《Cell Rep: 新型免疫策略有助于诱导HIV-1膜蛋白三聚体广谱性中和抗体的产生》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2021-04-12
  • 长期以来,可溶性“ SOSIP”稳定化的包膜(Env)三聚体被认为是有前途的HIV疫苗免疫原。但是,它们会诱导针对无糖化的三聚体基底部结构域的高滴度反应,而在天然病毒中该表位往往是被“掩盖”的。为了描述针对融合肽(Fusion Peptide,FP)位点的免疫原引发的靶向基地结构域的免疫反应,来自美国NIH 的John R. Mascola团队定量研究了各种SOSIP稳定化的Env三聚体和FP载体免疫策略在诱导非人类灵长类动物产生针对Env三聚体基底结构域抗体的特征。

    研究结果显示:靶向三聚体基底结构域的抗体反应在仅使用三聚体膜蛋白免疫的动物中约占90%,在用SOSIP三聚体和FP结合物联合免疫的动物中约70%,在FP初免-三聚体增强的策略免疫的动物中中约30%。值得注意的是,FP引发的动物的广谱中和抗体的产生水平与靶向三聚体基底结构域的抗体产生水平呈负相关。这些结果提供了量化分析抗体反应发生率的方法,并揭示了FP接种可以减少三聚体碱基反应并改善中和结果。

    首先,作者选择了49只灵长类动物(NHP)进行研究,它们被分为8组,分别接受了3种不同类型的免疫原接种:1)三聚体,2)三聚体-FP,3)FP初免(prime)+三聚体增强(boost)。第一组三包括总共23只动物,它们在第0周和第4周接受三聚体免疫,并在第6周采集血浆样品进行分析。第一组的免疫原包括BG505 DS-SOSIP或CH505 DS-SOSIP脱聚糖变体,其中 a) . 在融合肽周围去除了三个聚糖(N230,N241和N611); b) . 四个聚糖(N88,N230,N241和N611)在融合肽附近去除; 或者 c) . 在CD4结合位点(CD4bs)附近去除了三个聚糖(N197,N276和N462)(天然CH505三聚体在CD4bs附近的N362缺失了聚糖)。 CH505 DS-SOSIP免疫原进一步被构建为嵌合体,其中gp120的N和C末端以及整个gp41亚基的部分被BG505的序列取代。结果显示,CH505和BG505免疫原接种后产生的针对基底结构域的抗体反应是相同。值得注意的是,此前研究仅对三聚体中的FP特异性反应的分析,但尚未发现针对基底结构域的特异性反应。

    进一步,作者检测了针对Env三聚体基底结构域的特异性血浆抗体反应。研究结果显示,针对基底结构域的Fab能够阻断单克隆抗体或血浆抗体对基底结构域的识别,但不会影响广谱性中和型抗体(bNAb)对三聚体主要侵染位点的识别。

    之后,作者发现在给受试动物接种FP(仅接种FP或与DS-SOSIP联合),均能够显著降低针对基底结构域的抗体的产生水平。此外,针对基底结构域的抗体反应程度以及广谱中和抗体的产生水平之间存在明显的负相关性。

    综上,该研究揭示了不同的免疫策略对靶向基底结构域抗体产生水平的影响以及其对广谱中和抗体产生水平的影响,对于进一步开发针对HIV-1的广谱性中和抗体疫苗具有积极的意义。

