VRC-01

撰文丨亦 生成广谱中和抗体（broadly neutralizing antibodies，bnAbs）是HIV疫苗设计的核心目标【1】，但胚系编码的bnAb前体在人类免疫库中免疫显性弱且数量稀少，难以通过初次疫苗接种稳定扩增【2，3】。目前常用多价抗原展示于蛋白质纳米颗粒的策略虽能增强B细胞应答，但支架蛋白自身会引发抗体反应，其是否干扰稀有bnAb前体扩增尚不明确【4】。 为解决蛋白质支架可能引发的“抗支架反应”对目标表位特异性B细胞的竞争抑制，本研究利用DNA折纸技术构建免疫惰性支架，通过精确展示抗原，探究支架特异性应答对bnAb前体扩增的影响。近日，麻省理工学院生物工程系Darrell J. Irvine团队与Mark Bathe团队合作，共同在Science上发表了题为DNA origami vaccines program antigen-focused germinal centers的文章。文章设计并优化了展示HIV胚系靶向免疫原（eOD-GT8）的DNA折纸病毒样颗粒（DNA-VLPs），在对比实验中证明其能更有效地引导抗原聚焦的生发中心（Germinal center，GC）反应，并显著扩增稀有bnAb前体B细胞，而避免引发支架特异性抗体应答。 为了测试DNA-VLPs是否能够有效展示并递送HIV胚系靶向抗原eOD-GT8，研究团队合成了直径约40 nm的二十面体DNA-VLPs（d40-30mer），并在其表面通过化学偶联展示了30个eOD-GT8抗原。结果发现，功能化后的颗粒保持了结构完整性，并能有效激活表达胚系VRC01 BCR的B细胞（通过钙信号检测），而可溶性eOD-GT8单体则不能。为了评估DNA-VLPs在体内引发免疫反应的能力，研究人员用d40-30mer对小鼠进行初次-加强免疫。结果发现，初次免疫后抗体反应较弱，但加强免疫后，DNA-VLPs诱导的抗体滴度比eOD-GT8单体高约1个数量级。同时，未检测到针对DNA支架的抗体反应。然而，单次免疫后，d40-30mer未能显著增加生发中心B细胞或TFH（T follicular helper）细胞的数量，表明其作为初次免疫原效果不理想。 为探究d40-30mer启动GC反应能力弱的原因，研究比较了其与蛋白纳米颗粒p60mer在淋巴结中的分布。结果显示，d40-30mer主要滞留在淋巴结的被膜下窦和髓窦巨噬细胞区域，而p60mer则能通过凝集素途径激活补体，进而被滤泡树突状细胞捕获并长期滞留于滤泡中。体外实验证实，d40-30mer与甘露糖结合凝集素（Mannose-binding lectin，MBL）和补体蛋白C3的结合能力显著低于p60mer。基于补体激活依赖于抗原密度的假设，研究团队设计了一系列不同尺寸和抗原拷贝数（30或60个）的DNA-VLPs。结果显示，抗原密度最高的d30-60mer在体外与MBL/C3的结合最强，在体内也能被滤泡树突状细胞（Follicular dendritic cells，FDCs）捕获。免疫后，d30-60mer引发了比eOD单体高约15倍的抗原特异性GC B细胞频率，且效果是p60mer的约3倍，表明高抗原密度是驱动DNA-VLPs靶向滤泡并扩增抗原特异性B细胞的关键。 由于DNA-VLPs本身不提供T细胞表位，研究者将通用辅助T细胞表位PADRE融合到eOD-GT8的C端。结果显示，d30-60mer-PADRE显著增强了早期抗eOD抗体反应，并增加了GC B细胞和Tfh细胞的频率。虽然其引发的GC总体规模仍小于p60mer，但其中抗原特异性GC B细胞的频率和总数均显著高于p60mer，说明引入合成T细胞帮助可优化DNA-VLPs引发的GC反应。 为了在更接近人类的生理背景下评估DNA-VLPs能否避免支架竞争并实现“免疫聚焦”，研究使用人源化VH1-2小鼠模型进行免疫。结果显示，DNA-VLP（d30-60mer-PADRE）引发的GC中，近60%的GC B细胞是CD4bs表位特异性的。