艾滋病（Acquired Immune Deficiency Syndrome, AIDS），即获得性免疫缺陷综合症，是由艾滋病病毒（Human Immunodeficiency Virus, HIV）引起的一种传染病，其特征是HIV特异性攻击辅助性T淋巴细胞，造成免疫系统功能进行性破坏，导致各种机会性感染和相关肿瘤的发生。艾滋病已成为威胁全人类的重大传染病，从1981年美国报道第一例艾滋病至今的27年间，艾滋病病毒在全世界迅速蔓延。联合国艾滋病规划署（UNAIDS）2007年12月的最新流行报告显示[1]，目前全球现存HIV/AIDS患者3320万人，仅2007年一年间，就有250万人新被感染，210万人死于艾滋病。AIDS的泛滥不仅严重地影响了人类的健康,还给家庭、社会和国家经济带来沉重的负担,严重威胁着全球经济的发展。据联合国的统计,用于AIDS防治的巨大消耗已使20个国家的社会和经济发展开始出现倒退。所有这些事实使得尽快地控制HIV的传播成为当务之急并已达成全球的共识。宣传教育和使用预防工具等干预措施已经证明能明显降低HIV的传播速度,但是这些措施并未把危险完全排除;新药物的出现也对控制病毒血症和延缓AIDS进程有很好的效果,但是昂贵的价格、服药过程的复杂、药物的毒副作用以及病毒耐药株的出现都使药物的长期使用出现新的问题。因此,一种安全、经济、有效的疫苗仍然是控制艾滋病流行的长远之计[2]。文章将从近年来艾滋病疫苗的研究状况、寇待解决的问题以及发展方向等方面详细阐述。

1 艾滋病疫苗的研究状况

    纵观20多年的艾滋病疫苗的研究征程，不可否认在艾滋病研究的研究领域取得了很多的成果，但是至今还没有研制出符合人们意愿有效控制艾滋病的疫苗。从艾滋病疫苗研究来看，目前疫苗研究主要在以下几个方面：传统的灭活和减毒活疫苗、重组亚单位蛋白疫苗、重组活载体疫苗、DNA疫苗、病毒样颗粒疫苗和联合疫苗。

1.1 灭活和减毒活疫苗

    灭活疫苗是基于传统的疫苗技术,曾成功地应用于脊髓灰质炎、流感和伤寒等疫苗的研究,这些获准的人类灭活疫苗安全、无感染性、无毒也不致癌。根据HIV灭活疫苗的构想,将整个病毒颗粒出现在免疫系统中,病毒不感染和复制,但由于HIV基因组有整合入细胞DNA的可能,它大大地限制了这类疫苗的应用,一般只是考虑用于已感染HIV的病人。

    减毒活疫苗是由减毒的活病毒组成,它不致病,但能感染细胞且在体内复制。这种减毒的活病毒结构与野毒株病毒最接近,接种途径也与自然感染途径相同,能够通过多次复制而自我表达,以诱导强有力的、持续的抗体和细胞免疫反应,因而在刺激机体免疫力方面大大优于其它种类的疫苗。虽然减毒活疫苗设计思路已成功地用于脊髓灰质炎、麻疹等疾病的预防,但目前有关HIV病毒载量和减毒的生物学和遗传学知识有限,出于安全性考虑,HIV减毒活疫苗目前只是作为实验室研究的工具,应用于人类临床仍持保守态度[3]。

