艾滋疫苗，路在何方？

供稿人简介

孙彩军

孙彩军，中山大学教授、博士生导师，研究新型疫苗与抗病毒药物，涵盖艾滋病、流感疫苗及根治药物开发。现任中山大学华南高等级生物安全实验室副主任，兼任多项疫苗及艾滋病领域学术职务。曾任中国科学院研究员、美国UCLA访问副教授。发表论文100余篇，获得授权发明专利10项，撰写《疫苗与免疫》、《疫苗与健康》等5本教材专著，担任PloS , Human &, , & 等8种期刊的编委（ board）。

引言

艾滋病毒已被发现40余年，但迄今为止既无根治性药物，也无预防性疫苗。疫苗接种被认为是控制和消灭传染病的最具经济效益比的科学技术，但艾滋病疫苗仍未面世，是全球公认的最具挑战科学难题之一。尚未发现可自愈的艾滋病患者，已开展的数百项艾滋病疫苗临床研究均铩羽而归……人们不由心存疑虑：艾滋病疫苗为何迟迟研发不成功？在已知的免疫学理论框架下可否研发出艾滋病疫苗？人类距离成功的艾滋病疫苗到底还有多远？本文将带您了解艾滋病疫苗的发展历程、研发难点和未来方向。

艾滋病仍是公共卫生的重大挑战

艾滋病是“获得性免疫缺陷综合征”的简称，来源于英文缩写AIDS（），是感染人类免疫缺陷病毒（Human Virus，HIV）后引起的一种慢性、进行性的致命性疾病。HIV可分为HIV-1和HIV-2。其中，HIV-1在全球流行，是导致艾滋病的主要病原体，而HIV-2只在西非和西欧局部流行(如无特指，下文中的HIV一般指HIV-1)。HIV主要通过性行为（同性、异性）、血液（不洁注射史、手术史、输血史等）和母婴传播途径感染人体。HIV-1基因组约10kb，仅编码9个基因。世界卫生组织(WHO)和联合国艾滋病规划署的最新数据表明（2024年7月）：目前全球约有3990万HIV感染存活者，此外约4000万人已死于AIDS。换句话说，HIV已至少感染八千多万人，且人数还在持续增长中（2023年有130万新发感染者）。我国的艾滋病流行情况也十分严峻，最新数据显示2023年底我国报告的HIV感染存活病例至少有129万人。令人担忧地是，我国的艾滋病疫情已从吸毒、卖血等高危人群转变为普通人群中的传播扩散，绝大多数新发感染者是经由同性或异性性行为感染的。

HIV进入人体血液后，主要攻击和破坏机体免疫系统，包括感染和杀死大量的CD4+T淋巴细胞、单核-巨噬细胞和树突状细胞等。此外，HIV感染还可导致CD8+T淋巴细胞功能耗竭，以及引起天然杀伤细胞（NK细胞）和B淋巴细胞的异常激活。HIV通过攻击免疫细胞，引起免疫功能紊乱和缺陷。由于晚期艾滋病患者的免疫防御和免疫监视功能丧失，极易发生机会性感染和恶性肿瘤，出现多脏器合并症，进而导致患者死亡。艾滋病常见的合并症包括：反复发作的疱疹病毒感染、肺孢子菌肺炎、马尔尼菲篮状菌病、细菌性肺炎、结核分枝杆菌感染、深部真菌感染、弓形虫脑病、败血症，以及皮肤黏膜或者内脏的卡波西肉瘤、淋巴瘤等。

