迄今为止，在人类或者动物模型中没有一种免疫原能够产生HIV广谱免疫中和抗体。先前的免疫原（BG505 SOSIP）设计通过模仿HIV病毒的包膜糖蛋白(Env)1在兔子和猕猴中产生了诱导潜在的特异性独立抗体反应，但迄今为止未能诱导出广谱抗HIV病毒的中和抗体。对于这种失败的可能原因是相关抗体保守的抗原表位区域不太匹配HIV的 Env基因相关的多变性的抗原表位。
为了验证这个假设，我们用BG505 SOSIP抗原免疫了4头奶牛。牛的抗体系统包含比较长的第三重链互补决定区域(HCDR3)，这种超长的抗体序列能够达到70多个氨基酸序列。值得注意的是（BG505 SOSIP）抗原对4头奶牛免疫结果显示能够诱导出具有广泛性和强效的血清抗体反应。对牛的血清分析显示，牛的免疫系统在42天时产生的抗体能够消灭20%HIV病毒（117种亚型）；到381天时，产生的抗体能够消灭96%的HIV病毒。从牛血清分离出的单克隆抗体包含由60个氨基酸组成的长折叠HCDR3区域，，能够中和72%的HIV病毒类型。我们注意到，引出的宽度带有单一的免疫原，不需要额外的病毒多样性。免疫接种奶牛提供了一个快速产生具有预防性和治疗性的抗体药物途径，用于避免人类自身产生抗体反应。
迄今为止，没有任何一种免疫原通过接种疫苗能够产生广谱中和抗体(bnAbs)。较难产生bnAbs抗体的原因归因于HIV病毒的包膜糖蛋白的抗原多样性及覆盖Env基因的N端连接的多聚糖外壳。分离自长期感染个体的bnAbs抗体拥有许多不寻常的特征，从平均HCDR3区域环中选择更长的序列用来对付HIV的多聚糖外壳。在许多脊椎动物的HCDR3s区域都有保守区，根据重组体可变区域显著编码成12-16个氨基酸环。因此，在许多物种中，相当少的抗体前体能够产生具有亲和HIV病毒的广谱中和抗体（bnAbs）。然而，根据bnAbs抗体平均含有26个氨基酸长度，利用奶牛产生的HCDR3s抗体，能够产生超过70个氨基酸的超长抗体序列。先前的工作揭示在奶牛中用活性弱Env三聚体重复免疫多年，在牛乳中能够产生一些富含免疫球蛋白的广谱中和抗体，虽然效率较低。在这里，研究者用活性强的BG505三聚体病毒抗原免疫奶牛，揭示了大量高效的中和抗体纵向深度的发展规律，同时揭示了带有超长HCDR3s区域的抗体能够拓宽血清研究的深度和广度。
为了研究带有高活性的Env基因三聚物的HIV病毒在奶牛中的免疫效果，设置了两个实验。第一次预实验选择2头奶牛的同一侧分别接种JR-FL gp120抗原 和BG505 SOSIP抗原，进行病毒免疫实验。根据血清中病毒指标进行评价发现2头牛均产生了成熟的中和抗体，其中1头牛产生更强更有效的抗体反应。根据这些研究结果，选择2头牛均免疫BG505 SOSIP病毒抗原，381天后这2头牛用来测试含有的病毒指标，2头牛均观察到相似的中和抗体反应。
我们接下来确定这些成熟反应有多么快速，从奶牛中大约7天取一次血清，并测试相同的病毒指标。仅仅42天，用BG505 SOSIP 病毒抗原感染的奶牛在研究结果中显著的表现中和抗体的发展活性。随着时间的推移，这些自体中和抗体反应在深度和广度上均会有所增加。
为了充分评估中和抗体的范围，研究者分别在42天、77天、238天和381天对奶牛的血清进行取样测试病毒指标。结果表明，该方法具有较高的中和抗性，在第42天进行第一次取样检测能杀死20%的病毒；进一步在77天进行第二次取样，血清检测能杀死79%的病毒；到238天和381天进行取样，血清检测分别能够杀死92%和96%的病毒。随着时间的增加，对于病毒产生的ID50抵抗效率越强。
