[科普中國]-艾滋病療法調查：基因療法或許將是關鍵一步

30多年來，全球科學家的不懈探索將人類對艾滋病病毒的理解推向更遠，也催生出了許多非常有潛力的新藥物和新療法。未來50年，哪種災難最可能造成超過1億人死亡？數年前，曾有人向加拿大皇家科學院院士瓦茨拉夫·斯米爾（Vaclav Smil）提出這個問題。此前，斯米爾試圖評估人類在未來面臨突發(fā)性大災難的可能性，因此人們非常期待斯米爾的回答。不過，他最終給出的答案，讓很多人感到意外：最可能引發(fā)此類災難的，不是一場世界大戰(zhàn)，或是超級火山爆發(fā)，也不是小行星撞擊地球，而是一場大流感。流感是可以致命的，1918年的西班牙大流感是人類歷史上最悲痛的一幕。流感病毒像野火一樣蔓延，奪走了無數人的生命。對于人類來說，流感病毒最不好對付的一面就是，它們總在不斷發(fā)生變異、重組，玩著“變裝”的把戲。然而,與艾滋病毒（HIV）相比，流感病毒只能算是小巫見大巫。全球疫苗免疫聯(lián)盟（GAVI Alliance）總裁塞斯·伯克利（Seth Berkley）曾這樣比喻，“與HIV的變異本領相比，流感病毒只能算是直布羅陀海峽中的一塊巖石”。自1983年法國科學家首次分離出HIV毒株以來，科學家與HIV之間的較量一直沒有停止。這期間，我們取得過短暫的勝利——比如，1996年問世的雞尾酒療法就能在一定程度上抑制HIV的復制，但遺憾的是，安全有效的疫苗和治愈方法始終未能問世。不過，科學家從未放棄?，F在，曙光正在慢慢浮現，近年來的一些重要研究，或許就是這場抗艾戰(zhàn)役的突破口。RV144疫苗疫苗是防治傳染性疾病的有效手段。全球共有1 000多個實驗室研制過幾十種HIV疫苗，但只有3種疫苗完成了Ⅲ期臨床實驗。其中，RV144是迄今為止唯一一個似乎有些保護作用的疫苗。RV144由美國和泰國科學家聯(lián)合研制，是用重組金絲雀痘病毒作為載體表達HIV基因片段的疫苗，和其他病毒載體疫苗沒有本質區(qū)別。2009年發(fā)布的臨床試驗結果顯示，接種了這種疫苗的自愿者的HIV感染率降低了31.2%——這也是傳染類疾病疫苗預防作用的最低門檻。“雖然效果平平，但這是一個希望的信號”，很多科學家都如此認為，因此，不少科學家也在不斷改進RV144。目前，“艾滋病疫苗試驗網絡”（HIV Vaccine Trials Network，HVTN）正在南非研發(fā)一種改良型RV144疫苗，新疫苗稱為HVTN 097。為了激發(fā)更強更持久的免疫保護，升級版疫苗使用了一種不同的佐劑，并且采用了免疫增強策略，自愿者接種疫苗一年后，將會再次接種。研究人員需要證明改良后的疫苗的安全性，以及疫苗的保護時間是否可以延長。一開始研究人員擔心，疫苗在南非的效果會不如泰國，因為泰國人體形明顯苗條很多，但I期臨床試驗表明，盡管南非女性自愿者超過一半屬于超重或肥胖，接種改良型疫苗后，出現的免疫反應多數與泰國臨床試驗的情況類似，一些案例甚至好于泰國臨床試驗。如果正在進行的一輪大規(guī)模臨床試驗進展順利的話，2016年底或2017年初將進行最后一次臨床試驗，屆時將有7 000名自愿者參與進來?！爸灰呙绲挠行阅苓_到50%，就能扭轉當前的抗艾形勢，改變游戲規(guī)則。”