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Immunity丨腺相关病毒递送单抗可长期抑制HIV病毒

科界 2019-04-30

来源:BioArt

撰文丨夜望

尽管服用抗病毒药物可以有效抑制病毒复制,完全治愈HIV感染目前依然十分困难。近日,艾滋病患者再次被治愈的报道迅速刷屏(BioArt也以特别关注形式进行了报道特别关注 | Nature报道全球第二例或被治愈的艾滋病患者。这位“伦敦病人”(身份尚未公布)很可能是继“柏林病人”Timothy Ray Brown(图1)后确认完全治愈的第二位HIV患者【1】,已停用抗逆药物18个月且未曾复发【2】。这两位患者的治愈是由于他们极端特殊的病情——感染HIV同时患有急性白血病/霍奇金淋巴瘤。为治疗肿瘤,他们进行了造血干细胞的移植,移植供体是HIV-1病毒辅助受体CCR5的天然缺陷型,因而可以豁免HIV-1感染。在治疗过程中,Timothy进行了全身放疗及骨髓消融,而新近报道的“伦敦病人”则未接受全身放疗,为应用细胞移植治疗艾滋病带来新的希望。但正由于两位患者病情的独特性,其治疗方案很难推广。近些年陆续有宣称成功治疗HIV的研究,目前将停用抗逆药物后病毒复制长期处于抑制状态称为“功能性治愈”。

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图1 “柏林病人”Timothy Ray Brown

(图片来源引文【1】

近十年来,科学家发现大量HIV的高效广谱中和抗体【3】,促进了疫苗设计,同时可通过被动输入(passive transfer)方式直接注射猴子或人体。部分抗体在猴或人的体内可明显抑制病毒复制,但需要多次注射以维持体内抗体浓度。腺相关病毒作为递送载体仅通过一次注射即可达到长期维持抗体浓度的效果,已在长寿命细胞中获得长效验证【4】。腺相关病毒属于细小病毒科,病毒粒径小(直径通常小于20nm),无囊膜,免疫源性极弱,可将其基因组专一性地整合到人体基因组的特定位置,是理想的递送系统,目前已有上百项使用腺相关病毒的临床实验开展中【5】

使用腺相关病毒将HIV病毒单抗递送到人体内并非一个新鲜的话题。早在2009年,Philip Johnson等就已建立相关方法【6】,将抗体编码序列整合到AAV载体的基因组中,该载体可被人体的肌肉系统获取,并长期表达抗体蛋白。当时就职于新英格兰灵长动物研究中心的Ronald C. Desrosiers与Johnson合作,证明腺相关病毒递送的抗SIV抗体可以保护猕猴免受高致病SIV攻毒。此后,Desrosiers教授转任迈阿密大学米勒医学院,继续开展相关研究。

近日,Immunity在线发表了Ronald C. Desrosiers研究组的新作Adeno-associated virus delivery of anti-HIV monoclonal antibodies can drive long-term virologic suppression首次在猕猴体内通过腺相关病毒1型递送实现了一次注射长效抑制SHIV,从而为人体内的该型疗法进行了概念性验证【7】

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为模拟病毒长期感染,Ronald团队首先对4只猕猴注射了SHIV-AD8,该病毒同样使用CCR5作为辅助受体,可以在猴体内产生持续性病毒血症,并引起CD4+ T细胞的减少和艾滋病样症状。病毒注射2-3周后,病毒血症达到峰值,每毫升血液中病毒拷贝数达106-107 ;长期感染(32-62周),病毒载量仍然维持在103-105数量级。实验全过程四只猴均未服用抗逆药物。

SHIV病毒注射86周后,4只猴通过静脉注射了由腺相关病毒1型载体递送的三种高效中和抗体10E8、3BNC117、10-1074,分别靶向病毒囊膜蛋白GP41、GP120。这些抗体均为IgG1型,并其恒定区被替换为猕猴抗体的恒定区序列,替换后抗体的中和滴度无明显差异。

注射腺相关病毒后,四只猴子体内中测得的抗体浓度并不相同,其中的一只猴子(rh2438)持续检测到3BNC117和10-1074两种抗体,浓度维持在50–150 μg/mL。同时,SHIV的病毒载量迅速下降到检测值以下(每毫升血液中15个病毒RNA拷贝),并在其后三年的38次检测中始终维持在检测值以下(图2),其中第10-76周时的超高灵敏病毒定量检测显示,几乎全部检测样本中病毒RNA拷贝数都低于1(每毫升血液)。其余三只猴体内的病毒载量则未显示类似的抑制效果,抗体浓度也未达到rh2438猴的水平。

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图2 rh2438猕猴注射腺相关病毒后获得长期抑制效果(图片来源引文[7])

为测定rh2438猴体内病毒的复制活性,研究者进行了多项实验:腺相关病毒注射53周和62周后,分别取该猴外周血淋巴细胞(PBMC)样品进行病毒回收(recovery),均未获得病毒。注射74周和78周后,分别取rh2438猴的淋巴结,将其细胞上清注射未感染SHIV的猕猴,受体猴均未检测到病毒血症。注射93周后,通过病毒生长定量测定(QVOA),发现在250万PBMC混合培养中,回收到SHIV;但低于200万PBMC的混合培养中仍未回收到病毒。说明注射腺相关病毒近两年后,仅有极少数细胞中含有具备复制活性的SHIV。

