對付艾滋病病毒，奶牛可能幫得上大忙

奶牛除了提供美味的牛奶和牛肉之外，還能為人類做什麼呢？最近，一些科學家不斷創新，賦予奶牛新的使命，希望利用牛的免疫系統對付像HIV、漢坦病毒、埃博拉病毒等多種危險病毒。

理想的工具

據聯合國艾滋病規劃署數據顯示，到2015年底，全球約有7800萬人感染艾滋病病毒，其中累計約3500萬人因此死亡，艾滋病病毒已成為對人類健康最致命的威脅之一。

科學家一直在努力尋找艾滋病病毒的命門，希望一舉降服這一「惡魔」，研製安全有效的艾滋病疫苗正是眾多科學家不懈努力的主要目標之一，因為疫苗能激活機體免疫系統，產生中和艾滋病病毒的抗體，最終將病毒清除出體內。不過由於艾滋病病毒狡猾而善變，善於欺騙並破壞人體免疫系統，而且變異體眾多，目前大多數疫苗研究均告失敗。

2016年11月，美國國家衛生研究院宣布，其資助研發的一種新型艾滋病疫苗HVTN702已開啟臨床有效性試驗，該臨床試驗計劃在南非招募5400名志願者，預計到2020年結束。該疫苗是艾滋病疫苗RV144的升級版，RV144雖然於2009年在泰國完成臨床試驗，但是其臨床有效率僅為31%，最終沒能獲准商業應用，這卻是迄今經臨床驗證效果最佳的艾滋病疫苗。之後幾年，研發人員對RV144進行了改進，希望能提高有效率，並延長保護時間，不過新疫苗HVTN702最終能否獲得成功，還是未知數。

正當科學家在艾滋病疫苗研發上愈挫愈勇之時，美國斯克里普斯研究所（The Scripps Research Institute）的研究人員卻獨闢蹊徑。他們借鑒艾滋病疫苗研發思路，設計合成了一種可以模擬艾滋病病毒外殼的包膜蛋白，然後將這一蛋白注射到四頭奶牛體內進行免疫，42天以後，在四頭奶牛血液中均檢測到可中和艾滋病病毒的抗體。

研發人員進一步檢測其中一頭牛所產生抗體對不同艾滋病病毒變異體的中和效果，發現在受試的117種艾滋病病毒變異體中，這頭牛在免疫42天時產生的中和抗體的有效率只有20%，到381天時，有效率竟然提高至96%。這無疑是艾滋病疫苗研究的一項重大突破，因為只有約1%的艾滋病病毒感染人群能產生這種抗體，而且一般需要在感染病毒5年之後。這一研究成果於2017年7月20日在線發表在《自然》雜誌，引起關注。

這是首次在大動物上獲得如此快速而廣譜的抗艾滋病病毒抗體，之前其它研究人員已在兔子和猴子身上開展類似研究，但是均沒能誘導出廣譜的中和抗體。

這一成果主要得益於這一研究小組集合了艾滋病病毒研究專家、奶牛免疫專家和獸醫等多學科研究人員，以及這些研究人員的細緻分析和精巧設計。研究人員在分析艾滋病病毒感染人群自然產生的中和抗體結構時發現，這些抗體表面有一段長30個氨基酸的突起顯得很特別，長度是人體內普通抗體的兩倍，而牛源抗體這一氨基酸鏈突起長度則可達70個氨基酸。

研究人員推測這一突起可能有助於中和抗體有效突破艾滋病病毒外殼糖蛋白構建的堅固防線，實現中和並清除艾滋病病毒的目的，如果對牛進行免疫，有可能大量產生這種具有超長氨基酸突起的中和抗體，後續研究也證明他們的這一推測是正確的，因為他們還從這頭牛的血清中分離出一種具有60個氨基酸突起的中和抗體，可以中和72%受試的艾滋病病毒變異體。

該研究論文通訊作者之一的沃恩·斯密德博士表示，這項研究表明，牛是研究艾滋病疫苗的理想工具，也可以成為生產治療性抗艾滋病病毒抗體的工廠，而對牛進行免疫來大量生產的廣譜中和抗體，也將有助於癌症、自身免疫性疾病以及感染疾病的治療。斯密德博士已就這一技術與多家醫藥公司合作，希望能在5到10年實現這一技術的產業化。