接下来，研究者试着从奶牛中分离广谱中和抗体（bnAbs），分别在第70天和238天取外周血单核细胞(PBMCs)分离带有荧光共轭的奶牛IgG抗体，采用生物素化的BG505 SOSIP作物抗原。根据在不同时间点采用不同的策略对单核细胞（PBMCs）分离的抗体进行筛选，共分离出10个单克隆抗体（命名1-10号）。分别对这10个单克隆抗体的重链和轻链区进行测序，令人惊讶的是，10个抗体均具有超长的 HCDR3s 可变区域。
为了检测10种抗体的中和抗体广度，研究者用一些其他的病毒(117种病毒亚型）作为检测指标，发现其中2-6号抗体有较窄的抗性；1号、7-10号抗体拥有较宽的中和抗体活性。其中1号抗体显示最广泛的抗体深度，根据其IC50值显示拥有72%的中和抗体深度。
将10个单克隆抗体与BG505 SOSIP抗原的特异抗体VRC01进行竞争性ELISA检测，1号抗体对CD4bs细胞具有特异性，随后我们发现对于抗原BG505 V3环具有很低的血清活性。最后研究者确定1号抗体对HEp-2（人喉表皮癌细胞）抗原经过ELISA结合实验，不具有多种反应活性。
为了进一步了解这些抗体的结合机制，采用单粒子负电荷电子显微镜观察1号和1号的抗体表位特征。在每个数据集,可以清晰的看到Fab与CD4bs相邻平均2维等级。随后，研究者对1号抗体进行3维重建以确定CD4bs的抗原表位。接下来研究者利用VRC01抗体和1号抗体结合用于分离BG505抗原和JR-CSF抗原的gp120 CD4结合位点丙氨酸突变体。1号抗体包含D368R的 CD4bs Ab残基对于结合BG505 抗原gp120位点表现出灵敏度。对于这两种抗体，VRC01根据先前的描述显示高度依赖于N279；相反的，1号抗体不依赖于N279，而是依赖于gp120位点的C2和C5区域的残基。
一些HIV广谱中和抗体（bnAbs）正在被测试有潜在的杀微生物活性用来预防黏膜病毒感染。值得注意的是,VRC01类抗体依赖于一个关键作用的盐桥与gp12023的368bp位点的丙氨酸残基的相互作用，在低PH条件下容易被破坏。然而，1号抗体在模拟pH 4.5环境中保留了gp120的亲和力，表明1号抗体有可能作为一种潜在的杀微生物剂，尽管这种应用需要进一步的探索。
与先前其他动物实验相比，这里研究者在奶牛身上接种病毒Env三聚体产生了非常好的免疫中和抗体效果。据研究者所知，先前仅有的一次广谱中和抗体（bnAbs）是在骆驼中分离的，采用病毒Env三聚体进行为期4个多月的7次免疫实验，筛选出大约2800个骆驼单域抗体（VHH）,只有1个具有深度或广度的中和抗体活性。这项研究结果表明，HIV病毒 Env的bnAb抗原决定簇仅仅免疫在一个可以依赖的方式下。 CDbs位点被嵌合在三聚体内，大大阻碍了广谱中和抗体对它的接触，从而阻碍了人类CD4bs的免疫活性。超长的奶牛HCDR3抗体能够容易的进入病毒三聚体，因此表现出抗体免疫活性。
重要的是，不同的三聚体不需要表现出深度，揭示抗体多样性可能不需要提供保守的抗原决定簇。在奶牛中接种HIV产生的CD4bs免疫中和抗体是非常迅速的。在人体中产生类似的抗体所需的时间大约是5年。从该研究中得出的一个经验是对HIV病毒疫苗的设计，选择超长的HCDR3s区域能够加快广谱中和抗体的发展速度。
最后，从奶牛中免疫HIV病毒能够快速产生免疫中和反应的方法可以应用到其他病原物上（如疟疾），用来产生相似的抗体免疫反应服务于人类。这种抗体除了具有预防或治疗价值外，还能帮助确定疫苗和药物设计的目标。
文献参考：
Rapid elicitation of broadly neutralizing antibodies to HIV by immunization in cows（2017）.
