Конъюгированные вакцины против Haemophilus influenzae типа b

Конъюгированные вакцины против Haemophilus influenzae типа b. Haemophilus influenzae типа b (Hib) - одна из ведущих причин инвазивной бактериальной инфекции у детей раннего возраста во всем мире. В течение

Haemophilus influenzaeтип b (Hib) - одна из основных причин инвазивной бактериальной инфекции у детей раннего возраста во всем мире. В детстве приобретение антител, направленных против полисахаридной капсулы организма, предположительно в результате бессимптомного носительства, обеспечивает защиту, и заболевание гораздо реже встречается в возрасте после 4 лет. Как и другие полисахариды, полирибозилрибитолфосфат (PRP) капсулы Hib является Т-независимым антигеном и не является иммуногенным при введении в качестве вакцины в младенчестве. Поскольку самые высокие показатели заболеваемости возникают в первые 2 года жизни, были разработаны эффективные вакцины против Hib путем ковалентного связывания капсулы PRP с белком-носителем, который задействует Т-клетки для полисахаридного иммунного ответа и даже индуцирует продукцию антител против PRP. в первые 6 месяцев жизни.Внедрение конъюгированных вакцин Hib-белок-полисахарид во многие промышленно развитые страны за последние 15 лет привело к фактической ликвидации инвазивной Hib-болезни. Однако, несмотря на успех программы вакцинации, несколько факторов могут повлиять на эффективность вакцины в рутинной программе, как недавно было отмечено в Великобритании. Такие факторы могут включать вмешательство в другие сопутствующие вакцины, ослабление иммунитета при отсутствии бустерных доз вакцины и снижение естественной бустерной вакцинации в результате снижения передачи организма. Однако бремя болезней остается самым высоким в странах с ограниченными ресурсами, и необходимы срочные усилия для обеспечения преимуществ этой вакцины для детей, живущих в регионах, где ее нельзя использовать по экономическим и логистическим причинам.

Вступление

Неслучайно многие бактерии, вызывающие инвазивные бактериальные заболевания в детстве, имеют полисахаридную капсулу. Капсула может обеспечить преимущество в выживании этих организмов во время передачи и колонизации, но также способствует выживанию в крови в патогенезе инвазивного заболевания за счет устойчивости к опосредованному комплементом убийству и фагоцитозу. 1, 2 Антитело против полисахаридной капсулы является центральным элементом естественного иммунитета против многих из этих организмов. Полисахаридная капсула Salmonella typhi (St), Haemophilus influenzae типа b (Hib), Streptococcus pneumoniae (Sp) и Neisseria meningitidis(Nm) предоставляет как возможность, так и проблему для вакцинопрофилактики опасных для жизни бактериальных инфекций в детстве.

Несмотря на различную химическую структуру, капсульные полисахариды бактерий обладают общим иммунологическим свойством Т-независимой активации B-клеток, что связано с плохой или отсутствующей иммуногенностью у младенцев и неспособностью вызвать иммунологическую память в любом возрасте. Таким образом, очищенные капсульные полисахаридные вакцины обычно не подходят для раннего детства, когда бремя болезней является самым высоким. Конъюгация белок-полисахарид позволила решить проблемы иммуногенности полисахаридов в детстве за счет привлечения Т-клеток к иммунному ответу. Конъюгированные протеин-полисахаридные вакцины от Hib были первыми, которые были введены в повседневное использование среди населения, и оказались очень эффективными в снижении бремени болезни Hib.

Первоначальный успех конъюгированных вакцин против Hib скрывал многогранный и динамичный характер событий, лежащих в основе защитной эффективности вакцины. Однако рост числа неудачных попыток вакцинации против Hib, наблюдаемый в Великобритании с 1999 г., выявил сложность взаимодействия между вакциной, иммунным ответом и динамикой популяции Hib.

