JCI-串聯雙特異性中和抗體清除人源化小鼠中的HIV病毒

前言

天擇資本的第12篇推送

自從1983年發現一型人類免疫缺陷病毒（HIV-1）是艾滋病的根源，對於艾滋病治療方法的探索就一直沒有停歇。儘管之前在免疫原方面著手設計疫苗費了很大力氣，但是效果甚微，所以另一方面有部分人著手於中和抗體的設計，它們將之稱為廣泛中和抗體（broadly neutralizing antibodies, bnAbs）。

圖文 | 張睿

編輯 | qinyue

壹

在天然情況下病毒會發生突變，產生抗藥株，所以單一抗體的bnAb就失去了效果，後來為了提高中和抗體的廣泛性和效果，研究人員另外設計了結合兩種抗體的雙特異性中和抗體（bispecific bnAbs, bs-bnAbs）。

但是之前使用的bs-bnAbs存在一些問題：（1）要能夠作為醫療使用，需要能大規模生產（但是要製作這種抗體需要向同一種細胞中轉入2個或者更多的基因）；（2）bs-bnAbs可能存在免疫原性（對人體來說是外來蛋白，會被人體的免疫系統清除），所以它的葯代動力學性質可能不好。

貳

來自香港大學李嘉誠醫學院的陳志偉組在The Journal of Clinical Investigation雜誌上發表文章「Tandem bispecific neutralizing antibody eliminates HIV-1 infection in humanized mice」[1]，設計了一種新型的串聯雙特異性中和抗體，可以抑制124種HIV病毒亞型，並且能清除人源化小鼠中的HIV病毒。

首先，他們設計了單基因編碼的串聯雙特異性免疫黏附分子（BiIA-SG），他們將以前文章中報道的5種bnAbs（PG9, PG16, PGT128, VRC01 和Hu5A8）的單鏈可變區片段（scFv）和IgG1蛋白的恆定區片段連到一起做成一種黏附分子（immunoadhesin, IA）（圖1）。

圖1. 單基因編碼免疫粘附分子BiIA-SG設計思路

這些黏附分子單個都有抗HIV活性，兩兩連用時IA-PGT128+IA-5A8效果最好。所以他們用了兩種方法把這兩種粘附分子串聯到一起，一種是雙基因編碼的BiIA-DS，一種是單基因編碼的BiIA-SG（圖2）。BiIA-SG與HIV的蛋白gp120和宿主細胞的CD4均能很好結合，而BiIA-DG只能和CD4很好結合，與gp120結合能力較差。

圖2. 兩種方法將IA- PGT128和IA-5A8串聯

他們測試了BiIA-SG, BiIA-DG, IA-PGT128, IA-Hu5A8和VRC01-IgG（一種正在臨床的抗體葯）五種抗體葯對於124種HIV-1假病毒的抑制效果，BiIA-SG要優於其他，半抑制濃度IC50在0.001-1.03 ug/mL，並且對於所有病毒都有效果。同時也測試了對於兩種活病毒R5-tropic HIV-1JR-FL和R5-tropic T/F virus HIV-1BJZS7，BiIA-SG也是能抑制的。所以，BiIA-SG對於活病毒和假病毒都有中和效果。

叄

接下來，他們在人源化小鼠中測試BiIA-SG的保護效果。首先BiIA-SG在細胞中的半衰期是3.1天，與Hu5A8和PGT128相當。在測試暴露前預防實驗（preexposure prophylaxis, PrEP）中，提前1小時用抗體葯處理小鼠，然後用HIV病毒感染，感染後1周和2周的時候分析小鼠中的病毒含量，BiIA-SG能有效控制病毒產生，CD4+ T細胞的減少也消失了。

另外他們也檢測了BiIA-SG對於已患病小鼠的治療效果，如果單純是用BiIA-SG治療或者與聯合抗逆轉錄療法（cART）結合，一開始能控制後來又反彈，BiIA-SG+cART反彈會延後一些。所以他們將BiIA-SG的腺相關病毒（AAV-BiIA-SG）注射小鼠，這樣的藥物半衰期延長到21.7天，比之前的3.1天長很多，對照組和低劑量組沒有效果，而中等劑量組和高劑量組都可以抑制病毒到沒有（圖3）。所以這種BiIA-SG中和抗體對於HIV病毒既有預防效果，又有治療效果。

圖3. AAV-BiIA-SG治療感染HIV的人源化小鼠（A. 3周前製作人源化小鼠，0天感染HIV，2周AAV治療，2周~11周測量病毒滴度。 B.檢測2周~11周小鼠的病毒滴度和藥物濃度）

這個工作的意義在於設計了一種新的中和抗體的結構，方便生產，代謝慢，並且在人源化的小鼠中能清除HIV病毒。在小鼠模型到臨床檢驗，還有很長一段路要走，據報道他們已經在非人靈長類中進行測試，可能還需要3~5年才會進行人體實驗。

參考文獻：

1.Wu, X., et al., Tandem bispecific neutralizing antibody eliminates HIV-1 infection in humanized mice. J Clin Invest, 2018.

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