艾滋病（Acquired Immune Deficiency Syndrome, AIDS），即獲得性免疫缺陷綜合癥，是由艾滋病病毒（Human Immunodeficiency Virus, HIV）引起的一種傳染病，其特征是HIV特異性攻擊輔助性T淋巴細胞，造成免疫系統功能進行性破壞，導致各種機會性感染和相關腫瘤的發生。艾滋病已成為威脅全人類的重大傳染病，從1981年美國報道第一例艾滋病至今的27年間，艾滋病病毒在全世界迅速蔓延。聯合國艾滋病規劃署（UNAIDS）2007年12月的最新流行報告顯示[1]，目前全球現存HIV/AIDS患者3320萬人，僅2007年一年間，就有250萬人新被感染，210萬人死于艾滋病。AIDS的泛濫不僅嚴重地影響了人類的健康,還給家庭、社會和國家經濟帶來沉重的負擔,嚴重威脅著全球經濟的發展。據聯合國的統計,用于AIDS防治的巨大消耗已使20個國家的社會和經濟發展開始出現倒退。所有這些事實使得盡快地控制HIV的傳播成為當務之急并已達成全球的共識。宣傳教育和使用預防工具等干預措施已經證明能明顯降低HIV的傳播速度,但是這些措施并未把危險完全排除;新藥物的出現也對控制病毒血癥和延緩AIDS進程有很好的效果,但是昂貴的價格、服藥過程的復雜、藥物的毒副作用以及病毒耐藥株的出現都使藥物的長期使用出現新的問題。因此,一種安全、經濟、有效的疫苗仍然是控制艾滋病流行的長遠之計[2]。文章將從近年來艾滋病疫苗的研究狀況、寇待解決的問題以及發展方向等方面詳細闡述。

1 艾滋病疫苗的研究狀況

    縱觀20多年的艾滋病疫苗的研究征程，不可否認在艾滋病研究的研究領域取得了很多的成果，但是至今還沒有研制出符合人們意愿有效控制艾滋病的疫苗。從艾滋病疫苗研究來看，目前疫苗研究主要在以下幾個方面：傳統的滅活和減毒活疫苗、重組亞單位蛋白疫苗、重組活載體疫苗、DNA疫苗、病毒樣顆粒疫苗和聯合疫苗。

1.1 滅活和減毒活疫苗

    滅活疫苗是基于傳統的疫苗技術,曾成功地應用于脊髓灰質炎、流感和傷寒等疫苗的研究,這些獲準的人類滅活疫苗安全、無感染性、無毒也不致癌。根據HIV滅活疫苗的構想,將整個病毒顆粒出現在免疫系統中,病毒不感染和復制,但由于HIV基因組有整合入細胞DNA的可能,它大大地限制了這類疫苗的應用,一般只是考慮用于已感染HIV的病人。

    減毒活疫苗是由減毒的活病毒組成,它不致病,但能感染細胞且在體內復制。這種減毒的活病毒結構與野毒株病毒最接近,接種途徑也與自然感染途徑相同,能夠通過多次復制而自我表達,以誘導強有力的、持續的抗體和細胞免疫反應,因而在刺激機體免疫力方面大大優于其它種類的疫苗。雖然減毒活疫苗設計思路已成功地用于脊髓灰質炎、麻疹等疾病的預防,但目前有關HIV病毒載量和減毒的生物學和遺傳學知識有限,出于安全性考慮,HIV減毒活疫苗目前只是作為實驗室研究的工具,應用于人類臨床仍持保守態度[3]。

1.2 重組亞單位蛋白疫苗

    此類疫苗是利用HIV的單一蛋白制成疫苗的設計思路,其中研究得最多的是HIV膜糖蛋白。重組亞單位疫苗的設計一直是針對能誘導廣譜和強大的免疫反應,在臨床試驗中也確實有效。早在1987年,美國首次進入臨床實驗的疫苗選用的就是HIV膜蛋白gp160[4]。病毒膜糖蛋白gp120作為疫苗則主要是針對蛋白中gp41部分。因為膜糖蛋白gp120結合到白細胞的CD4受體上是HIV感染的第一步,所以,從理論上說,注射gp120進行免疫可以刺激中和抗體的產生,阻礙病毒結合CD4細胞,從而達到預防感染的目的[5]。通過檢測黑猩猩體內血清的中和抗體試驗也表明有一些保護作用。然而,使早期疫苗研究者始料不及的是,HIV具有復雜的途徑與細胞表面的病毒受體結合而逃避結合在病毒膜分子特定區域的抗體。亞單位疫苗應用于人體后好象既不能引發相應的CTL反應又不能產生抗體中和病人體內分離出的HIV毒株。在美國(AIDSVAX B/B)和泰國(AIDSVAX B/E)進行的Ⅲ期臨床試驗結果也顯示單獨利用gp120疫苗不能保護人體免受感染[6]。但作為HIV/AIDS疫苗的第一次大規模人體試驗,它給以后的疫苗設計和臨床試驗提供了寶貴的經驗[7]。

