科学家开发出一种源自羊驼的新型双特异性抗体，能有效中和95%的HIV-1毒株

文章引用的论文原名为《针对HIV-1的超高效广谱中和人-羊驼双特异性抗体》，由徐健良（音译）等人攥写。文章于2024年5月5日发表在《Advanced Science》上。

研究人员利用羊驼的纳米抗体和人类抗体相结合，开发出了一种新型双特异性抗体，可以有效中和超过95%的 HIV-1 毒株。这种方法显示出比以往更强的中和效果，并有望用于 HIV-1 的预防和治疗。

尽管该研究结果令人振奋，但仍需要解决免疫时间长、生产可扩展性和在人体中的验证等问题。总体而言，这项研究在开发广泛有效的 HIV-1 治疗方法上迈出了重要一步。

研究人员借助羊驼开发出了一种对抗 HIV 1 型病毒的新策略。羊驼能够产生一种叫做纳米抗体的病毒靶向实体，而人类无法生成这种抗体。当这种纳米抗体与特定的人类抗体结合时，可以显著降低病毒逃避中和的可能性。

乔治亚州立大学生物学助理教授、研究负责人之一 徐健良（音译） 表示：“ HIV-1 是一种非常棘手的病毒，我们的计划是通过长时间反复免疫动物，以获取中和纳米抗体。”

自1981年美国首次报告 HIV 病例以来，研发疫苗一直困难重重，这主要归因于病毒快速变异带来的治疗耐药性等因素。

对多种 HIV-1 毒株有效的抗体，即广泛中和抗体，是一种前景可期的治疗选择，但仍需增强和优化设计，以确保其在病毒变异情况下的效力。

人类抗体由重链和轻链氨基酸链组成，不容易穿过病毒的天然防御机制，抵达病毒表面的目标结合位点，因此需要数年时间才能发展出来。

纳米抗体，即抗体的小片段，可能解决这一难题。

羊驼可能成为HIV 治疗的关键

徐健良（音译） 解释道，包括骆驼和羊驼在内的骆驼科动物会产生一种特定类型的抗体，称为单重链抗体，这是纳米抗体的主要来源。

“纳米抗体比传统抗体小大约十倍，” 他说。“它们具有细长的形状，擅长结合 HIV-1 抗原上较小的、通常部分被遮蔽的位点，这些位点可能对传统人类抗体来说是难以接近的。”

纳米抗体通过结合病毒用于进入健康宿主细胞的包膜蛋白尖峰来中和 HIV-1 抗原，从而阻断感染。为了获得纳米抗体，科学家们首先需要在骆驼科动物中诱导单重链抗体的产生。为此，徐和他的同事们向一只羊驼注射了 HIV-1 抗原——即病毒中被免疫系统识别为入侵者的部分，促使其做出反应。

他们使用的 HIV-1 抗原被固定在一个“闭合”状态，目标位点充分暴露，使免疫系统更容易检测到病毒。作为回应，这只羊驼在271天内接受了13次免疫注射，产生了生成单重链抗体的血细胞，从中分离出纳米抗体基因。

这些基因使研究人员能够在受控环境中使用噬菌体展示技术大量生产纳米抗体。这项技术将纳米抗体基因插入感染细菌的噬菌体中，这些噬菌体在其表面展示纳米抗体，使其能够结合 HIV-1 抗原。

徐 说道：“我们使用不同的 HIV-1 蛋白抗原来选择那些在表面展示抗原结合纳米抗体的噬菌体。”

从羊驼血液中分离出的众多纳米抗体候选者中，研究人员找出了那些对多种 HIV 毒株最有效并具有最强中和病毒能力的纳米抗体。

两个抗体比一个更有效

尽管最好的纳米抗体单独使用显示出有希望的结果，研究人员仍然追求更好的中和效果。哥伦比亚大学生物化学与分子生物物理学教授、研究合作者 彼得·关 （Peter Kwong）表示， HIV-1 中和的目标是在最低浓度下实现 100% 的中和。