“艾滋病疫苗試驗網絡”非洲項目主管格倫達·格雷（Glenda Grey）說。除了研制新的疫苗，科學家也希望在基礎科學方面，不斷推進人類對HIV的認識，從而為疫苗研制提供新的理論依據。比如在2014年10月，美國威爾康奈爾醫(yī)學院的科學家利用一項新的顯微技術，首次觀察到了HIV包膜糖蛋白的動態(tài)過程，他們發(fā)現，病毒表面的蛋白會自己轉移，擁有靈活的空間構象。而一般疫苗誘發(fā)的抗體的攻擊目標，正是HIV的包膜糖蛋白。研究人員認為，這種動態(tài)變化使HIV成為一個永遠在動的靶位，抗體很難“命中”，這可能就是此前艾滋病疫苗多以失敗告終的重要原因。清華大學艾滋病綜合研究中心的負責人張林琦認為，既然在某些人群中，HIV可以在8~10年內，甚至終身不發(fā)病，這說明人體本身也許就能抵抗HIV，只是尚未找到破解的命門。也許，隨著研究的不斷深入和細化，科學家最終能找到HIV的致命弱點。分子藥物與疫苗研制的艱難歷程相比，針對HIV的藥物已經取得了一些成功。到目前為止，全球至少有30種抗HIV藥物已經獲批上市。把這些藥物正確搭配起來使用，能夠有效控制病毒復制，甚至可以讓感染者的血液中檢測不到HIV。過去，患者需同時服用多種藥物，隨著臨床試驗的深入研究，目前已經上市了多種只需一天一片的固定劑量復合劑(fixed-dose combination，FDC)，很大程度上簡化了HIV治療。這類復合劑是在考慮配伍禁忌、藥物釋放等多種問題的前提下，把多種活性成分壓制在一片藥物或膠囊里制成。比如，2006年上市的新藥Atripla，包含三種抗逆轉錄病毒藥物；2012年上市的Stribild包含一種整合酶抑制劑、一種藥代動力學增強劑，以及兩種逆轉錄酶抑制劑；2014年上市的Triumeq包含了一種整合酶鏈轉移抑制劑和兩種核苷類逆轉錄酶抑制劑。除了上述相對“傳統(tǒng)”的藥物，大量新型藥物也處于研發(fā)中。其中一類候選新藥會以人體細胞和HIV中的某些特殊蛋白為作用目標。以HIV顆粒上的Nef蛋白為例，研究人員早就發(fā)現，Nef蛋白能增強病毒顆粒的傳染性，但具體機制一直不明了。最近的發(fā)現表明，Nef的作用可能是抑制人體細胞包膜糖蛋白SERINC的活性。由于需要一部分感染細胞包膜糖蛋白來建造它自己的包膜，新形成的HIV會攜帶被感染細胞的包膜糖蛋白SERINC，而在病毒試圖感染另一個細胞時，SERINC就會充當一個報警信號，從而降低病毒顆粒的傳染性。而病毒Nef蛋白的作用，就是阻止SERINC蛋白整合到新形成的病毒顆粒中。因此，從理論上說，不論是抑制Nef蛋白，還是保護SERINC蛋白，都可以阻止HIV擴散到新細胞。盡管HIV新藥研發(fā)已有較大規(guī)模和高度創(chuàng)新性，但由于HIV藥物通常具有不小的副作用，長期用藥，藥物的毒力、耐藥株的產生以及代謝性并發(fā)癥等可能還是難以避免，因此包括“雞尾酒療法”發(fā)明者何大一在內的許多科學家急切希望，能找到一種長效預防藥物，作為疫苗問世之前的過渡性方案。長效型抗HIV藥物GSK744LA就是何大一的最新探索。這個新藥由艾倫·戴蒙德艾滋病研究中心聯(lián)合葛蘭素史克和杜蘭國家靈長類研究中心共同開發(fā)，是一種長效整合酶抑制劑。