1.3 重組活載體疫苗

    近年來,活載體疫苗的研究受到了越來越多的重視。此類疫苗是將以往作為人類疫苗應用過多年的減毒病原體,如牛痘苗、卡介苗、脊髓灰質炎疫苗以及腺病毒、禽痘病毒等進行改造后作為載體,將HIV的重要抗原基因插入其內并導入人體進行表達。在載體復制期間HIV抗原決定簇的表達能誘導特定的HIV免疫反應。活載體疫苗由于可在體內以天然方式合成和加工抗原并呈遞給免疫系統,從而誘導比較廣泛的細胞免疫和體液免疫反應,具有良好的免疫原性,因而廣受國內外研究者的重視。目前,有關活載體疫苗的研究工作主要針對被免疫的人體中不致病的減毒株疫苗。如經修飾的Ankara牛痘MVA、金絲雀痘病毒和我國的痘苗病毒天壇株組培體系等,這些載體作疫苗增加了安全性而不減弱其免疫活性[8]。另外,為進一步增加疫苗的安全性而設計的復制缺陷型痘苗病毒載體疫苗也正在研究之中。

1.4 DNA疫苗

    又稱核酸疫苗,即將HIV基因結構的一部分連接在細菌的正常質粒DNA上,通過合適的免疫途徑使細胞產生HIV蛋白,然后讓免疫系統去識別和攻擊AIDS病毒。它得益于成熟的基因工程技術以及多樣的載體系統和轉移技術,發展十分迅速。1995年,FDA就批準治療性HIV DNA疫苗作為世界首例DNA疫苗進入人體Ⅰ、Ⅱ期臨床試驗,隨后又批準在健康人體中進行預防性HIV DNA疫苗的Ⅰ期臨床試驗。與傳統疫苗相比, DNA疫苗具有易于制備、可塑性大(含單一基因或多個基因成份)、生產工藝簡單、成本低廉等優點。但其最大的優點在于疫苗抗原可能在靶細胞內以天然的方式合成、加工并呈遞給免疫系統,從而有利于中和抗體的產生。同時,質粒載體還包括了免疫刺激核苷酸序列非甲基化胞苷酸鳥苷(cytidine phosphateguanosine),可在動物體中誘導強的細胞免疫反應。在動物試驗中,含HIV env及gag-pol基因的DNA疫苗可激發對相應HIV基因產物特異性的CTL及抗體反應,顯示了DNA疫苗的巨大潛力。

1.5病毒樣顆粒疫苗

    此類疫苗是利用不完整的部分HIV DNA感染細胞后產生的病毒蛋白自身可以組裝成顆粒樣結構的特性而設計的一種疫苗免疫方法。由于它在動物身上證明具有很強的免疫原性及很好的安全性,也無任何傳染性,作為HIV的侯選疫苗倍受學者們的重視。中國疾病預防控制中心肖瑤等[9]選取HIV-1B、C和E亞型代表株分別進行了基因克隆和表達,獲得了基于GAG和GAG-V3基因的病毒樣顆粒。在對VLP進行初步的提純后,利用小鼠為模型進行了動物免疫實驗,結果發現VLP可以誘導很強的體液免疫,而且通過細胞因子等指標的檢測發現VLP可以誘導產生一定程度的細胞免疫。同時表達膜糖蛋白gp120分子的VLP也能誘導中和抗體和CTL的產生。

1.6聯合疫苗

    HIV感染能夠刺激宿主細胞抗體的產生和細胞免疫反應,因而最有效的HIV疫苗應該是那些既能產生廣泛交叉反應的中和抗體從而刺激體液免疫反應又能產生高水平的T細胞從而刺激細胞免疫反應的疫苗。針對以上疫苗設計思路有些著重于產生中和抗體,有些則著重于細胞免疫,越來越多的學者認識到多種不同疫苗混合應用有可能達到任何單一形式的疫苗難以達到的理想效果。所以,現在許多免疫策略都結合兩種或多種不同的疫苗以誘導更廣泛、更強烈的免疫反應,如DNA初免-活病毒載體加強的疫苗和活病毒載體初免-加強的疫苗等。

   中國艾滋病聯合疫苗一期臨床研究已取得了一些新的進展。劉雁征等通過構建含HIV-1 B亞型的中國株gagV3基因DNA疫苗以及重組腺病毒伴隨病毒(rAAV)疫苗，研究了DNA疫苗和rAAV聯合免疫的效果。證實聯合免疫可以提高免疫小鼠針對HIV-1的特異性CTL反應[10]。目前艾滋病聯合疫苗的人體實驗已經開始，6名志愿者在廣西疾控中心分別接種了艾滋病病毒片段DNA疫苗或安慰劑。3個月后，6人還將再接種一次安卡拉牛痘（MAV）病毒疫苗，首次以身體驗證我國第一支進入臨床試驗的艾滋病復合型疫苗的安全性。