Полисахаридная иммунобиология

Hib-инфекция и естественный иммунитет

С 1931 г. известно, что некоторые штаммы Haemophilus influenzaeобладают полисахаридной капсулой и что существует 6 капсульных серотипов (a – f). 3 Инвазивные изоляты от пациентов - это преимущественно организмы типа b, которые обладают капсулой из полирибозил рибитолфосфата (PRP). Hib является важной причиной бактериальных инфекций, включая менингит, сепсис, эпиглоттит, пневмонию и септический артрит, особенно у младенцев. Однако у большинства людей Hib является комменсалом носоглотки, и только меньшая часть тех, кто подвергается воздействию или которые являются носителями этого организма, страдают инвазивным заболеванием. Было высказано предположение, что полисахаридная капсула может обеспечить преимущество в выживании, позволяя уклоняться от иммунных ответов слизистых оболочек или облегчая передачу между хозяевами за счет уменьшения высыхания.4 Что касается инвазивного заболевания, полисахаридная капсула также может ингибировать бактерицидную активность сыворотки и опосредованный комплементом фагоцитоз. 5, 6 В 1930-х и 1940-х годах было установлено, что антиполисахаридные антитела защищают от инвазивного Hib-заболевания. 7 Возрастные профили антител против PRP демонстрируют характерную картину. 8 Относительно высокие уровни антител против PRP, полученных через плаценту, падают в течение первых месяцев жизни до очень низких уровней примерно к 6 месяцам жизни. Впоследствии титры антител снова возрастают на втором году жизни, предположительно в результате воздействия Hib в носоглотке или других организмов с перекрестно-реактивными антигенами. 9-11 Повозрастная заболеваемость инвазивным заболеванием обратно пропорциональна титру антител против PRP,самая высокая заболеваемость среди невакцинированной популяции, возникающая в промежутке между потерей материнских антител и выработкой антител собственными В-клетками ребенка. В Великобритании большинство инвазивных заболеваний возникает в течение первых 2 лет жизни. 12 В других группах населения, особенно в развивающихся странах, большинство заболеваний возникает еще раньше, в младенчестве. 13, 14

Полисахарид как вакцинный антиген

Капсула из полисахарида типа b привлекательна в качестве вакцинного антигена, поскольку инвазивное заболевание почти исключительно ограничивается организмами типа b, а антиполисахаридные антитела важны для естественного иммунитета. Целью разработки вакцины была индукция антител против PRP в достаточно молодом возрасте, чтобы защитить тех, кто подвергается наибольшему риску заболевания Hib.

Ранние наблюдения с Hib продемонстрировали ограничения простого полисахарида в качестве вакцинного антигена. При введении в течение первых 2 лет жизни очищенный PRP индуцирует относительно низкие титры сывороточных антител, которых обычно недостаточно для защиты от инвазивного заболевания. 15-17 С точки зрения иммунологической памяти, антитела, индуцированные PRP, быстро ослабевают, и последующая иммунизация не обнаруживает признаков иммунологического прайминга в любой возрастной группе. 18

Иммунологические механизмы, лежащие в основе этих наблюдений, до конца не изучены. Полисахарид, хотя и распознается рецепторами B-клеток, не может быть представлен T-клеткам в сочетании с молекулами класса II главного комплекса гистосовместимости (MHC). Следовательно, В-клетки не обладают способностью напрямую привлекать родственные Т-клетки при стимуляции полисахаридом. Таким образом, взаимодействие полисахарида с В-клеткой называют Т-независимым (ТИ). Отсутствие специфических Т-клеточных взаимодействий в иммунном ответе ограничивает иммуногенность PRP, и развитие В-клеток памяти с помощью антител с переключенным классом и последующее созревание авидности не происходит. Однако экспериментальные исследования на мышах наводят на мысль о еще плохо определенной потребности в Т-клетках даже во взаимодействиях TI.19 Возможно, что антиген представлен Т-клеткам в других формах, например, посредством презентации CD1 дендритными клетками. 20

Остается неясным, вызваны ли слабые ответы антител в первые 2 года жизни нечастым носительством Hib в этом возрасте или иммунологической незрелостью. Та же вакцина, которую вводят в более позднем детстве, может вызывать значительный ответ антител. 16, 18, 21 Имеются некоторые данные о специфических тормозных механизмах, которые действуют в младенчестве, задерживая развитие ответов TI. 22 Другая возможность состоит в том, что вряд ли существовало естественное селективное давление для развития ответов только на полисахарид, поскольку полисахарид не будет встречаться в изолированной форме, требующей защитного иммунного ответа в естественном мире, поскольку он неизменно связан с белковыми антигенами в целом. организм. Полисахарид и белок, встречающиеся в контексте всего организма, могут позволить В-клеткам задействовать родственные Т-клетки и генерировать память.Ответ на простой полисахарид у пожилых людей будет тогда обусловлен присутствием В-клеток памяти от прошлых носителей Hib или организмов с перекрестно-реактивными эпитопами. Однако, хотя носительство связано с высокими титрами сывороточных антител против PRP 10, 23, доказательства того, что Hib-организмы стимулируют иммунитет Т-клеточно-зависимым образом, являются косвенными. 24, 25 Кроме того, заболевание часто не может стимулировать ответ антител в возрасте до 2 лет и может даже подавлять ответ на дальнейшую вакцинацию, предполагая, что индукция иммунитета организмами Hib модулируется множеством факторов. 26, 27хотя носительство связано с высокими титрами сывороточных антител против PRP 10, 23 доказательства того, что Hib-организмы стимулируют иммунитет Т-клеточно-зависимым образом, являются косвенными. 24, 25 Кроме того, заболевание часто не может стимулировать ответ антител в возрасте до 2 лет и может даже подавлять ответ на дальнейшую вакцинацию, предполагая, что индукция иммунитета организмами Hib модулируется множеством факторов. 26, 27хотя носительство связано с высокими титрами сывороточных антител против PRP 10, 23 доказательства того, что Hib-организмы стимулируют иммунитет Т-клеточно-зависимым образом, являются косвенными. 24, 25 Кроме того, заболевание часто не может стимулировать ответ антител в возрасте до 2 лет и может даже подавлять ответ на дальнейшую вакцинацию, что свидетельствует о том, что индукция иммунитета организмами Hib модулируется множеством факторов. 26, 27