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  • 《Immunity:新型疫苗策略成功地诱导抗HIV广泛中和抗体》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
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    • 据联合国艾滋病规划署(UNAIDS)的统计,全世界约有3500万人死于由HIV病毒感染引起的免疫缺陷综合征(AIDS,俗称艾滋病)。如今,目前约有3800万人感染了HIV。抗病毒药物可以让HIV感染者存活下来,并降低他们将这种病毒传播给他人的能力,但是这些药物不能清除这种病毒感染,因此必须终生服用。 长期以来,科学家们早已意识到为了清除作为主要公共卫生威胁的HIV,人类需要一种以低成本向未感染者提供的预防性疫苗。然而,HIV的快速突变率和其他逃避免疫攻击的策略使得设计这类疫苗极为困难。 在一项新的研究中,来自美国斯克里普斯研究所和非营利性疫苗研究组织国际艾滋病疫苗计划(IAVI)的研究人员报道他们开发出的一种实验性HIV疫苗已达到了一个重要的里程碑:它可以触发中和多种HIV毒株的抗体---即所谓的广泛中和抗体(bnAb)---产生。相关研究结果近期发表在Immunity期刊上,论文标题为“Vaccination with Glycan-Modified HIV NFL Envelope Trimer-Liposomes Elicits Broadly Neutralizing Antibodies to Multiple Sites of Vulnerability”。论文通讯作者为斯克里普斯研究所免疫学与微生物学系教授Richard Wyatt博士。 这种疫苗设计的核心在于一种基于HIV Env蛋白的病毒模拟蛋白。正常情形下,灌木状Env蛋白的多个拷贝散布在每个球形HIV病毒颗粒的表面上。每个Env蛋白含有的分子结构允许它结合到位于免疫细胞表面的一种称为CD4的受体上并利用这种受体作为侵入细胞的门户。Wyatt及其团队通过基因改造设计出一种对真实的Env上存在的重要结构进行模拟的Env版本,它同时足够稳定可用作疫苗。为了以一种类似于真实HIV病毒颗粒的方式展示它,他们构建出病毒大小的由脂肪相关分子组成的合成球体---即“脂质体(liposome)”,这些脂质体上密布着这些经过改造的Env蛋白。 在天然的HIV Env蛋白上,称为聚糖(glycan)的糖相关分子通常有助于屏蔽所有重要的CD4结合位点,使得它们免受免疫攻击。作为“初种”疫苗,这些研究人员使用了移除CD4结合位点周围的这种聚糖屏蔽层的Env版本。 48周后的加强疫苗使用携带这种聚糖屏蔽层的Env蛋白以便筛选靶向Env蛋白上的CD4结合位点但也能够穿过这种聚糖屏蔽层的抗体。加强疫苗注射中的Env蛋白也是根据不同的HIV毒株混合在一起的,通常可以促进针对这些毒株中不发生变化的Env结构的抗体反应。 Wyatt团队按照他们的疫苗策略对12只兔子进行疫苗接种,并将获得的结果与仅接种携带这种聚糖屏蔽层的Env版本的对照组进行了比较。他们发现他们的疫苗策略具有更好的反应,其中的5只兔子产生能够中和多种HIV分离株的抗体。 这些研究人员分析了一只在接种疫苗后作出最强烈反应的兔子的抗体,并鉴定出两种不同类型的bnAb。其中的一种称为E70的bnAb正如预期的那样阻断了CD4结合位点,不过这种阻断方式不同寻常,这部分上是因为它夺取了其中的一个屏蔽性的聚糖分子。另一种称为1C2的bnAb攻击了位于Env这种复杂蛋白的两个关键部分之间的界面上的一个不同但众所周知的脆弱位点。抗体1C2的结合显然破坏了Env的稳定性以至于它不再能够介导HIV入侵宿主细胞。这就表明这种抗体具有非同寻常的中和广度,可阻断208种不同的HIV分离株中的87%。 Wyatt说,这一重要的发现证实以正确的方式进行HIV疫苗接种可以实现诱导bnAb攻击这种病毒上的多个位点的目标。 Wyatt团队将继续在小型动物模型中测试和改进他们的疫苗策略,并希望最终在猴子和人类中对它进行测试。
