《Science:在恒河猴中重现HIV包膜蛋白Env和广泛中和抗体的共同进化,为开发高效的HIV疫苗奠定基础》

  • 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:2021-01-14
  • 人们普遍认为,开发有效的基于中和抗体的HIV-1疫苗,需要一致性地激活多个表达特异性识别一种或多种经典的广泛中和抗体(bNAb)表位簇的免疫球蛋白受体的生殖系前体B细胞,然后通过高效的抗原驱动选择来实现抗体亲和力成熟。事实证明,如何通过免疫接种来完成这一壮举是一项艰巨的科学挑战。合理设计HIV-1疫苗的一个障碍是缺乏一种合适的远交系灵长类动物模型,在这种模型中bNAb可以被普遍诱导,从而使得负责这类免疫反应的分子、生物学和免疫学机制能够以可重复和迭代的方式进行研究。

    鉴于迄今为止发现的大多数HIV-1 bNAb都来自于被HIV-1长期感染的人类,来自美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院和杜克大学等研究机构的研究人员推测在灵长类动物中触发这类抗体产生的一种方法可能是用携带主要HIV-1包膜蛋白(Env)的猿-人类免疫缺陷病毒(simian-human immunodeficiency virus, SHIV)毒株(包括那些在人类中诱导bNAb的毒株)来感染恒河猴。 SHIV感染的恒河猴可能用来评估特定HIV-1 Env诱导bNAb的潜力,并描述bNAb谱系和诱导它们的同源Env中间体的共同进化途径,从而为合理的疫苗设计提供分子指导。近期SHIV设计的创新使得这一实验策略得到了检验。

    在自然感染的人类中,由HIV-1引起的中和抗体与病毒Env以独特的分子模式共同进化,在某些情况下获得了相当大的中和广度。这些研究人员从3个产生了bNAb的HIV-1感染者身上构建了携带主要传播/创始者Env的SHIV,并使用这些SHIV感染了22只恒河猴。7只恒河猴产生的bNAb表现出相当大的中和广度和效力。相关研究结果发表在2021年1月8日的Science期刊上,论文标题为“Anterior cingulate inputs to nucleus accumbens control the social transfer of pain and analgesia”。

    出乎意料的是,SHIV感染在恒河猴身上引起了Env-抗体共同进化的分子模式,这种分子模式反映了在受到携带同源Env的HIV-1毒株感染的人类身上所看到的情况。相似之处包括对表位识别的保守性免疫遗传、结构和化学解决方案,以及导致病毒持续存在的Env氨基酸的精确替换、插入和缺失。

    一种恒河猴抗体,能够中和全球208种病毒毒株中的49%,含有一个长24个氨基酸的重链互补性决定区3(HCDR3),其顶端有一个硫酸化的酪氨酸;这种恒河猴bNAb抗体表现出类似于人类bNAb PGT145和PCT64-35S的V2顶点识别模式,它与EnV之间的关键相互作用涉及Env位点121、166和169的赖氨酸或精氨酸残基和位点160的N-连接聚糖。

    另一种恒河猴抗体通过模拟人类bNAb 8ANC131、CH235和VRC01的CD4结合位点结合CD4。在其他受到SHIV感染的恒河猴中,bNAb反应靶向包含Env残基324GDIR327和N332的典型V3高甘露糖patch表位簇。在SHIV感染的恒河猴和HIV-1感染的人类中,使病毒逃逸同时促进bNAb亲和力成熟的表位进化的分子模式是相似的。

    除了自然感染的人类,SHIV感染的恒河猴是唯一可以实现免疫原(Env)与中和抗体共同进化的模型系统。HIV-1和SHIV在体内的高变异性和动态复制导致病毒准种(virus quasispecies)不断进化,这意味着具有足以驱动bNAb谱系亲和力成熟的结合亲和力的Env不断产生。因此,SHIV感染的恒河猴可能通过识别Env中间体为疫苗设计提供新见解,这些中间体可以引导前体B细胞通过亲和力成熟阶段的进化,从而实现相当大的中和广度和效力。

