一种可诱导HIV-1广谱中和抗体的包膜蛋白三聚体免疫原及用途制造技术

本发明专利技术涉及生物医学领域，涉及一种可诱导HIV‑1广谱中和抗体的包膜蛋白三聚体免疫原及用途。具体涉及基于HIV‑1中国流行株设计的包膜蛋白Env共性基因序列，以及基于该序列获得的稳定的包膜蛋白gp120三聚体免疫原。本发明专利技术进一步涉及所述的HIV‑1包膜蛋白gp120三聚体免疫原用于制备艾滋病疫苗的用途。

Immunogen and application of a kind of envelope protein trimer which can induce broad-spectrum neutralizing antibody of HIV-1

【技术实现步骤摘要】
一种可诱导HIV-1广谱中和抗体的包膜蛋白三聚体免疫原及用途
本专利技术涉及生物医学领域，涉及一种可诱导产生针对全球HIV-1流行株的广谱中和抗体的包膜蛋白gp120三聚体免疫原。具体涉及基于HIV-1中国流行株设计的包膜蛋白Env共性基因序列，以及基于该序列获得的稳定的包膜蛋白gp120三聚体免疫原。本专利技术进一步涉及所述的HIV-1包膜蛋白gp120三聚体免疫原用于制备艾滋病疫苗的用途。
技术介绍
获得性免疫缺陷综合征(acquiredimmunodeficiencysyndrome,AIDS)，即艾滋病是由人类免疫缺陷病毒(humanimmunodeficiencyvirus,HIV)传播引起的重大传染性疾病，位列世界卫生组织公布的2019年全球10大健康威胁之一[1]。我国艾滋病疫情同样形势严峻，感染人数持续上升。截至2018年底，我国的HIV病毒携带者与确诊的艾滋病病人约有125万，疫情分布区域逐渐扩大，性传播替代输血及静脉吸毒途径成为主要的传播方式[2]。目前临床上一般采用高效抗反转录病毒联合治疗法(highactiveantiretroviraltherapy,HAART)，即鸡尾酒疗法治疗艾滋病，在控制患者体内病毒载量的同时，也不可避免的造成了一定的副作用，同时耐药性的存在也给对HIV防治带来了巨大的挑战，因此研制出能够有效预防HIV的疫苗迫在眉睫[3]。但自从1981年首次确认HIV是艾滋病的病原体以来，科研人员经过30多年坚持不懈的探索，仍然没有设计出有效的疫苗。HIV疫苗研发面临的重大挑战首先是HIV与其它病毒相比，其遗传物质具有高度的变异性和复杂性，在病毒复制过程中，其基因组会产生大量的突变，在逆转录酶的作用下还会发生基因重组，从而导致产生大量的变异毒株，而这些突变与重组就造成了HIV病毒抗原性的改变或病毒毒力的增强，进而导致研发出的疫苗难以抵御所有的突变株[4]。其次，HIV的包膜蛋白(Env)是结构复杂的糖蛋白，其表面大量的糖基遮挡了Env中和表位，使抗体难以对病毒进行有效的清除[5]。而在疫苗的设计过程中，这些构象型的中和表位又是疫苗研制的重要靶标，以便诱导产生具有中和病毒能力的中和抗体特别是针对大多数1型HIV(HIV-1)毒株的广谱中和抗体(broadlyneutralizingantibody,bNAb)[6]。目前，已经从感染者体内分离到了多个中和广度较高的针对HIV-1包膜蛋白Env保守性抗原表位的bnAbs。例如，Wu等[7]利用HIV重组gp120抗原RSC3，通过单个B细胞分选技术，从HIV-1感染者体内筛选出针对gp120的CD4结合区(CD4-bindingsite,CD4bs)单抗VRC01，其广谱中和能力高达91％。其它一些较受关注的bnAbs还包括：CH103、PG9、PGT135、8ANC195，10E等[8]。然而，由于病毒包膜蛋白Env序列的多样性，bnAb表位暴露程度较低以及降低编码bnAb前体频率的独特遗传要求等因素，目前尚没有任何一种疫苗能够诱导机体产生这种针对多种HIV-1tier-2毒株的bnAb。为了诱导广谱中和抗体，研究者们尝试了各种各样的办法来获得合适的免疫原。对HIV-1感染者体内bnAb的产生机制研究发现，bnAb是通过与病毒在体内共进化产生和成熟的[9]。这表明仅以单一病毒序列设计免疫原很难诱导出bnAb，而根据某种bnAb的进化路线，设计多个免疫原是一个相对可行的疫苗设计方案。但由于bnAb进化机制的复杂性，目前这种策略还缺乏成熟的方案和充足的实验证据。还有一种策略是将不同亚型的HIV-1基因序列排列在一起进行基因序列比对，然后选择在每一个位置出现最频繁的碱基，最终得到的序列称为共性基因序列(consensus)。共性基因与所有进行分析的基因序列的差异一般是不同序列间遗传变异程度的一半左右，因此它处于进化树的中间位置与所有序列都具有较小的差异[10]。