近日，上海科技大學(xué)免疫化學(xué)研究所楊貝課題組與中國(guó)疾病預(yù)防控制中心性病艾滋病預(yù)防控制中心團(tuán)隊(duì)合作在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然通訊》（Nature Communications）上發(fā)表題為“Structures and immune recognition of Env trimers from two Asia prevalent HIV-1 CRFs”的研究論文，報(bào)道了我國(guó)HIV-1病毒的主流亞型（即流行重組亞型CRF01_AE和CRF07_BC）的Env蛋白結(jié)構(gòu)與免疫識(shí)別特征，揭示了CRF01_AE亞型的Env蛋白在V1區(qū)域的獨(dú)有特征及其與該亞型的廣譜中和抗體逃逸能力之間的關(guān)系，并闡明了第一株分離自CRF01_AE感染個(gè)體的廣譜中和抗體的新型中和機(jī)制。該研究拓寬了對(duì)于HIV-1流行重組亞型的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)針對(duì)我國(guó)主流HIV-1亞型開(kāi)展免疫聚焦型疫苗設(shè)計(jì)和相關(guān)廣譜中和抗體的應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供了理論依據(jù)。
人類免疫缺陷病毒I型（HIV-1）是艾滋病流行的肇因。位于HIV-1病毒表面的Env蛋白三聚體是介導(dǎo)病毒侵染宿主細(xì)胞的關(guān)鍵分子，也是病毒顆粒表面唯一可被宿主免疫系統(tǒng)識(shí)別的靶標(biāo)，因而一直是艾滋病疫苗研發(fā)的焦點(diǎn)。然而，HIV-1病毒超高的基因組變異性賦予了Env蛋白高度的序列多樣性，同時(shí)Env蛋白也具有豐富多變的糖基化修飾，這些因素使得艾滋病疫苗的傳統(tǒng)研發(fā)遭遇巨大困難。近年來(lái)，研究人員從極少數(shù)HIV-1慢性感染人群中陸續(xù)分離獲得了一系列廣譜中和抗體（bNAbs），它們可以識(shí)別Env蛋白表面不容易發(fā)生變化的功能性區(qū)域，從而對(duì)于不同的HIV-1病毒株系均表現(xiàn)出優(yōu)越的中和效力。廣譜中和抗體的發(fā)現(xiàn)為困頓中的艾滋病疫苗研發(fā)指引了新的方向，促使了結(jié)構(gòu)指導(dǎo)的“免疫聚焦型疫苗策略”在艾滋病疫苗研發(fā)中的應(yīng)用。該策略的核心思想是通過(guò)結(jié)構(gòu)指導(dǎo)的反向蛋白質(zhì)工程設(shè)計(jì)，在屏蔽無(wú)效表位的同時(shí)將廣譜中和抗體的抗原表位特異性地呈遞給宿主的免疫系統(tǒng)，從而使宿主的免疫應(yīng)答聚焦在這些保守的“免疫脆弱點(diǎn)”區(qū)域，進(jìn)而引發(fā)有效和廣譜的體液免疫反應(yīng)來(lái)預(yù)防未來(lái)的感染。
“免疫聚焦型疫苗策略”的開(kāi)展不僅需要廣譜中和抗體抗原表位的指引，也需要對(duì)Env蛋白的結(jié)構(gòu)與抗原特征進(jìn)行全面掌握。當(dāng)前，針對(duì)Env蛋白的結(jié)構(gòu)與抗原特征研究均集中于在歐、美、非洲流行的A、B、C亞型，對(duì)于在亞洲尤其是我國(guó)占主導(dǎo)地位的流行重組亞型CRF01_AE和CRF07_BC則鮮有相關(guān)報(bào)道。此外，僅有極少數(shù)廣譜中和抗體從感染流行重組亞型的個(gè)體中分離，且它們的抗原表位與中和機(jī)制也尚未得到充分闡釋。上述信息的缺乏阻礙了我們對(duì)于流行重組亞型Env蛋白的結(jié)構(gòu)與免疫原性的認(rèn)識(shí)，也不利于免疫聚焦型疫苗研發(fā)策略在我國(guó)的開(kāi)展及應(yīng)用，在此背景下，楊貝課題組與合作者開(kāi)展了深入的研究。
研究團(tuán)隊(duì)首先利用單分子冷凍電鏡技術(shù)與生物大分子質(zhì)譜全面揭示了CRF01_AE和CRF07_BC代表型株系的Env蛋白結(jié)構(gòu)與糖基化修飾（圖1a-c）。隨后從上述研究中獲得的線索出發(fā)，對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)中六千余條不同亞型的Env蛋白的V1區(qū)域進(jìn)行了跨亞型對(duì)比和分析。結(jié)果顯示，相比于其他亞型，CRF01_AE亞型的V1區(qū)域長(zhǎng)度顯著增長(zhǎng)（圖1d），且糖基化修飾位點(diǎn)數(shù)目顯著增多（圖1e-f）。進(jìn)一步對(duì)中和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和V1區(qū)域特征的關(guān)聯(lián)分析則顯示CRF01_AE亞型在V1區(qū)域的上述特征會(huì)明顯削弱兩類廣譜中和抗體（分別靶向Env蛋白的apex與V3區(qū)域）對(duì)CRF01_AE亞型的中和效果（圖1g-h）。上述研究結(jié)果提示，應(yīng)盡量避免在CRF01_AE亞型的流行區(qū)域開(kāi)展靶向Apex或V3區(qū)域的免疫聚焦型疫苗或廣譜中和抗體的臨床試驗(yàn)。
F6是第一株分離自CRF01_AE感染個(gè)體的廣譜中和抗體。研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析揭示了F6在Env蛋白上的詳細(xì)抗原表位（圖2a），并進(jìn)一步通過(guò)結(jié)構(gòu)分析與功能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證闡明了F6的新型中和機(jī)制（圖2b）：F6一方面通過(guò)變構(gòu)效應(yīng)擾動(dòng)Env蛋白三聚體Apex區(qū)域的穩(wěn)定性，破壞Env蛋白與宿主CD4受體的結(jié)合，另一方面通過(guò)誘導(dǎo)三聚體的解體來(lái)阻礙Env蛋白介導(dǎo)的病毒包膜與細(xì)胞膜的融合，進(jìn)而抑制病毒對(duì)于宿主的入侵（圖2b）。
2023-9-7 |
