基于多阶段中和抗体的HIV疫苗的策略

bnAb种系靶向免疫原

靶向bnAb前体的种系编码特征的概念源自这样的观察，即推断出的HIV bnAbs的种系转化前体（iGLs）与天然Env蛋白缺乏可检测的结合亲和力[27]，并且从多个供体分离的CD4结合位点（CD4bs）bnAbs使用了常见种系衍生的重链免疫球蛋白（Ig）基因VH1-2*02[14]. 因此，Jardine等人采用了与酵母展示库平台相结合的计算设计，以产生对多种VRC01类bnAb前体具有结合亲和力的Env gp120的外域（OD）分子[13] (图1B). 由此产生的称为“eOD-GT6”的生殖系靶向分子显示在纳米粒子上，以增加多价性，从而更有效地激活体内VRC01前体B细胞。事实上，该分子的继任者eOD-GT8成功地在VRC01 GL敲除（KI）小鼠中启动了适当的前体，并从HIV血清阴性供体的原始人类B细胞中富集了VRC01类前体[28,29]. 此外，这些eOD-GT8启动的反应显示了沿着VRC01类成熟途径的体细胞超突变积累。然而，这些反应缺乏第2层中和活性是因为它们不能耐受N276聚糖[添加参考文献32和33]. 已提出增加聚糖复杂度的三聚体增强免疫原，以克服N267中和障碍。

虽然eOD-GT8免疫原可以在适当的动物模型中有效激发VRC01样B细胞前体，但其选择这些种系B细胞前体制备的能力在不同的模型系统中有很大差异[29–32]. 虽然eOD-GT8在VRC01 GL KI小鼠模型中最有效，但在表达生殖系VH1-2*02（不包括CDRH3）或整个人类重链Ig位点KI小鼠小鼠模型的更具竞争性的多克隆小鼠B细胞免疫系统中，其与表达3BNC60生殖系的小鼠BCR结合的能力明显更低，甚至更弱[31,32]. 例如，在人Ig转基因小鼠模型（KymAb）中，用eOD-GT8进行单次免疫显示，在总eOD-GT结合物中，仅选择了1%的表位特异性VRC01-like B细胞前体[31]. eOD-GT8与不同动物模型的VRC01-like B细胞前体结合的不同效率可归因于多种因素，包括其对VRC01-GLs的不同亲和力以及与非靶向B细胞相比适当前体的频率差异。[32,33]. 根据这些动物研究，eDO-GT8启动免疫原将在2018年的一期临床试验中进行测试，以评估其在人类中选择VRC01样前体的能力。

除eOD-GT8外，正在开发其他种系靶向免疫原，包括从C Env，426c分支衍生的核心gp120，其结合VRC01类种系前体并启动体内表达B细胞的种系受体[30,34]和BG505 SOSIP.664三聚体的改良版本，可以结合多种bnAb种系特异性[35] (图1B). 总的来说，这些策略的目的是用种系靶向免疫原激活VRC01样前体B细胞受体（BCR），然后用更多的天然类Env分子增强，以沿着有利的bnAb发育路径引导Ab反应[29–33].

CDRH3-特征靶向免疫原

继VRC01 bnAb种系靶向方法的令人鼓舞的结果之后，利用细胞表面哺乳动物显示库平台选择BG505 SOSIP三聚体骨架内的突变，该突变能够与V3-N332聚糖依赖型bnAbs的PGT121类的iGL前体结合[36] (图1C). 由于这类bnAbs使用长CDRH3结合V3环和相邻V1V2环底部的糖蛋白表位，作者通过去除特定聚糖、改变可变环长度和替换表位内部和周围的几个残基，创建了一个聚糖“洞”[12,36]. 在表达PGT121 iGL BCR的KI小鼠模型中，用四种针对细菌的改良BG505 SOSIP三聚体进行连续免疫，然后用可变环鸡尾酒进行增强，诱导具有中等宽度的nAb应答[37]. 这项为期五个月的免疫计划依次包括逐步改变以恢复天然bnAb表位，然后在最后的增强中通过可变环长修饰实现多样化。该研究表明，合理设计的序贯免疫策略可以触发HIV环境聚糖依赖性nAb反应，这是任何动物模型中疫苗诱导的交叉反应性nAb反应的第一例[37].