2 寇待解決的問題

   HIV表現出與其他慢病毒不同的特性使HIV/AIDS疫苗的研究困難重重：首先,HIV存在廣泛變異。HIV的兩種亞種:HIV-1、HIV-2在基因序列上存在25%以上的差異,每個亞種又可以根據基因序列的差異分為至少十個不同的亞型。雖然到目前為止,還缺乏科學證據表明HIV的遺傳多樣性與HIV特異性免疫反應之間有關聯,但是在進行疫苗設計時,這仍是一個不可忽視的因素;其次,HIV/AIDS疫苗相關的免疫機制目前尚未明了。目前所知,HIV-1特異性免疫反應與感染者長期存活都與低病毒載量有關[11]。它不僅能削弱免疫應答,具有逃避免疫應答的特性,還能整合入宿主的細胞基因組并在機體的中央神經系統或骨髓細胞中長期存在,使得機體徹底清除病毒變得十分困難;再有,現在尚無確定的HIV感染動物模型用于預測HIV疫苗對人體的安全有效性。非人類的靈長類動物作為慢病毒感染和病毒疫苗開發的動物模型對于HIV免疫機制提供了很大的幫助。但問題是我們不清楚是否通過動物實驗結果就能夠預測疫苗在人類中的保護作用,真正說明問題還是要通過人類臨床實驗;另外,由于沒有一個人能自然消除HIV病毒或者從AIDS痊愈,使得保護人體免受HIV攻擊的有關免疫參數的鑒定和研究變得更加困難;最后,讓人們充滿期待的HIV預防性疫苗AIDSVAX B/B,在1998年開始進行全球首次第三期臨床檢測,到今年3月份結果卻顯示不能保護人體免受感染[12]!所有這些科學和技術上的不確定性決定了HIV/AIDS疫苗研制的復雜和困難。到目前為止,真正安全有效的疫苗還未成功,攻克這個全球難題一直是科學工作者夢寐以求的目標。

3 發展方向

    AIDS疫苗設計的兩個主要目標是控制HIV進入和復制。抗體的作用是阻止病毒的進入和中和病毒、預防感染;而控制病毒的復制主要依賴于T細胞,特別是CD8+T細胞,HIV感染的疾病進程可能就與T細胞的內環境的穩定和再生有關。積累的證據表明,理想的艾滋病疫苗應能誘導出廣譜的中和抗體和CTL應答,從而能夠清除侵入機體的病毒及被病毒感染的細胞。

    從現有資料來看,進入臨床的疫苗試驗結果并不理想,但從中人們仍得到了許多信息,這對未來疫苗的研究有著不可估量的價值。回顧已往疫苗發展的障礙,新疫苗設計思路應包括:(1)尋找能誘導廣泛中和抗體的疫苗研究策略。目前,所有的候選疫苗都未能實現這個目標,潛在的解決辦法是把埋藏在膜蛋白內部的中和肽段暴露出來;(2)為避免病毒逃避免疫反應而出現的病毒變異問題,應加強以細胞免疫為基礎的疫苗設計策略;(3)開發和試驗容納來自兩種或更多種HIV亞型抗原的多型疫苗;(4)加強國際范圍內進行候選疫苗臨床試驗評價以及有關合適株系的疫苗有效性評價的有關基礎設施建設;(5)充分了解體液免疫的功能并研究如何充分地誘導體液免疫;(6)進一步了解HIV分型與疫苗發展之間的相關性,多開展候選疫苗的臨床試驗。同時,進行疫苗研究必須弄清楚包括病毒精細結構、免疫原性、免疫反應不同組成部分的保護作用、病毒逃避免疫監督的機制等一系列的問題,并優化一些具有潛力的呈遞HIV抗原的有效方法,再通過非人類靈長類動物模型闡明免疫保護機制,篩選包含一些最有希望的代表抗原的疫苗用于人類的臨床試驗。

    1983年,美國巴斯德研究所首次分離并報道引起AIDS(acquired immunodeficiency syndrome)的病原體HIV(human immunodeficiency virus)[19],隨后并有人預言對付這種致命性疾病的疫苗將在兩年之內獲得成功。然而,隨著時間一年一年的過去,雖然人們在基礎和臨床上都史無前例地投入了大量精力和財力以開發HIV/AIDS疫苗,但由于HIV病毒獨特、復雜的生物學和遺傳學特性以及缺乏慢病毒疫苗的成功經驗,人們還沒有能研制出能夠阻止感染HIV的成功疫苗。目前,使用不同策略的AIDS疫苗正處于研制階段,各種新穎設計的HIV/AIDS疫苗也正在研究之中,并加快了一些候選疫苗進入臨床的步伐。人類探尋有效的HIV/AIDS疫苗的努力仍將繼續,HIV/AIDS疫苗的研究任重而道遠。

 

主要參考文獻

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