Cell | 缓释免疫助力HIV免疫疗法发展

来源：BioArt

艾滋病作为现代人们谈虎色变的传染病，是由患者感染艾滋病毒引起。艾滋病毒学名人免疫缺陷病毒（Human Immunodeficiency Virus，HIV），HIV感染人体后一般会有几年到10年左右的潜伏期，但是一旦发病，HIV将在极短的时间内将患者体内CD4阳性T淋巴细胞摧毁殆尽，使患者丧失免疫功能。免疫力低下的患者容易罹患各种并发症最终导致死亡。

为了攻克这样一种严重的难治疾病，科学家们马不停蹄地进行研究。目前，艾滋病的主要治疗方法是鸡尾酒疗法。这是一种抗逆转录病毒治疗方案，通过三种或三种以上的抗病毒药物联用，减少抗药性，可部分甚至完全恢复机体免疫功能。然而部分HIV病毒感染细胞在体内处于静止状态，暂时不产生新的HIV病毒，因此药物无法对这些定时炸弹起作用。

正所谓“先预防，后治疗”，HIV疫苗的研发可能是更为急迫与重要的事情。大多数获得许可的疫苗通过诱导保护性抗体提供保护【1】。近十年来，科学家发现了大量HIV的高效广谱中和抗体（bnAbs），将其被动运输到非人灵长类动物（NHPs）中可以保护其免受类人猿/人类免疫缺陷病毒 (SHIV) 感染【2,3】。另外，使用腺病毒相关病毒（AAV）递送方式将抗体编码序列整合到宿主以使得宿主细胞长期表达抗体蛋白的治疗方式最近在NHPs中获得了概念性验证，实现了一次注射长效抑制SHIV【4】。

然而，目前已经开发的广谱中和抗体多数靶向的是tier 1中和难度的HIV病毒，研制针对更难以中和的tier 2与tier 3 HIV病毒的nAbs还存在巨大难度【5】。这背后原因可能是免疫优势（Immunodominance）。免疫优势是指针对免疫原上多个表位，识别不同表位的B淋巴细胞具有优先级顺序，占据主导地位的B淋巴细胞能够主导整个免疫反应，而识别其它表位的B细胞则受到损害。因此，传统的免疫策略可能不足以开发针对艾滋病毒或其他难治病原体的广谱中和抗体疫苗。

近年来，美国La Jolla免疫研究所Shane Crotty团队认为，将免疫原缓慢释放的缓释免疫方式是一种有吸引力的疫苗策略，因为它更接近于自然急性感染过程【6】。已有研究表明，使用非机械渗透泵 (OPs) 和可溶性佐剂进行2周缓释免疫，可增强小鼠模型的生发中心（Germinal center）B细胞（BGC）和生发中心T滤泡辅助细胞（GC-TFH）反应【7】。两周剂量递增(ED)免疫后，免疫复合物在滤泡树突状细胞 (FDC) 上沉积增强【8】。

近日，Shane Crotty研究团队再次在Cell上发表文章Slow-Delivery Immunization Enhances HIV-Neutralizing Antibody and Germinal Center Responses via Modulation of Immunodominance，证实了在恒河猴中，缓释免疫比传统免疫能引起更强烈的免疫反应。这种免疫方式产生了更大的GC尺寸，从而增强GC-TFH和BGC细胞响应；驱动特异IgV的使用以及改变了非中和表位的免疫优势，从而促进nAbs对病毒蛋白的结合。

首先，作者想要知道缓释免疫方式能否比传统大剂量免疫方式更有效地诱导中和抗体反应。在这里，作者使用了一种tier 2中和难度的HIV病毒封装蛋白（Env）的类似物——可溶性类天然Env三聚体BG505 Oli06CD4ko蛋白作为抗原，伴以可溶性佐剂ISCOM-皂苷。分别对恒河猴以传统大剂量免疫方式和非机械渗透泵 (OPs) 的缓释方式诱导初次免疫。检测结果表明，与传统大剂量免疫相比:（1）OPs组中总BGC数、高亲和Env的BGC细胞数以及记忆B细胞（BMem）数目都显著更多；（2）OPs组中Env特异性CD4+ T细胞增多，选择性地增强了特异性GC-TFH细胞的反应；（3）初次免疫中只有OPs组可检测到温和但显著的Env特异性血浆免疫球蛋白G（IgG），二次免疫时，OPs组有更强的记忆Env IgG应答。这些数据表明，缓释免疫导致更健壮的GCs，增强了GC-TFH和BGC细胞免疫反应以及随后的抗体中和反应。

