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抗“艾”向微观世界进发

2020-01-06 00:50:12 来源:菲律宾太阳城申博娱乐登入

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  □记者 杨金伟


  人类抗“艾”之路已走过38年。38年来,全球防治艾滋病研究一刻也没有停止。近日,由中国性病艾滋病防治协会主办的第六届全国艾滋病学术大会在浙江省杭州市召开。本次大会,科学家更加聚焦基础科学,在微观世界中找寻答案。清华大学医学院教授、艾滋病综合研究中心主任张林琦表示,攻克艾滋病要回到分子原子之间。“因为病毒与细胞的相互作用就在分子之间,所以必须与病毒处在一个微观世界,看清病毒真面目,在艾滋病病毒的每个基因片段、蛋白分子和机体产生的各种抗体等方面做文章。”

  鸡尾酒疗法迎来升级版

  “如今,艾滋病已经变为一种可控的慢性病,每年有170万个新发感染病例,而接受药物治疗的患者约有2000万人,但至今仍然无法根治艾滋病,其疫苗研发困难重重。”即使鸡尾酒疗法得到充分推广,但美国洛克菲勒大学教授何大一并不满足于此。

  近年来,何大一将对抗艾滋病病毒的战场从小分子药物研究转移到了大分子抗体研究。曾经的鸡尾酒疗法是通过3种或3种以上的抗病毒药物联合使用来治疗艾滋病。何大一通过多年研究,筛选出多种中和活性强和广谱性高的抗体,通过抗体工程的方法,将它们组合到一起,形成了鸡尾酒疗法的升级版。“艾滋病病毒抗体的研究对根治艾滋病与疫苗研发,有着广阔的应用前景。”

  何大一团队评估了250个不同抗体组合在一起的效果,挑选出几个单一单克隆抗体,从中设计出一种双特异性抗体。何谓双特异性抗体?何大一介绍,该抗体像“V”形,一只“胳膊”连接艾滋病病毒表面薄弱位点,另一只“胳膊”连接识别病毒进入细胞所需的CD4分子,从而阻断病毒进入细胞。在小鼠实验和恒河猴实验中,双特异性抗体都展示出较高的抗病毒活性。“双特异性抗体能够一箭双雕,在病毒进入细胞的关键位点进行阻断,这是该抗体高效抑制病毒的重要原因。”何大一认为。

  “预防艾滋病,一个双特异性抗体也许足够,但对于治疗,我们还要做更多努力。”何大一随后策划了利用该抗体进行艾滋病治疗。从治疗和根治角度,何大一又设计出一种“Y”形双特异性抗体。这种抗体在原来的基础上,多出了一条“尾巴”,增加了唤醒体内细胞免疫反应的功能。

  那么如何评估判断抗体抑制病毒的效果,是因为抗体的中和阻断效果贡献的,还是由于抗体所诱导细胞免疫反应而贡献的?何大一在小鼠、恒河猴模型上分别做了实验:一组抗体是正常的,另一组则是将“尾巴”中的基因进行改造而不发挥唤醒功能,比较两组抗体抑制病毒的效果。结果显示,第一组抗体抑制病毒的时间更早,病毒载量下降的速度也更快。“该抗体唤醒免疫功能的贡献值很可观,在小鼠模型上可达45%,在恒河猴模型上可达31%。这说明该抗体不仅有中和病毒的能力,还具备唤醒细胞免疫功能的作用。”

  何大一表示,虽然目前的抗病毒药物具有很强的抑制作用,但对于已经被病毒感染的细胞没有多少效果。一旦停药,病毒载量会立即反弹。而抗体不仅能抗病毒,还能对病毒感染的细胞有直接杀伤作用,变被动等待转为主动刺激,对于治疗甚至根治有广泛应用前景。此外,药物每天都需要服用,而抗体可以每周或每月使用一次即可。