不過，這一研究有一個重要問題沒有提及，那就是牛源中和抗體的免疫原性，即當這些牛源抗體注射到人體內時，人體免疫系統會馬上識別，並迅速清除之，導致這些抗體無法發揮應有的功能，甚至引發人體嚴重的免疫反應，最嚴重可能危及生命，這也是20世紀曾被寄予厚望的抗血清療法被逐步淘汰的主要原因。

▲艾滋病疫苗仍然遙遙無期，缺乏廣譜性和保護持久性是其主要問題。（資料圖/圖）

轉染色體牛

抗血清療法是上世紀初發展起來的針對致命傳染性病原體或致命毒素的重要療法，基本做法是將致病微生物或毒素注射到牛、馬等動物體內進行免疫，這些免疫動物血清中會產生能中和致病微生物或毒素的抗體成分，再用這些抗血清來治療感染人群。該療法曾在治療白喉、肺炎、破傷風和麻疹等多種疾病中發揮重要作用，但是由於抗血清為動物源蛋白，容易引發病人強烈的過敏反應等副作用，逐漸被棄用，目前只有蛇毒抗血清、狂犬病抗血清等少數抗血清仍在使用。

但是，當人類面臨重大傳染病原體或生化武器襲擊時，往往需要快速、大量生產出抗血清或多克隆抗體，而牛成為活的抗體工廠，一頭牛所產生的抗體即可供100-200個病人使用，一直受到科學家們的重視。而牛源抗體的免疫原性問題，在過去十多年時間裡，也基本被日本和美國科學家所攻克，那就是轉染色體牛，其體內牛源的免疫球蛋白染色體片段被全部去除，代之以人源免疫球蛋白染色體片段，當致病微生物或毒素免疫這種轉染色體牛，其體內所產生的抗體將都是人源的，這將極大限度地減少牛源抗血清或多克隆抗體免疫原性所引發的副作用。

早在2000年，來自日本麒麟啤酒公司醫藥研究實驗室的科學家發明了一種轉染色體技術，即將含有人免疫球蛋白全部重鏈和輕鏈基因序列的染色體片段，整體轉入小鼠胚胎幹細胞，實現了人源多克隆抗體在小鼠血液中表達。不過，由於技術限制，轉染色體牛的難度要大得多，經過科學家十多年不懈改進，才最終獲得較為理想的轉染色體牛。

2002年，這些科學家與美國Hematech公司、麻省大學、貝勒醫學院等機構合作，利用日本科學家發明的轉染色體技術，成功將長約100萬鹼基對（相當於人Y染色體DNA長度的1/6）、含有人免疫球蛋白全部重鏈和輕鏈基因序列的染色體片段，轉入牛的皮膚細胞，再利用體細胞克隆技術，獲得第一代轉染色體牛。當對這些轉染色體牛進行免疫時，它們能產生特異的人源多克隆抗體，但是其產生的人源多克隆抗體表達量平均僅為幾十微克/升，而人血清中正常抗體濃度可達5-10克/升，顯然第一代轉染色體牛難以令人滿意。主要原因可能是牛源免疫球蛋白基因未能去除，這在當時也是難以逾越的技術難題，因為牛內源的免疫球蛋白基因信息尚不清楚，直到2009年牛的基因組計劃完成才迎來轉機。

2014年，這一研究團隊終於培育出理想的轉染色體牛，即牛內源免疫球蛋白重鏈和輕鏈基因位點全部敲除、但含有完整人免疫球蛋白基因位點的轉染色體牛。這些轉染色體牛血清中的全人源多克隆抗體含量平均為5克/升，最高可達15克/升，與人血清抗體含量相當，標誌著生產人源多克隆抗體藥物的轉染色體牛技術平台已經基本成熟。

▲美國SAB生物製藥公司利用轉染色體牛已研發出抗中東呼吸綜合征病毒、埃博拉病毒等多種致命病原體的人源多克隆抗體藥物，其中前者已進入臨床試驗。（資料圖/圖）

對付多種病毒

當然，這些轉染色體牛並沒有第一時間用來研發抗艾滋病藥物，而是被用於研發對付漢坦病毒、埃博拉病毒、中東呼吸綜合征冠狀病毒等傳染病原體的多克隆抗體藥物。

由於在開展生物武器防禦藥物方面的巨大潛力，近年來轉染色體牛技術平台也受到美國軍方的高度重視，美國陸軍傳染病醫學研究所已投入大量資金，正與桑福德健康集團旗下的SAB生物製藥公司（原美國Hematech公司）共同開發對付這些致命病原體的人源多克隆抗體藥物。

