每月彙整: 2020 年 5 月

據報導，德國漢堡的科學家正在使用新的基因與細胞療法來對抗愛滋病。在漢堡生物技術初創公司Provirex的支持下，研究人員正在開發一種基於「基因剪刀」(gene scissors)的新療法，從被感染細胞的基因組中「切出」HIV的原病毒，並消除該病毒。

如果能夠臨床成功，這將是人類有史以來第一次在體內徹底去除HIV，而之前對愛滋病的治療只是抑制該病毒的複製和繁殖。

愛滋病病毒與其他逆轉錄病毒一樣，在增殖時其遺傳物質會整合到人體宿主基因組上進行複製。

雖然目前的抗逆轉錄病毒療法可有效抑制愛滋病病毒繁殖，但不能根除這類整合性病毒。因此病毒可以在治療期間潛伏休眠，一旦治療中止，又重新開始複製

據德國馬克斯-普朗克研究所(Max Planck Institute，馬普所)近日發布的消息，該療法的基本概念來自於三個德國研究機構，分別是海因里希佩特研究所(HPI)、馬普所的分子細胞生物學與遺傳學研究所和德勒斯登工業大學。

他們共同開發並優化了「基因剪刀」：設計了一種名為Brec1的重組酶。Brec1重組酶可以識別臨床上常見的愛滋病病毒株，並能安全準確地在受感染細胞的染色體組中完全「剪除」整合的原病毒。所謂原病毒，是指存在於宿主染色體內的、潛在的病毒基因組。

此前，他們曾進行了細胞試驗以及實驗鼠試驗。試驗顯示，這種重組酶可以定位識別90％以上臨床常見的愛滋病病毒株，並能安全準確地在受感染細胞的染色體組中完全「剪除」整合的原病毒。

國際權威學術期刊《自然生物技術》(NBT)在2016年也曾刊發研究成果，顯示這種方法不會破壞寄主細胞和正常基因的功能。

科學參議員凱薩琳娜費格班克(Katharina Fegebank)表示：「漢堡的初創企業Provirex或許為抗擊愛滋病毒和愛滋病做出決定性的貢獻。這種新的治療形式可以使患者細胞第一次永久、準確地從愛滋病毒中解放出來，這將是治療愛滋病毒和愛滋病的醫學、社會和歷史性突破。」

自1981年HIV在中美洲首次發現以來，全球現在HIV的檢測方向仍不容樂觀：HIV有很大的攜帶人群，但是積極檢測治療的人卻很少。

根據聯合國愛滋病規劃署的最新估計，在3790萬愛滋病毒攜帶者中，有大約79%的人被診斷出患有愛滋病，卻只有大約53%的人接受了有效的治療，只有兩人被治癒。不接受治療的患者中只有1%的情況下狀態比較好

愛滋病依舊是全世界現在面臨的一個很大的公共健康問題，儘管使用cART，HIV已經明顯降低了愛滋病毒的發病率，但終生治療仍然給經濟、健康和社會心理等多方面帶來挑戰。

人們都十分希望能獲得一種根除HIV的方式，這些都需要科學家們進一步的探索。我們對HIV還有太多未知的事情，包括患者要有什麼樣的指標，治療到什麼程度、經歷多長時間才算完全治癒愛滋病。

但科學發展是迅速的，此次開發的基於「基因剪刀」的新療法雖然還未被臨床驗證，卻也給愛滋病治癒帶來新的希望，愛滋病終將會被科學界征服。

新型冠狀肺炎病毒卷席全球，許多國家地區目前依然處於疫情嚴重狀態。幸運的是，我們很欣慰地看到，不少感染了新型冠狀肺炎病毒的人已經痊癒出院，這給予了人們成功抗擊疫情的信心。

不過，大家有沒有考慮過這樣一個問題：為什麼新型冠狀病毒、流感病毒的感染可以痊癒，而肝炎病毒、愛滋病毒卻會終身感染、無法治癒呢？

我們日常生活中可能接觸和聽說許多種病毒性疾病。比如，從最簡單的感冒，到沙眼、風疹、肝炎、流感、愛滋病……它們各有各的特點，在感染的時長上，差異尤為明顯：有些只是很尋常的小病，比如感冒通常在一周內就可以自行痊癒，而有些則需要終身服藥治療。這種區別，是因為病毒具有不同的感染策略。