2015年1月，《科學》（Science）雜志報道了關于這一藥物的研究。在這項研究中，科學家在雌猴的陰道接種了高劑量的猴/人類免疫缺陷病毒[SHIV，一種結合了人類免疫缺陷病毒（HIV）基因組和猴免疫缺乏病毒（SIV）基因組的病毒]。結果顯示，在試驗第一階段（1~2周），受到GSK744LA保護的雌猴（試驗組）無一感染，而沒有使用GSK744LA的對照組卻無一幸免；在試驗第二階段（5~7周），試驗組的8只雌猴中仍有6只未感染病毒。而在稍早前的另一項研究中，研究人員已經證明，GSK744LA能保護通過直腸接種較低劑量SHIV的雄猴長達10周。這說明，至少在動物試驗中，GSK744LA具有較好的保護效果，可以做為一種暴露前預防用藥（preexposure prophylaxis，PrEP）。何大一認為，由于猴子對該藥物的代謝更快，GSK744LA在人類中的有效時間應該更長，能提供3~6個月的保護?，F在，GSK744LA已進入更進一步的臨床試驗，接受更嚴苛的考驗。廣譜中和抗體近年來，科學家注意到，10%~30% 的 HIV 感染者在被感染幾年后，會產生一種“廣譜中和抗體”（broadly neutralizing antibodies, bNAbs），它們可以捕獲多種病毒株。2009年，美國斯克里普斯研究所的丹尼斯·R·伯頓（Dennis R. Burton）和同事一起，從一名女性感染者的血清中分離出兩種能中和70%以上HIV毒株的抗體。這一發(fā)現使bNAbs迅速變成HIV研究中最熱門的方向之一。現在，研究人員已經找到近百種bNAbs，有的“明星”抗體甚至能中和98％的HIV毒株，比如I0E8。bNAbs通常識別的是HIV病毒包膜糖蛋白表面的一些保守表位（即病毒變異時，這一區(qū)域發(fā)生變異程度非常?。?，這就好像病毒換了衣服，但依舊穿著同樣的短襪，而bNAbs就可以瞄著這個不變的特征，找到并消滅病毒。不過，在感染者體內，病毒總是不斷變異，逃避抗體追捕，等到感染者體內免疫系統(tǒng)產生bNAbs時，則往往為時已晚。于是，研究人員開始思考，如果盡早將bNAbs注射入感染者體內，是否會帶來不同的效果。美國洛克菲勒大學的免疫學家米歇爾·努森茲威格（Michel Nussenzweig）帶領團隊研發(fā)的廣譜中和抗體新藥3BNC117，是第一款進入臨床試驗的此類藥物。3BNC117能對抗80%以上的HIV毒株，它的靶點是HIV-1包膜糖蛋白gp120表面的CD4結合位點。由于人體細胞上的CD4受體是HIV進入細胞的必經之道，因此對于HIV來說，這一位點非常重要，在進化上也相對保守。努森茲威格團隊發(fā)表在2015年4月《自然》（Nature）上的I期臨床試驗結果表明，3BNC117表現出良好的耐受性和藥代動力學效果。8名接受最高劑量注射（30mg/Kg）的感染者，體內病毒數量連續(xù)4周顯著持續(xù)下降；在8周研究期結束時，病毒載量仍低于起始水平?！癏IV非常聰明，一段時間后，它會對單一藥物產生藥耐性，對單一抗體可能也會產生耐藥性，應對的方法是使用多種抗體，現在我們正在研究，是否需要2~3種抗體聯(lián)合使用，”論文作者之一莎拉·施萊辛格（Sarah Schlesinger）說。