艾滋病是獲得性免疫缺陷綜合征的簡稱，由感染HIV病毒引起。HIV是一種能攻擊人體免疫系統(tǒng)的病毒，它把人體免疫系統(tǒng)中最重要的CD4 T淋巴細胞作為主要攻擊目標，大量破壞該細胞，經(jīng)過數(shù)年、甚至長達10年或更長的潛伏期后發(fā)展成艾滋病病人，使人體喪失免疫功能，因抵抗力極度下降會出現(xiàn)多種感染，后期常常發(fā)生惡性腫瘤，以至全身衰竭而死亡。

1981年6月5日，美國疾病預防控制中心第一次報道艾滋病，目前全世界有3690萬人感染艾滋病，死亡人數(shù)達到1200萬，其中中國有65萬左右艾滋病患者，艾滋病危害極大，死亡率極高，對全人類的健康產(chǎn)生了極大的威脅，全世界眾多醫(yī)學研究人員付出了巨大的努力，但至今尚未研制出根治艾滋病的特效藥物，也還沒有可用于預防的有效疫苗。

1.國際艾滋病疫苗的發(fā)展主要階段及研究目標（三個十年）圖1.HIV疫苗發(fā)展階段及研究目標

第一代疫苗主要以體液免疫疫苗為目標， Vaxgen公司參照了默克公司乙肝膜蛋白疫苗的成功經(jīng)驗研制了HIV膜蛋白疫苗AIDSVax，即HIV外膜糖蛋白gp120的重組體，但是在志愿者中進行的試驗表明，該疫苗不能預防感染的發(fā)生，最終以Ⅲ期臨床試驗的失敗而告終[1，2]。

第二代疫苗主要以細胞免疫為目標， 多采用DNA疫苗和病毒載體的技術(shù)， 誘導機體產(chǎn)生殺傷T細胞。默克公司和美國NIH疫苗研究中心以非復制型5型腺病毒(Ad5)載體研制的疫苗，在北美、南美、加勒比海和澳大利亞以及南非進行的臨床試驗研究表明該疫苗不能預防HIV感染，也不能降低接種疫苗的志愿者感染HIV后的病毒水平，甚至還增加了HIV感染的風險[3] ，均以失敗告終。

第三代疫苗主要以綜合免疫為目標，由美國軍方、泰國公共衛(wèi)生部等機構(gòu)聯(lián)合從2003年在泰國開始實施的RV144 Ⅱb期臨床試驗，該試驗的研究策略建立在之前兩個失敗的艾滋病疫苗研究基礎(chǔ)上，美國NIH組織Aventis Pasteur公司的痘病毒載體疫苗ALVAC與Vaxgen公司AIDSVax疫苗聯(lián)合，采用“初免-增強”(Prime-Boost)免疫策略，讓第一株疫苗ALVAC負責刺激免疫系統(tǒng)，使其做好攻擊艾滋病病毒的準備，第二株疫苗AIDSVAX則加強攻擊力度，負責增強免疫發(fā)應。經(jīng)過6年的測試后，獲得了31%的保護效果[4]。盡管疫苗因保護率低未能上市， 但首次在人體顯示了效果。HIV疫苗的研究路線完成了從抗體到細胞免疫， 再轉(zhuǎn)回到抗體免疫，人類戰(zhàn)勝艾滋病的道路依然漫長。

2.HIV疫苗創(chuàng)新研究的新進展和新動向

1） HIV廣譜中和抗體（中和譜>90%）VRC01系列的發(fā)現(xiàn)

使用單細胞分選和二代測序等技術(shù)， 2010年Gary J. Nabel和 John R. Mascola在Science上發(fā)表文章，他們從少數(shù)HIV感染者中發(fā)現(xiàn)了以VRC01為代表的超強廣譜中和抗體(bNAbs)（圖2左）， 同時Peter D. Kwong解析了VRC01-gp120的晶體結(jié)構(gòu)，證明VRC01能“綁定”HIV-1結(jié)合CD4受體的表位（圖2右綠色區(qū)域），把既往單抗僅中和20%~30%全球流行株的中和譜提升到90%以上[5，6]。

圖2.VRC01中和譜及識別靶向gp120的位點

2）反向疫苗學

大量超強bNAbs的發(fā)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)解析和功能研究， 推動了HIV反向疫苗學研究。結(jié)構(gòu)生物學家設計出大量僅與特定結(jié)構(gòu)的bNAb結(jié)合、有極高親和力的新免疫原。然而， 用其免疫動物后都無法誘導出同樣的中和抗體[7]. 這些實驗說明， 使疫苗能與目標抗體結(jié)合的抗原性與用其誘導出同類抗體的免疫原性是完全不同的屬性，免疫原并不完全等同于抗原。 因而， 當前HIV反向疫苗學研究只進展到半程。研究發(fā)現(xiàn)， 在感染了HIV的患者中，有極少一部分人能夠產(chǎn)生對抗HIV的高效廣譜中和性抗體，并且這些抗體的VDJ區(qū)經(jīng)歷了高達30%的體細胞高突變并且引入了許多缺失或插入片段， 而其他病毒的中和抗體從胚系到成熟最多只有5%左右。這說明HIV bNAb的產(chǎn)生是漫長的過程， 如何縮短這一過程也是目前困擾科學研究者的難題及研究熱點。