一、感冒病毒

感冒是人類最常見的傳染病，成年人平均每年感冒兩三次，而兒童可能會接連患上六七次。目前已經發現，有200多種病毒和感冒有關，所以讓你感冒的，每次都可能是不同的病毒，不過它們的致病機制其實大同小異。

以最常見的感冒病因——鼻病毒為例，鼻病毒會附著進入人類的鼻腔上皮細胞，導致人體自行釋放炎症介質，所以會出現流鼻涕、鼻塞等症狀。

鼻病毒通常不會損壞上皮細胞，它們會複製自己，然後從上皮細胞那裡釋放出來。之後，粘液(也就是鼻涕)可以將它們沖走。這些病毒不會入侵到人體深處。所以幾天後，等炎症介質的效應消退，感冒也就痊癒了。正因如此，一般感冒只會持續很短的時間，而人類一年之中甚至可能感冒十次以上。

二、流感病毒

和引起普通感冒的病毒相比，流感病毒的毒性要強得多。流感病毒可以入侵鼻腔、喉嚨、肺部的上皮細胞，並在這些細胞里瘋狂複製自己。等大量病毒產生後，上皮細胞就會破裂死亡、釋放出那些病毒——聽起來很可怕對吧，這也是為什麼流感的症狀會那麼嚴重的原因。

不過，這也有一個優點：被感染的上皮細胞都會很快死亡，新的健康的上皮細胞又會長出來，所以流感病毒也是不會長期感染人的。只要流感痊癒了，那就意味著病毒已經被清除掉了。

三、B型肝炎病毒

那我們常常聽說的B型肝炎呢？B型肝炎的情況稍稍複雜一些，B型肝炎的感染通常分為兩種情況：急性感染和慢性感染。其中，顧名思義，慢性B肝的感染者會終身攜帶病毒，而多數急性B肝患者痊癒後，體內的病毒是可以完全清除的。

感冒病毒、流感病毒感染的基本上是呼吸道的黏膜，而B型肝炎病毒感染的是肝細胞。B型肝炎病毒會寄生在肝細胞里，不停地複製自己、釋放病毒。

不過，和流感病毒不同，在慢性感染者的體內，感染了病毒的肝細胞並不會死亡，它們會病怏怏地存活著，等於人體和肝炎病毒共存了。

而發生急性B肝感染的時候，人體的免疫系統會猛攻並殺死所有受感染的肝細胞，等這些肝細胞都死亡了，病毒也就消除了。這就是多數急性B肝患者可以痊癒，而慢性B肝不能治癒的原因。

四、愛滋病毒

B肝病毒已經很聰明了，而愛滋病毒的段位比B肝病毒還高一級。為什麼？因為愛滋病毒感染的，是人類最重要的免疫系統。愛滋病毒能把自己的遺傳物質插進人類的DNA中，這樣一來，它們就和人類不分你我了。

愛滋病毒非常狡猾，受感染的免疫細胞是無法被免疫系統識別的，所以也就不能像急性B肝感染一樣，由免疫系統來清除這些病毒。需要提醒的是，愛滋病毒有很多毒株，每一種都可以獨立、終身感染人類。因此，即使是愛滋病毒攜帶者，也還是要保護自己免受更多愛滋病毒的毒手。

五、新型冠狀病毒

說到這裡，大家應該基本明白了短期感染和長期感染病毒之間的區別了吧？目前，人類對新型冠狀病毒的研究還沒那麼透徹。不過，同是呼吸道感染病毒，它的致病機制更接近流感病毒和感冒病毒，而不是愛滋病毒和B肝病毒。

新型冠狀病毒感染了呼吸道的上皮細胞，之後可能會損壞這些細胞，同時還會引起炎症反應，導致嚴重的肺纖維化。

一旦痊癒，病毒就會隨著這些上皮細胞的更新換代而消失，所以病毒是不會長期存在於人體，更不會像某些謠言所說的一樣，「需要終身服藥治療」。雖然目前抗疫情況還不能讓人放鬆警惕，不過，我們有理由相信，人類戰勝新冠病毒，是遲早的事。

愛滋病毒是通過其表面膜蛋白來感染人體細胞的。這個病毒表面的跨膜蛋白是個三聚體的糖化蛋白，在病毒感染細胞的過程中構像很多，持續變化。以往在分選抗愛滋病毒的廣譜中和抗體時，用來標記抗原特異性B細胞的都是游離蛋白，那麼原本的病毒跨膜蛋白三聚體在失去胞膜的支撐後，往往只能以單體的形式或者固化三聚體的形式進行純化，這些純化的游離蛋白不太可能完全重塑病毒表面跨膜蛋白的原本構像。

