HIV-1 疫苗新突破：CD4 结合位点广泛中和抗体关键体细胞超突变的定位及其对疫苗设计的启示

该综述聚焦 IOMA 类 CD4 结合位点（CD4bs）广泛中和抗体（bNAb），通过系统性逆转体细胞超突变（SHM），确定其中和效力和广度所需的最小突变，结合结构与功能分析，为 HIV-1 疫苗设计提供关键免疫原开发依据，推动广谱中和抗体诱导策略的优化。

　　

研究背景与目的

HIV-1 的广泛中和抗体（bNAb）为疫苗设计提供了重要模板，尤其是靶向 CD4 结合位点（CD4bs）的 bNAb。IOMA 类 CD4bs bNAbs 具有较少的体细胞超突变（SHM）和罕见特征，可能是疫苗诱导 bNAb 的可行路径。本研究通过构建 IOMA 变体库，系统逆转每个 SHM 至推断的种系对应物，探究 SHM 在赋予 IOMA 中和效力和广度中的作用，设计最小突变的 IOMA 类变体（IOMAmin），并通过冷冻电镜（cryo-EM）结构解析其与 Env 的相互作用，以指导免疫原设计。

关键研究结果

体细胞超突变对中和功能的贡献

研究将 IOMA 的 SHM 分为与 Env gp120 相互作用的内部面突变（inFACE）和不参与相互作用的外部面突变（exFACE）。通过单位点变体中和筛选发现，V_H中 4 个 exFACE 变体（Q10E_HC、T19K_HC、I77T_HC、F78A_HC）和 V_L中 3 个 exFACE 变体（I58V_LC、A64G_LC、Y89C_LC）导致中和效力显著下降，提示部分 exFACE 突变通过稳定糖链相互作用间接影响中和。inFACE 突变中，V_H的 CDRH2 区域和 V_L的 CDRL1 区域突变对中和活性至关重要，尤其是 CDRL1 的甘氨酸突变对容纳 N276_gp120聚糖不可或缺。

IOMAmin 变体的设计与中和活性

基于筛选结果设计了 IOMAexFACEmin、IOMAmin3、IOMAmin4、IOMAmin5 等变体，这些变体仅保留维持中和活性所需的最少 SHM。例如，IOMAmin5 的 SHM 水平降至 14% V_H/8% V_L，与 “最小” VRC01 类抗体相当，但突变更易通过自然免疫过程产生。针对全球 12 株和 119 株病毒 panel 的中和实验显示，IOMAmin 变体维持了与野生型 IOMA 相当的中和效力和广度，甚至部分变体 potency 有所提升，表明少量 SHM 即可实现跨毒株中和活性。

结构解析揭示结合机制

冷冻电镜结构显示，IOMAmin5 与 Env 的结合模式与野生型 IOMA 相似，尽管 CDRH3 构象存在差异，但 CDRL1 构象一致，表明 CDRL1 外的序列差异不影响其与 N276_gp120聚糖的相互作用。IOMAmin5 与 gp120 的结合表面积与野生型相近，但分布不同，前者在 gp120 的 D 环和 CD4 结合环更为集中，可能解释了中和效力的细微差异。

CDRH3 和 CDRL1 改造的尝试

尝试在 IOMA 中引入 CDRH3 的 DDE 基序或改变 CDRL3 长度以优化中和活性，但结果表明这些改造未能提升效力，反而导致中和广度受限或依赖特定糖型（如 N279_gp120）。提示 IOMA 的结构适应性对维持中和功能至关重要，非天然的序列改造可能破坏其与 Env 的协同作用。

研究意义与展望

本研究鉴定了 IOMA 类抗体中和 HIV-1 的关键 SHM，证明了最小化突变变体维持中和功能的可行性，为 HIV-1 疫苗设计提供了新方向。未来免疫原设计应聚焦于诱导关键 SHM，尤其是 CDRH2、CDRL1 区域及 N197_gp120聚糖附近的突变，以促进 IOMA 类 bNAb 的诱导。同时，需避免引入非必要突变，防止中和广度下降。研究结果为开发基于结构的 HIV-1 疫苗提供了重要理论依据和实验支持。