《Frontiers in Immunology》：Understanding the performance of HIV-1 viral vector vaccines: adenovirus and poxvirus case studies
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本文系统回顾了腺病毒（HAdV）与痘病毒（如MVA、ALVAC）载体HIV-1疫苗的研发历程，总结了其免疫原性、安全性与临床效力（如RV144试验显示31%保护率），并指出未来疫苗需协同诱导广谱中和抗体（bNAbs）与多功能T细胞应答以应对病毒多样性。
引言
自20世纪80年代初出现以来，HIV-1大流行一直是全球最紧迫的健康挑战之一。尽管研究数十年，仍缺乏有效的治愈疗法或疫苗。抗逆转录病毒疗法（ART）和暴露前预防（PrEP）虽能改善预后和预防，但无法提供根本解决方案，且在中低收入国家难以普及。传统的疫苗策略对HIV-1无效：灭活全病毒疫苗因安全和技术问题被放弃；早期治疗性疫苗如Remune在III期试验中未显示临床获益；减毒活疫苗策略因存在持续感染和基因组整合风险而被排除。这些失败凸显了HIV生物学对传统疫苗范式的独特挑战。
HIV-1疫苗开发的核心障碍是病毒极高的遗传多样性。HIV-1通过高突变和重组快速进化，产生密切相关的变异体（准种）以逃避免疫识别。逆转录酶每个复制周期引入约1个突变/基因组，宿主突变因子（如APOBEC3G）和频繁重组进一步加速变异。这种进化敏捷性使得训练免疫系统持续识别和中和病毒变得异常困难。
HIV-1结构
理解HIV-1结构是疫苗设计的基础。HIV-1是直径100–150纳米的逆转录病毒，含两条正义RNA链，编码9个开放阅读框和15种蛋白，包括结构蛋白（MA、CA、NC、p6）、包膜蛋白（gp120、gp41）、酶（PR、RT、IN）以及调控/辅助蛋白（Vif、Vpr、Nef、Tat、Rev、Vpu）。复制涉及逆转录和原病毒DNA整合，其两侧的长末端重复序列（LTRs）调控转录。HIV-1分为M、N、O、P组，其中M组引发全球大流行，包含多个亚型和重组形式，其多样性主要体现在包膜糖蛋白（Env）上——这是中和抗体的主要靶标。
免疫应答
抗体应答
抗体是防御HIV-1的核心，但其时效、特异性和功能差异显著。早期感染产生针对Env的抗体，无法控制病毒血症；而部分个体后期会成熟产生强效的广谱中和抗体（bNAbs）。HIV抗体可分为三类：非中和抗体（nNAbs）、毒株特异性中和抗体和bNAbs。由于只有bNAbs具有广谱和持久活性，多数疫苗努力聚焦于理解其自然发育过程。
T细胞应答
T细胞在HIV发病机制中作用关键但复杂。尽管HIV主要破坏记忆CD4+T细胞（尤其在淋巴丰富部位如胃肠道），但强大的CD8+T细胞应答在血液和黏膜组织持续存在。HIV特异性CD4+T细胞因反复抗原驱动激活而更易被感染和耗竭。CD8+T细胞通过细胞溶解（如穿孔素介导杀伤）和非细胞溶解机制（如β-趋化因子抑制病毒进入）控制病毒。多功能CD8+T细胞（分泌IL-2、IFN-γ、TNF-α）与长期控制相关。然而，过度CD4+T细胞激活可能增加HIV易感性，如STEP试验中观察到的现象。
Env蛋白结构与疫苗设计
HIV-1 Env糖蛋白是中和抗体的主要靶标，也是多数疫苗设计的基础。Env以前体gp160合成，形成gp120-gp41异源二聚体三聚体。Gp120高度糖基化，结合CD4和共受体CCR5或CXCR4；Gp41锚定膜并介导融合。Env的糖基化和序列变异性屏蔽免疫识别。Gp120包含5个保守区（C1–C5）和5个可变区（V1–V5）。可变环（尤其是V1/V2）调节共受体使用、中和敏感性和免疫逃逸。V3环介导CCR5结合，并可被中和抗体（如447-52D）靶向。
bNAbs通过靶向功能受限的保守Env区域实现强效中和，包括gp41的膜近端外部区（MPER）、V2/V3的糖基化位点以及CD4结合位点（CD4bs）。例如，单克隆抗体VRC01、3BNC117能中和>90%的毒株。然而，疫苗很难可靠诱导这些抗体，部分源于自身反应性和耐受机制。
