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艾滋病疫苗的研究与发展
路慧
（上海海洋大学 食品学院 生物技术（海洋生物制药）专业 2010届）

摘要：人类控制艾滋病感染长远的目标是发展安全、有效、廉价的艾滋病疫苗。但经20多年的努力，人类探索艾滋病疫苗之路仍在继续。一种理想的艾滋病疫苗,必须具有快速决定性的进攻能力.它所产生的免疫细胞,将消灭受感染细胞并激发艾滋病病毒束缚抗体,以及抑制艾滋病病毒的感染。本文从艾滋病疫苗的研究历程中总结前人经验，根据以往艾滋病疫苗研究的经验和教训提出未来疫苗可能的发展思路。
关键词： 艾滋病；疫苗；研究；未来发展

1.疫苗研究历史及其发展阶段
艾滋病（HIV/AIDS）是一种全球性疾病，蔓延速度快，死亡率高。自1981年首次发现艾滋病以来，HIV的感染在世界范围内迅速流行。HIV（艾滋病病毒）为逆转录病毒，而逆转录酶缺乏校正修复功能，因而HIV的变异频率非常高，每一轮复制都会引入约10个碱基的错误。高的变异频率使世界不同地区甚至同一感染个体不同时期HIV的基因组都有较大差异，这就导致了从基因角度研制疫苗是非常困难的。

经过20多年的不断摸索，HIV疫苗的研究可分为4个阶段。第一阶段艾滋病疫苗(20世纪80年代)以诱导中和抗体预防病毒感染为主要目标，使用单一的膜蛋白亚单位疫苗(gpl20或gpl60)或含成肽疫苗为主，忽视了细胞免疫的作用。第二阶段艾滋病疫苗20世纪90年代)以诱导CD8+CTL（细胞毒性T淋巴细胞）应答为主要目标，使用DNA疫苗和重组病毒载体疫苗，然而该阶段疫苗的发展忽视了中和抗体的作用。第三阶段艾滋病疫苗(2000年一2005年)的特点是注重疫苗诱导的体液和细脆免疫反应的均衡，该阶段的疫苗形式主要包括DNA疫苗、活载体疫苗、多价蛋白疫苗等，强调各类疫苗联合免疫，同时显著加快了疫苗临床试验的步伐。第四阶段(2005年至今)总结了前三个阶段的经验和教训，疫苗设计更加注重对天然HIV抗原的改造和使用复制型载体呈递HIV抗原，以期诱导针对不同亚型病毒保守表位更强的体液和细胞免疫反应。
2. 疫苗种类
2.1 传统疫苗
2.1.1 灭活疫苗灭活疫苗是一种传统的疫苗。它是将致病性病原体大量培养后，经灭活处理使其失去感染性但保留免疫原性而研制的疫苗。灭活疫苗的优点是以完整的病原体颗粒同机体的免疫系统发生相互作用，产生的免疫应答强而全面，而且制备简单易行。但研制HIV灭活疫苗较困难。主要有：(1)目前尚未建立安全可靠灭活方法，灭活程度很难掌握，灭活过度丧失免疫原性，灭活不全则不安全。(2)灭活后病毒的核酸仍完整，有可能整合到人体细胞染色体上。(3)需要培养大量病毒，而且病毒必须高度纯化，以避免污染细胞引起的不良反应。
2.1.2 减毒活疫苗 减毒活疫苗是将HIV在体外或动物体内长期传代，或用人工方法将一些重要基因去除缺失或造成功能丧失的突变，使其在保留复制和免疫原性的基础上失去致病能力。它在结构和生物学特性上都与天然病毒较接近，并且易生产、易纯化、效果好。但由于艾滋病是致死性传染病，病毒本身变异能力又很强，因而对HIV减毒活疫苗的安全性要求非常高，现有的减毒方法都难以保证安全，因而目前仍处于基础研究阶段，或作为一种动物模型来研究减毒活疫苗的免疫保护机制。
2.2 新型疫苗
2.2.1 合成多肽疫苗 合成多肽疫苗是运用肽合成技术制备的一种高纯度制品。在HIV各种肽抗原约由35个氯基酸组成的环结构的gpl20 v3肽是最为重要的，因为该段印120分子包含了gpl20分子中的主要中和决定簇和部分T细胞决定簇，而且还与HIV的多种功能密切相关，包括与吼+分子结合和膜融合以及细胞嗜性等。在实验中已证明v3肽可以刺激动物和人产生抗HIv的中和抗体及cTL8反应。最近报道在HIV—l攻击前24小时和攻击后10分钟给猩猩注射抗gpl20 v3肽单克隆抗体，均可保护猩猩免遭感染。这是首次直接用gpl20 v3肽的中和抗体，而不需其他体液和细胞免疫因子，就具有对抗HIV—l的免疫保护作用。