长CDRH3种系特征靶向的另一个例子对于V2顶点bnAbs是明显的，其与三聚体顶点的3倍轴处的糖蛋白表位结合。这些bnAbs使用一个异常长的阴离子CDRH3环，到达形成核心蛋白表位的富含赖氨酸的带正电荷的斑块。Andrabi等人和Gorman等人的两项独立研究搜索了可能与iGL版本的V2顶点bnAbs相互作用的Env序列[38,39] (图1C). 这两项研究都确定了对V2 apex bnAb iGL抗体中和敏感的病毒，相应的Env可作为可溶性三聚体免疫原。值得注意的是，大多数Envs在顶点周围具有罕见的聚糖孔，这可能会增加V2顶点处核心赖氨酸补丁的进入[20]. 兔体内的Trimer免疫诱导的自身中和反应主要针对V2区域内的碱性残基，该区域是人类V2顶点bnAbs的核心bnAb表位[20]. 我们已经将这些V2顶点生殖系靶向工作扩展到嵌合V1V2 HIV三聚体和SIVcpzPtt公司基于Env（与HIV-1共享V2顶点bnAb表位）的三聚体设计。在V2顶点CH01 UCA表达的KI小鼠模型中，以序贯启动/增强免疫策略给药这些三聚体，诱导抗体反应，并对V2顶点区域进行一些交叉中和（Andrabi等人，未发表的数据）。

利用环境三聚体免疫原上天然存在或人工创建的聚糖孔来增加免疫静止表位的可及性或改善种系抗体结合也已扩展到CD4bs bnAb表位[35,40,41]. 然而，聚糖屏蔽保护底层蛋白质免受免疫识别，因此这些免疫原也可能增加免疫显性、非bnAb表位的可及性。因此，与这些免疫显性表位无关的B细胞将与罕见的携带CDRH3的长B细胞竞争。然而，在增强免疫原的过程中连续添加这些聚糖可能能够消除不需要的B细胞反应，并鼓励bnAb的发展。

基于血统的免疫原

了解bnAb在自然感染中的发育的方法侧重于鉴定祖先前体B细胞、引发这些前体反应的相应病毒，以及纵向追踪它们的共同进化发育路径。最终目标是利用这些信息来设计免疫原和策略，以通过疫苗接种来重新激发这些反应。迄今为止，已详细描述了对CD4bs、V2顶点和V3-N332 bnAb位点产生bn抗体反应的HIV感染者的病毒和抗体共同进化研究[1,三,6,42] (图1D). 这些研究描述了导致罕见bnAb前体激发和这些反应成熟到中和广度的病毒变体。

这些研究中的第一项描述了CD4bs bnAb谱系CH103的发展，该谱系可能由创始人Env CH505发起，与未突变的共同祖先（UCA）Ab表现出可检测的结合[6]. 此外，还证明了辅助性B细胞系CH235对CH103 Ab bnAb的发育至关重要，CH235后来也成为了bn Ab谱系[1,4,6]. VRC01类CD4bs bnAbs的结合活性主要由重链V基因编码的残基实现，与之不同的是，CH103和CH235 CD4bs bnAbs以CDRH3为主[43]. 前体和CH103和CH235谱系广泛成员的高亲和力结合证明了gp120亚单位蛋白上存在CD4bs bnAb位点。因此，海恩斯及其同事定义了一系列gp120免疫原，旨在模拟CH505供体中病毒的进化[1,44]. 这种方法包括用创始病毒衍生的gp120启动和用各种gp120增强，这些gp120包含在bnAb反应发展过程中观察到的环境多样性。

另一种基于供体CAP256中病毒-抗体协同进化的策略正在寻求，以诱导V2顶点bnAbs。在这种情况下，需要使用三聚体免疫原，因为V2顶点bnAb表位仅存在于天然融合前三聚体上，而不存在于Env亚基上。这种方法将利用bnAb-initiating Env免疫原激发这些反应，然后是一系列序列免疫原，这些序列免疫原包含关键链C残基的多样性，以及可变的环长度和交替的糖基化，以训练B细胞积累体细胞突变，包括V2顶点周围复杂聚糖的特异性[三,24,45].

基于血统的免疫原设计和bnAb种系靶向方法可能看起来类似，但前者在特定血统的bnAb成熟途径的不同点使用相关抗体来选择多个顺序免疫原，后者采用结构导向酵母展示鉴定与bnAb前体亲和的免疫原。

这项工作得到了美国国家过敏和传染病研究所（艾滋病病毒/艾滋病疫苗免疫学和免疫原发现中心拨款UM1AI100663）（给D.R.B）的支持；通过中和抗体联合会SFP1849（D.R.B.）发起的国际艾滋病疫苗倡议（IAVI）；MGH拉贡学院、麻省理工学院和哈佛大学（D.R.B.）。这项研究是在比尔和梅琳达·盖茨基金会艾滋病疫苗发现合作组织（CAVD，OPP115782和OPP1084519）和美国人民通过美国国际开发署的慷慨支持下得以进行的。我们感谢克里斯蒂娜·科尔巴奇（Christina Corbaci）在准备数据方面的帮助，感谢实验室成员提出的有益建议。