而p60mer引发的GC中，同时存在大量（约13%）支架特异性B细胞，其表位特异性B细胞仅占约20%。DNA-VLP免疫将表位特异性与脱靶B细胞的比例提高了25倍。通过BCR测序分析免疫后GC B细胞的克隆组成，研究发现，与p60mer相比，DNA-VLP免疫能更有效地富集具有VRC01类bnAb前体特征的B细胞克隆（如携带关键CDRL3基序CQQYXX）。这些前体细胞在DNA-VLP组中出现的频率更高，且更多克隆携带5个氨基酸长度的CDRL3，这与天然bnAb的结构特征更接近，表明DNA-VLPs在启动稀有bnAb谱系方面更具优势。 DNA-VLPs的原子模型 （粉色：优化的 DNA-VLP的分子模型，展示了 60 个 eOD-GT8-PADRE拷贝。金色：PADRE，泛 HLA DR结合表位） 综上，该文章展示了通过合理设计的DNA-VLPs能够作为一种免疫惰性、抗原展示精准的疫苗平台，在体内有效靶向B细胞滤泡并引发强烈且高度抗原聚焦的生发中心反应。与传统的蛋白质纳米颗粒相比，DNA-VLPs成功避免了支架特异性抗体反应的产生，从而显著减少了生发中心内竞争性B细胞的干扰，使得稀有、低免疫显性的广泛中和抗体前体B细胞在单次免疫后得以高效扩增与富集。对疫苗设计领域具有重要推进意义，尤其为针对HIV等难治性病原体的广谱中和抗体疫苗研发提供了新策略。 原文链接： https://doi.org/10.1126/science.adx6291 制版人： 十一 参考文献 1. B. F. Haynes et al., Strategies for HIV-1 vaccines that induce broadly neutralizingantibodies. Nat. Rev. Immunol. 23, 142–158 (2023). doi: 10.1038/s41577-022-00753-w;pmid: 35962033. 2. R. K. Abbott, S. Crotty, Factors in B cell competition and immunodominance. Immunol. Rev.296, 120–131 (2020). doi: 10.1111/imr.12861; pmid: 32483855. 3. J. G. Jardine et al., HIV-1 broadly neutralizing antibody precursor B cells revealed bygermline-targeting immunogen. Science 351, 1458–1463 (2016). doi: 10.1126/science.aad9195; pmid: 27013733. 4. G. D. Victora, M. C. Nussenzweig, Germinal centers. Annu. Rev. Immunol. 40, 413–442(2022). doi: 10.1146/annurev-immunol-120419-022408; pmid: 35113731. 学术合作组织 （*排名不分先后） 战略合作伙伴 （*排名不分先后） · 转载须知 【原创文章】BioArt原创文章，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，所刊登的所有作品的著作权均为BioArt所拥有。BioArt保留所有法定权利，违者必究。 BioArt Med Plants 人才招聘 近期直播推荐 点击主页推荐活动 关注更多最新活动！

