c）。

3. 自然耐性機構とエピトープ最適化

主要発見：

  • 耐性関連部位：
    • AEリコンビナント株（例：C1080.c3）の中和抵抗性は、V3領域（T305/T308/V316/R319）とCD4bs（G429/D474/R476）変異に起因（図7b）；
    • 復帰変異（例：T308R）により中和感受性が回復（図7c）。
  • 糖鎖の影響：
    • N197糖鎖除去で中和効力が顕著に増強、N276糖鎖は影響なし（図7c）。

四、研究の意義と価値

  1. 科学的意義：

    • 異種三量体順次免疫によりEnv四級エピトープを標的とするbnAbsを初めて誘導；
    • CD4bsとV3領域の協調的エピトープの構造基盤を解明、ワクチン設計に新たな標的を提供。

  2. 応用価値：

    • 糖鎖工学的戦略（例：N197欠失）による免疫原設計の最適化；
    • LJF-0034系統抗体は受動免疫療法の候補分子として有望。

五、研究のハイライト

  • 革新的手法：
    • プロトマー間ジスルフィド結合（CC3）による三量体構造安定化；
    • 個別化Ig遺伝子タイピング（IgDiscoverアルゴリズム）で抗体進化を精密追跡。
  • 重要な発見：
    • 四級エピトープbnAbsは分岐結合モードで糖鎖障害を回避；
    • 自然耐性機構に基づくワクチン株の最適化（例：V3領域保存性改変）。

六、その他情報

  • データ公開：
    • 抗体配列（GenBank）、クライオEM構造（EMDB/PDB）を公開；
    • コードとアルゴリズムはGitLab（IgDiscover）で閲覧可能。
  • 臨床転用：
    • 16055 dg4 NFL三量体は第I相臨床試験（HVTN 313）へ進展。