3）單個特異性B細胞分選

對外周血單核細胞（PBMC）進行CD4結(jié)合位點探針標記，篩選出單個特異性記憶B細胞，成功獲取抗體基因序列。

4）基于B細胞系統(tǒng)成熟進化的疫苗免疫原設計

首先從HIV-1感染的受試者的外周血或組織中分離出廣譜中和性抗（BnAbs），然后推斷出中間態(tài)抗體（IA）和未突變的初始抗體（UA），最后用這些UAs和IAs作為模板，設計高親和力的免疫原。這種方法為HIV-1疫苗免疫原設計提供了一條新的途徑[8]。

圖3.基于B細胞系統(tǒng)免疫原設計的步驟

5）復制型病毒載體HIV疫苗的興起

中國疾病預防控制中心艾滋病首席專家邵一鳴教授2017年在《科學通報》對此做出了詳細的說明。中國疾病預防控制中心學者依托全國疾控網(wǎng)絡篩選出HIV疫苗株CN54， 通過與中國農(nóng)業(yè)科學院合作， 按照EIAV疫苗改造HIV抗原， 進一步拓寬了誘導中和抗體的能力。通過與北京生物制品研究所合作， 以我國復制型痘苗病毒天壇株(我國消滅天花的疫苗株)為載體研制的HIV疫苗， 可保護恒河猴(Macaca mulatta)抵御SHIV病毒的攻擊。在國家科技重大專項支持下， 該疫苗已順利完成Ⅰ期和Ⅱ期臨床試驗， 正準備在向Ⅱb/Ⅲ期臨床試驗邁進。在當前關(guān)注復制型病毒載體的HIV疫苗的浪潮中， 我國暫居領(lǐng)先位置(圖4) [9]。

圖4. HIV疫苗復制型載體國際臨床試驗

3. 艾滋病疫苗研發(fā)仍面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)

1） HIV自然感染人群產(chǎn)生廣譜中和抗體存在的問題分析：

人數(shù)太少（<5-10%），無法為大多數(shù)人提供免疫保護，產(chǎn)生時間太晚（>3-5年），無法在常規(guī)免疫接種時間內(nèi)完成。

2）現(xiàn)有疫苗無法在受試人群誘導出廣譜中和抗體存在的問題分析：

HIV毒株量大高變異，疫苗廠家只生產(chǎn)有限毒株疫苗，HIV廣譜中和抗體的體細胞突變率（15-30%）遠高于其他病毒（<10%）。

3) 反向疫苗學設計的免疫原可與廣譜中和抗體結(jié)合，但無法誘導出同類抗體

即抗原性不等同于免疫原性。

從艾滋病疫苗研究到現(xiàn)在的三十多年中，可謂命途多舛。完成了最初的以抗體研究為主到細胞免疫為主，再轉(zhuǎn)回到抗體研究的輪回。目前的挑戰(zhàn)及熱點是如何縮短廣譜中和性抗體從胚系到成熟這一過程，使其能在短期內(nèi)誘導出HIV感染者需數(shù)年才能產(chǎn)生的廣譜中和抗體。 

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參考文獻：

[1] Flynn N M, Forthal D N, Harro C D, etal. Placebo‐Controlled Phase 3 Trial of a Recombinant Glycoprotein 120 Vaccineto Prevent HIV‐1 Infection. J INFECT DIS, 2005, 191: 654-665 

[2] Pitisuttithum P, Gilbert P, Gurwith M,et al. Randomized, Double‐Blind, Placebo‐Controlled Efficacy Trial of aBivalent Recombinant Glycoprotein 120 HIV‐1 Vaccine among Injection Drug Usersin Bangkok, Thailand. J INFECT DIS, 2006, 194: 1661-1671 

[3] Buchbinder S P, Mehrotra D V, Duerr A,et al. Efficacy assessment of a cell-mediated immunity HIV-1 vaccine (the StepStudy): a double-blind, randomised, placebo-controlled, test-of-concept trial.Lancet, 2008, 372: 1881-1893 

[4] Rerks-Ngarm S, Pitisuttithum P,Nitayaphan S, et al. Vaccination with ALVAC and AIDSVAX to Prevent HIV-1Infection in Thailand. N Engl J Med, 2009, 361: 2209-2220

[5] Wu X, Yang Z Y, Li Y, et al. RationalDesign of Envelope Identifies Broadly Neutralizing Human Monoclonal Antibodiesto HIV-1. Science, 2010, 329: 856-861 

[6] Zhou T, Georgiev I, Wu X, et al.Structural Basis for Broad and Potent Neutralization of HIV-1 by AntibodyVRC01. Science, 2010, 329: 811-817

[7] Kwong P D, Mascola J R, Nabel G J.Rational design of vaccines to elicit broadly neutralizing antibodies to HIV-1.Cold Spring Harb Perspect Med, 2011, 1: 2011–2018

[8] Haynes BF, Kelsoe G, Harrison SC,Kepler TB. B-cell-lineage immunogen design in vaccine development with HIV-1 asa case study. Nat Biotechnol., 2012 May 7;30(5):423-33

[9] 邵一鳴,艾滋病疫苗的科學挑戰(zhàn)和應對策略,《科學通報》 , 2017 (17)。