HIV-1病毒颗粒电镜图和结构模式图

（图片来源网络）

上世纪末出现的神秘绝症

1981年6月，美国疾病预防控制中心在《发病率与死亡率周刊》（ and , MMWR）上登载了多位同性恋青年中罹患罕见卡波西氏肉瘤和肺孢子虫肺炎的病例，几乎所有类似症状的患者都快速死于机会性感染和全身器官衰竭。该病迅速蔓延到世界各地，从而引起了人们的广泛关注。1982年，该病被命名为获得性免疫缺陷综合症。1983年，法国巴斯德研究所的吕克·蒙塔尼（Luc ）和弗朗索瓦丝·巴尔-西诺西（ Barre-）从上述病人的淋巴和血液中分离到一种病毒，并命名为淋巴腺病相关病毒（ Virus，LAV) (这两位科学家因此荣获2008年诺贝尔生理学或医学奖)。随之，多位科学家也陆续分离到类似病毒，并以不同名称命名。例如，美国国立癌症研究所的盖勒称导致AIDS的病毒为人嗜T淋巴细胞病毒Ⅲ型（Human T-cell virus type 3，HTLV-3）；美国加州大学医学院的莱维（Jay A. Levy）博士称其分离到的病原体为艾滋病相关逆转录病毒（AIDS- ，ARV）。1986年，国际病毒分类委员会裁定，统一使用人类免疫缺陷病毒（HIV）来解决命名分歧。1987年，第一种抗逆转录病毒药物AZT（齐多夫定）被批准用于治疗HIV感染。此后，一系列抗HIV药物被成功研发，主要包括核苷类反转录酶抑制剂(NRTIs)、非核苷类反转录酶抑制剂()、蛋白酶抑制剂 (PIs)、整合酶抑制剂 ()、病毒进入抑制剂、融合酶抑制剂(FIs)、CCR5抑制剂等。20世纪90年代初，科学家们提出高效联合抗逆转录病毒治疗方法（ anti- , HAART），即俗称的“鸡尾酒疗法”。

目前，全球有超过3070万艾滋患者正在接受HAART疗法。该疗法可有效控制HIV感染，并把人体血液中的病毒抑制到检测不到的水平（请注意是用目前的技术手段检测不到，并不是真的没有病毒），从而显著提高患者寿命和生活质量。按照医嘱定期服药进行治疗，HIV感染者可达到接近正常人的预期寿命。但该疗法仅能控制HIV感染和复制，无法将病毒彻底消灭。该疗法仍面临诸多问题：无法根除潜伏感染的病毒；患者须终身服药，一旦停药，病毒就会快速反弹；部分患者会产生较强毒副作用；依从性低，尤其在不发达地区的可及性低；定期服药引起的社会歧视问题等。

高效联合抗逆转录病毒治疗方法

（图片来源网络）

仍无临床可用的HIV疫苗

疫苗是指为了预防、控制传染病的发生、流行，用于人体或动物预防接种的生物制品。它通常包含可以模拟致病微生物的某些组分，利用现代生物医学科学技术，如人工减毒、灭活或利用基因工程改造等研制而成。它可诱导宿主体内产生针对某一病原体的保护性免疫应答，从而避免宿主发病，同时中断此传染病在宿主群体中的传播。通过预防接种，在人群之间以及人与病原体之间建立一道免疫屏障，阻断疾病传播，维护人群公共健康，因此疫苗又被称为“人群大处方”。人类通过疫苗，消灭了天花，有效控制了小儿麻痹症、乙肝等多种传染病的流行。通过接种疫苗预防传染病是人类在20世纪取得的最伟大公共卫生成就之一，《疫苗学》主编普洛特金（ A. ）曾说过“疫苗接种在降低人类死亡率和促进人口增长方面的重大影响，抗生素也无法匹敌”。

在HIV发现早期，人们曾一度乐观地认为可按照研发其他病毒疫苗的经验在短时间内研制出HIV疫苗。例如，1984年时任美国公共卫生事业部部长玛格理特·海克勒（）宣称艾滋病疫苗试验两年后就可成功，接种该疫苗后艾滋病就会像天花病毒和脊髓灰质炎病毒那样很快在美国全境被消灭。1997年，美国时任总统比尔·克林顿（Bill ）也曾满怀信心启动了“艾滋病疫苗曼哈顿工程”，他认为该计划将媲美罗斯福总统的“原子弹曼哈顿工程”和肯尼迪总统的“载人登月曼哈顿工程”。克林顿当时说到，“三十六年前，肯尼迪总统制定了登陆月球的宏伟目标，我们已提前实现了该目标。三十六后的今天，这是一个崭新的生物学时代，让我们再次制定一个伟大科学目标——让我们在未来十年内全力攻克艾滋病疫苗。”但是，当年的“原子弹曼哈顿工程”在宣布6年后就顺利成功，“载人登月曼哈顿工程”也仅用8年就胜利完成任务，而“艾滋病疫苗曼哈顿工程”在宣布了二十多年后的今天，艾滋疫苗仍旧还是梦想，艾滋疫情仍在全球肆虐。