那么tier2 nAb抗体的滴度是如何随时间的发展呢？作者采用TZM-bl中和法检测血清中BG505 N332假病毒的自体中和反应。结果表明，第10周时，8只OP动物中5只出现nAbs，而传统组没有出现；到第18周，8只OP动物出现nAbs，其滴度比传统组高20倍。作者也检测了nAbs的中和宽度，发现8只OP组动物的nAbs有6只表现出一定程度的中和宽度，可以中和1到3种异种病毒，而传统组完全没有检测到异种抗体。因此，缓释免疫能够长时间增强nAb对Env免疫反应的强度和宽度。

为何缓释免疫能够产生更多的高亲和Env的BGC细胞和nAb滴度呢？作者首先使用一种新的长读测序技术对恒河猴的基因组进行测序，并结合生物信息学和人工筛选对V、D、J基因进行注释，鉴定出66个IGHV、41个IGHD、6个IGHJ、68个IGKV、5个IGKJ、62个IGLV和7个IGLJ基因。随后对第二次免疫后活体抽取的B细胞进行了测序。结果表明，OP免疫动物中具有更丰富种类的Env特异性BCR序列以及更多种类的IgG、IgL和IgK B细胞谱系。

Env特异性B细胞谱系多样性增加，让作者猜想传统和缓释免疫方式是否使用了不同的IgV基因，以及是否靶向了Env三聚体的不同表位。结果表明，传统组更多地利用IGLV3-15*01 (IGLV3-15)基因，这些利用IGLV3-15基因产生的BGC细胞和Ab都能特异性靶向Env三聚体的基部。而基部是Env三聚体暴露在外的最大区域，可能具有免疫优势。随后作者用多克隆电镜直接“观看”Env三聚体抗体反应，发现传统组动物中Ab靶向Env上的两个位点:三聚体基部和糖基孔I区 (GH-1) ；而OP动物的Ab靶向基部和GH-1区域，以及融合肽、V1/V3-glycan和C3/V5区域。综上，缓释免疫导致BGC细胞和Ab对更多的Env表位发生反应，特别是新增了对处于免疫隐性的nAb表位的反应。这表明缓释免疫调节了免疫优势或改变了免疫优势等级。

由于OPs免疫需要进行微小的手术，而递增剂量 (ED) 免疫能够更简便地实施，从技术上可以立即替代传统的大剂量免疫方式。因此，作者也检测了这种缓释免疫方式诱导的免疫反应。结果表明，与OP缓释免疫一样，ED免疫方式也能生成更大的GC以及体液反应,表明调节BGC和TFH细胞反应是慢呈递免疫策略的一般属性。

综上所述，这项研究以非人灵长类（NHPs）为研究对象，使用两种独立的缓释方法，证明了缓释免疫可增强非人灵长类中自体tier2 nAb的发育。其机制是通过影响以下几个方面：（1）诱导更多的Env特异GC-TFH细胞；（2）诱导更多的Env特异BGC细胞；（3）调节非中和表位的免疫优势促进中和抗体的发育。最终提出了以缓释策略替代传统免疫治疗的可能性。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.04.012

制版人：珂

参考文献

1. Plotkin, S.A. (2010). Correlates of protection induced by vaccination. Clin. Vaccine Immunol. 17, 1055–1065.

2. Burton, D.R., and Hangartner, L. (2016). Broadly Neutralizing Antibodies to HIV and Their Role in Vaccine Design. Annu. Rev. Immunol. 34, 635–659.

3. Nishimura, Y., and Martin, M.A. (2017). Of Mice, Macaques, and Men: Broadly Neutralizing Antibody Immunotherapy for HIV-1. Cell Host Microbe 22, 207–216.

4. Martinez-Navio, et al. (2019) Adeno-Associated Virus Delivery of Anti-HIV Monoclonal Antibodies Can Drive Long-Term Virologic Suppression. Immunity 50：567-575

5. Victora, G.D., and Wilson, P.C. (2015). Germinal center selection and the antibody response to influenza. Cell 163, 545–548.

6. Cirelli, K.M., and Crotty, S. (2017). Germinal center enhancement by extended antigen availability. Curr. Opin. Immunol. 47, 64–69.

7. Hu, J.K., Crampton, J.C., Cupo, A., Ketas, T., van Gils, M.J., Sliepen, K., de Taeye, S.W., Sok, D., Ozorowski, G., Deresa, I., et al. (2015). Murine Antibody Responses to Cleaved Soluble HIV-1 Envelope Trimers Are Highly Restricted in Specificity. J. Virol. 89, 10383–10398.

8. Tam, H.H., Melo, M.B., Kang, M., Pelet, J.M., Ruda, V.M., Foley, M.H., Hu, J.K., Kumari, S., Crampton, J., Baldeon, A.D., et al. (2016). Sustained antigen availability during germinal center initiation enhances antibody responses to vaccination. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 113, E6639–E6648.