  结构生物学助力疫苗设计

  在美国国立卫生研究院传染病与过敏研究所疫苗研究中心结构生物信息学实验室主任周同庆看来,疫苗设计就像是汽车组装。当还不知道如何造车的时候,会先把车拆卸,再学习组装。疫苗设计也是如此,因而选择一种抑制病毒能力强又具有普遍性的抗体至关重要。周同庆及其合作者在众多艾滋病患者血样中发现了一种广泛存在的VRC01抗体。这种抗体能抑制约九成全球流行的艾滋病病毒毒株,且具有普遍性,为疫苗的设计奠定基础。

  “这是个逆向疫苗工程。”周同庆介绍,筛选出抗体只是“万里长征第一步”,更重要的是了解抗体的产生过程,来重塑抗体的“生产车间”。之后,设计出疫苗,激活产生这一类抗体的特殊免疫细胞,通过初免—加强免疫策略,使得抗体逐渐成熟。

  周同庆的另一个策略是“黑猫白猫理论”。他解释,不管是哪种抗体,只关心其能否攻击艾滋病病毒表面的薄弱位点,揪出这些位点是该策略的关键。周同庆和合作者在2016年找到了其中一个名叫融合肽的位点。周同庆表示,融合肽虽然结构简单,但如何利用结构生物学方法将疫苗抗原更有效地呈现给免疫系统,诱导出针对融合肽的抗体则是一个挑战。

  “这两种策略好比岗位招聘,第一种是找某一个学校特定专业的毕业生,第二种则是找专业对口的毕业生,各有侧重,但基础都是基于结构生物学和中和抗体的研究。”周同庆说,两种方法均已开展动物实验。

  “北京病人”照进现实

  2007年,患有白血病合并艾滋病的“柏林病人”在接受造血干细胞移植后,实现了“功能性治愈”。2019年,“伦敦病人”案例的证明此前“柏林病人”并非个例。通过基因编辑敲除成体造血干细胞上CCR5基因,再将编辑后的细胞移植到艾滋病患者体内,有可能成为“功能性治愈”艾滋病的新策略。

  顺着这个思路,首都医科大学附属北京佑安医院主任医师吴昊研究组与北京大学—清华大学生命科学联合中心邓宏魁研究组、解放军总医院第五医学中心陈虎研究组合作,在国内首次完成基因编辑干细胞治疗艾滋病和白血病患者,并在《新英格兰医学杂志》上发表了相关研究论文。

  据吴昊介绍,CCR5-Δ32纯合突变的CD4阳性T细胞具有抵御HIV感染的能力。这一基因突变后,免疫细胞表面的CCR5受体就会发生变化,艾滋病病毒无法与受体结合,从而达到抗病毒效果。在成体造血干细胞上敲除CCR5基因,将编辑后的造血干细胞移植给患者。造血干细胞在患者体内增殖、分化,最终可以形成抵御HIV病毒感染的免疫细胞。更重要的是,该策略编辑成体细胞,不会遗传给后代,不存在伦理问题,是理想的治疗策略。

  “从基础研究到临床研究,我们关注两个主要目标,一个是基因编辑后的干细胞回输到体内的安全性,另一个是编辑后的造血干细胞是否能够长期在体内存活,也就是可行性。”吴昊介绍,在小鼠试验成功的基础上,2017年至2019年9月,吴昊研究组开展了相关临床实验。在19个月的观察中并未发现基因编辑造成的脱靶及其他副作用。

  “未来的研究领域将着重于基因编辑效率和临床应用安全。”吴昊表示,除了艾滋病和白血病,其他血液系统相关疾病,如β地中海贫血等,均有希望利用以基因编辑技术看到临床治疗的曙光。

  张林琦表示,这是世界上首次报道通过基因编辑技术敲除人体造血干细胞CCR5基因,回输给艾滋病及急性淋巴细胞白血病患者,在安全性和有效性等研究方面,获得了宝贵的数据。“我们有理由相信,新一代的基因编辑技术一定能够在治疗和治愈艾滋病的道路上发挥更大作用。”

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