作为一名长期从事HIV免疫疗法研究的科研人员，我将从专业视角为你详细解析这类重要研究。 🔬 为何它们如此重要？ HIV病毒之所以难以根治，主要因为其高突变率和潜伏库的存在。绝大多数抗体只能中和有限的毒株，病毒极易逃逸。而“精英控制者”是天然的解决方案库。他们的免疫系统能够产生一些广谱中和抗体（bnAbs），这些抗体能识别病毒表面不易变异的保守区域。04_A06的发现，正是这一策略的最新突破。它的临床意义在于，为开发长效、预防与治疗一体的新型生物制剂提供了最强候选分子，有望将艾滋病从慢性病管理推向功能性治愈的新阶段。📝 研究者们如何发现“超级抗体”？这类研究遵循了寻找bnAbs的经典科学路径：1. 样本来源：从能天然控制病毒的“精英控制者”体内分离B淋巴细胞。2. 高通量筛选：从5000多个B细胞中制备了800多种抗体，并进行系统性中和活性测试。3. 结构解析：对脱颖而出的抗体进行原子水平的结构分析，明确其作用机制。4. 功能验证：在细胞水平（中和实验）和动物模型（人源化小鼠）中验证其疗效。5. 潜力预测：利用计算机模型评估其预防应用的潜力。                                          🔬重要结果体现在三个方面· 惊人的广度：中和300多种不同毒株中的98.5%，这是目前公开报道中覆盖面最广的抗体之一。· 结构的独特性：拥有异常长的CDR H3环。这个结构像一把“超长手术刀”，能绕过病毒表面的糖盾和常见突变，直接刺入最保守、对病毒功能至关重要的CD4结合位点区域。病毒若在此处发生逃逸突变，往往自身也会丧失感染能力，这从根本上限制了耐药性的产生。· 动物模型的突破性效果：在人源化小鼠治疗实验中，实现了将病毒载量“永久降至检测不到的水平”。这与多数bnAbs仅能短期压制病毒形成鲜明对比，暗示其可能更强地清除了游离病毒，甚至影响了病毒储存库。                         ⚖️ 横向对比：04_A06与其他顶尖抗体的异同为了更客观地定位04_A06的价值，我将它与另外两个已被广泛研究的著名bnAbs进行对比：• 对比抗体一：VRC01类（代表抗体 VRC01）· 相似性：同属CD4bs靶向抗体，是该靶点的“开创者”。 · 核心差异：VRC01的结合模式更“标准”。病毒已进化出通过在该位点周围添加糖基化修饰（糖盾）或发生特异位点突变来逃逸VRC01。而04_A06凭借其超长的CDR H3环，能够像“绕过路障”一样，穿透这些糖盾，结合到更深的保守表位上，因此对VRC01的逃逸毒株依然有效。• 对比抗体二：PGT121类（代表抗体 PGT121） · 相似性：都是效力极强的bnAbs，且都源于感染者的天然免疫应答。· 核心差异：两者的攻击靶点完全不同。PGT121靶向的是病毒包膜蛋白V3环附近的聚糖位点。这是一个与CD4bs空间位置不同的独立靶点。在联合疗法中，同时使用像04_A06（靶向CD4bs）和PGT121（靶向V3聚糖）这类靶向不同表位的抗体，可以产生强大的协同效应，使病毒极难同时产生双重逃逸突变，这是目前抗体疗法的主要策略。                                                           💎 小知识学堂· 靶向区域：  · 04_A06：CD4结合位点 (CD4bs)  · VRC01：CD4结合位点 (CD4bs)  · PGT121：V3聚糖位点· 核心结构优势：  · 04_A06：超长CDR H3环  · VRC01：经典结合模式  · PGT121：识别特定糖基化模式· 主要逃逸机制：  · 04_A06：理论上极难逃逸  · VRC01：糖盾、位点突变  · PGT121：糖基丢失、V3环突变这项研究得出了三个颠覆性的结论：1. 精英控制者体内存在“终极”抗体：04_A06的发现证实，人类免疫系统有能力产生接近“通用”的HIV抗体，这为疫苗设计提供了终极模板。2. 结构决定功能的突破：其超长CDR H3环的结构，打破了我们对CD4bs抗体结合模式的传统认知，开辟了抗体工程的新方向。3. “治愈”潜力的初现：在动物模型中实现“永久抑制”，这暗示此类抗体可能具备干扰病毒储存库或激发更强免疫清除的潜能，超越了单纯病毒抑制的概念。 当然，从卓越的实验室结果到惠及患者，道路依然漫长。下一步需要完成临床前安全评估、在非人灵长类动物中进行更接近人体的预防和治疗实验，最终推进人体临床试验。如何实现该抗体的大规模生产、确定其最佳给药周期和成本，也都是未来产业化的关键。