艾滋疫苗研发之所以如此困难，原因很多。1）HIV-1序列的高度变异性且重要抗原高度糖基化，导致传统疫苗研发路径无法奏效。2）HIV-1基因组可整合到宿主细胞基因组中，这给治疗和疫苗研发带来极大挑战。3）HIV-1只能感染人，不能感染其他物种和引起发病（少数种类的猩猩可被感染但并不发病），因此艾滋疫苗的研究过程中缺乏良好的动物感染模型。4）不同于其他已知的病原体，目前尚未发现可以自愈的HIV患者，即仅靠自身免疫系统不能清除HIV感染，因此难以从自然界中寻找免疫保护相关性线索，只有超越自然才有可能攻克“艾滋病大挑战”。5）固化的免疫学思维框架，例如HIV感染和攻击的主要靶标是体内发挥免疫保护作用的T淋巴细胞，而这类细胞恰恰是常规疫苗发挥作用时需要激活和扩增的免疫细胞。这就形成了一个目前免疫学理论框架下难以解决的悖论：常规意义上的疫苗的免疫效果越好，反而会给HIV提供更多的感染靶标。因此，需另辟蹊径才有可能研制出有效的HIV疫苗。

HIV疫苗是最具挑战的科学难题之一

（图片来源网络）

研制安全高效的艾滋病疫苗是极具挑战的科学难题，从二十世纪八十年代起，已开展的艾滋病疫苗临床试验有四百余次。HIV疫苗的研究可分为三个阶段：（1）诱发体液免疫应答为主的疫苗策略；（2）诱发细胞免疫应答为主的疫苗策略；（3）同时诱发体液免疫和细胞免疫的联合疫苗策略。回顾艾滋病疫苗的研发历史，可谓是一波三折，徘徊前行。

HIV疫苗研发过程中具有里程碑意义的临床研究

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诱发广谱中和抗体的HIV疫苗

HIV Env糖蛋白，即gp41和gp120的异源三聚体，是中和抗体与病毒表面结合的主要靶标。在HIV 的自然感染过程中，Env蛋白通常以多种裂解后的形式呈递给免疫系统，包括非功能性或构象改变的三聚体、gp120、gp41或gp160 单体等。从1984年人们开始研制艾滋病疫苗，当时的策略主要基于传统疫苗研发技术，以期产生高水平的HIV特异性中和抗体。基于这一概念，科学家使用单体HIV-1 gp120蛋白诱导特异性抗体应答。1986年，查古里（）等人在扎伊尔(现为刚果民主共和国)进行了艾滋病疫苗的第一次人体I期临床试验。2003年，由美国公司主导的两个艾滋病疫苗的大规模Ⅲ期临床试验以失败告终。研究表明，虽然机体免疫系统能够产生针对这些抗原的特异性结合抗体，但并不能有效中和HIV变异毒株。