1.2 重组亚单位蛋白疫苗

    此类疫苗是利用HIV的单一蛋白制成疫苗的设计思路,其中研究得最多的是HIV膜糖蛋白。重组亚单位疫苗的设计一直是针对能诱导广谱和强大的免疫反应,在临床试验中也确实有效。早在1987年,美国首次进入临床实验的疫苗选用的就是HIV膜蛋白gp160[4]。病毒膜糖蛋白gp120作为疫苗则主要是针对蛋白中gp41部分。因为膜糖蛋白gp120结合到白细胞的CD4受体上是HIV感染的第一步,所以,从理论上说,注射gp120进行免疫可以刺激中和抗体的产生,阻碍病毒结合CD4细胞,从而达到预防感染的目的[5]。通过检测黑猩猩体内血清的中和抗体试验也表明有一些保护作用。然而,使早期疫苗研究者始料不及的是,HIV具有复杂的途径与细胞表面的病毒受体结合而逃避结合在病毒膜分子特定区域的抗体。亚单位疫苗应用于人体后好象既不能引发相应的CTL反应又不能产生抗体中和病人体内分离出的HIV毒株。在美国(AIDSVAX B/B)和泰国(AIDSVAX B/E)进行的Ⅲ期临床试验结果也显示单独利用gp120疫苗不能保护人体免受感染[6]。但作为HIV/AIDS疫苗的第一次大规模人体试验,它给以后的疫苗设计和临床试验提供了宝贵的经验[7]。

1.3 重组活载体疫苗

    近年来,活载体疫苗的研究受到了越来越多的重视。此类疫苗是将以往作为人类疫苗应用过多年的减毒病原体,如牛痘苗、卡介苗、脊髓灰质炎疫苗以及腺病毒、禽痘病毒等进行改造后作为载体,将HIV的重要抗原基因插入其内并导入人体进行表达。在载体复制期间HIV抗原决定簇的表达能诱导特定的HIV免疫反应。活载体疫苗由于可在体内以天然方式合成和加工抗原并呈递给免疫系统,从而诱导比较广泛的细胞免疫和体液免疫反应,具有良好的免疫原性,因而广受国内外研究者的重视。目前,有关活载体疫苗的研究工作主要针对被免疫的人体中不致病的减毒株疫苗。如经修饰的Ankara牛痘MVA、金丝雀痘病毒和我国的痘苗病毒天坛株组培体系等,这些载体作疫苗增加了安全性而不减弱其免疫活性[8]。另外,为进一步增加疫苗的安全性而设计的复制缺陷型痘苗病毒载体疫苗也正在研究之中。

1.4 DNA疫苗

    又称核酸疫苗,即将HIV基因结构的一部分连接在细菌的正常质粒DNA上,通过合适的免疫途径使细胞产生HIV蛋白,然后让免疫系统去识别和攻击AIDS病毒。它得益于成熟的基因工程技术以及多样的载体系统和转移技术,发展十分迅速。1995年,FDA就批准治疗性HIV DNA疫苗作为世界首例DNA疫苗进入人体Ⅰ、Ⅱ期临床试验,随后又批准在健康人体中进行预防性HIV DNA疫苗的Ⅰ期临床试验。与传统疫苗相比, DNA疫苗具有易于制备、可塑性大(含单一基因或多个基因成份)、生产工艺简单、成本低廉等优点。但其最大的优点在于疫苗抗原可能在靶细胞内以天然的方式合成、加工并呈递给免疫系统,从而有利于中和抗体的产生。同时,质粒载体还包括了免疫刺激核苷酸序列非甲基化胞苷酸鸟苷(cytidine phosphateguanosine),可在动物体中诱导强的细胞免疫反应。在动物试验中,含HIV env及gag-pol基因的DNA疫苗可激发对相应HIV基因产物特异性的CTL及抗体反应,显示了DNA疫苗的巨大潜力。

1.5病毒样颗粒疫苗

    此类疫苗是利用不完整的部分HIV DNA感染细胞后产生的病毒蛋白自身可以组装成颗粒样结构的特性而设计的一种疫苗免疫方法。由于它在动物身上证明具有很强的免疫原性及很好的安全性,也无任何传染性,作为HIV的侯选疫苗倍受学者们的重视。中国疾病预防控制中心肖瑶等[9]选取HIV-1B、C和E亚型代表株分别进行了基因克隆和表达,获得了基于GAG和GAG-V3基因的病毒样颗粒。在对VLP进行初步的提纯后,利用小鼠为模型进行了动物免疫实验,结果发现VLP可以诱导很强的体液免疫,而且通过细胞因子等指标的检测发现VLP可以诱导产生一定程度的细胞免疫。同时表达膜糖蛋白gp120分子的VLP也能诱导中和抗体和CTL的产生。