就在最近，努森茲威格團隊已經開啟了對另一種抗體10-1074的臨床試驗。針對bNAbs的研究，也為新型HIV疫苗帶來了希望——如果能誘導未感染個體的免疫系統(tǒng)生成bNAbs，或許就能阻斷感染。一些科學家已經在這方面取得了一些進展。幾個月前，威爾康奈爾醫(yī)學院的約翰·摩爾（John Moore）和同事將一種模擬HIV包膜糖蛋白gp160天然構象的三聚體蛋白注入兔子和猴子體內，結果這種三聚體可以誘導出一定水平的中和抗體來對抗HIV，不過這種抗體可提供的保護力有限。斯克里普斯研究所的威廉·席夫（William Schief）領導的研究小組則采用了另一種思路。他們設計出了一種基于HIV包膜糖蛋白的納米顆粒，試驗顯示，這種免疫原能促進經過基因修飾的小鼠B細胞產生一些抗體“前體”?？茖W家認為，上述兩種方法結合起來也許會產生更好的效果。盡管這些方法還未直接促成艾滋病疫苗的研制，但它們極大提升了研究人員的信心。利用廣譜中和抗體研發(fā)疫苗的思路，還可以幫助科學家發(fā)明對付其他病毒的疫苗，相關研究已經超出HIV研究領域，并催生了一個新的學科——還原接種疫苗學?；虔煼ㄗ鳛槿蚴桌椅ㄒ灰幻唬üδ苄裕┲斡陌滩』颊撸倌鳌だ住げ祭剩═imothy Ray Brown）也被稱為“柏林病人”。2006年和2007年，布朗的主治醫(yī)生兩次使用一名具有CCR5突變基因（CCR5共受體是HIV進入細胞的另一道門，病毒不能與突變后的CCR5結合，也就無法進入細胞）的捐贈者的骨髓，不僅治好了布朗的白血病，也成就了艾滋病治療史上的一段傳奇?！鞍亓植∪耸刮覀儗蛲蛔兒腿梭w的免疫反應有了更深的認識，為我們打開了一扇新的門。”賓夕法尼亞大學的助理教授布魯斯·萊文（Bruce Levine）說。受到布朗的啟發(fā)，科學家開始思考，既然CCR5基因發(fā)生突變的細胞能抵御HIV的感染，又不失正常的免疫功能，那么，能否通過基因療法，敲除患者細胞中的CCR5基因，使細胞對HIV產生抵抗力呢？桑加莫生物技術公司（Sangamo Biosciences）開發(fā)出的一種“基因剪刀”——鋅指核酸酶（ZFN，一種人工改造的核酸內切酶，可在DNA特定位點進行定點剪切），使這些想法能夠付諸實戰(zhàn)。目前，賓夕法尼亞大學阿博拉姆遜癌癥中心的卡爾·朱恩（Carl June）團隊和桑加莫公司聯(lián)合研發(fā)的基因療法SB-728-T，已經進入II期臨床試驗的末期，這也是第一次將基因編輯技術用在人類身上。研究人員從12名自愿者體內提取未被感染的輔助性T細胞，進行基因改造，敲除CCR5基因后，再向每位自愿者回注100億個改造后的細胞。4周后，12名自愿者被分成兩組，一組停止服用抗逆轉錄病毒藥物12周，另一組繼續(xù)服藥。結果發(fā)現，停止服藥的試驗組中，有4名自愿者體內病毒數下降，其中一名自愿者甚至檢測不到病毒。朱恩認為，“這項研究表明，我們能夠安全有效地模仿自然發(fā)生的CCR5基因突變，改造后的輔助性T細胞能在感染者中斷藥物治療后，持續(xù)控制病毒載量”。不過，輔助性T細胞只能在病人身上存活數年，因此需要反復進行移植。如果能直接修改患者的干細胞基因，或許會是一種更理想的療法。