2.2.2 基因工程亚单位疫苗基因工程亚单位疫苗是用已知HIV一1基因编码的各种蛋白产物具有抗原性，可将有关基因进行重组后在细菌、酵母和真核细菌系统进行表达用作候选的保护性抗原。是HIV疫苗研究的重点。HIV一1多种结构蛋白被作为潜在的保护性抗原进行了基因重组，在细菌、酵母菌和真核细胞系统进行表达。其中研究最多的还是HIV的gpl60、gpl20。因为其位于病毒颗粒表面，用重组gpl60免疫人和动物可产生异型的中和抗体，前者是针对gp 160 v3区肽段，后者则是对蛋白中gp 41部分的。gpl60和gpl20免疫人和动物后也能激发特异性T细胞免疫反应。在猩猩实验中已证明这种免疫力是有保护作用的。
2.2.3 病毒样颗粒疫苗病毒样颗粒疫苗是一种以HIV核心蛋白Gag为基础的复合疫苗。该疫苗的主要优点是可提供与天然病毒颗粒相同的抗原，但无病毒核酸，免疫原增加，又没有感染性。在这一点上，它还优于灭活疫苗因为灭活过程中可能破坏一些重要的抗原决定簇。此外还有一个优点是可根据其需要任意改造，使之能更好的刺激机体产生保护性免疫反应。HlVgpg基因在重组痘苗或杆状病毒表达的p55可形成成熟病毒样颗粒，此类抗原的免疫原性优于非颗粒状的p55。有人将HIV一1所有3组主要结构蛋白(gag、斛、env)基因重组入真核载体，用其转染C0s细胞，在细胞培养上清液中得到了大量的病毒样颗粒拍]。用此颗粒免疫动物可得到高滴度的对HIV核心和包膜各组分的抗体。
2.2.4 重组病毒载体疫苗用疫苗株病毒做载体，插入并表达HIV抗原基因的重组病毒疫苗，是HIV疫苗研究的重要领域之一。所有载体病毒有痘苗病毒、脊髓灰质炎病毒和腺病毒等。目前研究的最多的是痘苗病毒。接种该痘苗的志愿者对HIV蛋白可产生较强的T细胞免疫反应，但体液免疫反应相对较弱。该类疫苗在免疫功能正常的人被证明是安全的，但对有严重免疫缺陷的人可产生对痘苗病毒的严重副作用。
2,2.5 DNA疫苗DNA疫苗是指把含量编码抗原蛋白基因的双链DI蛆分子直接注射到体内，通过抗原蛋白在体内的表达来诱导机体产生免疫反应的疫苗形成。DNA疫苗得益于成熟的基因工程技术以及多样的载体系统和转移技术，与传统疫苗相比，核酸疫苗具有易于制备、可塑性大(含单一基因或多个基因成份)、生产工艺简单、成本较低等优点。但最大的优点在于疫苗抗原可以在靶细胞内以天然的方式合成、加工并呈递给免疫系统。DNA疫苗单独免疫产生的免疫反应较弱，而与免疫佐剂或重组病毒载体以联合免疫方式共同接种则可诱导较强HlV特异性的吼+T细胞免疫反应。在动物试验中，含HIV的env用gag一斛基因的DNA疫苗可激发对相应HIV基因产物特异性的a凡及抗体反应，并且在灵长类动物实验中诱导免疫保护反应，从而显示DNA疫苗的巨大潜力。DI蛆疫苗在艾滋病疫苗领域的发展方向是如何通过新的方法和途径提高表达效率和抗原性，使之成为理想的候选疫苗。
3 艾滋病疫苗研究中需要关注的问题
3.l HIV的免疫机制不明 迄今，科学家们尚不能彻底了解免疫系统的相互关系及免疫保护机制。与其他已成功研制出疫苗的疾病不同的是，到目前为止，还没有完全康复的艾滋病病例，尚不能确定是否存在抗HIV的天然免疫，这使得保护人群免受HIV攻击的有关免疫参数的确定和研究变得更加困难。
3.2 HIV的变异 科学家们将全世界的HIV隔离株分为HIV-l型和HIV-2型。目前全球主要流行的HIV一1型至少可分为13个亚型，归属于M、N和O等3组。每个型的每种亚型与其他亚型大约有30%的差异。如果一个个体感染了2种不同的亚型，一个包含来自父母亚型病毒基因片段的新的重组病毒就会产生。因此，全世界有许多不同的HIV突变株，其中env基因突变率最高。HIV会因为不断的遗传基因突变和重组而发生变化。因为突变株复制速度快，所以某一突变株可能在特定的组织中生长并占据优势。这些可能导致免疫逃逸。因此，理想的艾滋病预防疫苗应该保护未被感染的个体免于所有不同HIV亚型和重组体的感染。科学家们正在寻找一种能诱导广谱免疫反应的候选疫苗。
3.3 动物模型 目前尚没有HIV感染的人类模型，仅有HIV感染的灵长类动物模型的SIV（猴免疫缺陷病毒）和SHIV感染的非灵长类动物模型，对于研究HIV的免疫机制提供了很大的帮助。但问题是，动物实验的结果是否能够预测疫苗对人类的保护作用，仍没有答案。
4. 艾滋病疫苗研究的新进展
一种理想的艾滋病疫苗，必须具有快速决定性的进攻能力。它所产生的免疫细胞，将消灭受感染细胞并激发艾滋病病毒束缚抗体，以及抑制艾滋病病毒的感染。
