自20世纪80年代初HIV疫情爆发以来，全球已有约4000万人感染HIV，数千万人死于艾滋病。尽管已有抗逆转录病毒药物用于治疗HIV，但科学家们尚未找到彻底治愈HIV的疫苗。然而，近日杜克大学和哈佛大学的一组科学家进行的一项研究为潜在的HIV疫苗带来了新的希望。

这项研究发表在《细胞》杂志上，其候选疫苗产生的抗体能够广泛中和美国现有艾滋病毒株的三分之一以上。为了协助开发这种候选疫苗，研究人员在位于阿贡国家实验室的美国能源部科学办公室用户设施——先进光子源(APS)的SER-CAT(东南地区协作访问团队)光束线22-ID上进行了蛋白质晶体学研究。

疫苗的工作原理是利用称为抗原的生物或化学物质来激发人体的免疫反应。对于HIV，由于其攻击的是人体的CD4 T细胞，并且能够将遗传物质插入人体自身的遗传物质中，因此完全预防感染至关重要。

杜克大学弗雷德里克·M·汉斯医学和免疫学教授、杜克人类疫苗研究所所长巴顿·海恩斯表示，HIV疫苗的研发门槛比其他任何疫苗都要高得多，因为HIV能在几天内控制整个免疫系统。为了制造一种潜在的疫苗，海恩斯和他的同事设计了一种候选疫苗，可以刺激广泛中和抗体的产生。然而，最初制造广泛中和抗体存在一个问题，即人体不想制造与自身细胞非常相似的抗体，以免引发自身免疫反应。

研究人员通过分离出多种广泛中和抗体，并绘制它们的基因进化路线图，从“幼稚”抗体到成熟抗体，使其具有紧密的“锁和钥匙”与HIV病毒的蛋白质包膜相吻合。海恩斯解释道，让抗体更好地与艾滋病毒包膜结合的过程就像是把钥匙变成锁，不断添加凹槽直到完美契合。

马里兰大学帕克分校细胞生物学和分子遗传学系助理教授吉拉德·奥菲克表示，研究人员瞄准了病毒的一个易受抗体攻击和侵袭的区域，即膜近端外部区域(MPER)。这种候选疫苗的发现代表着一项重要的突破，因为它具有针对多种艾滋病毒株的中和特性，这种特性称为异源中和。

海恩斯说：“我们可能还没有研制出有效的疫苗，但这项研究无疑为疫苗可以诱导这些不寻常的抗体提供了一个有价值的新概念证明。”一些具有广泛中和作用的抗体都具有一个特定的基因序列，称为VH7-4-1，该基因序列在几种不同的免疫中受到青睐。奥菲克表示，含有这种基因的抗体的中和能力得到了增强。

为了研究抗体和病毒，研究人员使用了APS的SER-CAT。晶体学研究涉及检查与MPER生成的抗体结合的目标蛋白的低温冷却晶体，APS X射线束的亮度为其提供了高质量的数据和最终结构。佐治亚大学生物化学和分子生物学副教授、SER-CAT主任约翰·罗斯指出，阿贡在蛋白质晶体学和结构测定方面的优势使其成为疫苗研发的理想场所。

罗斯表示，随着APS的不断升级，表征和结构测定将变得更容易、更快速。他说：“我们已经达到了可以全天候自动化、无需人工的晶体学研究的水平，这大大提高了我们的产量。”他补充道：“经过APS升级，阿贡国家实验室现在已经成为世界上最现代化的蛋白质科学设施之一。”

这项工作由美国国立卫生研究院、美国国立过敏和传染病研究所艾滋病司为杜克大学艾滋病/艾滋病疫苗开发联盟提供的资助。

阿贡国家实验室的先进光子源(APS)是世界上生产力最高的X射线光源设施之一，为各种研究人员提供高亮度X射线束，帮助他们探索材料和生物结构，解决重要生物蛋白质结构等问题。每年，超过5000名研究人员使用APS发表超过2000篇出版物，详细介绍有影响力的发现。

这项研究使用了先进光子源的资源，该资源由美国能源部科学办公室用户设施运营，由阿贡国家实验室根据合同编号DE-AC02-06CH11357为能源部科学办公室运营。