為了克服這個不足，2020年4月20日，哥倫比亞大學Aaron Diamond愛滋病研究中心伍雪玲課題組在《Cell Host & Microbe》雜誌上發表文章《VSV-Displayed HIV-1 Envelope Identifies Broadly Neutralizing Antibodies Class-Switched to IgG and IgA》，首次以VSV (vesicular stomatitis virus，水泡口炎病毒)作為平台來展示愛滋病毒表面的膜蛋白，並以此來標記抗原特異性B細胞，從兩個病人(代碼分別為M4008和M1214)血樣中總共分選出五個抗愛滋病毒的廣譜中和抗體，其中三個抗體呈現出30-65%的毒株覆蓋率和不錯的作用強度，並在很大程度上反映了病人血漿中的總體中和抗體活性，這些結果表明用VSV展示的愛滋病毒表面膜蛋白作為B細胞標記物是成功的。

為了進一步分析這三個廣譜中和抗體的B細胞譜系，課題組做了這兩個病人B細胞受體(B cell receptor, BCR)的高通量測序。測序結果與這三個廣譜中和IgG抗體序列做對比，不僅發現了它們在IgG同類型中的同克隆源變異體，而且對於其中的兩個抗體M4008_N1和M1214_N1，還發現了IgA的同克隆源變異體！這真是意外的發現！至此為止，以往分離的抗愛滋病毒中和抗體都是IgG類型的，而這次是第一次發現IgA類型的抗愛滋病毒廣譜中和抗體，而且是與眾不同的轉換成了IgG和IgA的廣譜中和抗體！眾所周知，也正如教科書所教的，抗體類型轉換都是從初始IgM類型的B細胞轉換成IgG或者IgA類型的B細胞。雖然有人在體外B細胞培養中或者BCR高通量測序中發現有IgG進一步轉換成IgA的現象，但這種現象從未在已知功能的人源抗體中得到闡述。這個現象首次在兩個病人的兩個抗愛滋病毒廣譜中和抗體中得到證實和明確闡述，意義重大，是對目前免疫學教科書的有益補充！

最後，課題組對這兩個廣譜中和抗體在病毒表面膜蛋白上的表位識別進行了分析，發現兩者識別的都是新表位。M4008_N1識別的是免疫原性很強的V3頂部，而以往識別這個表位的抗體都不能有效中和愛滋病毒，所以M4008_N1識別這個表位的方式和角度一定有其獨特之處。第二個抗體M1214_N1識別的則是一個從V2至V5的狹長的全新表位，因此被命名為」V2V5走廊表位」。這個抗體結合的部位是通過冷凍電鏡技術取得的結構進行分析和闡述，所以十分明確、清晰。這些新表位的定義也為愛滋病毒疫苗的設計提供了新的靶位。

這篇文章的發現引人入勝。首先，課題組以VSV作為平台來展示愛滋病毒表面膜蛋白並以此來標記B細胞取得成功，克服了一個分選愛滋病毒廣譜中和抗體的技術難題。其次，課題組意外發現分選出來的兩個廣譜中和抗體的類型已經轉換為IgG和IgA，而且是通過極不尋常的從IgG進一步轉換成IgA的機制。最後，這兩個中和抗體識別的病毒表位都是新的。

那麼問題來了，是這些新表位識別決定了這兩個抗體從IgG進一步轉換成IgA的命運，還是新表位識別僅僅只是巧合？IgG進一步轉換成IgA的現象有多常見？僅僅是在愛滋病毒慢性感染者體內發生，還是在病毒急性感染期也會發生？別的病毒感染，包括現在全球大流行的新型冠狀病毒感染，會不會引起IgG進一步轉換成IgA呢？這些問題就要留待以後的抗體研究中去尋求答案了……

加州大學聖地牙哥分校的工程師顛覆了標準的病毒藥物靶向方法，開發出了一種有前途的新「納米海綿」方法，可防止愛滋病毒在體內擴散：輔助T細胞的細胞膜包裹聚合物納米顆粒，並將之轉化成誘餌攔截病毒粒子，阻止它們結合併侵入人體免疫細胞。

這項由納米工程教授張良方(Liangfang Zhang)領導的納米材料和納米醫學實驗室開發的技術，可以應用於許多不同種類的病毒，為對抗難以對付的病毒的新療法打開了新大門。張良方是加州大學聖地牙哥雅各布斯工程學院納米工程系的教授。