以诱发广谱中和抗体为目标的艾滋疫苗策略仍在研究中，并陆续取得重要进展。例如，从艾滋病精英控制者体内发现并分离到多株广谱中和抗体，例如VRC01，B12，，，2F5，4E10，Z13，2G12，PG9，PG16，CH01等，其中VRC01抗体靶向Env抗原的CD4受体结合区域，可中和90%以上的已知HIV流行株。广谱中和抗体是HIV与人体内免疫系统长期共同进化的产物，大约2~4年甚至更久的时间才能在约2~5%的患者体内中产生广谱中和抗体。诱发广谱中和抗体的疫苗策略，其关键在于通过接种疫苗重现并加速广谱中和抗体的发生与成熟过程，例如序贯免疫策略和靶向胚系B细胞策略。其中，团队提出的靶向胚系B细胞的疫苗策略有重要进展。该策略认为激活“正确的B细胞”（胚系B细胞）是产生广谱中和抗体的关键步骤，但是天然形式的艾滋病Env蛋白通常不能与这些胚系B细胞结合。因此，开发高效结合这些胚系B细胞的免疫原成为该策略的首要目标。该团队基于结构模拟和酵母表面展示等技术，设计筛选了eOD-GT6人工蛋白，并证实它可高效结合到VRC01-胚系B细胞。接着，该免疫原被进一步优化成为与VRC01-胚系B细胞亲和力更强的eOD-GT8。进一步，他们通过- knock-in转基因鼠（将VRC01胚系抗体重链基因敲入到小鼠的抗体重链序列中）证实，eOD-GT8可在这些小鼠体内诱导产生VRC01类的抗体谱系，且后续采用其他加强免疫原进行序贯免疫能进一步指导这些抗体谱系朝正确方向进行亲和力成熟。而且，该团队将eOD-GT8作为流式分选的“钓饵”，发现可在健康人外周血中有效结合并富集到VRC01-胚系B细胞。近期，该团队报道了该策略的I期临床研究结果（IAVI G001）。所有疫苗受试者均未出现不良反应，且97%的疫苗受试者体内激活了VRC01胚系B细胞，这标志着该团队朝着开发出安全高效的艾滋病疫苗终极目标又迈出了一大步。此外，也有研究将mRNA-LNP疫苗技术与靶向胚系B细胞的抗原设计相结合，这为开发临床有效的HIV疫苗开辟了新道路。

HIV广谱中和抗体的主要作用靶点

（图片来源网络）

诱导细胞免疫应答的HIV疫苗

在诱发抗体策略的HIV疫苗研究失败多次后，人们开始反思HIV疫苗的研发策略。多个团队将研发重点转向于免疫应答的另一个方向，即希望能诱发出高效的HIV特异性细胞免疫应答。特异性细胞免疫应答主要指T淋巴细胞介导的免疫应答，也被称为细胞毒性T淋巴细胞(CTL)。HIV引起的CTL研究可追溯到1987年，当时和Plata首次发现HIV血清阳性患者的CD8+T细胞能够识别病毒抗原。1999年的一项研究通过删除SIV感染猕猴体内的CD8+T细胞，进一步证实了CTL在控制艾滋病毒感染中发挥直接作用。人们已逐渐认识到T细胞在介导艾滋病疫苗保护中的重要性，并陆续研发了以诱导细胞免疫应答的重组病毒载体疫苗 (例如腺病毒、金丝雀痘病毒、巨细胞病毒等载体)。数学模型显示，病毒载量降低1个log值就可有效降低HIV在人群的传播率。此类疫苗中，最著名的例子是Merck公司开发的5型人腺病毒（Ad5）载体艾滋病疫苗，但2007年公布的临床数据表明单纯的强调细胞免疫应答也不能产生保护作用。这次基于T细胞反应疫苗的失败使HIV疫苗研发领域受到了严重打击，人们曾一度质疑到底能否研制出有效的HIV疫苗。

近期研究表明，不同的病毒载体疫苗会诱发出不同的免疫应答类型，进而影响其保护效果。因此，以诱发细胞免疫应答为目标的HIV疫苗仍值得深入探索。例如，基于猴巨细胞病毒(.1)载体SIV疫苗在猕猴感染实验中可提供约60%的保护作用。因此，科学家们正在研发基于不同病毒载体的HIV疫苗，包括不同血清的腺病毒（Ad4、Ad5、Ad26、Ad35）、痘病毒、麻疹病毒(MV)、水痘性口炎病毒(VSV)、复仙台病毒(SeV)、巨细胞病毒（CMV）等。其中VSV、MV、SeV、Ad4和CMV等载体HIV疫苗均已开展Ⅰ期试验，Ad26和Ad35联合HIV疫苗已进入Ⅱ期试验。值得一提地是，我国科学家研制的复制型痘苗病毒天坛株HIV疫苗已完成Ⅱ期试验。

诱导均衡免疫应答的HIV疫苗

在单纯地诱发抗体应答策略和细胞免疫应答策略屡遭失败后，目前科学家们认为——有效的艾滋病疫苗需要同时诱导出均衡的抗体应答和细胞免疫应答。在病毒感染早期，抗体作为第一道防线可有效中和和阻断病毒入侵宿主细胞，这也为后续的细胞免疫应答争取更多时间，而强烈的细胞免疫应答可有效杀死和清除被病毒感染的细胞，从而降低病毒载量和阻断病毒在人群的传播。不同类型疫苗的联合免疫（ prime/boost 策略）成为艾滋病疫苗发展的主流方向。