由美国蒙大拿大学杰克·H·努伯格领导的研究小组，现已研制出一种对艾滋病、至少是用在实验鼠体内的可行疫苗，该疫苗可使免疫系统慢慢地隐匿有效抗体，从而对艾滋病病毒的传染性产生令人惊奇的抑制作用。该疫苗具有某些缺憾，似乎还不益使用于人体。但是它提供了人体艾滋病疫苗应能够激发有效中和抗体的论据，从而使人联想到该疫苗似乎具有论据所提示的那种能力。在概念论证上，如果结果是正确的，那么，此项研究将标志着艾滋病疫苗研制中的重大突破。疫苗研制者们已寻找到利用纯gpl20疫苗来激发抗体，gpl20是一种艾滋病病毒用于依附和感染细胞的病毒蛋白质。gpl20疫苗的临床实验，目前正在进行。
迄今绝大部分艾滋病研究人员，对目前所使用的印120疫苗公然持怀疑态度。因为，单独对印120反应所产生的抗体，并不能够抑制在人体内所发现种类如此繁多的艾滋病病毒菌株，显然，这是由于它们未将靶子对准严重感染的蛋白质区域。而这些区域，只有当gpl20消除CD4一一种受艾滋病病毒感染的、免疫细胞表面上的蛋白质时，它们才能够自我显现出来。因此，应设法让在形状上经过改变的gpl20和另一种病毒蛋白质gp4l，去偷袭潜人细胞内的艾滋病病毒。该研究小组相信，他们已找到了这一让免疫细胞去发现这些病毒蛋白质易损点的途径。他们将病毒基因施加到皮肤细胞中，迫使皮肤细胞吸附gpl20和gp41。他们还对迫使肿瘤细胞获取CD4和艾滋病病毒所吸附的其它一种人体蛋白质进行了研究。通过将这两组细胞加以混合，然后将它们浸入在甲醛液体中，研究人员希望在这一融合过程中，当病毒蛋白质的临界部分能够显露出来时，他们将获得这些细胞。当研究人员将这一甲醛混合细胞融合物注入老鼠体内时，动物的免疫系统产生抗体。通过试管实验表明，所形成的抗体可阻止艾滋病病毒感染细胞。美国达勒姆的杜克大学医学中心戴维·C·蒙迪菲奥里在1月15目的美国《科学》杂志上报道，从全世界范围的艾滋病患者中，现已发现了24种艾滋病病毒菌株，而该项研究所产生的这些抗体，足以抑制其中的23种艾滋病病毒菌株。
世界权威人士评论此项研究，是在思考如何研制出一种对艾滋病病毒产生抗体反应的疫苗中，所出现的第一个真正可称谓的全新观念。目前，几个研究小组已经计划在非人类的灵长类动物中实施这一疫苗战略。“我们希望在数月内开始进行这方面的研究，”蒙迪菲奥里说。
“时常，你可以在老鼠体内产生抗体，可你有可能不会在较大的动物，特别是灵长动物体内产生抗体，”蒙迪菲奥里提示道。研究人员还审慎地告诫人们，这种特殊的艾滋病疫苗，用于人体是不适宜的，这部分是由于它利用肿瘤细胞的缘故。但是研究人员们确信，他们将会了解如何成功地复制出更为安全、更为实用的疫苗制品。
5. 结论
在过去的20年里，尤其是最近5年，国际上兴起了艾滋病疫苗联合攻关的势头。尽管国内外艾滋病疫苗研究取得了较大进展，但迄今还没有一种疫苗可以比较理想地控制HIV，现有的各种疫苗均存在不同的缺点。由于HIV的生物学特性及其免疫机制不明等问题使艾滋病疫苗的研究面临着空前困难，与其它病毒疫苗相同的研究已不能满足对艾滋病疫苗免疫原性的要求。已经开展的艾滋病疫苗临床试验使病毒学家和疫苗学家获得了许多经验和教训。在继续研究HIV感染的免疫机制、研制新的疫苗载体、探索有效疫苗组合及接种途径等免疫方案的同时，可诱导机体产生持续、强烈的HIV特异性免疫反应的复制型活载体疫苗可能为艾滋病疫苗的重要研发之一。
总之，由于HIV的生物学特性及其免疫机制不明等问题使艾滋病疫苗的研究面临着空前困难，与其它病毒疫苗相同的研究策略已不能满足对艾滋病疫苗免疫原性的要求。已经开展的艾滋病疫苗临床试验使病毒学家和疫苗学家获得了许多经验和教训。在继续研究HIV感染的免疫机制、研制新的疫苗载体、探索有效疫苗组合及接种途径等免疫方案的同时，可诱导机体产生持续、强烈的HIV特异性免疫反应的复制型活载体疫苗可能为艾滋病疫苗的重要研发策略之一。只有综合各种疫苗研究新策略，在改进免疫原，增强其免疫性，并提高其诱生广谱中和抗体能力的基础上，应用适当佐剂，促进免疫方法与途径，才能尽快研究出一种安全有效的HIV疫苗。

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