“在治疗方面，理想情况下要抑制尽可能多的，甚至是所有病毒株，从而在艾滋病患者中实现接近完全的病毒抑制，” 他评论道。

徐 解释说，尽管单个广泛中和抗体或纳米抗体可能中和大多数甚至所有 HIV-1 毒株，但由于病毒基因组的不稳定性，新突变体仍会不断产生。仅仅偶然，一些突变体会发生细微变化，使它们能够逃避抗体或纳米抗体的结合。

“使用单一抗体靶向单个位点的治疗通常会导致抗体耐药病毒突变体的积累，” 他说。

基于之前的研究，徐、 关 和他们的团队设计了一种人-羊驼“嵌合体”或双特异性抗体，可以同时结合病毒的两个脆弱位点，从而使病毒更难以逃避中和。

这种双重攻击策略之所以可行，是因为羊驼纳米抗体和人类抗体具有不同的形状和结合偏好，它们被连接在一起。纳米抗体结合到一个特定的位点，称为 CD4 结合位点，而人类抗体则靶向另一个位点，称为 V2 顶点。

仅需极小浓度的人-羊驼抗体就能中和 HIV-1，而且它能同时中和超过 95% 的 208 种 HIV-1 毒株，使其效力比研究人员之前设计的人-羊驼抗体强十倍。

HIV-1 预防和治疗的可行性

尽管这些结果令人鼓舞，但还需要考虑更多实际问题，包括抗体的半衰期，即注射入人体后其浓度减少一半所需的时间。

“半衰期非常重要，因为 [预防性] 治疗会受益于一种每年只需注射一次的抗体，” 关 强调，这将使基于这种技术的治疗更易于推广。

“关键是，我们观察到 [人类抗体]-纳米抗体的半衰期显著高于单独的纳米抗体，” 他补充道。这是因为静脉注射的纳米抗体由于其体积小，通常在一个小时内被肾脏过滤清除出血清。与人类抗体连接增加了体积，减缓了清除速度。研究人员目前正在测试其论文中报告的一种双特异性抗体变体的半衰期。

研究人员还仅免疫了一只羊驼。目前尚不清楚免疫更多的羊驼是否会导致更广泛的 HIV-1 中和，或者其他动物是否能够产生更强效的纳米抗体。

“另一个限制是我们分离出的所有强中和纳米抗体都靶向 CD4 结合位点，” 徐 指出。“如果我们能够获得识别 HIV-1 包膜蛋白上其他位点的广泛且强效的中和剂，那将是理想的。这样我们可以构建具有更多组合的双特异性或多特异性抗体。”

此外，研究中使用的 HIV-1 抗原主要引起对抗原非中和位点，特别是其基部的免疫反应。

“如果我们使用基因覆盖基部区域的免疫原，可能可以避免这一问题，” 关 说道。研究人员希望在未来的研究中解决这一问题。

Sharana Mahomed 是南非艾滋病研究项目中心（CAPRISA）和夸祖鲁-纳塔尔大学的临床微生物学家，她并未参与该研究。她表示，这些研究结果令人振奋。她的研究主要集中在使用广泛中和单克隆抗体对抗 HIV，目前正在撒哈拉以南非洲进行相关的临床试验。

“[徐 和 关 的] 策略为双特异性抗体的机制提供了广泛的结构和功能见解，实现了卓越的中和效力和广度，突显了其临床重要性，” Mahomed 评论道。“此外，这项研究详细阐述了这些抗体如何靶向病毒的结构和功能，提供了可以指导未来抗体设计的机制理解。”

“然而，长时间的免疫期带来了可扩展性挑战，羊驼来源的纳米抗体在人体中的种属特异性反应可能有所不同，需要进一步验证，” 她指出。

她表示，克服这些挑战不仅需要在人类中进行验证，还需要更快速的免疫技术、可扩展的制造工艺、成本效益高的生产以及实现公平分配的战略合作伙伴关系。

尽管仍有障碍存在，这种新开发的抗体代表了在数十年努力中取得的进展，旨在开发一种能够有效抑制所有毒株的 HIV-1 治疗方法。