问题

为什么同样是病毒,艾滋病毒(HIV)疫苗这么多年都没有研发出来,新冠疫苗这么快就研发出来了呢?

回答
你这个问题问得非常切中要害,很多人都有类似的疑惑。确实,HIV 疫苗研究了几十年都没什么大的突破,而新冠疫苗却以惊人的速度在一年多就问世了,这背后涉及很多复杂的科学、技术、以及甚至一些现实因素。咱们就来好好掰扯掰扯。

首先,我们得明白,研究疫苗是个极其复杂且充满变数的科学过程。 疫苗的最终目标是教会我们的免疫系统识别并消灭病原体,同时又不引起严重的副作用。这听起来简单,但实际操作起来,挑战重重。

HIV 病毒的“狡猾”程度,是它难以攻克的首要原因。

1. HIV 的变异速度太快了: HIV 病毒属于逆转录病毒,它在复制过程中会引入大量的错误,就像打字机没有自动校对功能一样。这些错误累积起来,就导致了病毒株的快速变异。你今天感染的 HIV,可能和几个月后它在体内的样子已经不一样了。这就好比你想制造一把“万能钥匙”,但门锁一直在不停地更换。疫苗一旦研发出来,病毒可能已经变异到疫苗识别不了的程度,效果大打折扣,甚至失效。

2. HIV 攻击免疫系统本身: HIV 的主要攻击目标是免疫系统里的“指挥官”——CD4+ T 细胞。这太要命了。我们身体对抗病毒,很大程度上依赖免疫系统的协同作战。HIV 就像是摧毁了敌方军队的指挥部,让整个防御体系瘫痪。这使得训练免疫系统来对抗 HIV,本身就面临着巨大困难,因为它在攻击我们自身的“训练师”。

3. HIV 隐藏能力极强,且病毒载量低: HIV 病毒能在体内潜伏,以“休眠”状态存在于一些免疫细胞中,不被免疫系统轻易发现。这些“潜伏的感染细胞”就像隐藏在暗处的狙击手,时不时冒出来搞破坏。即使疫苗能诱导出强大的体液免疫(产生抗体),也可能对这些潜伏的病毒效果有限。而且,HIV 在体内复制到一定程度才会被大量检测到,相比之下,新冠病毒在感染早期就能在呼吸道大量复制,更容易被免疫系统“看到”。

4. 缺乏有效的动物模型: 很多疫苗的研发都离不开动物实验,特别是猴子。虽然有一些猴子模型能感染类似 HIV 的病毒(SIV),但并不能完全模拟人类感染 HIV 的过程和疾病发展。这使得在动物身上验证疫苗的有效性和安全性变得困难,也限制了我们对疫苗作用机制的深入理解。

5. 没有“天然免疫”的参照: 很多病毒,比如麻疹、流感,感染一次或者接种一次疫苗后,人体通常能获得很强的、持久的免疫力。有的人感染了某种病毒后,即使再次接触,也不会再次感染。这种“天然免疫”的成功案例,为疫苗研发提供了很好的思路和靶点。但对于 HIV,目前还没有发现自然感染后能完全清除病毒并获得持久免疫力的案例,这让科学家们少了重要的参照。

再来看看新冠疫苗,为什么能这么快?

1. 新冠病毒相对“稳定”: 相比于 HIV,新冠病毒(SARSCoV2)的变异速度慢很多,而且变异的位点相对集中,主要集中在刺突蛋白(Spike protein)上。刺突蛋白是病毒入侵人体细胞的关键“钥匙”。这意味着,针对刺突蛋白设计的疫苗,即使病毒发生一些变异,其整体结构和功能变化相对有限,疫苗的效力不至于像对付 HIV 那样迅速“失效”。

2. 病毒的传播特点和致病机制: 新冠病毒主要通过飞沫传播,在感染早期就在呼吸道大量复制。这意味着免疫系统有相对“容易”的目标。而且,新冠病毒的致病机制相对直接,不像 HIV 那样深层地破坏免疫系统。研究人员很快就锁定了刺突蛋白是主要的抗原(诱导免疫反应的物质),因为它在病毒入侵过程中扮演着至关重要的角色。

3. 技术上的“飞跃”: 这是最关键的一点。过去几十年,疫苗研发的技术平台经历了巨大的进步,特别是 mRNA 疫苗技术和腺病毒载体疫苗技术。

mRNA 疫苗: 简单来说,就是把一段编码病毒刺突蛋白的 mRNA(信使核糖核酸)包裹起来,注射到人体。细胞接收到 mRNA 后,就会按照指令生产刺突蛋白。免疫系统识别这些外来的刺突蛋白,从而产生抗体和细胞免疫。这种技术最大的优势是速度快、灵活性高。一旦知道病毒的基因序列,就可以非常迅速地设计出 mRNA 疫苗。生产过程也相对比传统疫苗简单。这在新冠疫情爆发初期,就使得疫苗的设计和生产变得前所未有的高效。
腺病毒载体疫苗: 这种技术是用一种经过改造的、无害的腺病毒作为“载体”,将编码新冠病毒刺突蛋白的基因送入人体细胞。细胞接收到基因后,同样会产生刺突蛋白,从而诱导免疫反应。这种技术也相对成熟,能够快速投入生产。

