定制蛋白質可能有助于產生抗體來對抗HIV

研究人員表示，一種新的方法可以創造出能夠透過HIV保護性涂層的蛋白質，這可能是了解開發病毒疫苗所需關鍵成分的一個步驟。

使用計算機模型，由賓夕法尼亞州立大學領導的一組研究人員設計并創造了模仿艾滋病毒不同表面特征的蛋白質。在用蛋白質免疫后，兔子產生能夠與病毒結合的抗體。

“我們能夠證明，通過使用我們設計的蛋白質，血液能夠自發地產生能夠抑制細胞模型中HIV感染的抗體，”賓夕法尼亞州立大學醫學院博士后研究員Cheng Zhu說。“當我們孵化HIV病毒時，兔子的血液會大大降低其傳染性。”

Zhu補充說，這項研究 - 今天(2月27日)在Nature Communications上發表- 提供了一種設計疫苗蛋白質的新方法。

“我們開發的蛋白質 - 或免疫原 - 不是成品，但我們能夠證明它有可能做到，”朱說。“此外，我們能夠創造一種新的方法來制作蛋白質，這也很令人興奮，這也可以為開發其他感染疫苗打開大門。”

盡管全球有數百萬人感染艾滋病病毒，但為這種病毒制造疫苗已經讓研究人員望而卻步。疫苗通過教導免疫系統來起作用，在中和它之前，抗體可以附著病毒。為了制造疫苗，研究人員首先必須確定這一點。

賓夕法尼亞州立大學藥理學系研究員，教授兼副主席Nikolay Dokholyan解釋說，開發HIV疫苗很困難，因為病毒不斷變異。

“即使我們為特定的病毒株開發抗體，該抗體也可能不會注意到下一個病毒株，”Dokholyan說。“為了開發廣泛中和抗體 - 中和多種病毒株的抗體 - 我們需要找到一些在病毒上保持不變的東西，以便鎖定這些抗體。”

根據Dokholyan的說法，HIV使用碳水化合物涂層來保護其表面的蛋白質Env。雖然這種蛋白質可能是疫苗的潛在目標，但碳水化合物涂層使抗體很難或不可能獲得并中和它。

但有時，這種涂層中會自然出現空洞，使Env蛋白暴露于潛在的抗體。朱說，他和其他研究人員想找到一種方法來針對這些漏洞。

“這個想法是做分子手術來復制病毒表面的部分并將它們粘貼到不同的良性蛋白質上，這樣它們看起來就像Env蛋白質一樣，”朱說。“希望，這將使免疫系統能夠識別病毒并制造抗體以在將來中和它。”

研究人員使用計算模型來設計蛋白質，這些蛋白質可以模擬疫苗中不同HIV病毒株的保守蛋白質表面。Dokholyan說盡管通常通過一次改變一種氨基酸來設計蛋白質，但他們想嘗試不同的方法。

Dokholyan說：“它不是一次改變一種氨基酸，而是切割后再插入不同蛋白質的HIV菌株的大表面。”“能夠進行這些主要的分子手術是一個重要的里程碑，并且非常令人興奮的是，該策略的準確性非常高。”

在創造了使用新型HIV模擬蛋白的免疫原后，研究人員每月對兔子進行免疫接種并抽取一次血樣。在對樣本進行分析后，研究人員發現血液中含有能夠與HIV結合的抗體。

研究人員表示，盡管研究結果很有希望，但仍有許多工作要做。

“重要的是，我們能夠對艾滋病病毒產生免疫反應，并表明它可以作為概念證明，”Dokholyan說。“但是，在它成為可行的疫苗之前，我們仍然需要提高抗體的中和能力和其他方面。”

Dokholyan說，在未來，蛋白質設計方法可能有助于為世界各地的不同疾病創造和個性化疫苗。

“疾病可能因地點而異，例如，不同國家或地區存在不同的艾滋病病毒株，”Dokholyan說。“如果我們能夠輕松定制疫苗蛋白質，這就是個性化醫療將發揮作用的一個很好的例子。”

美國國立衛生研究院幫助支持了這項研究。