2009年9月，美国和泰国公布了一种HIV联合疫苗策略（RV144）的III期临床试验结果。研究表明该策略可使人体感染HIV的风险降低31.2%，这是首次在人体中证明研发艾滋病疫苗的有效性，它重新激发了人们研发艾滋病疫苗的热情。RV144策略是采用金丝雀痘病毒载体HIV疫苗初次免疫/Gp120蛋白疫苗加强免疫。然而，在近期的和HVTN 705等类似策略的临床研究中并未重复出上述保护效果。例如，强生公司在2021年公布了其HIV疫苗（HVTN 705/）试验的中期数据，由于缺乏保护效果而终止了该研究。该试验主要是评估一种表达嵌合抗原的重组腺病毒载体Ad26-Mos.HIV和重组痘病毒载体MVA-和/或HIV-1 Clade C gp140联合免疫的安全性和有效性。

目前，人们在广泛尝试不同类型疫苗的联合使用（例如RhCMV/Ad、MVA/Ad、mRNA/蛋白、YF17D/Ad等），以期找到最佳组合方式的HIV 疫苗策略。

治疗性HIV疫苗

治疗性HIV疫苗是在已感染HIV的个体中激发特异性免疫应答，以期控制病毒复制和减缓疾病进展的疫苗。与预防性HIV疫苗不同，治疗性疫苗的目标是重建患者体内的免疫反应，以更好控制病毒复制，减轻症状，并延缓疾病的发展。目前，人们正在探索不同的治疗性HIV疫苗策略。

一项临床研究表明将灭活HIV刺激过的自体树突状细胞(DC-HIV)回输患者后，诱发了针对HIV多个抗原（Gag、Nef和Env）的广谱T细胞免疫应答，而且受试者体内的病毒载量显著下降，并且对停药后的病毒载量起到了较好控制效果。一种治疗性疫苗方案是ALVAC-HIV与Lipo-6T、白细胞介素-2（IL-2）联合使用，ALVAC是表达Env、Gag、Pol和Nef的金丝雀痘病毒载体，Lipo-6T由五个Nef、Gag、Pol多肽与破伤风类毒素肽和脂质尾组成。早期的两项临床研究表明，相比于对照组，接种过上述治疗性疫苗的志愿者在ART停药后病毒反弹时间明显延迟，并且这种病毒控制程度与该疫苗诱导的CD4+T和CD8+T细胞反应呈相关性。在后续研究中，进一步发现该治疗型疫苗方案可逆转T细胞衰竭，增强抗原特异性免疫应答，从而改善了对艾滋病毒的控制。一项基于Gag多肽疫苗Vacc-4x与组蛋白去乙酰化酶抑制剂联合使用的临床研究表明可显著减少潜伏感染艾滋病的细胞数量和HIV DNA拷贝数量。HIVAX是一种高度突变减毒的HIV-1毒株，它只能单轮感染细胞但不能进行复制，不过它可表达多种HIV抗原蛋白。与安慰剂组相比，接种该治疗性疫苗的患者体内有更高水平的广谱T细胞免疫反应。与ART治疗前相比，7个受试者中有5人在ART停药后的病毒载量显著降低。一种Ad26/MVA疫苗联合Toll样受体7（TLR7）激动剂的免疫治疗新策略在猕猴感染模型中可显著提升细胞免疫应答水平，在停药后33%的受试猴一直未出现病毒反弹，在那些出现病毒反弹的猴中其时间延迟了2.5倍。Ad26/MVA联合TLR7激动剂的治疗性疫苗临床研究正在开展中。此外，基于抗HIV广谱中和抗体的免疫治疗也有多项临床研究在开展中。最近，一款由香港大学研发的艾滋病治疗性核酸疫苗（ICVAX）刚公布了其I期临床试验数据，结果显示该疫苗具有良好的安全性和免疫效果。