  • 原文来源:https://science.sciencemag.org/content/371/6525/eabd2638;https://news.bioon.com/article/6783005.html
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    • 编译者:malili
    • 发布时间:2021-02-01
    • 2021年1月13日讯/生物谷BIOON/---人们普遍认为,开发有效的基于中和抗体的HIV-1疫苗,需要一致性地激活多个表达特异性识别一种或多种经典的广泛中和抗体(bNAb)表位簇的免疫球蛋白受体的生殖系前体B细胞,然后通过高效的抗原驱动选择来实现抗体亲和力成熟。事实证明,如何通过免疫接种来完成这一壮举是一项艰巨的科学挑战。合理设计HIV-1疫苗的一个障碍是缺乏一种合适的远交系灵长类动物模型,在这种模型中bNAb可以被普遍诱导,从而使得负责这类免疫反应的分子、生物学和免疫学机制能够以可重复和迭代的方式进行研究。 鉴于迄今为止发现的大多数HIV-1 bNAb都来自于被HIV-1长期感染的人类,来自美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院和杜克大学等研究机构的研究人员推测在灵长类动物中触发这类抗体产生的一种方法可能是用携带主要HIV-1包膜蛋白(Env)的猿-人类免疫缺陷病毒(simian-human immunodeficiency virus, SHIV)毒株(包括那些在人类中诱导bNAb的毒株)来感染恒河猴。 SHIV感染的恒河猴可能用来评估特定HIV-1 Env诱导bNAb的潜力,并描述bNAb谱系和诱导它们的同源Env中间体的共同进化途径,从而为合理的疫苗设计提供分子指导。近期SHIV设计的创新使得这一实验策略得到了检验。 在自然感染的人类中,由HIV-1引起的中和抗体与病毒Env以独特的分子模式共同进化,在某些情况下获得了相当大的中和广度。这些研究人员从3个产生了bNAb的HIV-1感染者身上构建了携带主要传播/创始者Env的SHIV,并使用这些SHIV感染了22只恒河猴。7只恒河猴产生的bNAb表现出相当大的中和广度和效力。相关研究结果发表在2021年1月8日的Science期刊上,论文标题为“Anterior cingulate inputs to nucleus accumbens control the social transfer of pain and analgesia”。 出乎意料的是,SHIV感染在恒河猴身上引起了Env-抗体共同进化的分子模式,这种分子模式反映了在受到携带同源Env的HIV-1毒株感染的人类身上所看到的情况。相似之处包括对表位识别的保守性免疫遗传、结构和化学解决方案,以及导致病毒持续存在的Env氨基酸的精确替换、插入和缺失。 一种恒河猴抗体,能够中和全球208种病毒毒株中的49%,含有一个长24个氨基酸的重链互补性决定区3(HCDR3),其顶端有一个硫酸化的酪氨酸;这种恒河猴bNAb抗体表现出类似于人类bNAb PGT145和PCT64-35S的V2顶点识别模式,它与EnV之间的关键相互作用涉及Env位点121、166和169的赖氨酸或精氨酸残基和位点160的N-连接聚糖。 另一种恒河猴抗体通过模拟人类bNAb 8ANC131、CH235和VRC01的CD4结合位点结合CD4。在其他受到SHIV感染的恒河猴中,bNAb反应靶向包含Env残基324GDIR327和N332的典型V3高甘露糖patch表位簇。在SHIV感染的恒河猴和HIV-1感染的人类中,使病毒逃逸同时促进bNAb亲和力成熟的表位进化的分子模式是相似的。 除了自然感染的人类,SHIV感染的恒河猴是唯一可以实现免疫原(Env)与中和抗体共同进化的模型系统。HIV-1和SHIV在体内的高变异性和动态复制导致病毒准种(virus quasispecies)不断进化,这意味着具有足以驱动bNAb谱系亲和力成熟的结合亲和力的Env不断产生。因此,SHIV感染的恒河猴可能通过识别Env中间体为疫苗设计提供新见解,这些中间体可以引导前体B细胞通过亲和力成熟阶段的进化,从而实现相当大的中和广度和效力。(生物谷 Bioon.com) 参考资料: Ryan S. Roark et al. Recapitulation of HIV-1 Env-antibody coevolution in macaques leading to neutralization breadth. Science, 2021, doi:10.1126/science.abd2638.
  • 《Nat Commun:开发高效HIV疫苗有戏!天然样env三聚体在体内产生对抗HIV的Tier-2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
    • 发布时间:2022-02-20
    • 在发现HIV病毒近40年后,它已经杀死了3630万人,但迄今为止仍然没有有效的疫苗问世。不过,在一项新的研究中,来自美国威斯达研究所的研究人员在开发HIV疫苗的方向上迈出了充满希望的一步。他们首次证实了使用一种独特的天然样env三聚体(native-like trimer,即类似于天然env三聚体的三聚体)在小鼠中产生对对抗HIV非常重要的Tier-2中和抗体的前景。相关研究结果于2022年2月4日发表在Nature Communications期刊上,论文标题为“Induction of tier-2 neutralizing antibodies in mice with a DNA-encoded HIV envelope native like trimer”。 以前,使用候选疫苗激发这些类型的抗体需要在大型动物模型中进行漫长而昂贵的实验,这对HIV-1疫苗的开发造成了重大瓶颈。论文通讯作者、威斯达研究所疫苗与免疫治疗中心副教授Daniel Kulp博士说,“有了我们的新发现,我们在一种能够产生Tier-2中和抗体的模型中打开了快速、迭代疫苗学的大门,使更先进的HIV疫苗概念的开发成为可能。” 这些作者将这种天然样env三聚体编码到DNA中,以便递送到小鼠体内。这有一个实际的好处,就是把宿主的身体变成了“抗原工厂”,而不是需要一个复杂的疫苗制造过程。他们随后比较了给予DNA编码的天然样env三聚体的小鼠和接受标准蛋白免疫的小鼠的结果。只有那些接受了DNA编码的本天然样env三聚体的小鼠产生了Tier-2中和抗体。 一旦他们验证了他们的免疫方案产生了Tier-2中和抗体,Kulp和他的同事们从这些小鼠身上分离出单克隆抗体,并使用低温电镜来确定一种Tier-2中和单克隆抗体的原子结构。他们发现,该抗体与一个名为C3V5的表位结合。在标准HIV疫苗模型(非人类灵长类动物)中,先前的研究已表明与C3V5结合的抗体可以保护这些动物免受SHIV感染,其中SHIV感染非人类灵长类动物,是HIV的近亲。 Kulp说,“这种结构让我们对这种抗体如何能够中和这种病毒有了难以置信的了解。我们首次可以就如何设计能够产生针对C3V5表位的广泛中和抗体反应的新疫苗制定策略。” 论文共同作者、威斯达研究所疫苗与免疫治疗中心主任David B. Weiner博士强调了他们的发现的有用性。“我们所做的是让经过结构设计的免疫原在体内直接自组装,这些免疫原用核酸技术设计和递送到动物体内。我们的数据表明,诱导自体Tier 2中和说明了这种方法作为一种工具的价值,它可以通过定制免疫来对抗一种很难根除的病原体(比如HIV)的脆弱位点。” 参考资料: Ziyang Xu et al. Induction of Tier-2 Neutralizing Antibodies in Mice with a DNA-encoded HIV Envelope Native Like Trimer. Nature Communications, 2022, doi:10.1038/s41467-022-28363-z.