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HIV, 我们又来啦! 精选

已有 5706 次阅读 2016-4-9 07:31 |系统分类:科研笔记

AIDS, 何时才能被治愈?

这些年随着科技的普及,我想许多人能接受HIV携带者,也有很多人依旧持歧视的态度。HIV,曾经让人谈“艾”色变的病原,与人类相伴的这三十年,夺取了许多人的姓名,同时也提供了太多的机会给科学和技术。作为一位普通老百姓,人们最关心的就是是否有药物可以治愈这种病?对于科学家来说,如何能抑制并清除体内的HIV才是最吸引人的。不得不说,全世界曾集中力量希望在短时间内攻克艾滋病,可事实渐渐的让人们放缓了速度,部分科学家甚至一度消极的认为这种病是不治之症。前几天看到又有几味新药加入HARRT疗法的阵营,但依旧无法真正的“治愈”这种病症。这几年免疫学、遗传学、结构生物学的进展,又一次让人们看到了抗击HIV的希望。

巧的很,今天上午和下午分别看到两位师姐分享的两条消息,均来自我们熟知的科研团队。简单与大家分享一篇前几天的两篇关于HIV的文章:

1, Key gp120 Glycans Pose Roadblocks to the Rapid Development ofVRC01-Class Antibodies in an HIV-1-Infected Chinese Donor,Yiming Shao, etc., Immunity  44,April 19,2016(publishedon April 5)


Dr. Li在朋友圈上分享的一条消息,看到“中国首席防艾专家”的字样我也能猜到这篇文章出自哪里了,在分子病毒学实验室待过的人们一定对这位风度翩翩的绅士的印象比较深刻。对HIV的理解虽说没有那么深刻,但耳边经常会听到关于HIV的声音,报告里多数也是关于病毒的故事。好奇之下,下载了这篇文章,也想看看这篇在封面的文章讲述了那些故事。

好久没有浏览类似的文章,看到题目的感觉和几年前一样,与“专业”(其实多少是自己参与的课题)不相关,没有多少兴趣。不过到是有一点先吸引了我——科研团队。习惯性的看看这篇文章主要负责人是谁,作者里是否有自己熟知的朋友,再看看通讯作者所在的团队和国度。呀,南开!China!再细看,怎么是南开大学药学院?没有生科院?发生了什么?如今的作者分为Co-firstauthor 和Co-Senior author啦?数一数,共同第一作者有6位,看看大家所在的单位才知道,这里主要应该有三家负责:流行病调查(CDC)、结构生物学和一家以免疫为重点的基础研究实验室组成。再回头看一看题目,故事起源于一位中国的艾滋病患者。既然有江苏CDC的名分,估计患者也是来自于江南地域。

前不久还看了一篇介绍国外的大牛(博士、博后、编辑等)阅读外文期刊的习惯,我想人们阅读起来慢主要是由于阅读量不够。看的多了,自然就知道哪里重要哪里需要仔细的阅读。我先随便看了看文章中的结果图,顿时觉得这不是我该看的文章,因为里面的方法和结果展示的方式我已经无法直接理解,看了图注能了解一些,后面的抗体进化、遗传谱系我就更无法理解了。心中想放弃了,可是还是介于尝试,权当了解一下关于HIV治疗的知识吧。鼓起勇气从introduction部分看了看,然后跟踪文中Fig的位置,看着每一个段落靠后的一些总结性文字,我才知道大概的故事,瞬间又觉得这确实是一篇很牛气的文章。

撇开文章中许多关于中和抗体的基础知识,单单是近十年的对HIV流行病调查,收集了众多的HIV患者的血样、跟踪调查中国境内HIV患者的健康状况,就会感觉到这里牵扯着举国之力。从中发现一位长期携带HIV年轻人的体内有一种新型的VRC-01抗体(这需要多少努力和坚持才能发现这个抗体呢?瞬间觉得生活中有着X-Men的影子),这才是故事的开端,如何发现这个抗体本身就是一件tough的工作。因为这样的抗体表现的作用是明显的,比起Global的VRC-01抗体这个位患者中的抗体具有更高的中合作用。