  • 《Cell: SARS-CoV-2突变株的潜在威胁以及广谱中和抗体的开发策略》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2021-04-02
    • 要想尽快结束新冠疫情,全球范围内的疫苗接种,似乎是不可避免的手段。目前的COVID-19疫苗通过诱导机体产生靶向SARS-CoV-2刺突蛋白的中和抗体,从而起到保护作用。然而,由于新毒株的出现(例如起源于英国的B.1.1.7, 巴西的P.1以及南非的B.1.351毒株)以及其刺突蛋白的变异,现有疫苗的有效性可能会受到影响。 在最近发表于《Cell》杂志的一项研究中,来自英国牛津大学的Gavin Screaton教授团队针对上述突变株以及中和抗体的亲和活性进行了详尽的分析,试图寻找更为有效的,针对上述突变毒株的中和抗体克隆,从而助力疫情的稳定与消除。 此前研究表明,B.1.1.7毒株, P.1毒株以及B.1.351毒株其刺突蛋白均存在不同程度的突变,其中P.1 具有三个突变位点:K417T, E484K 以及N501Y,B.1.351具有三个突变位点:K417N, E484K 以及N501Y,B.1.1.7具有一个单独的突变位点: N501Y。 上述突变均能够影响其与ACE2受体的亲和能力以及进而影响病毒的传播速率。此外,上述突变还会影响自然产生或疫苗接种后诱导产生的抗体对变异毒株的中和能力。 在前期研究中,作者首先通过咽拭子的手段从巴西境内的一名患者中采集到了P.1.毒株,并且将其与已有的B.1.1.7,B.1. 351毒株与血清的中和效果进行了比较。上述血清分别来自于早期SARS-CoV-2感染后患者以及经接种牛津-阿斯利康疫苗或辉瑞疫苗后的受体。结果显示,血清对P.1以及B.1.1.7毒株的中和能力均有一定程度下降,但并不明显;然而,血清对B.1. 351毒株的中和能力则出现的大幅下降。此前研究同时表明,P.1毒株的刺突蛋白RBD与宿主ACE2的亲和能力相比早期毒株有明显提升。 在最新研究中,作者筛选了一系列的潜在中和抗体,并且找到了一种名为mAb222的单抗,该抗体能够识别并结合K417以及N501,并且对P.1/B.1. 351毒株上述位点的突变具有相当的耐受。该结果对于设计新型的,针对变异毒株的疫苗或抗体疗法具有积极的意义。 首先,作者通过测序手段对三类不同的突变毒株的突变位点进行了详细的分析,并将其标注在刺突蛋白的三维晶体结构中。从结构角度分析,作者发现刺突蛋白相关位点的突变会影响其被中和抗体识别并结合的效果。 进一步,作者分析了变异毒株的刺突蛋白与宿主ACE2的结合能力。结果表明,相比原始毒株,突变株的RBD结构域与ACE2的互补性得到了明显提升,进而增强的病毒识别并入侵宿主细胞的能力。 之后,作者试图寻找能够识别上述突变株刺突蛋白的中和抗体。基于此前开发的单抗库,作者对三种不同的突变株依次进行了筛选。初步的筛选得到了20种中和活性达50%的抗体,其中19种特异性识别病毒刺突蛋白的RBD结构域。最终,作者鉴定得到了一种名为mAb222的抗体分子,该单抗能够同时识别三种不同类型的突变株。通过将mAb222的Fab与其它抗体的Fc区域进行重组,作者发现该重组抗体相比原有抗体具有更高的中和活性,表明其具有被开发治疗变异毒株感染的潜力。 除此之外,作者还研究了康复患者血清以及疫苗接种人群血清对P.1毒株的中和效果。在34例康复患者血清中,P1的中和活性相比早期病毒降低了3.1倍,这一幅度与B.1.1.7相近,而B.1.351则降低了13.1倍,这些结果表明康复患者对上述变异毒株的抵抗力均有一定程度的下降,而来自南非的B.1.351尤为严重。 对于接种疫苗的人群而言,其来源的血清中和P.1毒株的能力也有明显下降,其中接种辉瑞疫苗的受体血清针对P.1的中和能力下降2.6倍,而接种牛津-阿斯利康疫苗的血清针对P.1中和能力下降了2.9倍。相比之下,两者中和B.1.351毒株的能力则分别下降了7.6倍与9倍。 综上,作者通过包括结构生物学,免疫学以及生化手段,揭示了三类变异毒株的致病性以及抗体中和效果的差异,强调了南非毒株的严重威胁,并且提供了新型的靶向不同变异毒株的广谱性中和抗体候选分子,希望能够有助于疫情的控制与消除。