因為隨著干細胞的增殖，人體就可以迅速建立一個能抵御HIV的全新的血液和免疫系統(tǒng)。今年上半年，桑加莫公司已經與美國希望之城國家醫(yī)學中心及南加利福尼亞大學凱克醫(yī)學中心合作，開展干細胞基因療法的研究。一項名為SB-728-HSPC的療法已經進入臨床試驗，預計2016年完成I期臨床試驗。從桑加莫公司官網上公布的日程來看，2020年將進入II期臨床試驗?，F在，艾滋病可能治愈，已逐漸成為艾滋病研究領域的共識。基因療法或許將是治愈艾滋病的關鍵一步。HIV激活劑在雞尾酒療法發(fā)明后不久，科學家就發(fā)現，一些HIV會以DNA的形式潛藏進輔助性T細胞的基因組，雞尾酒療法無法對其產生作用。隨后，研究人員又發(fā)現，HIV還會感染其他類型的免疫細胞，如樹突狀細胞、單核細胞、巨噬細胞等，甚至還可以通過血腦屏障進入被感染者的大腦。艾滋病患者只要停止服藥，這些潛藏病毒就會復蘇，因此數量巨大的潛藏病毒一直是治愈HIV的最大障礙。近兩三年來，研究人員發(fā)現某些治療癌癥的藥物，比如伏立諾他、帕比司他、羅米地辛等，能激活感染者體內休眠的HIV，使輔助性T細胞中的HIV復制水平提升至正常水平的數倍。這些病毒激活劑的發(fā)現，激發(fā)了一種治療艾滋病的新思路：用病毒庫激活劑激活輔助性T細胞內的休眠病毒，讓它們進入血液循環(huán)，再用廣譜中和抗體消滅進入血液的HIV。這種療法被形象地稱為“攝殺法”。去年4月，努森茲威格領導的研究團隊，對人源化小鼠模型（經過基因修飾后，帶有人類免疫細胞）分別施用抗逆轉錄病毒藥物、廣譜中和抗體、病毒庫激活劑，以及上述3類藥劑的組合。結果顯示，單獨接受抗逆轉錄病毒藥物或廣譜中和抗體治療的小鼠，在停藥后，病毒水平都出現了反彈；將廣譜中和抗體與一種病毒庫激活劑結合使用，效果也差不多；而接受廣譜中和抗體和3種病毒庫激活劑組合療法的小鼠，在接受治療3個半月后，病毒水平仍沒有出現反彈。這項研究表明，廣譜中和抗體和多種病毒激活劑組合使用，可以有效摧毀小鼠體內的病毒潛藏庫?！斑@是首次在動物實驗中證實，攝殺法可以有效清除潛藏在宿主細胞基因組中的HIV，”努森茲威格說，“不過，這一方法還處于概念階段，能否適用于人類患者，還需要更進一步的臨床試驗?！薄皩τ跀z殺法，關鍵是要找到特異性激活病毒庫的方法，”張林琦告訴本刊記者，“如果胡子眉毛一把抓式地盲目激活，可能會引起T細胞功能的嚴重破壞?！奔毎煼ɑ颊吒腥綡IV3個月后，體內98%的HIV會為了逃避殺傷性T細胞（人體有兩種重要的免疫細胞，一種是輔助性T細胞，即CD4細胞，主要發(fā)揮免疫樞紐的指導作用，相當于“將軍”，另一種是殺傷性T細胞，即CD8，主要發(fā)揮殺傷病原體的作用，相當于“士兵”）的追殺，發(fā)生針對性的變異。最近研究人員發(fā)現，在感染3個月后才啟動治療的感染者的病毒潛藏庫中，已發(fā)生逃逸變異的病毒同樣占了絕大多數，而這些病毒正是停藥后復發(fā)的主要原因?！斑@說明，激活潛藏病毒只成功了一半，現有的抗逆轉錄病毒藥物仍舊無法殺死激活后的病毒，”美國約翰斯·霍普金斯大學醫(yī)學院的羅伯特·西利齊安諾（Robert Siliciano）說。所以有必要訓練殺傷性T細胞，識別并攻擊病毒潛藏庫釋放的、已發(fā)生逃逸變異的病毒。