免疫原设计已探索多种策略以拓宽识别，如镶嵌和共识策略。镶嵌蛋白结合优化表位，共识序列（如ConS、ConM）代表每个位点最常见氨基酸，能最小化稀有残基、减少糖基化“空洞”，从而聚焦应答于保守表位。
早期HIV疫苗
早期疫苗策略（灭活、减毒活疫苗）大多失败。灭活疫苗存在安全风险；治疗性疫苗Remune未显示显著获益；减毒活疫苗因整合和潜伏库风险被排除。这些失败凸显了HIV极高遗传多样性的挑战，促使研究者转向重组病毒载体平台。
腺病毒疫苗平台
人腺病毒生物学
人腺病毒（HAdV）因其稳定性、遗传可塑性和强免疫原性被广泛用作疫苗载体。HAdV-5是早期主要载体，但其复制缺陷型载体（缺失E1/E3区）仍表达病毒蛋白，导致细胞被清除。预存免疫力（尤其针对六邻体蛋白超变区HVRs的抗体）限制其效力。STEP和Phambili试验显示，HAdV-5疫苗（表达gag、pol、nef）虽安全且诱导T细胞应答，但无保护效力，甚至在未割包皮、HAdV-5血清阳性男性中增加HIV感染风险。
替代方案
为规避预存免疫力，开发了低血清流行率的替代血清型（如Ad26、Ad35）、六邻体嵌合载体（如Ad5HVR48）和非人腺病毒（如黑猩猩腺病毒ChAd3、ChAd63）。这些载体具有不同细胞嗜性（如Ad35用CD46受体）、降低肝向性，并差异调节免疫应答。
Ad26疫苗候选者
Ad26载体在临床试验（如Imbokodo、MOSAICO）中显示良好安全性和免疫原性，能诱导结合抗体、ADCC活性和T细胞应答。但在功效试验中未显示显著保护，提示免疫应答不足以应对多样病毒和宿主因素。
黑猩猩腺病毒疫苗
ChAd载体（如ChAdOx1）在人类中血清流行率低，能安全诱导强T细胞应答。例如，HIVconsvX疫苗（靶向Gag、Pol保守区）在临床试验中诱导广谱、多功能、跨克隆T细胞 immunity。治疗性疫苗策略（如AELIX-002试验中的HTI免疫原）结合TLR7激动剂，可增强免疫控制，但未能完全预防治疗中断后病毒反弹。
痘病毒疫苗平台
痘病毒生物学
痘病毒是大型双链DNA病毒，不整合宿主基因组，免疫原性强，容纳外源基因容量大。常用载体包括MVA、ALVAC、NYVAC等。
MVA疫苗
MVA高度减毒，复制缺陷，安全（BSL-1操作）。其抗原表达短暂（峰值在感染后6小时），但通过内源和交叉呈递途径有效呈递抗原。MVA载体常用于异源初免-加强策略（如DNA初免、MVA加强），能增强细胞免疫。临床试验显示MVA构建体安全，诱导CD4+和CD8+T细胞应答及结合抗体，但单独使用免疫原性有限。
ALVAC疫苗
ALVAC（金丝雀痘病毒）复制受限，在人类中无预存交叉免疫，安全但免疫原性较低。RV144试验是唯一显示保护效力的HIV疫苗试验（ALVAC初免 + AIDSVAX gp120加强），初期效力达60%（12个月），3.5年时降至31%。保护相关性与非中和抗体功能（如ADCC）和V1V2特异性IgG相关，而IgA与感染风险正相关。加强免疫（如RV305）可召回记忆B细胞，但应答持久性有限。
NYVAC疫苗
NYVAC源自哥本哈根株，删除18个非必需基因，高度减毒。其优化版NYVAC-KC恢复部分复制能力。临床试验表明NYVAC载体安全，能诱导多功能T细胞应答。与DNA初免联用可增强免疫。
结论
尽管数十年努力，HIV-1疫苗的免疫保护相关因素仍不明确。成功疫苗需诱导持久、多方面的免疫，以限制病毒复制、应对全球毒株多样性，并在黏膜入口建立有效免疫监视。病毒载体平台（腺病毒和痘病毒）通过大量临床试验塑造了现代疫苗科学：它们证明了安全性和免疫原性，揭示了预存免疫力、免疫应答质量等挑战。异源初免-加强策略能扩大应答广度和强度，但尚未实现持续保护。未来疫苗需整合优化免疫原设计、精准递送系统和黏膜免疫策略，以协同激发bNAbs和功能性T细胞。这些经验直接影响了新一代平台（如mRNA疫苗）的开发，继续推动HIV-1疫苗研究的进程。