4. 全球的“总动员”和前所未有的投入: 新冠疫情是全球性的公共卫生危机,各国政府、科研机构、药企以前所未有的力度和速度投入到疫苗研发中。

资金支持: 大量的资金被投入,加速了研究进程,允许同步进行一些原本是分阶段进行的试验(例如,临床试验的同时进行大规模生产的准备)。
国际合作与信息共享: 病毒基因序列在疫情爆发后很快被公布,全球科学家们可以迅速共享信息,协作攻关。
监管机构的“绿色通道”: 各国监管机构也以前所未有的速度审评审批,在保证安全性的前提下,大大缩短了疫苗上市的时间。
现有技术平台的积累: 虽然 mRNA 疫苗听起来很新,但其技术平台的研究已经进行了十几年。新冠疫情的爆发,只是给这个技术提供了一个“大显身手”的机会,加速了其商业化和大规模应用。

5. “目标明确”: 很多情况下,疫苗研发的难点在于确定“什么才是最有效的免疫靶点”。对于 HIV,我们还没有完全理解哪种免疫反应(比如细胞免疫、抗体免疫)对清除病毒最关键,或者如何才能同时诱导出这两者。而对于新冠病毒,刺突蛋白已经被证明是产生保护性免疫的关键。

总结一下:

HIV 疫苗之所以难以研发,是因为 HIV 病毒本身的生物学特性(快速变异、攻击免疫系统、潜伏能力强)以及我们对它免疫机制理解的局限性,加上缺乏好的动物模型和天然免疫参照。

而新冠疫苗能够快速问世,得益于:

新冠病毒相对“温顺”的变异性。
先进的 mRNA 和腺病毒载体等疫苗技术平台,极大地缩短了研发和生产周期。
全球前所未有的合作、资金投入和快速审批机制。
对病毒关键抗原(刺突蛋白)的明确认识。

这并不意味着我们对 HIV 的研究就停滞不前,科学家们一直在努力,只是这条路比我们想象的要漫长和艰难得多。新冠疫苗的快速成功,也为未来一些复杂病毒的疫苗研发提供了宝贵的经验和技术基础。

网友意见

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这个话题从刚开始研发疫苗就一直存在,最开始总有人说HIV没有研发出来,所以新冠就研发不出来。

在这之前先想两个问题:

  • 同样是人,为什么姚明能长2米2,我就不行?
  • 同样是毒药,为什么有的有解药,有的没有?

因为人、毒药都是大类,同属大类下的两者存在共性,但是两者之间的区别也是非常大的。

同理,病毒也是大类,同样是病毒,新冠和HIV存在共性,比如无法独立生存、没有细胞结构等等。但它们之间的差别,可以用「毫不相干」来形容。

HIV与新冠的区别

新冠 HIV
核酸 单链正链RNA 双链正链RNA
逆转录插入人体基因组 不会
感染人体的靶点 ACE2受体 CD4分子
传播途径 呼吸道传播、消化道传播(可能) 性传播、母婴传播、血液/体液传播

为什么HIV疫苗研发更困难

(1)HIV突变更快

新冠病毒变化速率大约是流感的一半,是艾滋病的四分之一,不仅人与人之间的HIV病毒大不一样,每个人体内的HIV病毒都有不小的差异(比现在的新冠毒株之间差异大)。

这导致普通疫苗产生的抗体可能很难覆盖体内所有的毒株,同时也让我们寻找合适的保守靶点变得困难。

新冠病毒的S蛋白是相对保守且稳定的。

(2)HIV会逆转录

HIV会将自己的信息整合到人体细胞内,而且潜伏期非常长,不像新冠一般就几天,也不会逆转录。

所以要杀死HIV还必须识别出被HIV感染的细胞,并杀死它。

(3)缺乏成熟的动物模型

做这类研究缺不了动物实验,但HIV一直没有很好的动物模型,也就给前期动物实验的开展造成了不小的麻烦。

17年中科院郑永唐团队成功建立了HIV-1北平顶猴模型,成果发表在了《Science Bulletin》上,所以这件事本身就进展缓慢。

(4)HIV强大的免疫逃逸能力

病毒通过表面的糖蛋白与受体结合进入细胞。HIV用的是gp120糖蛋白,超过一半的重量是糖,这些糖可以作为屏障,保护HIV不被免疫系统识别。

(5)HIV本身就攻击免疫细胞

HIV疫苗最新进展

目前已经在人体内发现一些广谱的中和抗体,但这种抗体是少见的,目前也正在寻找诱发这类广谱抗体的方法。

对于免疫保护的持续性,目前我知道的有两种思路:

(1)使用疱疹病毒作为载体,因为疱疹病毒本身感染就是终身的,以它作为载体,就可以持续刺激人体产生针对HIV的免疫力(不过疱疹病毒载体用得没腺病毒载体多,这一次也没用),而不是仅仅是记忆细胞来保持长期效力;

(2)使用腺相关病毒载体,动物实验中使用腺相关病毒载体,单次注射后使猴子持续6年半有产生抗体了。[1]

强生的HIV疫苗在动物实验中体现出了保护效果,在1/2a期中检测到了抗体[2][3]

国内的HIV疫苗应该还在进行2期,之前也发了一些论文[4][5][6]

当然,现在都不能说成功,但是也不必气馁,我相信会找到合适的疫苗的。

参考

  1. ^ https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2020.00449/full
  2. ^ https://www.jnj.com/media-center/press-releases/johnson-johnson-announces-encouraging-first-in-human-clinical-data-for-investigational-hiv-preventive-vaccine
  3. ^ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7529856/
  4. ^ https://d.wanfangdata.com.cn/periodical/zhsyhlcbdx200403022
  5. ^ http://www.cqvip.com/Main/Detail.aspx?id=21184741
  6. ^ http://rs.yiigle.com/CN112137200644/116717.htm

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