Хотя многие бактериальные полисахариды Sp, Nm и Hib являются TI, это не является неизменным свойством для всех. Менингококковый полисахарид серогруппы А и пневмококковый полисахарид серотипа 3 дают хорошие результаты в младенчестве. 22, 28 Есть также примеры из других видов бактерий полисахаридных капсул со свойствами TD. 29 Какими бы поразительными ни были эти результаты с возможными последствиями для исследования вакцин, эти явления не были широко исследованы на людях.

Конъюгаты белок-полисахарид

Более 60 лет назад было продемонстрировано, что бактериальные полисахариды, конъюгированные с белками, могут повышать иммуногенность полисахарида и вызывать защитный иммунитет на животной модели. 30, 31 После дальнейших исследований с различными бактериальными полисахаридами и в свете ограничений простых полисахаридных вакцинных антигенов было показано, что PRP Hib является более иммуногенным, когда ковалентно связан с белком-носителем, и демонстрирует усиленные ответы, характерные для T-зависимых объем памяти. 32-35 PRP, конъюгированный с множеством белков, является более иммуногенным, чем PRP отдельно, и способствует последующему ответу на PRP как у взрослых, так и у детей и младенцев. 21, 35 - 39

Иммунология, лежащая в основе улучшенной иммуногенности и прайминга, индуцированного конъюгированными вакцинами, все еще изучена лишь частично. Ковалентная связь белка и полисахарида необходима для повышенной иммуногенности гликоконъюгатных вакцин. 40 Кроме того, in vitroисследования с использованием мононуклеарных клеток периферической крови (PBMC) взрослых, которым вводили конъюгированную вакцину Hib, показывают, что максимальная продукция антител и пролиферация Т-клеток требуют прямого контакта между Т- и В-клетками. 41 Эти данные согласуются с классическим способом представления белка-носителя в сочетании с MHC II Т-клеткам, что приводит к образованию зародышевого центра с переключением класса антител, созреванию авидности и продукции B-клеток памяти. 42 Такие родственные Т- и В-клеточные взаимодействия требуют участия костимулирующих молекул, таких как CD40 – CD40L и CD27 / CD70. 43–45 CD4 + Т-клеток, специфичных для белка-носителя, были обнаружены после вакцинации гликоконъюгатом и секретировали цитокины Т-хелперов 1 (Th1) и Th2.46 Исследования других гликоконъюгатных вакцин у детей показали увеличение экспрессии мРНК CD40L в PBMC после вакцинации, что дополнительно указывает на важность родственных взаимодействий Т- и В-клеток в ответе на конъюгированные вакцины. 47 Важность других типов клеток в начальном иммунном ответе на конъюгированные вакцины подчеркивается недавней работой с вакциной Hib-комплекс белков внешней мембраны (OMPC). В отличие от конъюгатов Hib от столбняка и CRM197, конъюгированные вакцины Hib-OMPC, по-видимому, задействуют Toll-подобный рецептор 2 на дендритных клетках, возможно, изменяя их регуляцию Т-клеточного ответа на вакцину. Это взаимодействие может быть фактором, который способствует повышению иммуногенности вакцины. эта конкретная вакцина у младенцев после однократной дозы. 48также предполагая важность родственных взаимодействий Т- и В-клеток в ответе на конъюгированные вакцины. 47 Важность других типов клеток в начальном иммунном ответе на конъюгированные вакцины подчеркивается недавней работой с вакциной Hib-комплекс белков внешней мембраны (OMPC). В отличие от конъюгатов Hib от столбняка и CRM197, конъюгированные вакцины Hib-OMPC, по-видимому, задействуют Toll-подобный рецептор 2 на дендритных клетках, возможно, изменяя их регуляцию Т-клеточного ответа на вакцину. Это взаимодействие может быть фактором, который способствует повышению иммуногенности вакцины. эта конкретная вакцина у младенцев после однократной дозы. 48далее предполагая важность родственных взаимодействий Т- и В-клеток в ответе на конъюгированные вакцины. 