人类免疫缺陷病毒1型（HIV-1）是严重威胁人类公共健康的主要病原体之一。由于联合抗逆转录病毒疗法存在治疗成本高、顺应性较差以及耐药性等问题,要想彻底根除HIV-1的广泛流行,仍需开发出广谱且高效的预防性疫苗。然而,目前仍未出现获得许可的HIV-1疫苗。由于HIV-1 Env具有特殊进化能力,病毒的高度变异性成为了HIV-1疫苗研发过程中最主要的困难之一。理想的HIV-1疫苗能够诱导机体产生可广泛中和HIV-1分离株的抗体。因此,通过主动免疫或被动免疫在机体内诱导广谱中和抗体（b NAb）的产生是预防HIV-1感染的潜在疫苗策略。本文由以下两部分组成:第一部分:表面功能化的二氧化硅包覆的磷酸钙纳米疫苗在HIV-1基因免疫中的研究由于目前仍未有上市的HIV-1疫苗出现,开发有效的HIV-1疫苗成为了一项亟需解决的关键任务。与传统的蛋白疫苗相比,DNA疫苗既可在机体内诱导体液免疫,又可诱导细胞免疫,从而为机体提供抗HIV-1的保护性免疫。DNA疫苗是一种具有发展前景的新型疫苗策略,具有安全性高、无严重的副作用和易于制备等优点。在临床试验中,由gp120单体或多肽组成的传统疫苗已被证明缺乏诱导HIV-1特异性的中和抗体介导的保护效力。因而,可表达HIV-1天然样三聚体抗原的DNA疫苗可能是诱导中和抗体应答的候选疫苗之一。在本研究中,我们选择了基于三聚体蛋白BG505 SOSIP gp140的结构设计了表达可溶性三聚体的DNA疫苗,并试图进一步提高SOSIP三聚体的产量与稳定性,在其C末端加入异亮氨酸拉链和T4噬菌体纤维蛋白折叠结构域。尽管DNA疫苗具有很多优势,但目前仍有一些难题尚待解决,包括抗原提呈细胞对疫苗的摄取效率较低以及核酸易被DNA酶和溶酶体降解。这使得DNA疫苗所诱导的免疫原性以及对HIV-1的保护力受到限制。为了解决裸DNA疫苗的这些问题,亟需开发出一种有效的DNA疫苗递送系统。常用的基因递送载体包括非病毒载体和病毒载体。磷酸钙纳米颗粒由于其良好的生物相容性和生物可降解性成为了最有发展前景的抗原载体之一。本研究中,我们探究了Cp G功能化的二氧化硅包覆的磷酸钙纳米颗粒（SCPs）有效递送可表达HIV-1包膜三聚体的DNA疫苗的可行性。研究结果表明,与裸DNA疫苗相比,基于SCPs的DNA免疫可以显著诱导广泛的体液免疫与高效的细胞免疫应答。此外,纳米疫苗通过皮下接种方式相比肌肉接种方式可在体内诱导更强的免疫应答。该纳米疫苗可在豚鼠体内诱导出多种针对HIV-1 Env假病毒的中和抗体应答,包括tier 1假病毒和部分tier 2假病毒。本研究首次评估了Cp G功能化的可表达天然样HIV-1包膜三聚体的SCPs纳米疫苗的可行性。候选纳米疫苗表现出更强的免疫原性,可诱导广泛的体液免疫与高效的细胞免疫应答。因此,Cp G功能化的可表达HIV-1包膜三聚体的SCPs纳米疫苗有望成为抗HIV-1感染的新型候选疫苗。但该纳米疫苗针对HIV-1 tier2假病毒的中和效果并不够理想,如果主动免疫策略较难应对HIV-1全球多样性的难题,我们将思路转换为基于b NAbs的被动免疫策略。第二部分:腺相关病毒载体介导双特异性抗体在HIV-1被动免疫中的研究由于通过主动免疫策略诱导机体产生中和抗体应答的结果并不是十分理想,因而基于b NAbs的被动免疫成为了一种预防HIV-1感染的潜在的可行策略。然而,通常用于单一疗法的b NAb(IC80>5μg/m L)的广谱度和中和效力十分有限,只能中和70～90%的HIV-1毒株型。为了增强b NAbs的广谱性以及中和效力,我们将b NAb（PG9、PGT123或NIH45-46）的单链可变区片段（sc Fv）与全长的Ibalizumab（i Mab）通过sc Fv-Ig G形式串联成双特异性广谱中和抗体（Bib NAbs）。被动免疫也存在一些弊端,包括长期持续注射、反复就诊和冷链运输等。基因递送载体主要包含非病毒载体与病毒载体。其中,腺相关病毒（AAV）载体已被证明可在多种动物模型包括人类中持续表达转基因数年。为了解决被动免疫长期持续被动输注的难题,我们探究了重组腺相关病毒8型（r AAV8）介导的Bib NAb基因递送的可行性,拟在体内实现Bib NAbs的长期表达。研究结果表明,靶向两种不同表位的Bib NAb在体外和体内均实现了针对20种HIV-1假病毒的中和活性,包括tier 1假病毒和tier 2假病毒。对BALB/c小鼠进行单次肌肉注射r AAV8-Bib NAb后,小鼠血清中Bib NAbs的浓度可持续至少24周。Bib NAbs的浓度在免疫后第8周达到最大值,抗体浓度最高可达27.13±4.76μg/m L。本研究首次探究了可长期表达基于i Mab结构的HIV-1 Bib NAbs的r AAV8纳米疫苗的可行性。r AAV8病毒载体纳米疫苗只需单次注射即可在体内实现Bib NAbs的长期表达。目前使用r AAV8载体介导HIV-1 Bib NAbs基因递送的研究很少。这种携带HIV-1 Bib NAbs转基因的r AAV8病毒载体纳米疫苗递送系统有望成为抗HIV-1感染的新型候选疫苗。综上所述,本文首次评估了Cp G功能化的可表达天然样HIV-1包膜三聚体的SCPs纳米疫苗以及可长期表达基于i Mab结构的HIV-1 Bib NAbs的r AAV8纳米疫苗的可行性。前者可在体内诱导广泛的体液免疫应答和高效的细胞免疫应答,后者可在体内维持强效的中和抗体水平。两种纳米疫苗均有望成为预防HIV-1感染的候选疫苗。