自20世紀(jì)80年代初HIV疫情爆發(fā)以來(lái)，全球已有約4000萬(wàn)人感染HIV，數(shù)千萬(wàn)人死于艾滋病。盡管已有抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物用于治療HIV，但科學(xué)家們尚未找到徹底治愈HIV的疫苗。然而，近日杜克大學(xué)和哈佛大學(xué)的一組科學(xué)家進(jìn)行的一項(xiàng)研究為潛在的HIV疫苗帶來(lái)了新的希望。
這項(xiàng)研究發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上，其候選疫苗產(chǎn)生的抗體能夠廣泛中和美國(guó)現(xiàn)有艾滋病毒株的三分之一以上。為了協(xié)助開發(fā)這種候選疫苗，研究人員在位于阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的美國(guó)能源部科學(xué)辦公室用戶設(shè)施——先進(jìn)光子源(APS)的SER-CAT(東南地區(qū)協(xié)作訪問團(tuán)隊(duì))光束線22-ID上進(jìn)行了蛋白質(zhì)晶體學(xué)研究。
疫苗的工作原理是利用稱為抗原的生物或化學(xué)物質(zhì)來(lái)激發(fā)人體的免疫反應(yīng)。對(duì)于HIV，由于其攻擊的是人體的CD4 T細(xì)胞，并且能夠?qū)⑦z傳物質(zhì)插入人體自身的遺傳物質(zhì)中，因此完全預(yù)防感染至關(guān)重要。
杜克大學(xué)弗雷德里克·M·漢斯醫(yī)學(xué)和免疫學(xué)教授、杜克人類疫苗研究所所長(zhǎng)巴頓·海恩斯表示，HIV疫苗的研發(fā)門檻比其他任何疫苗都要高得多，因?yàn)镠IV能在幾天內(nèi)控制整個(gè)免疫系統(tǒng)。為了制造一種潛在的疫苗，海恩斯和他的同事設(shè)計(jì)了一種候選疫苗，可以刺激廣泛中和抗體的產(chǎn)生。然而，最初制造廣泛中和抗體存在一個(gè)問題，即人體不想制造與自身細(xì)胞非常相似的抗體，以免引發(fā)自身免疫反應(yīng)。
研究人員通過分離出多種廣泛中和抗體，并繪制它們的基因進(jìn)化路線圖，從“幼稚”抗體到成熟抗體，使其具有緊密的“鎖和鑰匙”與HIV病毒的蛋白質(zhì)包膜相吻合。海恩斯解釋道，讓抗體更好地與艾滋病毒包膜結(jié)合的過程就像是把鑰匙變成鎖，不斷添加凹槽直到完美契合。
馬里蘭大學(xué)帕克分校細(xì)胞生物學(xué)和分子遺傳學(xué)系助理教授吉拉德·奧菲克表示，研究人員瞄準(zhǔn)了病毒的一個(gè)易受抗體攻擊和侵襲的區(qū)域，即膜近端外部區(qū)域(MPER)。這種候選疫苗的發(fā)現(xiàn)代表著一項(xiàng)重要的突破，因?yàn)樗哂嗅槍?duì)多種艾滋病毒株的中和特性，這種特性稱為異源中和。
海恩斯說：“我們可能還沒有研制出有效的疫苗，但這項(xiàng)研究無(wú)疑為疫苗可以誘導(dǎo)這些不尋常的抗體提供了一個(gè)有價(jià)值的新概念證明。”一些具有廣泛中和作用的抗體都具有一個(gè)特定的基因序列，稱為VH7-4-1，該基因序列在幾種不同的免疫中受到青睞。奧菲克表示，含有這種基因的抗體的中和能力得到了增強(qiáng)。
為了研究抗體和病毒，研究人員使用了APS的SER-CAT。晶體學(xué)研究涉及檢查與MPER生成的抗體結(jié)合的目標(biāo)蛋白的低溫冷卻晶體，APS X射線束的亮度為其提供了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)和最終結(jié)構(gòu)。佐治亞大學(xué)生物化學(xué)和分子生物學(xué)副教授、SER-CAT主任約翰·羅斯指出，阿貢在蛋白質(zhì)晶體學(xué)和結(jié)構(gòu)測(cè)定方面的優(yōu)勢(shì)使其成為疫苗研發(fā)的理想場(chǎng)所。
羅斯表示，隨著APS的不斷升級(jí)，表征和結(jié)構(gòu)測(cè)定將變得更容易、更快速。他說：“我們已經(jīng)達(dá)到了可以全天候自動(dòng)化、無(wú)需人工的晶體學(xué)研究的水平，這大大提高了我們的產(chǎn)量。”他補(bǔ)充道：“經(jīng)過APS升級(jí)，阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在已經(jīng)成為世界上最現(xiàn)代化的蛋白質(zhì)科學(xué)設(shè)施之一。”
這項(xiàng)工作由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院、美國(guó)國(guó)立過敏和傳染病研究所艾滋病司為杜克大學(xué)艾滋病/艾滋病疫苗開發(fā)聯(lián)盟提供的資助。
阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)光子源(APS)是世界上生產(chǎn)力最高的X射線光源設(shè)施之一，為各種研究人員提供高亮度X射線束，幫助他們探索材料和生物結(jié)構(gòu)，解決重要生物蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)等問題。每年，超過5000名研究人員使用APS發(fā)表超過2000篇出版物，詳細(xì)介紹有影響力的發(fā)現(xiàn)。
這項(xiàng)研究使用了先進(jìn)光子源的資源，該資源由美國(guó)能源部科學(xué)辦公室用戶設(shè)施運(yùn)營(yíng)，由阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室根據(jù)合同編號(hào)DE-AC02-06CH11357為能源部科學(xué)辦公室運(yùn)營(yíng)。
