每一年，《科学》杂志的编辑团队都会评选出年度十大科学突破，其中包括一项科学突破冠军奖以及九项科学突破入围奖。它们是这一年中最重大的科学发现、科学进展和趋势。
让我们一起来揭晓2024年度的十大科学突破榜单吧！
2024科学突破之首：
长效HIV预防针剂
Jon Cohen
药物lenacapavir
（黄色）
与HIV的衣壳蛋白结合，防止衣壳锥穿过孔进入人体细胞核
一种创新机制的注射用HIV药物展现出显著的预防感染效果
尽管过去几十年间全球在预防和治疗艾滋病毒新发感染方面取得了巨大进展，但艾滋病毒每年仍会感染高达100多万人，而有效的疫苗仍未问世。在今年，我们见证了一种可能最为强大的防护措施：
一种每次注射可提供6个月保护的药物。
今年6月，一项针对非洲青少年女孩和年轻女性的大型疗效试验报告称，
该针剂将艾滋病毒感染率降至零，这一结果令人震惊——实现了100%的有效性。
三个月后，另一项在四大洲进行的类似试验报告进一步证实了这一效果，结果显示，在与男性发生性关系的性别多样化人群中，该药物具有99.9%的有效性，消除了人们此前对该药物的质疑。
许多艾滋病毒/艾滋病研究人员希望，当作为暴露前预防
（PrEP）
使用时，药物lenacapavir
（来那卡帕韦）
能够显著降低全球感染率。开普敦大学传染病专家Linda Gail Bekker表示：“如果我们能朝着正确的方向前进，那么这种药物具有巨大的潜力。这需要我们扩大其应用范围并积极推广。”她负责领导了该药物制造商吉利德科学公司所开展的两项关键性疗效试验之一。
但这并不是《科学》杂志将lenacapavir命名为2024年度科学突破之首的唯一原因。该药物作为暴露前预防
（PrEP）
的重要进展，其成功源于基础研究的重大突破——
即对lenacapavir所靶向的HIV衣壳蛋白的结构与功能有了全新的深入理解
。鉴于许多其他病毒亦拥有各自的衣壳蛋白，这些蛋白围绕着遗传物质形成保护层，因此lenacapavir的成功应用带来了令人兴奋的前景，即类似的衣壳抑制剂可以对抗其他病毒性疾病。
从过去艰难岁月中走来，艾滋病毒的治疗取得了显著进展。在早期阶段，感染艾滋病毒意味着严重的消瘦，免疫系统的严重受损导致其他感染的泛滥发生，以及早逝。1996年，研究人员发现，高效的“鸡尾酒疗法”可以完全抑制艾滋病毒，从而延缓艾滋病的发展——这一成果被《科学》杂志评为当年的年度突破。
当前的抗病毒药物更为先进，使得数百万患者能够在慢性且可控制的疾病状态下维持正常的生活。接受过病毒抑制治疗的个体再次感染他人的几率也大大降低，这一重要发现促使《科学》杂志于2011年将“治疗即预防”列为年度突破。随着世界各地越来越多的人能够获得这些药物，全球新感染人数从2011年的210万骤降至去年的130万。
一系列预防措施已被证明有效，包括使用避孕套、男性包皮环切术、更换针头、教育宣传，以及口服PrEP药物。PrEP药丸于2012年首次在美国获得批准，其防护效果显著。在与男性发生性关系的男性中，这些药物使旧金山、悉尼和阿姆斯特丹将新的艾滋病毒感染率降至接近零。然而，多年过去，较贫困的国家才逐渐获得这些药物的仿制药。在许多非洲国家，由于污名和人际关系动态等阻碍，年轻女孩和妇女只是间歇性地服用这些药物。2021年，一种名为cabotegravir的PrEP药物上市，仅需每两个月注射一次。尽管如此，高昂的成本和公众对其兴趣不足仍限制了其广泛应用。
研究进展曾一度陷入停滞，导致全球距离联合国艾滋病规划署设定的目标相去甚远——即到2025年将新的艾滋病毒感染人数减少至37万以下，到2030年进一步降至20万以下。
但lenacapavir的出现打破了僵局。
