mRNA疫苗的首次出现可以追溯到20世纪末和21世纪初，但其在疫苗领域的实际应用和突破性进展主要集中在近年来，特别是在应对COVID-19大流行时期。目前，mRNA疫苗在各个领域的研究进展迅速，为传染病、肿瘤等疾病的治疗和预防带来了新的机遇和希望。

　　近日，国际顶刊《Science》发布了一篇来自美国Harvard, MIT和麻省总院附属下的Ragon研究所的Facundo D. Batista 团队、William R. Schief 团队联合Scripps 研究所Andrew B. Ward 团队的研究论文，展示了又一重磅的mRNA疫苗，为mRNA疫苗技术在HIV预防中的应用开辟了新天地。（图1）

　　研究人员旨在利用mRNA技术诱导生成针对多种HIV亚型至关重要的广谱中和抗体（bnAbs）前体，为种系细胞靶向激活（germline targeting，GT）和递进式免疫策略在HIV疫苗开发上的可行性提供了证据。通过动物模型，研究者成功诱发了对HIV bnAbs的特异性免疫反应，开辟了开发有效HIV疫苗的新策略。

      BG18是针对HIV-1病毒包膜蛋白（Env）上V3环上的甘露糖结构的一种人源化抗体。这种抗体能够有效地中和多种HIV病毒株，是一种bnAbs。研究者利用人源化小鼠模型BG18 gH，来研究疫苗免疫原N332-GT5蛋白三聚体诱导激活的免疫生物学。

　　通过流式细胞术分析，发现在未免疫的小鼠中，17.4%的naïve B细胞能够特异性结合N332-GT5，远高于野生型(WT)小鼠。此外，通过表位特异性Fab与GT5和其前身GT2的解离常数(Kd)测量，发现GT5与Fab的结合亲和力远高于GT2。这表明人源化的naïve B细胞在BG18gH小鼠模型中能够结合GT5，并且具有更高的亲和力。通过采用转移的CD45.2 KI BG18gH或WT小鼠到CD45.1 WT动物中，研究者们进一步证实了GT5三聚体蛋白能够特异性地激活BG18 iGL前体，并且这种激活在低频率的BG18前体中也能高效发生。（图2）

　　研究者们发现，通过GT5三聚体蛋白免疫的BG18gH小鼠在16和42天检测点时，血清IgG滴度显著高于对照组。通过负染色电子显微镜多克隆表位图谱(nsEMPEM)分析，发现BG18和WT小鼠的血清多克隆抗体(pAb)都接近GT5的V3-糖蛋白表位，但采用了不同的结合姿态。

　　此外，通过冷冻电镜EMPEM(cryoEMPEM)获得的高分辨率结构表明，BG18 pAbs通过长的HCDR3与GT5蛋白在V3环底部的保守Gly-Asp-Ile-Arg (GDIR)基序接触，而WT pAb-GT5的相互作用集中在V1环和工程化的糖蛋白空缺处。

　　研究者们还观察到在GCs中，GT5免疫后42天的B细胞展示了持续的体细胞超突变(SHM)，这表明GT5三聚体蛋白不仅激活了稀有的BG18gH前体，还促进了它们的亲和力成熟。（图3）

　　研究者们设计了两种增强免疫原B11和B16，它们旨在最小化与V1环直接的鼠抗体的交叉反应。

　　研究发现，在N332-GT5启动后，BG18类前体抗体获得了对B16和B11增强剂的可检测亲和力，尽管这些亲和力增益远小于GT5。在GT5三聚体蛋白免疫后56天，小鼠接受了5mg的B11或B16三聚体蛋白增强免疫，分析在增强后65天进行。增强后的GCs比仅启动的动物大几倍。这表明B11和B16增强剂能够显著增加GCs的大小，同时保持BG18前体的参与。（图4）

　　研究者们在B11和B16蛋白增强后35天(即启动后77天)分离了B11和B16 CD45.2结合物，用于B细胞受体(BCR)测序。观察到在CDRs中积累的突变，并且通过增强的SHM推动了增强细胞在第77天的显著多样化。这种多样化导致了大约一半的Fab测量出在B11增强后对B11的亲和力增加，以及在B16增强后对B16的类似部分Fab的亲和力增加。（图5）

　　其中，"Fab"指的是抗体的抗原结合片段（Fragment of antigen binding），是抗体识别并结合特定抗原表位的关键部分。Fab片段可以作为免疫反应的一部分，通过与抗原结合，调节免疫细胞的活动，影响免疫应答的强度和类型，抗体的特异性主要取决于Fab片段的可变区结构。

      gp151是指的HIV-1病毒包膜糖蛋白 (Env)的gp120和gp41两个亚基。在疫苗开发中，gp120或gp140常被用作免疫原，目的是激发宿主产生针对HIV-1病毒的中和抗体。研究人员使用先前报道的膜结合gp151三聚体格式，进行了10mg GT5膜结合三聚体mRNA的免疫实验，并在14、28和56天检测点分析了响应。

     GT5-mRNA疫苗产生了强大的GCs，这些GCs一直持续到56天检测点。GCs由大量CD45.2 BG18gH B细胞组成，这些细胞在56天时有所下降。大约一半的CD45.2s在所有分析日期的GCs中是表位特异性结合物。通过mRNA作为膜锚定免疫原传递的GT5触发了强烈且持久的体液反应，其免疫原性与蛋白三聚体相似，但可能更可取。它产生了持久的GCs和类似的突变图谱，且负染色电子显微镜多克隆表位图谱（nsEMPEM）结果表明与碱基的脱靶结合较少，这是疫苗设计中的一个积极结果，有助于确保疫苗引发的免疫应答尽可能接近理想状态。（图6）

　　在确定了B11和B16蛋白三聚体作为GT5后增强免疫原的有效性以及GT5 mRNA启动相对于GT5蛋白三聚体的免疫原性之后，接下来的研究是发掘膜锚定三聚体对mRNA递送的启动-增强方案的反应，研究人员建立了与蛋白增强剂相同的高频受体模型。发现在增强后的第58天和第78天，增强的GCs比仅启动的动物大得多，并且维持到第78天。因此，mRNA-LNP是引物-增强方案的有效替代递送系统。（图7）

　　为了表征mRNA引物- mRNA增强序列驱动的多样性，研究人员在增强后36天(即第78天)分离了CD45.2+ B细胞表位特异性结合物，用于单细胞BCR测序。发现LC的使用被限制在一组小鼠κ链中。HCs表现出比GT5 mRNA启动单独时更高的SHM频率，并且CDRs富集了氨基酸突变。此外，已知的bnAb HCDR1突变之外，其他极性和带电残基的突变在HCDR1中也很常见。研究人员还测试了两个在B11 mRNA增强后36天分离的抗体(B11_d78.08和B11_d78.10)，它们对B11有很高的亲和力，测试了它们中和V1环修饰的假病毒的能力。这些抗体能够中和两种V1修饰的假病毒，但它们不能中和WT BG505_T332N病毒，表明mRNA增强的抗体是功能性的，但还没有获得中和完全原生假病毒所需的SHM质量，原生假病毒的中和将需要进一步的BCR修饰。（图8）

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