尽管全球范围内对人类免疫缺陷病毒（Human Immunodeficiency Virus，HIV）的防治工作取得了显著进展，但至今尚无有效的HIV疫苗问世。目前，研究人员提出了一种疫苗设计方法。这一策略通过设计序列免疫原诱导关键性抗体突变，为HIV广泛中和抗体（broadly neutralizing antibodies, bnAbs）的高效产生提供了新思路。相关研究成果已发表在《Cell Host & Microbe》期刊上。

HIV感染具有遗传多样性和复杂的免疫逃逸机制，使得传统疫苗设计难以诱导有效的bnAb。尽管部分HIV感染者能够在多年后自然产生bnAbs，但这一过程极为罕见，且依赖抗体B细胞受体的多次突变。如何在疫苗接种中有效诱导这些罕见突变一直是HIV疫苗研发的核心挑战。

研究团队通过ARMADiLLO程序模拟体细胞超突变，确定了DH270克隆系中的关键低概率突变。他们设计了一种增强免疫原，通过将bnAb前体基因敲入小鼠中进行免疫，成功诱导产生了具有关键低概率突变的bnAbs。此外，研究发现，采用核苷修饰的mRNA编码HIV-1包膜三聚体作为免疫原，能更有效地筛选出与关键包膜糖苷直接相互作用所必需的罕见突变。

实验步骤

1.设计增强免疫原

设计能够选择性地激活和扩展且低概率突变的HIV-1 bnAb B细胞系的增强免疫原。

2.基因敲入小鼠模型

将bnAb前体基因敲入小鼠模型。

3.免疫接种

进行免疫接种以诱导bnAbs的产生。

4.识别关键低概率突变

利用ARMADiLLO程序估算抗体在无选择压力条件下发生突变的概率，并识别DH270克隆系中的关键低概率突变。

5.监测突变积累

通过监测免疫接种后小鼠体内抗体突变的积累情况，评估疫苗诱导的B细胞成熟过程中关键突变的产生与获取。

6.评估免疫原选择性

评估不同免疫原在选择关键糖苷接触低概率突变方面的能力。

7.中和能力测试

对免疫接种后产生的抗体进行中和能力测试，以确定它们对HIV-1的中和活性。

8.结构分析

使用冷冻电镜技术确定抗体片段与HIV-1 Env三聚体结合的结构，以揭示bnAbs的识别机制。

9.mRNA-LNP免疫原的制备与评估

制备核苷修饰的mRNA-LNP免疫原，并评估其在诱导关键低概率突变方面的效率。

10.数据分析

对获得的数据进行统计分析，以确定免疫接种方案的有效性，并比较不同免疫原的效果。

图1：突变导向的疫苗设计步骤^[1]

关键发现

1.少量关键突变实现广泛中和活性

研究发现，四个关键突变（G57R、R98T、S27Y和L48Y）是抗体中和活性的核心。这些突变能够显著提升抗体对HIV V3糖基表位的结合能力，并具备较强的广泛中和特性。

2.mRNA疫苗的优越性

与传统蛋白疫苗相比，mRNA疫苗在诱导关键突变（如S27Y和L48Y）上的效率显著提高。这为解决以往蛋白疫苗在选择性突变诱导上的局限性提供了新路径。

3.有效选择bnAbs

通过精准设计的初始和增强免疫原，实验首次在小鼠模型中实现了bnAbs的稳定诱导，且抗体中和谱接近于HIV感染者体内产生的天然bnAbs。

总结

尽管这项研究取得了重要进展，但实现bnAbs的高效诱导仍面临诸多挑战。但相信通过进一步的研究与改善，突变引导疫苗设计有望推动HIV疫苗研发迈向成功。

参考文献：

[1]Wiehe K ,Saunders O K ,Stalls V , et al.Mutation-guided vaccine design: A process for developing boosting immunogens for HIV broadly neutralizing antibody induction.[J].Cell host & microbe,2024,32(5):693-709.e7.