來自Weill Cornell醫(yī)學(xué)院的研究人員開發(fā)出了一些新技術(shù)，使得研究者第一次觀察到了HIV病毒蛋白在病毒表面的“舞蹈”，其有可能促成了HIV感染人類免疫細(xì)胞。他們的研究發(fā)現(xiàn)發(fā)布在10月8日的《自然》（Nature）以及《科學(xué)》（Science）雜志上。

兩篇論文的共同作者、Weill Cornell醫(yī)學(xué)院生理學(xué)和生物物理學(xué)副教授Scott Blanchard博士說，這一新技術(shù)平臺(tái)為開發(fā)出一種方法來預(yù)防HIV感染開辟了新的可能性。

“能夠看到HIV的活動(dòng)，我們可以實(shí)時(shí)追蹤病毒表面蛋白的行為，從而有望告訴我們阻止HIV與人類細(xì)胞融合我們需要了解的信息，如果你能夠阻止HIV病毒進(jìn)入免疫細(xì)胞，那么你就贏了，”Blanchard博士說。

“我們?cè)?span lang="EN-US">Science論文中展示，我們現(xiàn)在掌握了一種方法來獲得完整HIV病毒顆粒表面上發(fā)生的過程的實(shí)時(shí)圖像，我們現(xiàn)正計(jì)劃利用其來篩查一些藥物和抗體的影響。”

Blanchard博士說：“我們迫切需要一些解決方案來防止HIV感染，迄今為止，全球有超過7000萬人遭受HIV感染或因此喪命。”

利用光來觀看HIV舞蹈

這項(xiàng)Science研究是由Blanchard博士、耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院HIV專家Walther Mothes博士、以及Blanchard的第一個(gè)研究生、現(xiàn)為塔夫茨大學(xué)醫(yī)學(xué)院助理教授的James Munro博士共同合作完成。

Blanchard博士采用單分子熒光共振能量轉(zhuǎn)移(smFRET)成像技術(shù)研究了病毒顆粒。smFRET成像是一種利用熒光在分子尺度上測(cè)量距離的技術(shù)。他的研究小組開發(fā)出了一些他稱作為“信號(hào)標(biāo)”（beacon）的熒光分子（熒光團(tuán)），并將這些分子插入到病毒的包膜中。將兩種特異的信號(hào)標(biāo)置于適當(dāng)?shù)奈恢茫衫?span lang="EN-US">smFRET成像來顯像隨時(shí)間推移，當(dāng)病毒蛋白改變構(gòu)象時(shí)分子的移動(dòng)。這種方法可測(cè)量顯現(xiàn)不同顏色的兩個(gè)信號(hào)標(biāo)之間大約十億分之一英寸的距離，并可利用它在發(fā)生形狀變化及附著信號(hào)標(biāo)移動(dòng)之時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。

該研究小組利用這一技術(shù)研究了HIV病毒表面蛋白（稱作為包膜蛋白）的運(yùn)動(dòng)，這些蛋白是病毒能夠感染攜帶CD4受體蛋白的人類免疫細(xì)胞的關(guān)鍵。CD4受體蛋白幫助了HIV結(jié)合細(xì)胞。包膜蛋白是由位置緊靠的三個(gè)gp120與gp41蛋白構(gòu)成的“三聚體”(trimer) ，當(dāng)存在CD4時(shí)這一三聚體會(huì)像花一樣開放，暴露出對(duì)至關(guān)重要的gp41亞基。

Blanchard博士說：“在每個(gè)HIV病毒顆粒的表面有20-30個(gè)這樣的包膜蛋白三聚體，它們可以快速突變，由此逃避典型的免疫反應(yīng)。這就是為何人類如此難以啟動(dòng)有效的免疫反應(yīng)，也是研究人員難以開發(fā)出靶向HIV包膜蛋白的疫苗的原因。”研究人員研究了來自兩種不同HIV病毒株的蛋白，其中包含的信號(hào)標(biāo)不會(huì)改變病毒顆粒的生物學(xué)。

隨后他們進(jìn)行了觀察。

他們看到包膜蛋白的形狀不斷地發(fā)生變化，它們運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和狀態(tài)既相似但又不同。Blanchard博士說：“這解答了第一個(gè)大問題：包膜蛋白三聚體是如何被觸動(dòng)開放的。許多科學(xué)家們認(rèn)為，在偶遇CD4陽(yáng)性細(xì)胞之前這些顆粒保持一種構(gòu)象。但我們看到當(dāng)沒有CD4存在時(shí)這些蛋白也在舞動(dòng)——它們一直在改變形狀。”

研究人員隨后觀察了當(dāng)導(dǎo)入合成CD4 時(shí)病毒的反應(yīng)。他們還看到顯示效應(yīng)的一些抗體發(fā)揮作用阻止了gp120開放，這些效應(yīng)與病毒的細(xì)胞感染能力下降有關(guān)聯(lián)。當(dāng)他們導(dǎo)入一種正在開發(fā)中用于阻止HIV感染的小分子時(shí)發(fā)生了類似的事情。

“這一技術(shù)使得我們開始了解了這一生物系統(tǒng)如何運(yùn)動(dòng)。到目前為止我們檢測(cè)出了包膜蛋白三聚體三種不同的構(gòu)象。我們現(xiàn)正致力于改良這一技術(shù)以獲得生成廣泛有效的治療所需的成像精度，”Blanchard說。

在同日發(fā)表的Nature論文中，美國(guó)國(guó)家過敏和傳染病研究所的研究人員利用X射線晶體學(xué)捕獲了Science論文中揭示的其中一種構(gòu)象的三維結(jié)構(gòu)。

Blanchard博士說：“我們觀察到在晶體學(xué)研究中所采用的抗體讓HIV包膜蛋白停止了舞蹈，迫使這一三聚體進(jìn)入一種靜止的基態(tài)。”

“這一原子分辨率的有形圖像顯示了這一預(yù)融合機(jī)器的樣子，抗體結(jié)合的部位，朝著了解HIV的生物學(xué)邁出了重要的一步。”