47 Важность других типов клеток в начальном иммунном ответе на конъюгированные вакцины подчеркивается недавней работой с вакциной Hib-комплекс белков внешней мембраны (OMPC). В отличие от конъюгатов Hib от столбняка и CRM197, конъюгированные вакцины Hib-OMPC, по-видимому, взаимодействуют с Toll-подобным рецептором 2 на дендритных клетках, возможно, изменяя их регуляцию Т-клеточного ответа на вакцину. Это взаимодействие может быть фактором, который способствует повышению иммуногенности вакцины. эта конкретная вакцина у младенцев после однократной дозы. 4847 Важность других типов клеток в начальном иммунном ответе на конъюгированные вакцины подчеркивается недавней работой с вакциной Hib-комплекс белков внешней мембраны (OMPC). В отличие от конъюгатов Hib от столбняка и CRM197, конъюгированные вакцины Hib-OMPC, по-видимому, задействуют Toll-подобный рецептор 2 на дендритных клетках, возможно, изменяя их регуляцию Т-клеточного ответа на вакцину. Это взаимодействие может быть фактором, который способствует повышению иммуногенности вакцины. эта конкретная вакцина у младенцев после однократной дозы. 4847 Важность других типов клеток в начальном иммунном ответе на конъюгированные вакцины подчеркивается недавней работой с вакциной Hib-комплекс белков внешней мембраны (OMPC). В отличие от конъюгатов Hib от столбняка и CRM197, конъюгированные вакцины Hib-OMPC, по-видимому, взаимодействуют с Toll-подобным рецептором 2 на дендритных клетках, возможно, изменяя их регуляцию Т-клеточного ответа на вакцину. Это взаимодействие может быть фактором, который способствует повышению иммуногенности вакцины. именно этой вакцины у младенцев после однократной дозы. 48возможно изменение их регуляции Т-клеточных ответов на вакцину. Это взаимодействие может быть фактором, который способствует повышению иммуногенности этой конкретной вакцины у младенцев после однократной дозы. 48возможно изменение их регуляции Т-клеточного ответа на вакцину. Это взаимодействие может быть фактором, который способствует повышению иммуногенности этой конкретной вакцины у младенцев после однократной дозы. 48

Несмотря на то, что иммунный ответ с возрастом все еще изменяется, конъюгированные вакцины обходят относительную невосприимчивость детской иммунной системы к простому полисахариду и обеспечивают основу для генерации В-клеток памяти и прайминга иммунной системы.

Иммунологическая память к полисахаридным антигенам

Природа иммунологической памяти, вызываемой полисахаридно-белковыми конъюгированными вакцинами, стала ключевой проблемой в свете роста числа истинных неудач вакцин в Великобритании с 1999 года. Общепринятым методом демонстрации иммунологической памяти является введение пациентам простого полисахарида Hib. у которых ранее была вакцина против Hib, по сравнению с людьми, которые не вакцинировали (контрольная группа). Более быстрое нарастание и более высокий конечный титр антител против PRP в группе, усиленной PRP, по сравнению с контролем, рассматривается как свидетельство примирования. 21 Кроме того, созревание авидности антител было предложено в качестве индикатора иммунологической памяти, подразумевая, что оно должно коррелировать с существованием праймированных ответов на бустерную вакцинацию.49 Хотя прайминг является общепринятой мерой иммунологической памяти, взаимосвязь между уровнями антител в состоянии покоя и памятью В-клеток становится все более важным фактором. 50, 51

На практике первичная иммунизация младенцев конъюгатами Hib индуцирует значительные начальные титры антител, которые впоследствии снижаются, в некоторых случаях до уровней, которые не могут считаться защитными. 10, 23, 52, 53 Прайминг можно продемонстрировать для конъюгатов Hib, даже если титры антител упали до низких уровней. 54 Кроме того, дети, вакцинированные конъюгатами Hib, демонстрируют признаки праймирования после бустерной дозы PRP, даже если ответы антител после первичной иммунизации были плохими.

В настоящее время признано, что существует разница между реакциями памяти, о чем свидетельствует прайминг, и защитным иммунитетом. 55, 56 Было показано, что у детей с инвазивным Hib-заболеванием как в вакцинированных, так и в невакцинированных популяциях наблюдаются реакции антител, указывающие на иммунологическую память, что указывает на то, что этого недостаточно для их защиты. 25, 57 Следовательно, в случае инвазивного Hib-заболевания обычные меры иммунологической памяти не являются синонимом защиты.