今年1月，西利齊安諾領導的研究團隊在《自然》（Nature）發(fā)表文章稱，只要HIV含有2%未突變的保守表位，經過改造后的殺傷性T細胞就可以識別并清除它們，為艾滋病治療又增加了一種值得期待的細胞療法。在西利齊安諾的研究中，研究人員首次從病人機體中分離出殺傷性T細胞，然后用HIV蛋白中的保守表位激活殺傷性T細胞，隨后在體外觀察反應。結果發(fā)現，在病毒蛋白的刺激下，殺傷性T細胞變成了一種高效的免疫武器，能產生廣泛、有效的免疫反應。隨后，研究人員又在一項小規(guī)模動物試驗中測試了這種殺傷性T細胞，結果同樣顯示，在人源化小鼠模型中，經過改造的殺傷性T細胞，會識別未突變的HIV表面蛋白，有效清除被HIV感染的細胞。在某些小鼠體內，殺傷性T細胞甚至可以將病毒水平降至檢測不到?！按蟛糠指腥菊叩拿庖呦到y(tǒng)都喪失了識別和摧毀HIV病毒的能力，通過引導殺傷性T細胞識別HIV蛋白的未突變部分，可再度喚醒這種細胞的自然殺傷本能?！蔽骼R安諾說。除了用保守表位激活，還有一種改造殺傷性T細胞的方法，就是直接通過基因工程手段，將廣譜中和抗體“捆綁”在殺傷性T細胞上，這相當于給殺傷性T細胞裝上了導彈頭。這兩種改造方法不僅可作為細胞療法，也是很值得期待的疫苗研發(fā)思路。以治療為預防在7月于加拿大溫哥華召開的國際艾滋病大會上，法國巴斯德研究所的免疫學家阿斯爾·賽斯-西里翁（Asier Sáez-Cirión）報告了一例新的“治療后控制者”病例：一名出生時便開始服用抗逆轉錄病毒藥物的嬰兒，6歲時停止了治療，然而12年后的今天，她血液中依然檢測不到病毒。賽斯-西里翁表示，這名年輕的女性是首個有記錄的、停止治療并且停留在緩解期這么長時間的感染者。盡管算不上真正治愈，但研究人員從中得到了一些啟示：在感染之初，向HIV發(fā)起強有力攻擊，或許能延緩發(fā)病，甚至不發(fā)病。今年5月，美國國立衛(wèi)生研究院公布的一項大型臨床試驗的結果也證明，只要感染者盡早檢測和治療，就可以活得更長、更健康。這項臨床試驗名為“抗逆轉錄病毒治療的戰(zhàn)略時機”（Strategic Timing of AntiRetroviral Treatment，START），在35個國家同時開展，共有4 685名自愿者參加。所有自愿者之前都沒有接受過抗逆轉錄病毒治療。在試驗中，一半自愿者從一開始就接受抗逆轉錄病毒治療，另一半則按世界衛(wèi)生組織建議，直到輔助性T細胞數降到一定水平，才開始接受治療。中期結果顯示，第一組感染者最終出現嚴重病情或死亡的概率比后一組低53％。因為該療法的益處十分明顯，研究人員決定提前結束這項研究，在7月份發(fā)布的完整結果中，上述數據已更新為57%。丹麥哥本哈根大學的延斯· D·倫德格倫（Jens D. Lundgren）說：“這是艾滋病研究中的一個重要里程碑，早期治療顯然對HIV感染者有益?！庇捎谟行У陌滩∫呙绾椭斡椒ㄈ匀惶幵谔剿麟A段，早檢測和早治療也許是目前最有效的防控策略。作者：《環(huán)球科學》記者廖紅艷（在本文采寫過程中，清華大學艾滋病綜合研究中心常務副主任張林琦以及汪樺和周盼盼博士提供了很多建議與意見，在此表示感謝。）轉載請注明來自“科普中國”。