今年6月，该药物在PrEP领域引起了轰动，据报告，在南非和乌干达进行的一项涉及5000多名顺性别女性和青春期女孩的双盲研究中，接受注射的人无一被感染。在9月公布的第二次lenacapavir PrEP试验结果显示，在南美洲、亚洲、非洲和美国的2000多名顺性别男性、跨性别男性和女性，以及与男性发生性关系的非二元性别者中仅发生了两例感染。
“并不是每天都能看到这样的数据”，AVAC的负责人Mitchell Warren说。AVAC是一个非营利组织，全称为艾滋病疫苗倡导联盟
（AIDS Vaccine Advocacy Coalition）
，如今已将PrEP作为其核心关注领域之一。
与通过结合允许病毒酶发挥作用的“活性位点”来破坏病毒酶的主要HIV药物不同，lenacapavir与在病毒RNA周围形成一个保护锥的衣壳蛋白相互作用·。起初，研究人员没有将衣壳视为一个具有药物开发潜力的靶点。然而，在20世纪90年代和21世纪初，研究人员已经证明，锥体与细胞蛋白相互作用，在感染的早期阶段执行一系列重要功能。因此，制药公司认为，要有效阻断这些相互作用，可能需要多种药物分子共同作用于不同的衣壳蛋白。
但新的发现改写了衣壳如何工作的剧本，表明锥体由稳定但灵活的
五聚体和六聚体
晶格组成。这张新照片引起了吉利德化学家的兴趣，并最终促成了lenacapavir的诞生。后来，研究人员发现，当HIV进入细胞时，锥体不会像先前认为的那样立即破裂，而是保持完整，甚至可以挤压核膜上的孔来传递病毒基因的有效载荷。事实证明，lenacapavir不仅可以阻断衣壳与细胞蛋白的相互作用，还可以使锥体变得坚硬，这显然可以防止它滑入细胞核。即使药物未能阻止这一步骤，细胞产生HIV蛋白，该药物同样会使新形成的衣壳亚基变硬，干扰新锥体和病毒颗粒的形成。
然而，存在一个问题：lenacapavir的
溶解度较低，导致其在人体内的吸收较为困难。
但是当吉利德的研究团队成功开发出该分子的可注射形式时，这一缺点反而转化为其显著优势
，
极大地延长了药物的作用时间
。
注射用lenacapavir已上市两年，主要用于对其他药物无效的病毒感染者的“挽救”治疗。目前，该药物可能展现出新的应用前景，成为最有效的暴露前预防
（PrEP）
形式之一。
lenacapavir PrEP是否会被广泛使用并加速终结艾滋病毒/艾滋病的流行取决于其获取、交付，以及需求。预计监管部门最早要到2025年中期才会批准该药物。尚未公布的价格将会决定人们是否能负担得起。吉利德已经与六家仿制药制造商达成协议，为120个发展中国家生产低成本的仿制药，但到目前为止，对包括巴西在内的中等收入国家还没有提供折扣，巴西是南美洲艾滋病毒感染者人数最多的国家。资源紧张的政府可能连购买打折药品的预算都没有。负担过重的医疗保健系统、社会动荡、极端天气事件和交通运输挑战都可能阻碍药品的交付。并且，还需要人们愿意每6个月注射一次药物。
美国国家过敏和传染病研究所所长Jeanne Marrazzo表示，尽管lenacapavir PrEP功能强大，但它并不能替代疫苗。Marrazzo乐观地认为，这种药物可以帮助“在我们最具挑战性的地区大幅降低艾滋病毒发病率”。
但疫苗应该是可以给每一个人接种的，而不仅仅是高危人群；其制作成本应该仅为几美元；并且只需注射几针，即可持续保护多年。
“如果我们真的想消灭艾滋病毒，我们必须继续寻找一种干预措施，以创造持久的个人免疫力。
尽管注射用lenacapavir可能不足以实现联合国艾滋病规划署设定的目标，但它有望保护数百万人免于感染。这一进展是对一系列显著生物医学突破的重要补充，随着这些医学突破惠及最有需要的人群，
艾滋病毒/艾滋病正逐步从一种颠覆社会的疾病转变为一种罕见病症。
其他9项
Science
年度科学突破分别为：