漢坦病毒能引發漢坦病毒肺部綜合征，主要表現為急性呼吸衰竭，病死率接近40%，曾在整個美洲大陸流行，中國也是該病的高發區，目前沒有有效的治療手段。據《科學·轉化醫學》雜誌2014年11月報道，美國陸軍傳染病醫學研究所和美國SAB生物製藥公司研究人員合作，利用分別來自兩種不同亞型漢坦病毒的DNA疫苗對轉染色體牛進行免疫，首次免疫一個月後，即可在牛血清中檢測到高濃度的抗漢坦病毒的多克隆抗體。

收集和純化經過四次免疫10天後的多克隆抗體，對五天前感染致死劑量漢坦病毒的三組倉鼠進行免疫注射，每組8隻倉鼠，結果兩個試驗組中分別有7隻和5隻存活，而對照組全部死亡，表明利用轉染色體牛生產人源多克隆抗體能顯著提高感染漢坦病毒肺部的動物存活率。

埃博拉病毒是引發人類和靈長類動物發生埃博拉出血熱的烈性傳染病病毒，死亡率高達30%-90%。2014年在西非再次爆發，感染病例達2.8萬之多，已造成1.1萬多人死亡，是近幾十年來全世界最嚴重的一次疫情。但是，目前對埃博拉病毒病尚無特效治療方法，最有希望的埃博拉疫苗仍處於臨床試驗階段。

據2015年9月《公共科學圖書館·綜合》報道，美國陸軍傳染病醫學研究所和美國SAB生物製藥公司研究人員利用可表達埃博拉病毒最致命亞型——扎伊爾型和蘇丹型糖蛋白基因的DNA疫苗，對轉染色體牛進行四次連續免疫，第二次免疫後即可檢測到抗埃博拉病毒人源多克隆抗體的產生；研究人員將純化後的人源多克隆抗體注射到小鼠體內，攻毒試驗顯示，免疫保護率可達80%以上。半年之後，該研究小組又對DNA抗原進行了改進，使得轉染色體牛生產的人源多克隆抗體對試驗小鼠的免疫保護率提高到90%以上，研究團隊接下來計劃開展靈長類動物的攻毒試驗，並申請臨床研究，以開發出抗埃博拉病毒的人源多克隆抗體新葯。

中東呼吸綜合征是由中東呼吸綜合征冠狀病毒引發，該病毒結構與SARS冠狀病毒相似，主要癥狀為急性呼吸窘迫，2013年首次在沙特被發現，截止到2017年7月，已確診的感染病例2040個，其中712人死亡，這些感染病例來自27個國家，因此被世界衛生組織定性為「全球健康威脅」。由於屬於新發傳染病，尚無有效預防和治療手段。

據《科學·轉化醫學》雜誌2016年1月報道，同樣是美國陸軍傳染病醫學研究所和美國SAB生物製藥公司等研究機構的研究人員，分別用兩種來自中東呼吸綜合征冠狀病毒不同亞型的候選疫苗，對轉染色體牛進行免疫，研製出兩種針對不同病毒亞型的人源多克隆抗體藥物（SAB-300和SAB-301），其中SAB-301已用於開展體內攻毒試驗和臨床前研究，攻毒試驗顯示，在感染該病毒12小時之前，或者感染病毒24小時和48小時後，對試驗小鼠進行SAB-301注射，均能在5天內，迅速有效地將體內病毒含量控制在接近或可檢測水平之下。該研究小組已於2016年5月啟動SAB-301臨床I期研究，計劃在2017年上半年完成人體臨床安全性試驗，該藥物有望成為第一個上市的人源多克隆抗體藥物。

除了上述致命病原體，美國SAB生物製藥公司還計劃開發對付寨卡病毒、登革病毒、流感病毒等病原體的人源多克隆抗體藥物。如果將來，美國斯克里普斯研究所能與美國SAB生物製藥公司強強聯手，有望共同開發出抗艾滋病等惡性病症的人源多克隆抗體藥物。目前，轉染色體牛生產人源多克隆抗體藥物已在美國進入臨床試驗，美國食品藥品監督管理局也出台了關於人血清或動物血清來源的多克隆抗體藥物的審批程序，相關產品一旦獲准上市，無疑將成為人類對付這些致命病原體甚至是生化恐怖襲擊的有效武器。

推薦閱讀：