近日，上海科技大學免疫化學研究所楊貝課題組與中國疾病預防控制中心性病艾滋病預防控制中心團隊合作在國際學術期刊《自然通訊》（Nature Communications）上發表題為“Structures and immune recognition of Env trimers from two Asia prevalent HIV-1 CRFs”的研究論文，報道了我國HIV-1病毒的主流亞型（即流行重組亞型CRF01_AE和CRF07_BC）的Env蛋白結構與免疫識別特征，揭示了CRF01_AE亞型的Env蛋白在V1區域的獨有特征及其與該亞型的廣譜中和抗體逃逸能力之間的關系，并闡明了第一株分離自CRF01_AE感染個體的廣譜中和抗體的新型中和機制。該研究拓寬了對于HIV-1流行重組亞型的認識，為后續針對我國主流HIV-1亞型開展免疫聚焦型疫苗設計和相關廣譜中和抗體的應用開發提供了理論依據。
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蛋白三聚體是介導病毒侵染宿主細胞的關鍵分子，也是病毒顆粒表面唯一可被宿主免疫系統識別的靶標，因而一直是艾滋病疫苗研發的焦點。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研發遭遇巨大困難。近年來，研究人員從極少數HIV-1慢性感染人群中陸續分離獲得了一系列廣譜中和抗體（bNAbs），它們可以識別Env蛋白表面不容易發生變化的功能性區域，從而對于不同的HIV-1病毒株系均表現出優越的中和效力。廣譜中和抗體的發現為困頓中的艾滋病疫苗研發指引了新的方向，促使了結構指導的“免疫聚焦型疫苗策略”在艾滋病疫苗研發中的應用。該策略的核心思想是通過結構指導的反向蛋白質工程設計，在屏蔽無效表位的同時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，從而使宿主的免疫應答聚焦在這些保守的“免疫脆弱點”區域，進而引發有效和廣譜的體液免疫反應來預防未來的感染。
“免疫聚焦型疫苗策略”的開展不僅需要廣譜中和抗體抗原表位的指引，也需要對Env蛋白的結構與抗原特征進行全面掌握。當前，針對Env蛋白的結構與抗原特征研究均集中于在歐、美、非洲流行的A、B、C亞型，對于在亞洲尤其是我國占主導地位的流行重組亞型CRF01_AE和CRF07_BC則鮮有相關報道。此外，僅有極少數廣譜中和抗體從感染流行重組亞型的個體中分離，且它們的抗原表位與中和機制也尚未得到充分闡釋。上述信息的缺乏阻礙了我們對于流行重組亞型Env蛋白的結構與免疫原性的認識，也不利于免疫聚焦型疫苗研發策略在我國的開展及應用，在此背景下，楊貝課題組與合作者開展了深入的研究。
研究團隊首先利用單分子冷凍電鏡技術與生物大分子質譜全面揭示了CRF01_AE和CRF07_BC代表型株系的Env蛋白結構與糖基化修飾（圖1a-c）。隨后從上述研究中獲得的線索出發，對當前數據庫中六千余條不同亞型的Env蛋白的V1區域進行了跨亞型對比和分析。結果顯示，相比于其他亞型，CRF01_AE亞型的V1區域長度顯著增長（圖1d），且糖基化修飾位點數目顯著增多（圖1e-f）。進一步對中和實驗數據和V1區域特征的關聯分析則顯示CRF01_AE亞型在V1區域的上述特征會明顯削弱兩類廣譜中和抗體（分別靶向Env蛋白的apex與V3區域）對CRF01_AE亞型的中和效果（圖1g-h）。上述研究結果提示，應盡量避免在CRF01_AE亞型的流行區域開展靶向Apex或V3區域的免疫聚焦型疫苗或廣譜中和抗體的臨床試驗。
F6是第一株分離自CRF01_AE感染個體的廣譜中和抗體。研究團隊還通過高分辨率冷凍電鏡結構解析揭示了F6在Env蛋白上的詳細抗原表位（圖2a），并進一步通過結構分析與功能實驗驗證闡明了F6的新型中和機制（圖2b）：F6一方面通過變構效應擾動Env蛋白三聚體Apex區域的穩定性，破壞Env蛋白與宿主CD4受體的結合，另一方面通過誘導三聚體的解體來阻礙Env蛋白介導的病毒包膜與細胞膜的融合，進而抑制病毒對于宿主的入侵（圖2b）。
2023-9-7 |
