清华大学教授JBC破解艾滋病奥秘

　　

生物通报道：来自清华大学，艾滋病研究中心的长江特聘教授张林琦是著名旅美中国学者、美国洛克菲勒大学艾伦·戴蒙德艾滋病研究中心首席华裔科学家，近期其研究组在《JBC》杂志上发表文章，解析了对于一种新发现，能中和高达90%的艾滋病病毒菌株的抗体，出现耐药性病毒菌株的作用机理，指出了其中V5区的一个单残基在其中扮演的关键角色，这将有助于提高这一新型抗体在艾滋病治疗中的作用。

艾滋病令人望而生畏，据《2011年中国艾滋病疫情估计》显示，我国艾滋病历年报告病例数逐年上升，截至2011年底，我国存活艾滋病病毒感染者和艾滋病病人预计在78万人，当年新发病毒感染者4.8万人，死于艾滋病相关疾病者达2.8万人。

为何这种疾病难以控制呢？研究显示艾滋病病毒侵袭的主要是人体免疫系统的一种重要免疫细胞———CD4细胞。早期艾滋病毒进入人体后如入无人之境，病毒在玩命地复制，到达一个非常高的顶点。然后，我们的免疫系统看到了病毒，开始抑制病毒。免疫系统有一定缺陷，不能将病毒扼杀在摇篮中，只有当病毒复制到一定程度，才能检测到，并且只能抑制病毒复制，没有能力清除病毒。到了后期，免疫系统与病毒经过较量之后，免疫系统消亡殆尽，病毒数量剧增。

2010年，美国的科学家发现两种人体抗体可有效中和艾滋病病毒，能阻止90%以上已知的艾滋病病毒菌株侵袭人体细胞。这两种抗体就是VRC01和VRC02，VRC01和VRC02抗体就可附着在稳定的CD4区域内（艾滋病病毒变化多样，但是其表面小部分几乎不变的区域，如这一CD4结合部位），阻止病毒“搭上”人体免疫细胞，因此这两种新抗体能够中和高达90%的艾滋病病毒菌株。

这无疑是突破艾滋病的新希望，然而近期的研究却发现了针对VRC01的耐药性菌株，为了解开此类耐药性菌株的作用机理，在这篇文章中，研究人员针对带有不同VRC01中和谱的CRF08_BC 干扰病患，分析了其两个遗传上相关和两个遗传上不相关的包膜蛋白克隆，发现了就是HIV-1包膜蛋白的V5区域中的一个单个残基，能促进病毒逃逸单克隆抗体VRC01的广泛中和作用。

研究人员建立了相关突变包膜的的假病毒模型（pseudoviruses），发现遗传相关克隆与遗传非相关克隆中V5区域的互换能完全改变其对VRC01抗体的灵敏度，突变分析也揭示出V5区域中N460位置上的天冬酰胺残基——潜在的N-糖基化位点，是这些菌株中出现抗性的关键所在。

而且菌株抗性的变化也与VRC01结合力的差别有关，不过对于sCD4 或 HIV-1 BC 血浆池的可变结合活性，以及bnmAb b12的灵敏度并未出现什么变化。

由此研究人员提出V5区的N460是决定病毒菌株对VRC01特异性敏感度的一个关键因素，而这一长链以及潜在的糖基化也许是构建了空间位置阻，因此能降低结合力，增加对VRC01中和的抵抗性。

（生物通：张迪）

原文摘要：

A single residue within the V5 region of HIV-1 envelope facilitates viral escape from the broadly neutralizing monoclonal antibody VRC01.

VRC01, a broadly neutralizing monoclonal antibody (bnmAb), is capable of neutralizing a diverse array of HIV-1 isolates by mimicking CD4 binding with the envelope glycoprotein gp120. Nonetheless, resistant strains have been identified. Here, we examined two genetically related and two unrelated envelope clones, derived from CRF08_BC infected patients, with distinct VRC01 neutralization profiles. A total of 22 chimeric envelope clones were generated by interchanging the loop D and/or V5 regions between the original envelopes or by single alanine substitutions within each region. Analysis of pseudoviruses built from these mutant envelopes showed that interchanging the V5 region between the genetically related or unrelated clones completely swapped their VRC01 sensitivity profiles. Mutagenesis analysis revealed that the asparagine residue at position 460 (N460), a potential N-linked glycosylation site (PNGS) in the V5 region, is a key factor for observed resistance in these strains, which is further supported by our structural modeling. Moreover, changes in resistance were found to positively correlate with deviations in VRC01 binding affinity. None of the substitutions, however, significantly altered binding activity to sCD4 or HIV-1 BC plasma pool, or sensitivity to the bnmAb b12. Overall, our study indicates that N460 in the V5 region is a critical determinant of sensitivity to VRC01 specifically in these viral strains. The long side-chain of N460, and potential glycosylation, may create steric hindrance that lowers binding affinity, thereby increasing resistance to VRC01 neutralization.