如果发现了这个现象,换做是你,下一步该做些什么呢?如何才能让这点希望转化为治疗用的广谱中和抗体呢?文中从患者的千万个PBMCs中分选出7个B细胞,能够产生这样特意结合CD4结合位点的抗体(DRVIA7),并分析了她和经典VRC-01抗体(IgHV1-02*02)的氨基酸序列,发现了一些变化。我并不了解这些变化有何意义,也不清楚他们在结构生物学中的位置和功能,直到人们看到下面这个结构:


稍微留意一下就知道一定是这里的N276有着某种特殊的作用。看到这个N我就非常感兴趣,因为我的博士论文中也是发现一个点N彻底的改变了那个蛋白的功能,很可惜,我们没有拿到那个蛋白的结构生物学特征,至今为止也未能彻底说明为何D到N的突变对反式激活功能的影响。曾经我们也怀疑过糖基化,只是没有便捷的方法去分析。这篇文章直接看到了这个位点的糖基化现象,能从众多的氨基酸中锁定在这一点,是不是很神奇?是不是觉得过于微观?有时我也在考虑,为何想阐述一件事情,一定要到微观的层面上来?看着公司的人们作者化学合成,我就知道我们这个一个氨基酸、一个糖苷这都根本算不上微观,听着他们的课程,看着那一张张分析原子、电子、自旋、重排等等概念的slides,我知道量子力学其实离我们的生活并不远,只是我们拒绝接受。还有CADD部门对药物的模拟筛选,不得不赞叹人们对信息量的处理和分析,这些虚拟的过程却是能够为人们提供诸多重要的hint,事半功倍。

话说回来,发现这个糖苷,加上下面的动力学分析,这个抗体和CD4结合位点的KD(Koff/Kon),作者发现就是这个糖苷影响了广谱中和抗体的亲和力。像发表在Cell这类期刊的文章中就一定有非常细致的实验数据,文中充分的补充材料证实了这个猜测。更让人觉得激动的是作者的团队多年来跟踪分析了这位患者体内抗体的变化(或许可以认为是抗体的进化),比较了5年内抗体识别抗原的变化,得出的初步结论是抗体的进化速度远远比人们早期估计的要快,这种发现对日后人们设计新的疫苗有许多指导意义。


不知人们看到这篇文章会作何感想,我们公司旁边的天坛生物技术有限公司估计有团队专注与此,不知目前国内是否有promising的疫苗,不知现在国内艾滋病研究的力量如何,也不知目前市场上专注于病毒疫苗研发的公司有多少,小分子药物的市场如何,对于这类突破性的新闻我也有种期待的心情,期待着有一天有一种办法,实实在在的能够缓解或治愈AIDS。

2, CRISPR/Cas9-Derived Mutations Both Inhibit HIV-1 Replication andAccelerate Viral Escape, Chen Liang, etc.,Cell reports 15, April 19,2016(published on April 7)

Dr. Xu分享在朋友圈的这篇文章是我们实验室的一位超级大师兄的文章,回想去年CRISPR白热化之前他曾发表过一篇编辑HIV基因的文章,我就知道他的直觉非常的敏锐,能够关注最前沿的研究,并且有自己的合作伙伴。这篇文章多少是那篇文章的继续,因为这里的大部分作者(或许包含一作)就出现在上一篇文章。另外,本文的工作是分析了CRISPR编辑病毒cDNA之后的跟踪分析,我想许多结果是可以猜测的,比如CRISPR可以编辑整合入宿主细胞基因组的病毒基因组,可以抑制病毒的复制,可能出现突变型病毒,可能会有逃逸现象,另外,会对潜伏感染HIV的宿主细胞有一定毒性等等。当我初次了解到CRISPR的工作原理的时候,我的直觉告诉我她应该可以被开发成一种工具专门target并cut病毒的基因组,由其是DNA病毒或者中间态包含DNA的那些反转录病毒。


能用快速、准确的用实验验证一些想法,还是需要专业的团队。如何设计实验,如何分析预测结果,如何开展下一步的研究,这与下象棋、围棋是一样的,要考虑到许多步骤之后。文中首先构建了一个稳转Cas9和sgRNA的细胞系,其中的sgRNA高效靶向HIV的基因(如何选择区域也是有技巧的):gag/polenv/rev基因保守的重合位置。文中所展示的T4和T10两个sgRNA,估计作者也试用了许多组,可能有不同的靶向基因,可能是不同的sgRNA,只是眼下两组的效果比较合适。