這項研究首次發表在2018年11月的《先進材料》雜誌上，題為「模擬T細胞的納米顆粒可以中和愛滋病毒的傳染性」。研究正在進行中。

加州大學聖地牙哥雅各布斯工程學院張良方實驗室的化學工程師兼項目副科學家Weiwei Gao說：「這裡的關鍵創新是，我們正站在愛滋病這個大問題的另一邊。」「傳統的藥物開發方法要求我們找出如何阻斷病毒中的關鍵蛋白質或信號通路，使其不能攻擊人體。問題是在這些病毒中有這麼多的途徑，很難找到一個真正關鍵的途徑。」

「我們的方法來自另一個方面：觀察病毒目標，」他繼續說，「納米顆粒被病毒攻擊的細胞膜包裹著。因此，它們可以作為細胞的誘餌來攔截病毒的攻擊。」

HIV的典型目標是CD4+ T細胞；這些細胞也被稱為輔助T細胞，在健康的身體中，這些細胞幫助檢測外來病原體並將其作為攻擊和清除的目標。愛滋病毒利用CD4受體發現並與這些T細胞表面結合，然後將它們的遺傳物質注入T細胞，利用T細胞機制進行自我複製。最終，在製造了足夠多的新HIV後，病毒顆粒衝出細胞，尋找其他T細胞進行攻擊。

愛滋病毒之所以具有如此大的破壞性，部分原因在於攻擊和殺死T細胞會嚴重損害免疫系統，使身體更難抵禦繼發性感染。而且這種病毒變異迅速，改變了它的遺傳密碼，使得傳統的抗病毒和藥物發現方法難以靶向目標。

在2018年的研究中，研究人員用分離的CD4+ T細胞細胞膜包裹納米顆粒。當這些納米顆粒被添加到培養皿中的T細胞中並暴露於病毒中時，這些被稱為TNPs的納米顆粒就像一種海綿，吸收病毒並保護T細胞不受感染。他們發現，HIV與TNP結合的可能性與T細胞結合的可能性是一樣的——但由於這些納米顆粒內部沒有細胞機制，因此病毒不能注射或複製自身，因此它是無害的。

就像CD4+ T細胞一樣，納米顆粒通過病毒表面的gp120蛋白與HIV結合。當TNPs以3mg/mL的濃度加入到T細胞混合物中時，與未使用TNPs處理的細胞相比，該團隊發現感染減少了80%以上。他們認為這是一個頗有希望的證據，這些納米顆粒可以被注入患者的血液中，吸收愛滋病病毒感染，降低感染水平，最終將其清除出系統。

「使用TNPs治療愛滋病還有另一個潛在的應用。體內的免疫細胞感染了愛滋病毒，但並沒有產生新的病毒，而是變成了病毒的宿主。」「找到摧毀這些病毒庫的方法是愛滋病研究人員面臨的主要挑戰。但是這些儲存細胞也可能表達gp120，所以TNPs可以作為精確地將抗病毒藥物輸送到這些細胞並殺死它們的載體。」

這項工作的靈感來自於張良方實驗室早期的紅細胞研究項目。Gao說，這種方法可能適用於各種各樣的病原體。「許多細菌也喜歡攻擊紅細胞，」他說，「因此，這些納米顆粒可能會作為誘餌，阻止細菌釋放毒素。或者它們可以作為誘餌對其它毒素做出反應，比如針對紅細胞的神經毒劑。」

在這些TNPs用於人類患者之前，它們的道路上仍然有許多障礙。例如，他們還沒有能夠在活體動物模型中測試TNPs。

「因為愛滋病毒是一種人類疾病，很難在動物模型中複製它，」Gao說，「因此，我們正與加州大學聖地牙哥分校衛生部門的兒科傳染病科主任史蒂芬斯佩克特博士就這個問題進行密切合作，以找出在體內測試的最佳方法。」

根據公開資料，張良方1996年考入清華大學化學工程系高分子科學與工程專業，分別於2000年與2002年獲得學士學位和碩士學位。2002年進入美國伊利諾伊大學香檳分校化工系，在Steve Granick教授的指導下攻讀博士學位。2006-2008年加入麻省理工學院化工系，在Robert Langer教授的研究組進行博士後工作。2008年7月，加入加州大學聖地牙哥分校納米工程系任助理教授，於2012年3月晉升為終身副教授，2014年7月晉升為終身正教授。2013年被《麻省理工學院技術商評》雜誌評為「2013年度世界最傑出青年創新專家」