作者简介：

 张林琦博士毕业于北京师范大学生物系，毕业后即被英国爱丁堡大学选收为分子遗传学系博士研究生。张林琦博士现任清华大学艾滋病综合研究中心常务副主任、教授，中国医学科学院/北京协和医学院病艾滋病研究中心主任，美国艾伦.戴蒙德艾滋病研究中心（Aaron Diamond AIDS Research Center）研究员。目前工作主要集中在加强中美双方在HIV/AIDS领域的基础与临床研究合作。张林琦博士二十多年来主要从事AIDS的基础和临床研究，先后获得美国国立卫生研究院（NIH）等科研机构的研究资助8项，973项目首席科学家，科技重大专项“艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治-创新型粘膜疫苗”首席科学家。作为第一和第二申请人获得的资助经费达1047万美元。

他在国际上率先与何大一教授一起从HIV-1病毒学、宿主免疫学、遗传学（如基因突变和多态性特点）等方面，阐述了HIV-1感染和发病机制，而且建立了动态模型并提出了艾滋病的客观评价指标，对临床疗效和预后的判断作出了重要贡献。 1993年起在何大一教授领导的美国艾伦.戴蒙德艾滋病研究中心（Aaron Diamond AIDS Research Center），主要从事 "HIV感染者治疗前后体内病毒学基因变异、宿主基因多态性和免疫学特征"等课题的研究。首先报道了人体不同细胞中HIV-1协同受体CCR5和CXCR4的分布特点，发现T淋巴细胞群表面协同受体的表达水平最高。同时指出HIV-1病毒亚型与协同受体CCR5和CXCR4之间相互结合的关系，提出了是病毒表型而不是病毒基因型决定了病毒与协同受体CCR5或CXCR4结合。此外他在何大一教授指导下，通过长期观察抗病毒治疗的艾滋病患者体内的静止细胞中储藏的残留HIV的动态过程，提出了病毒复制及其动态变化的模型，为彻底改进抗艾滋病的药物治疗的方针策略提供了科学的依据。研究论文分别发表在临床医学权威杂志"New England J. Medicine"、"Nature"等，连续五年被SCI检索为引用频次为国际上最高的前五名论文之列。

1998年张林琦博士被洛克菲洛大学校长任命为副教授和高级研究员，承担多项重要研究课题。由于胸腺是体内产生T淋巴细胞的主要器官，对胸腺在HIV感染过程中的研究就显得格外地重要。他和他的同事利用实时PCR的方法，在世界上首次定量出体内胸腺的活性，并对HIV对胸腺活性的影响进行的初步的研究。这个省时、高效、高精确度的定量方法直接可以从病人的血液中得到胸腺活性的指标。更重要的他发明了多种病毒学及免疫学定量指标和方法，特别是通过胸腺细胞中RTEs基因产物的研究，提出了RTEs基因产物减少与艾滋病患者CD4 T细胞降低的速率相关的学说。这些成果为目前广泛推广的艾滋病抗病毒治疗后的免疫重建模式奠定了可靠的定量依据。同时对进一步的开展药物治疗与免疫治疗相结合的治疗方案提供了科学的线索。这些病毒学及免疫学定量方法，对于HIV/AIDS临床治疗有着直接的指导意义。近年来他分别在国际上最著名的杂志（如：Nature Medicine、Nature、J Clin Invest、Lancet、New England J Med, Science和J.Exp.Med）发表论文，被SCI收录83篇。检索其中的31篇在近五年来被引用1891次。影响因子高达293目前，张林琦教授多次被国际会议和国内大学邀请作学术报告和合作研究，是艾滋病领域年富力强的实力派科学家。

2008年张林琦博士全职回国，现任清华大学基础医学系主任，清华大学病毒研究所所长，清华大学艾滋病综合研究中心常务副主任、博士生导师，长江特聘教授。