Общепринятые способы оценки иммунной памяти, как описано выше, после иммунизации вакциной Hib предоставляют ограниченные данные о природе памяти для индивидуума или для населения. Действительно, измерение ответа антител на полисахаридную стимуляцию в единичный момент времени не дает представления о качестве или кинетике продуцируемых антител. Когда уровни антител ниже защитного порога, известно, что после воздействия антигена пройдет несколько дней, прежде чем уровни антител в сыворотке возрастут, даже у примированного индивидуума. Это окно учитывает возможность инвазивного заболевания у человека с иммунологической памятью, если инвазия происходит слишком быстро после носоглоточного захвата.Единичное измерение концентрации антител после бустерной иммунизации обеспечивает лишь ограниченную оценку степени защиты у примированного индивидуума.

Качество антител и кинетика иммунного ответа у отдельного человека не могут служить правилом для всей популяции. В любой популяции будет такое распределение качества и количества реакций памяти на вакцину, что часть населения все еще будет подвергаться риску заражения, даже если на уровне популяции, по-видимому, имеются убедительные доказательства защитных реакций памяти. 58 Несмотря на то, что титр антител определяется как коррелят защиты, нет четкой корреляции между показателями иммунологической памяти и защиты ни на индивидуальном, ни на популяционном уровне. Это явно вызывает серьезную озабоченность у населения, титр антител которого упал ниже защитного порога.

Современные модели B-клеточной памяти предполагают, что существуют популяции долговечных плазматических клеток, секретирующих покоящиеся уровни антител, и популяции B-клеток памяти, поддерживающие этот пул клеток и способствующие быстрым ответам, наблюдаемым при праймировании. 50 Хотя В-клетки памяти идентифицируются по их классу переключенного соматически гипермутированного иммуноглобулина и наличию у них маркеров клеточной поверхности, таких как CD27, 59 менее ясно, как идентифицировать долгоживущие плазматические клетки у людей. Производство и сохранение В-клеток памяти и долгоживущих плазматических клеток в связи с вакцинацией против Hib глубоко не изучалось.

Т-клеточная память, продуцируемая конъюгированными вакцинами Hib, будет специфичной для пептидных последовательностей, полученных из белков-носителей этих вакцин ( N. meningitidisбелки внешней мембраны, столбнячный анатоксин, мутантный дифтерийный анатоксин CRM197 и дифтерийный анатоксин). Присутствие таких белков в качестве вакцинных антигенов в обычном календаре иммунизации может способствовать иммуногенности конъюгата Hib. 60 Однако Т-клетки, специфичные к белку-носителю, не смогут способствовать вторичному ответу на инвазивные бактерии Hib, поскольку они не специфичны для пептидных последовательностей, родственных Hib. Этот феномен может объяснить некоторую разницу между существованием иммунологической памяти без защитного иммунитета. 61 Имеются данные, позволяющие предположить, что естественное воздействие Hib может вызывать прайминг и, следовательно, косвенно влиять на Т-клеточную память у людей. Ответы антител, типичные для вторичного ответа, наблюдались у некоторых детей после инвазивной болезни Hib.25 У этих детей единственным вероятным источником предыдущего контакта, чтобы объяснить наличие вторичной реакции, было бы носительство Hib или организмов с перекрестно-реактивными антигенами. Поддержка концепции носительства, действующего в первую очередь для запоминания, также была получена в результате подробного молекулярного анализа ответов антител на вакцинацию PRP у взрослых, которые ранее не были вакцинированы. 24, 62 Эти исследования продемонстрировали степень клональности и мутации последовательностей специфических антител к Hib по отношению к последовательностям зародышевой линии, что явно свидетельствует о вторичном ответе, несмотря на отсутствие у индивидов предыдущей вакцинации. У людей, которые были примированы посредством носительства Hib, будут Т-клетки памяти, специфичные для пептидных последовательностей Hib.Возможно, что отсутствие Hib-специфической Т-клеточной помощи у вакцинированного человека может снизить способность реагировать на Hib, чем у человека, иммунитет которого был приобретен в результате носительства.

Влияние полисахаридов и белков-носителей на иммуногенность

Конъюгированные вакцины Hib состоят из полисахарида PRP, связанного с белком-носителем. Такие вакцины различаются длиной полисахарида, природой белка-носителя и способом их связывания. В целом, хотя эти различные конъюгаты Hib являются иммуногенными и эффективными, ясно, что они не идентичны по характеристикам 63-70 (Таблица 1).