接种疫苗可产生针对 HIV Env 顶点的广泛交叉中和抗体

本文描述了一种疫苗策略，该策略利用共价排列在脂质体上的近天然 NFL 稳定的 Env 三聚体，诱导针对 HIV 的强效的、靶向顶端的交叉中和抗体反应。我们选择的初始免疫原 Q23 NFL，是基于其天然且罕见的与种系回复的、靶向顶端的广谱中和抗体 RHA1 结合的能力而筛选出来的。对脂质体排列的三聚体进行异源加强免疫，在所有非人灵长类动物中均产生了交叉中和抗体反应。利用天然样三聚体进行记忆 B 细胞分选后，我们分离出了具有长而带负电荷的 HCDR3（20 个氨基酸残基或更长）的单克隆抗体，这是靶向顶端的非人灵长类动物广谱中和抗体的典型特征。我们证明，这些单克隆抗体的一个子集能够交叉中和一系列代表不同 HIV 亚型的临床分离株。这些抗体与选定的 NFL 三聚体复合物的高分辨率冷冻电镜结构证实，它们靶向 HIV-1 Env 三聚体的顶点，并显示出与人类感染引起的 bNAbs PG9 和 CH03 高度相似的结构特征。

这些结果显著推进了 HIV 疫苗领域在诱导针对糖基化 HIV-1 Env 三聚体顶端的广谱中和抗体反应方面的研究，超越了单纯启动 bNAb 前体。通常，bNAb 顶端前体能够结合最初工程化的、靶向种系的三聚体，但无法结合更天然的野生型三聚体，因此无法中和野生型病毒 ⁴⁰ 。本文利用种系鉴定的天然顶端序列三聚体，证明我们不仅能够启动顶端导向的前体，还能通过异源三聚体增强诱导 B 细胞进行后续步骤，从而驱动亲和力成熟，最终产生能够交叉中和多种二级多分支临床分离株的顶端导向抗体。本文诱导产生的抗体能够识别野生型 Env，在用两种 NFL 三聚体（Q23 和 ZM233）进行序贯初免-加强免疫后，即可结合并中和自体病毒，并在异源三聚体加强免疫后成熟，产生交叉中和活性。我们认为，这种方法可以替代——并且在这种情况下可能更优——通过改变 Env 结合位点来提高免疫原的亲和力以提高初免效率。在这种情况下，抗体要识别野生型 Env 需要额外的加强免疫能量，才能进化并（在最佳情况下）识别天然 Env 三聚体以实现中和。相比之下，我们的疫苗策略能够高效地产生抗体反应，在接种两种串联初免免疫原后即可立即中和自体病毒。

本文中观察到的疫苗诱导产生的顶级交叉中和单克隆抗体与感染驱动产生的广谱中和抗体之间的分子模拟现象，验证了我们的方法。本研究中描述的疫苗诱导产生的单克隆抗体成功地与 160 位的 N-连接糖基结合，该糖基是广谱中和抗体 PG9、PGT145、CH01 和 VRC26 ²⁴ 中和病毒的重要决定因素。通过疫苗接种，交叉中和抗体很少能广泛地与 HIV Env 三聚体中的糖基结合。猕猴抗体与 Asn160 糖基的相互作用可能是中和病毒、扩大中和广度以及提高中和效力所必需的。主要针对缺乏 Asn130 糖基的病毒的中和作用可能是由于使用了同样缺乏该 N-糖基的三聚体免疫原所致，这提示了未来可以采用其他策略。冷冻电镜结构表明，Asn130 糖基可能与猕猴抗体的轻链发生碰撞。然而，这种冲突是可以克服的，因为我们已证实某些抗体确实能够中和一些含有 Asn130 糖基化的病毒。因此，在未来的免疫原和探针中引入 Asn130 糖基化可能有助于更有效地诱导能够识别该糖基化的抗体。我们推测，利用结构导向的免疫原修饰，可以通过使用更广泛的 C 链序列来扩大中和范围，从而更好地进化这一过程。在这方面，我们检测到来自两种非人灵长类动物的多克隆血清 IgG 能够中和 B 亚型 WITO.33 HIV 毒株，并分离出一种具有这种活性的抗体（Q7M-675），这表明通过疫苗接种进化出这种类型的抗体是可能的。 在非近交系动物中引发略微不同的特异性的能力表明，该抗体库有潜力从 V2 顶端特征的结构基础出发，通过略微不同的解决方案引发许多此类抗体，并有可能成为广谱中和抗体。

这项原理验证研究建立了一个模板，可用于进一步改进以疫苗为中心的阳性控制系统，该系统可通过在非人灵长类动物中进行单变量头对头实验进行优化。类似的方法也可用于人体试验，即使用未编码抗原（UCA）或种系回复的广谱中和抗体（bNAbs）来选择能够激活人类抗体库中前体 B 细胞的天然 Env 序列。由于全球约有 3500 万人感染 HIV-1，且每人携带大量潜在可传播的准种，因此，开发广谱有效的 HIV 疫苗通常需要采用本文所述的异源 Env 三聚体序贯启动-加强免疫策略。由于 HIV 具有极高的抗原多样性，因此无法像流感或 SARS-CoV-2 疫苗那样，使用单一的、每年更新的疫苗来应对。相反，可能需要采用多剂量免疫策略，其目标并非匹配毒株（这几乎不可能），而是诱导能够对抗病毒巨大全球多样性的广谱反应性抗体。