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science & nature:揭开艾滋病毒关键蛋白的“真相”

【2014-10-10】

艾滋病病毒表面有一些突起,这是它感染人体细胞的关键。美国科学家8日说,他们已经完全弄清楚了这些突起的结构以及其与人体细胞融合前后的动态变化。这一成果为设计有效的艾滋病疫苗奠定基础。

美国国家卫生研究院、耶鲁大学和韦尔·康奈尔医学院研究人员当天在美国《科学》和英国《自然》上发表两篇相关论文。参与研究的美国国家卫生研究院艾滋病研究专家周同庆告诉新华社记者,以前设计疫苗“完全是盲目地在那做”,而现在相当于“知道了这个逃犯长什么样”,所以“抓获”它的可能性很大,有可能导致有效疫苗的诞生。

据周同庆介绍,艾滋病病毒表面突起由gp120和gp41两种蛋白构成,它们形成了一个三聚体,其中gp120主要是与人体细胞表面蛋白结合,而gp41则参与把病毒遗传物质转入人体细胞。

他说,gp120和gp41形成的突起就像一个“变形金刚”,在不同环境下呈现为不同形状,在与人体细胞融合前后以及融合过程中的形状完全不同。“对于免疫系统来说,艾滋病病毒就是一个永远在动的靶位”。这种动态变化是此前艾滋病疫苗失败的原因之一。

以前的研究已经解析出gp120的核心结构和gp41的“融合后”结构,但对疫苗设计至关重要的病毒突起的“融合前”结构和形状一直未能获得突破。最新研究从原子水平上成功解析了完整的gp41“融合前”结构,从而第一次解析出艾滋病病毒突起在与人体细胞融合前的结构形状。

研究人员还用一种叫“荧光能量共振转移”的方法标记病毒表面的突起,进一步研究其感染人体细胞前后的变化。结果表明,这种突起需要处于一种“开放状态”,才能感染人体细胞。不过,它多数时间都处于“闭合状态”。由于只有少数有效抗体能将病毒“锁”在“闭合状态”,且“开放状态”是短暂的,因而人体免疫细胞难以攻击艾滋病病毒。

去年11月,美国《科学》杂志也曾发表两篇论文,描述艾滋病病毒表面突起的结构。但周同庆说,这两篇论文得出的结构分辨率还不够高,仅大致能看出是什么模样,而gp41的结构完全没有解析出来。

他说,新成果为下一步疫苗开发提供了最基本的靶点,有了艾滋病病毒表面突起的结构,“可以在原子水平上设计一些化学修饰,把结构稳定在融合前的状态,不让它变化,这就会增加疫苗成功的机会”。

自从艾滋病作为一种传染病出现以来,全世界共有7500万人感染。艾滋病病情目前可利用抗逆转录病毒药物控制,但无法治愈,也没有有效疫苗。许多专家认为,只有开发出有效疫苗才能终结艾滋病的流行。

原文检索:

james b. munro, jason gorman, xiaochu ma, zhou zhou, james arthos, dennis r. burton,wayne c. koff, joel r. courter, amos b. smith iii, peter d. kwong, scott c. blanchard,and walther mothes. conformational dynamics of single hiv-1 envelope trimers on the surface of native virions. science, 8 october 2014; doi:10.1126/science.1254426

marie pancera, tongqing zhou, aliaksandr druz, ivelin s. georgiev, cinque soto, jason gorman, jinghe huang, priyamvada acharya, gwo-yu chuang, gilad ofek, guillaume b. e. stewart-jones, jonathan stuckey, robert t. bailer, m. gordon joyce, mark k. louder, nancy tumba, yongping yang, baoshan zhang, myron s. cohen, barton f. haynes, john r. mascola, lynn morris, james b. munro, scott c. blanchard, walther mothes, mark connors & peter d. kwong. structure and immune recognition of trimeric pre-fusion hiv-1 env. nature, 8 october 2014; doi:10.1038/nature13808

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