1.6联合疫苗

    HIV感染能够刺激宿主细胞抗体的产生和细胞免疫反应,因而最有效的HIV疫苗应该是那些既能产生广泛交叉反应的中和抗体从而刺激体液免疫反应又能产生高水平的T细胞从而刺激细胞免疫反应的疫苗。针对以上疫苗设计思路有些着重于产生中和抗体,有些则着重于细胞免疫,越来越多的学者认识到多种不同疫苗混合应用有可能达到任何单一形式的疫苗难以达到的理想效果。所以,现在许多免疫策略都结合两种或多种不同的疫苗以诱导更广泛、更强烈的免疫反应,如DNA初免-活病毒载体加强的疫苗和活病毒载体初免-加强的疫苗等。

   中国艾滋病联合疫苗一期临床研究已取得了一些新的进展。刘雁征等通过构建含HIV-1 B亚型的中国株gagV3基因DNA疫苗以及重组腺病毒伴随病毒(rAAV)疫苗，研究了DNA疫苗和rAAV联合免疫的效果。证实联合免疫可以提高免疫小鼠针对HIV-1的特异性CTL反应[10]。目前艾滋病联合疫苗的人体实验已经开始，6名志愿者在广西疾控中心分别接种了艾滋病病毒片段DNA疫苗或安慰剂。3个月后，6人还将再接种一次安卡拉牛痘（MAV）病毒疫苗，首次以身体验证我国第一支进入临床试验的艾滋病复合型疫苗的安全性。

2 寇待解决的问题

   HIV表现出与其他慢病毒不同的特性使HIV/AIDS疫苗的研究困难重重：首先,HIV存在广泛变异。HIV的两种亚种:HIV-1、HIV-2在基因序列上存在25%以上的差异,每个亚种又可以根据基因序列的差异分为至少十个不同的亚型。虽然到目前为止,还缺乏科学证据表明HIV的遗传多样性与HIV特异性免疫反应之间有关联,但是在进行疫苗设计时,这仍是一个不可忽视的因素;其次,HIV/AIDS疫苗相关的免疫机制目前尚未明了。目前所知,HIV-1特异性免疫反应与感染者长期存活都与低病毒载量有关[11]。它不仅能削弱免疫应答,具有逃避免疫应答的特性,还能整合入宿主的细胞基因组并在机体的中央神经系统或骨髓细胞中长期存在,使得机体彻底清除病毒变得十分困难;再有,现在尚无确定的HIV感染动物模型用于预测HIV疫苗对人体的安全有效性。非人类的灵长类动物作为慢病毒感染和病毒疫苗开发的动物模型对于HIV免疫机制提供了很大的帮助。但问题是我们不清楚是否通过动物实验结果就能够预测疫苗在人类中的保护作用,真正说明问题还是要通过人类临床实验;另外,由于没有一个人能自然消除HIV病毒或者从AIDS痊愈,使得保护人体免受HIV攻击的有关免疫参数的鉴定和研究变得更加困难;最后,让人们充满期待的HIV预防性疫苗AIDSVAX B/B,在1998年开始进行全球首次第三期临床检测,到今年3月份结果却显示不能保护人体免受感染[12]!所有这些科学和技术上的不确定性决定了HIV/AIDS疫苗研制的复杂和困难。到目前为止,真正安全有效的疫苗还未成功,攻克这个全球难题一直是科学工作者梦寐以求的目标。

3 发展方向

    AIDS疫苗设计的两个主要目标是控制HIV进入和复制。抗体的作用是阻止病毒的进入和中和病毒、预防感染;而控制病毒的复制主要依赖于T细胞,特别是CD8+T细胞,HIV感染的疾病进程可能就与T细胞的内环境的稳定和再生有关。积累的证据表明,理想的艾滋病疫苗应能诱导出广谱的中和抗体和CTL应答,从而能够清除侵入机体的病毒及被病毒感染的细胞。