看到这张图也就知道CRISPR起了作用,但是Flow cytometry的结果中也看到了一些“脱离”CRISPR的HIV。是否要关注这一现象?如何分析病毒的基因组是否被剪切?需要考虑哪些因素?文中利用其它方法验证了HIV的复制确实被抑制以后,直接提取了细胞的total DNA,分析了sgRNA靶向的序列,看到了由于NHEJ引起的突变。之所以这样说,应该是由于好多测序的结果的突变均发生在那个位置。病毒本身引发的突变可能性比较小,因为是保守的区域,意味着病毒的“前世今生”那里的序列都不会改变,那么如今的现象就绝对不是偶然。

我想文中的新颖之处便是如当年将CRISPR应用于人三核胚胎细胞一般(我一直期待黄军就的团队有后续的重大发现,期待着他与达安基因的合作会有新的成果),提出了这项技术应用于HIV的治疗有着潜在的风险,也警示专注于该方法的人们要留心。文中也初步分析了影响病毒逃逸的机制,希望能够在日后的工作中引物新的方法能够降低病毒的逃逸现象。

后记

最近的几个月查阅了许多关于CRISPR,immunotherapy的文献,90%以上来自CNS系列,而且一个技术的进步需要长期的、多项发表于高IF期刊的文献。单独阅读一篇文献也不过如此,文中说明的现象是以“点”的形式存在的,这里某个领域的“面”有着很远的距离。现在也就理解为何大家找工作的生活首先看的就是你曾在权威期刊上发表的文章,这能简单直接的反应过去几年从事科学研究的能力和成果。那么发表在其他期刊上的文章太多就仅仅是一篇“文章”,是人们都不屑于阅读的文字而已。但是对于置身其中的人员来说,一篇文章确实代表着他们的辛苦劳作。

关于HIV的故事实在是太多了,当年导师所提到的人们对于HIV的研究,极大推动了生命科学的发展,这里也是科学的作用,也是技术的影响。昨天听到公司一位Executive Director的报告,他讲的是Flow Chemistry,是一项技术,貌似关键部位是温控系统和压力系统。看到那些合成的中间产物具有高位DCS性征,有些炸药的味道。而这台仪器能够大大缓解一些高危的反应,并且提高产物的产量和纯度。没想到化学到如今还有如此新鲜的技术,这也反应了那个领域一样是在飞速的发展着。可我看到仪器的原理和工作流程,这有点傻瓜相机和大哥大手机的感觉,有些笨重,还有许多可以提升的空间。是基础科学影响了技术?还是技术为科学带了质的飞跃?这个都很难说。谁曾想到X-ray曾经是用来检测布料质量的呢?HIV让很多人专注于分子生物学领域,除去技术层面的变革,她还让人们对病毒的生活周期与逃逸机制有着不同的逻辑思考,甚至有时觉得病毒才是世界的主宰,而人,这个模块,只是病毒赖以生存的肥料而已。

HIV可以整合入宿主细胞的基因组,非常成功的隐藏起来,和基因组混为一家,这比癌细胞还高一级。另外,该病毒可以潜伏,没有标记,并且专攻人们的免疫系统(大本营),这可是癌症所不能及的隐患。人与HIV、癌症的斗争,都是相互提升的过程。此起彼伏,多少年来人们向前走一步,她们也更新一级,耐药性的突变频频发生。有时都会让人觉得这些病症(或病原)是敌人还是朋友?

如今没有固定的科研工作,对Paper中所描述的细节已经没有多少兴趣,到时一些新鲜的技术还会让我比较感兴趣。站在一个领域的外面,大面积的阅读一些文献和新闻,这种能看到全面的感觉很好,我想下一步就是看看其他领域、估摸着企业会朝着什么方向走、看看国家的科技会朝着那些方向发展,这些话题在专注有某个课题的时候往往会忽略。快速的搜索一些热门靶点的研究进展,查阅手里项目所需的技术材料,有能力搭建新型实验平台,能提出关键的科学问题和解决办法,这真的需要时间和实践。

上午有半天班,写到这里吧,准备早饭去喽!

早安,北京!

TJ 泰河园

2016年4月9日星期六




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