研究者进一步测定了回收病毒的囊膜蛋白序列,发现其核苷酸序列的变异率极低(三批回收病毒的序列变异率分别为0.033%、0.013%、0.016%,且三者间序列彼此不同),其氨基酸序列差异度也极低(相较于初始感染病毒的序列,差异度分别为1.1%、0.83%、0.95%),说明大量细胞培养中回收到的病毒均为单一细胞来源,且其变异应当发生在SHIV病毒注射后初期。序列分析显示,这些回收病毒的突变不会引发中和逃逸,中和实验结果也验证了该分析,回收病毒与初始注射的病毒对抗体的敏感度无差别。

柏林病人血液指标与抗逆药物治疗患者的差别在于,其血液中p24 Gag抗体的浓度在细胞移植后21周内急剧下降,至51周后低于检出线;而后者体内P24的抗体浓度变化不大。因此,研究者也分析了rh2438猴注射腺相关病毒前后体内P27 Gag抗体的浓度,结果显示注射后P27抗体浓度迅速下降,且在16个月内维持在低浓度状态(原抗体浓度的1/20);相应地,细胞相关的SHIV Gag RNA和DNA水平,在腺相关病毒注射后也有明显下降。另外,rh2438猴体内GP120抗体的浓度下降趋势也与Brown先生的检测结果类似。

为进一步验证rh2438猴中获得的抑制效果并拓展测试范围,研究者进一步对12只猕猴注射了SHIV-AD8病毒,36周后,其中6只注射腺相关病毒递送的3BNC117和10-1074抗体,另外6只注射腺相关病毒递送的N6、PGT128、PGT145和35022中和抗体。这一次的实验使用的载体是腺相关病毒8型,且在注射后60周又使用腺相关病毒1型递送的相同抗体进行了一次加强。第一次注射后,9只猴体内病毒载量明显下降,但其中7只的病毒载量很快恢复,仅r14121和r14097维持抑制效果。除r14097外,第二次加强注射对其他测试猴体内的病毒载量几乎无影响(图3)。猴r14121和r14097在注射后的大部分检测时间点(15/17和10/18),病毒载量都低于检测线;抗体的递送效果在这两只猴中也优于其他测试猴。

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图3 第二次递送实验结果(图片来自引文【7】)

尽管在第二此递送实验中,r14121和r14097两只猴也显示出明显的病毒抑制效果,但在测试的全部16只猴中仅rh2438显示出极优异且长效的抑制效果,且只注射了一次腺相关病毒载体。本研究作为一次概念验证性实验,说明使用腺相关病毒载体递送单抗组合可以在体内长效抑制HIV病毒。

当然,腺相关病毒载体的应用也存在明显障碍。在人和猴体内,腺相关病毒递送的抗体会引起抗体反应(ADA效应),几乎全部由抗体的可变区引起,而可变区正是抗体有效对抗HIV病毒的特异区段,已有人体内递送的HIV单抗由于ADA效应几乎无法检出的报道【8】降低ADA效应、提高递送效率,是该方法进一步应用前急需解决的问题。

原文链接:

https://www.cell.com/immunity/pdfExtended/S1074-7613(19)30071-8

通讯作者简介

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Ronald C. Desrosiers,迈阿密大学米勒医学院病原系教授,长期致力于新病毒发现并将其发展成为新的人类疾病研究模型。Desrosiers教授团队最先发现了猴免疫缺陷病毒(SIV)及其与恒河猴艾滋病的关联,最早获得一种可在猴中复制并产生艾滋病样症状的SIV感染性克隆SIVmac239,已广泛用于HIV相关研究中。目前,Desrosiers教授致力于使用重组的γ-2疱疹病毒和腺相关病毒载体递可送持续性产生的高效中和抗体,以长效抑制SIV/HIV。

参考文献

1. Corbyn, Z., Plan launched to find HIV cure. Lancet, 2012. 380(9838): p. 203-204.

2. Gupta, R.K., et al., HIV-1 remission following CCR5Δ32/Δ32 haematopoietic stem-cell transplantation. Nature, 2019.

3. Sok, D. and D.R. Burton, Recent progress in broadly neutralizing antibodies to HIV. Nat Immunol, 2018. 19(11): p. 1179-1188.

4. Mueller, C., et al., 5 year expression and neutrophil defect repair after gene therapy in Alpha-1 antitrypsin deficiency. Molecular Therapy, 2017. 25(6): p. 1387-1394.

5. Wikipedia. Adeno-associated virus-https://en.wikipedia.org/wiki/Adeno-associated_virus . 2019.

6. Johnson, P.R., et al., Vector-mediated gene transfer engenders long-lived neutralizing activity and protection against SIV infection in monkeys. Nat Med, 2009. 15(8): p. 901-906.

7. Martinez-Navio, J.M., et al., Adeno-associated virus delivery of anti-HIV monoclonal antibodies can drive long-term virologic suppression. Immunity, 2019. 50: p. 1-9.

8. Jefferys, R. HIV vaccine update: the ‘‘Miami macaque’’ as proof-ofconcept breakthrough? 2018.

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