优化健康志愿者的 DNA 疫苗接种 (DNAVAC001)

人们普遍认为，全球有效的 HIV-1 疫苗可能需要诱导针对 HIV-1 的 bnAb。 拟议的研究基于对进行迭代小型人体研究以加速 HIV-1 免疫原发现的潜在战略重要性的认识，其中 DNA 疫苗为快速筛选多种免疫原提供了最快和最具成本效益的方法。 本研究旨在利用 DNA 免疫作为平台，加速发现能够在人类中诱导 bnAb 的 HIV-1 免疫原。

为了实现这一目标，本研究试图在单细胞和分子水平上应用 DNA 疫苗接种和免疫监测方面的最新技术进步，以便能够详细探测发展疫苗诱导的抗体反应。 在这方面，它代表了人类首次尝试使用 DNA 疫苗方法来研究 B 细胞对疫苗接种反应的发展和聚焦。 如果这种方法成功，它将提供一种重要的新策略，用于快速在人类中进行系统的临床研究，旨在使 HIV-1 疫苗领域更接近实现识别免疫原和在人类中诱导 bnAb 所需的疫苗策略的关键目标.

到 2012 年底，全世界估计有 3530 万人感染了艾滋病病毒，比 2001 年增加了 17%。 这反映出新感染艾滋病毒的人数持续增加，抗逆转录病毒治疗的普及率显着提高，这有助于减少与艾滋病相关的死亡，尤其是在最近几年（联合国艾滋病规划署关于 2013 年全球艾滋病流行的报告。 日内瓦 2013）。 大多数新的艾滋病毒感染继续发生在撒哈拉以南非洲。 迫切需要加强和扩大现有的和新的预防方法，例如 HIV 检测和咨询、行为干预、安全套使用、性传播疾病治疗、减少伤害、男性包皮环切术（Wamai、Morris 等人，2011 年）和用于预防的抗逆转录病毒药物（Granich、Gupta 等人，2011 年）。 控制流行病和预防新感染的新预防策略，包括暴露前预防（Kim、Becker 等人，2010 年）、预防性抗病毒治疗（Granich、Lo 等人，2011 年）、局部杀菌剂（Krakower 和 Mayer，2011 年）、必须探索 HIV 预防疫苗并确保其可及性。 然而，开发有效的 HIV-1 预防性疫苗仍然是控制 HIV/AIDS 大流行的最大希望之一（Kim、Rerks-Ngarm 等人 2010 年，Koff 2010 年）。

泰国最近一项基于社区的功效试验 (RV144) 的数据测试了一种疫苗接种方案，该方案包括使用金丝雀痘病毒载体 ALVAC-HIV 启动，表达 HIV gag、pro 和 env 基因，以及使用重组 AIDSVAX B/E HIV Env 蛋白加强免疫展示了针对 HIV 感染的适度疫苗保护。 疫苗接种后第一年的效力从第一次接种后一年的 60% 下降到第一次接种后 3.5 年的 31.2%，这表明保护可能与 HIV 特异性抗体随时间减弱有关（Rerks-Ngarm、Pitisuttithum 等人，2009 年） ). 该方案并未降低感染 HIV 的疫苗接种者的 HIV 病毒载量。 CD8 T 细胞反应在少数疫苗接受者中出现，而在大多数接受者中检测到结合抗体，可检测到的针对 HIV 的中和抗体反应非常有限。 这些结果表明，需要更有效的疫苗来提供针对 HIV 感染的显着和持续的保护以及控制病毒复制。

针对循环分离株的中和抗体主要由 HIV Env 诱导，并可能赋予针对 HIV 的绝育免疫力，正如非人类灵长类动物 SHIV 挑战研究所表明的那样（Mascola、Stiegler 等人 2000 年、Pantophlet 和 Burton 2006 年、Hessell、Poignard 等人。 2009). 此外，最近的一项非人类灵长类动物 (NHP) 研究表明，SIV（猿猴免疫缺陷病毒）Env 抗原对于提供针对 SIV 攻击的保护至关重要，并且 SIV Env 特异性结合非中和抗体在这种保护中发挥了作用（Barouch，Liu等人，2012 年）。 先前使用单体 AIDSVAX gp120 的试验表明在 III 期试验中没有疗效（Flynn、Forthal 等人 2005 年；Pitisuttithum、Gilbert 等人 2006 年）。 这种失败一直是基于 Env 的 HIV 疫苗的一个主要缺点，因为目前的免疫原只能提供非常有限的保护来对抗与疫苗抗原密切相关的 HIV 毒株（Zhang 和 Dimitrov 2007，Montero，van Houten 等人 2008）。 在 RV144 中，对风险相关性的分析表明，IgG3 结合抗体支架-V1V2 重组蛋白与感染率呈负相关，而 Env 结合血浆 IgA 与感染率直接相关（Haynes，Gilbert 等人，2012 年）。 多项证据表明，疫苗诱导的抗体可识别支架 V1V2 试剂中的构象表位，该试剂已被证明可检测构象 V1V2 抗体（Pinter、Honnen 等人 1998 年；Zolla-Pazner、deCamp 等人 2013 年）。 RV144 试验中来自患者的突破性病毒的分析结果与免疫压力一致，免疫压力集中在 HIV-1 Env 的 V1V2 区域及其侧翼的氨基酸模式（Edlefsen，Gilbert 等人，2013 年）。 该区域具有关键功能，例如参与 CD4 受体和趋化因子受体结合、与 α4β7 整合素结合（Nawaz、Cicala 等人，2011 年）以及作为中和抗体的结合位点（Gorny、Stamatos 等人，2005 年， Walker, Phogat et al. 2009, Changela, Wu et al. 2011, McLellan, Pancera et al. 2011)。 然而，寻找能够诱导广泛交叉保护和持久中和/功能性抗体的免疫原仍然困难且关键（Burton、Desrosiers 等人 2004 年；Montefiori、Sattentau 等人 2007 年）。