    从现有资料来看,进入临床的疫苗试验结果并不理想,但从中人们仍得到了许多信息,这对未来疫苗的研究有着不可估量的价值。回顾已往疫苗发展的障碍,新疫苗设计思路应包括:(1)寻找能诱导广泛中和抗体的疫苗研究策略。目前,所有的候选疫苗都未能实现这个目标,潜在的解决办法是把埋藏在膜蛋白内部的中和肽段暴露出来;(2)为避免病毒逃避免疫反应而出现的病毒变异问题,应加强以细胞免疫为基础的疫苗设计策略;(3)开发和试验容纳来自两种或更多种HIV亚型抗原的多型疫苗;(4)加强国际范围内进行候选疫苗临床试验评价以及有关合适株系的疫苗有效性评价的有关基础设施建设;(5)充分了解体液免疫的功能并研究如何充分地诱导体液免疫;(6)进一步了解HIV分型与疫苗发展之间的相关性,多开展候选疫苗的临床试验。同时,进行疫苗研究必须弄清楚包括病毒精细结构、免疫原性、免疫反应不同组成部分的保护作用、病毒逃避免疫监督的机制等一系列的问题,并优化一些具有潜力的呈递HIV抗原的有效方法,再通过非人类灵长类动物模型阐明免疫保护机制,筛选包含一些最有希望的代表抗原的疫苗用于人类的临床试验。

    1983年,美国巴斯德研究所首次分离并报道引起AIDS(acquired immunodeficiency syndrome)的病原体HIV(human immunodeficiency virus)[19],随后并有人预言对付这种致命性疾病的疫苗将在两年之内获得成功。然而,随着时间一年一年的过去,虽然人们在基础和临床上都史无前例地投入了大量精力和财力以开发HIV/AIDS疫苗,但由于HIV病毒独特、复杂的生物学和遗传学特性以及缺乏慢病毒疫苗的成功经验,人们还没有能研制出能够阻止感染HIV的成功疫苗。目前,使用不同策略的AIDS疫苗正处于研制阶段,各种新颖设计的HIV/AIDS疫苗也正在研究之中,并加快了一些候选疫苗进入临床的步伐。人类探寻有效的HIV/AIDS疫苗的努力仍将继续,HIV/AIDS疫苗的研究任重而道远。

主要参考文献

[ 1 ] AIDS epidemic Update 2007. http://www.unaids.org/wad2007/report.html.

[ 2 ] Little K,Surjadi M.A scientific overview of the development of AIDS vaccines.J Assoc Nurses AIDS Care,2000,11:19~28

[ 3 ] Jon Cohen.AIDS vaccine show promise after years of frustration.

Science,2001,291:1686~1688

[ 4] Kendall A Smith.The HIV vaccine saga.Medical Immunology,2003,2(1):1~7

[5] Rama R A,Harriet L R.A new generation of HIV vaccines.Trend in Molecular Medicine,2002,8(10):489~495

[6] Dennis R B,Ronald C D,Robert W D,et al.Enhanced:A sound rationale needed for phaseⅢHIV-1 vaccine trials.Science,2004,303(5656):316

[7] Spearman P.HIV vaccine development:lessons from the past and promise for the future.Curr HIV Res,2003,1(1):101~120

[8] Bruyn G,Rossini AJ,Chiu YL,et al.Safety profile of recombinant canarypoxHIV vaccines.Vaccine,2004,22(5~6):704~713

[9]肖瑶,范秀娟.中国HIV-1 B亚型P55和嵌合的P55-V3病毒样颗粒候选疫苗免疫效果的研究.病毒学报,2000,16(4):313~316

[10]刘雁征,周玲,王琦,等.HIV DNA疫苗与重组腺病毒伴随病毒联合免疫效果的研究[J].中华实验和临床病毒学杂志,2004,18(3):251-254.

[ 11] Douek D C,Picker L J, Koup R A,et al.T cell dynamic in HIV-1 infection.Ann Rev of Immunol,2003,21:265~304

[ 12] James J S.First AIDS vaccine tested did not protect,but gives scientific leads.AIDS Treat News,2003,389:6

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