实验研究表明，利用HIV-1的M组病毒包膜蛋白基因设计的共性基因序列(CON-S)来设计的抗原，与任何单一亚型的野生型Env抗原相比，能够诱导出针对不同亚型HIV-1流行株更为广谱和类似或更强的的免疫反应[11,12]。另一方面，HIV-1广谱中和抗体的产生跟抗原蛋白的结构具有直接的联系。目前认为，具有天然构象的Env三聚体在诱导广谱中和抗体方面更具优势。因此，研究者们通过对抗原蛋白结构的改造和优化，设计了一系列更加稳定的Env三聚体。这一类研究中，最具代表性的就是SOSIP.664gp140的设计[13]。该设计用二硫键将gp120和gp41连接到一起，并将559位的异亮氨酸突变为脯氨酸，从而获得了稳定的处于融合前状态的Env三聚体。与之相对的，还有一种策略是通过一条长连接器(linker)将gp120和gp41连接在一起，从而得到Env三聚体[14]。在SOSIP.664gp120的基础上，Scripps研究所设计了BG505UFO三聚体，这种三聚体蛋白具有更好的稳定性[15]。这些三聚体表面的中和抗体表位得到更好地提呈，而免疫显性的非中和表位大多被遮挡，使得这些近似天然构象的三聚体作为抗原有可能诱导出广谱中和抗体。综合上述分析，我们在前期对人体内HIV-1bnAb产生机制研究的基础上，通过病毒进化分析与基因比对，以在中国流行最为广泛的四种亚型CRF07_BC(35.5％)、CRF01_AE(27.6％)、CRF08_BC(20.1％)、SubtypeB(9.6％)共约500个病毒序列为基础，设计出一个具有高度保守性的Env共性基因序列718B.env.con。然后利用三聚化模序MTQ和稳定序列Protan与718B.env.con中的gp120序列融合表达，获得了一种全新的结构更加稳定的gp120三聚体(PCM)免疫原。将该免疫原与AS03佐剂混合后免疫豚鼠，结果显示：免疫后的豚鼠血清具有非常广谱的针对HIV-1的中和活性，能够中和多种HIV-1tier-2假病毒(全球标准病毒株)，显著优于目前报道的所有HIV-1包膜蛋白疫苗免疫原。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新型的gp120三聚体免疫原，其特点是能够在动物体内具有诱导产生针对不同HIV-1流行株的广谱中和抗体。本专利技术的实现是基于HIV-1包膜蛋白Env共性基因序列的设计，以及在此基础上获得的稳定的gp120三聚体蛋白。本专利技术提供了一种根据我国广泛流行的HIV-1主要优势株并通过共性基因序列设计获得的新型HIV-1疫苗免疫原。相比较目前国际上其它以诱导HIV-1广谱中和抗体为目的免疫原，本专利技术提供的免疫原兼具序列和结构优势，具有单独免疫诱导机体产生广谱中和活性的能力，且已在豚鼠体内获得了较好的免疫结果。本专利技术另一个目的在于提供了一种HIV-1包膜蛋白Env的共性基因序列。本专利技术通过选取来自于4种HIV-1中国主要流行亚型(CRF07_BC、CRF01_AE、CRF08_BC、subtypeB)大量病毒株基因序列，利用计算机技术进行分析比对，设计得到包膜糖蛋白Env共性基因序列718B.e本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可诱导HIV-1广谱中和抗体的包膜蛋白三聚体免疫原，其特征在于：其是基于HIV-1中国流行株设计的包膜蛋白Env共性基因序列，并在该序列基础上获得的稳定的包膜蛋白gp120三聚体蛋白。/n

【技术特征摘要】
1.一种可诱导HIV-1广谱中和抗体的包膜蛋白三聚体免疫原，其特征在于：其是基于HIV-1中国流行株设计的包膜蛋白Env共性基因序列，并在该序列基础上获得的稳定的包膜蛋白gp120三聚体蛋白。


2.如权利要求1所述的一种可诱导HIV-1广谱中和抗体的包膜蛋白三聚体免疫原，其特征在于：共性基因序列是718B.env.con，衍生自HIV-1不同病毒株的包膜糖蛋白。


3.如权利要求2所述的一种可诱导HIV-1广谱中和抗体的包膜蛋白三聚体免疫原，其特征在于：所述的包膜蛋白共性基因序列，进一步衍生自HIV-1中国流行亚型CRF07_BC、CRF01_AE、CRF08_BC和SubtypeB的不同病毒株。

【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，于湘晖，孔维，于彬，毕金鹏，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22