在绝大多数自然 HIV 感染期间，产生的抗体反应“太少、太晚”——发生在病毒扩增发生后的初始暴露后大约 12 周（McMichael、Borrow 等人，2010 年）。 最近的数据还表明，在正常情况下，异性传播是一种相对罕见的事件，并且存在一个很小的“机会窗口”——以天为单位——在此期间有可能阻止潜伏感染的建立。 一种理想的疫苗将引发针对多个中和表位的非常早和广泛的抗体反应，以有效控制早期病毒复制。 然而，bnAb 通常只出现在 1% 的慢性感染受试者中，需要几年的时间才能发展，显示出异常水平的体细胞超突变，具有异常长的 CDR3 区域，并表现出显着的聚糖结合，这些都是当前候选疫苗无法诱导的特性。 因此，引发针对 HIV-1 的广泛中和抗体 (bnAb) 既是免疫原设计问题，也是人类免疫反应问题。

尽管在极少数受感染个体中鉴定广泛中和抗体以及对其同源表位进​​行详细表征方面取得了重大进展，但迄今为止，设计诱导 HIV 特异性广泛中和抗体的适当免疫原的尝试均以失败告终。 事实上，下一代疫苗很可能严重依赖于发现能够在人类中引发保护性反应的新型免疫原。 然而，由于目前对免疫原如何诱导保护性抗体反应、它们的基因使用、它们的成熟途径以及促进广度和效力的因素缺乏了解，这受到了限制。 虽然动物研究在理解 HIV 和相关逆转录病毒的发病机制方面发挥了重要作用，但由于免疫遗传学和物种特异性的差异，它们在模拟人类免疫研究方面非常有限。 在单细胞和分子水平上探测人类免疫反应的技术进步的出现现在提供了必要的工具来超越临床前模型来解决这些问题。 事实上，增加和改进人类早期临床研究（而不是目前之前广泛的动物试验的漫长过程）的一个强有力的论据是动物，包括非人类灵长类动物（NHP），可能无法准确地概括 B 细胞的种系参与，这对于设计用于诱导 HIV-1 包膜 (Env) bnAb 的疫苗可能至关重要。 为了解决这个问题，现在普遍认为需要进行快速、迭代、小型、实验性的早期人类疫苗研究，以选择和改进免疫原设计的最佳方法。 这种方法将允许在早期阶段快速选择最有希望的疫苗策略，从而降低更晚期临床开发失败的风险。 然而，与重组蛋白制造相关的成本和漫长的时间线意味着测试 HIV-1 包膜结构的多次迭代是不可行的。 相比之下，DNA 疫苗基于易于制造和降低成本，提供了一种在人体试验中筛选多种免疫原的快速可行的方法。

尽管早期的 DNA 疫苗接种方法未能在人类中引起显着的抗体反应，但最近的试验表明，DNA 疫苗可以诱导针对多种病毒的中和抗体（Martin, Pierson 等人 2007 年，Martin, Louder 等人 2008 年，Ledgerwood , Pierson et al. 2011, Ledgerwood, Hu et al. 2012) 和可检测的 HIV-1 抗体反应 (Catanzaro, Roederer et al. 2007)。 现在可以使用各种策略来改进和增强 DNA 疫苗的免疫原性，包括：启动子选择和密码子优化；使用电穿孔 (EP)；给药途径（肌内（IM）或皮内（ID））； IL-12 等分子佐剂的使用（Sardesai 和 Weiner 2011，Yin，Dai 等人 2011，Kopycinski，Cheeseman 等人 2012）。 缺乏与其他递送平台（病毒载体）相关的抗载体免疫力所提供的额外优势提供了使用多种 DNA 衍生免疫原进行连续免疫的机会。 在这种情况下，DNA 疫苗接种提供了提供靶向种系启动的潜力，这可能会在蛋白质增强时严重重定向抗体反应（Schittek 和 Rajewsky 1990，Yoshida，Mei 等人 2010）。 此外，载体免疫的缺乏将允许使用一系列 DNA 编码的免疫原来接合生殖系 B 细胞并引导它们在通过蛋白质加强扩增之前识别 bnAb 表位。 虽然多剂量 DNA 疫苗接种可能不代表预防性大规模疫苗接种运动的实用方法，但其诱导抗体反应的潜力可能使其成为发现和改进人类免疫原的重要临床研究工具。 这种方法的真正力量现在只能通过开发用于在单细胞和分子水平上监测免疫反应进化的先进工具来充分实现。 在这里，从个体响应的人类 B 细胞克隆 Ab 基因的能力提供了机会，以收集对进化 Ab 库的特异性和功能的新见解，而下一代测序 (NGS) 方法促进了克隆型水平上响应的进化研究。 该项目旨在将这些工具应用于概念验证 (POC) 研究，旨在证明 DNA 疫苗接种可以提供一种有价值的工具，以系统地探测人类不断进化的 Ab 库。