笔者团队正在研发一种新型双功能HSV-1载体治疗性艾滋病疫苗，近期该研究以“ viral by a HSV- in SIV- ”为题发表于国际学术期刊《elife》。首先，我们在研究过程中意外发现，相比于野生型 HSV-1，删除ICP34.5的HSV-1在潜伏HIV细胞系模型中能够极大程度提升其激活潜伏HIV储存库的能力，这一结果在HIV感染者的原代CD4+T细胞同样得到了证实，且安全性良好。进一步研究发现，这种增强的激活能力与ICP34.5参与调节IKKα/β-NF-κB通路和PP1-HSF1通路相关。基于上述发现，我们设想HSV-ΔICP34.5是否能作为载体表达艾滋抗原来发展治疗性艾滋病疫苗。该疫苗预期不仅可该校激活潜伏感染的HIV病毒库，还可诱导强效的抗原特异性免疫反应，从而实现消灭或长期控制HIV感染的目的。为进一步提高该载体的免疫原性，我们在HSV-ΔICP34.5的基础上，进一步删除了抑制抗原提呈作用的ICP47基因，然后构建了一系列表达SIV gag、SIV env、可溶性PD1（sPD1）与SIV gag融合抗原的重组HSV载体疫苗。

接着，我们在小鼠模型中评估了这些疫苗的免疫原性，结果显示它们可高效诱导SIV抗原特异性免疫应答。而且相比于单独的SIV gag，融合sPD1的所诱导的免疫反应更强，例如分泌抗原特异IFN-γ，IL-2和TNFa的T淋巴细胞比例显著升高，以及CD8+T细胞亚群中抗原特异性效应记忆细胞(Tem)比例也更高。随后，我们在慢性SIV感染的猕猴中评估了HSV-ΔICP34.5-ΔICP47-sPD1-+HSV-ΔICP34.5-ΔICP47-SIV env疫苗的治疗效果。结果显示，疫苗组猕猴病毒反弹后的峰值载量比ART治疗前降低了12.20倍，而对照组的峰值载量则升高了8.63倍。疫苗组猕猴的总SIV DNA和整合前病毒DNA均有所降低，表明该策略有效清除了部分病毒储存库。这项概念验证研究为开发基于HSV新型载体的艾滋病功能治愈策略提供了新思路。本团队将进一步探索这种新型治疗疫苗的作用机制和临床应用前景，从而为HIV防控做出更大贡献。

新型HSV-1载体治疗性HIV疫苗的作用模式图（Wen et al. elife.2024）

总结

艾滋病疫苗研发之路道阻且长，为攻克这座科学顶峰，科学家们仍在持之以恒。距离HIV发现已四十余年，全球进行了四百余次HIV疫苗临床试验，但均未取得理想效果。尽管HIV疫苗研发屡战屡败，在此期间探索出的疫苗新技术却取得了持续发展，这对整个疫苗学领域有重要推动作用。目前，大多数科学家们达成的共识是，新型的HIV疫苗应能诱发均衡且广谱的中和抗体、多功能的细胞免疫应答以及高效的粘膜免疫应答。为实现上述目标，人们正在探索多种新型HIV疫苗策略的免疫保护效果，例如序贯免疫接种、靶向胚系B细胞策略、不同载体疫苗的联合免疫策略、纳米颗粒疫苗以及免疫抑制阻断剂联合免疫等。

成功的艾滋病疫苗，还要等待多少年？目前，没人能给出肯定的答案，但人们一直走在攻克它的路上。展望HIV疫苗的未来研发之路，当前所处阶段或许正是黎明前的黑暗，此时只有厚积薄发才能等来柳暗花明后的峰回路转。总之，通过持续不断的努力，并在突破已有免疫学知识框架和科研思维的基础上进行革命性创新，人类终将研发出安全高效易用的HIV疫苗。

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参考文献

孙彩军。无疫苗，无根治药物，我们该如何对付艾滋病？《科学大院》

孙彩军。艾滋病疫苗为什么至今还没有出现？《科学大院》

孙彩军。治愈艾滋病的希望是否存在？梦想还是要有的，万一实现了呢！《科学大院》

孙彩军。艾滋病：我不”杀人”，但很多”杀手”会随我而来。《科学大院》

孙彩军，左腾。漫漫“长征”路之艾滋病疫苗研发。《The 》

供稿：孙彩军

审核：陆路