Verständnis der Immunantwort auf zwei verschiedene Meningitis-Impfstoffe

EPIDEMIOLOGIE

Neisseria meningitidis ist eine weltweit bedeutende Ursache von Meningitis und Septikämie. Die Polysaccharidkapsel ist ein wichtiger Virulenzfaktor bei der Verursachung einer invasiven Erkrankung. Die Serogruppe eines Meningokokkenstamms wird durch die biochemische Zusammensetzung der Polysaccharidkapsel bestimmt. Es gibt 13 verschiedene Polysaccharidkapseln, aber nur A, B, C, W und Y verursachen häufig invasive Infektionen. Insbesondere die Serogruppen A, C, W und Y machen > 70 % der Meningokokken-Erkrankungen in Nordamerika aus, die Serogruppen B und C sind für die überwiegende Mehrheit der Erkrankungen in Europa verantwortlich und die Serogruppe A verursacht zyklische Meningitis-Epidemien im afrikanischen Meningitis-Gürtel. einschließlich des jüngsten Ausbruchs 2009/2010.

Angesichts des raschen Fortschreitens und der schwerwiegenden Folgen der Meningokokken-Erkrankung ist die Primärprävention von entscheidender Bedeutung und wird am effektivsten durch Impfung erreicht. In Ermangelung eines Impfstoffs der Serogruppe B stellen vierwertige Impfstoffe gegen die Serogruppen ACW und Y den umfassendsten Mechanismus zur Bekämpfung von Meningokokken-Erkrankungen weltweit dar. Der durch diese Impfstoffe induzierte Schutz beruht auf Anti-Kapsel-Polysaccharid-Antikörpern.

MENINGOKOKKEN-POLYSACCHARID- UND KONJUGAT-IMPFSTOFFE

Polysaccharid-ACWY-Impfstoffe bestehen aus reinem Kapselpolysaccharid aus jeder der vier Serogruppen und sind seit den späten 1970er Jahren weit verbreitet. Wie Polysaccharid-Impfstoffe gegen andere eingekapselte Bakterien sind Meningokokken-Polysaccharid-Impfstoffe jedoch bei kleinen Kindern schwach immunogen, rufen keine lang anhaltenden Immunantworten hervor[5] und verringern möglicherweise nicht die nasopharyngeale Übertragung. Neuere Konjugatimpfstoffe bestehen aus kapselförmigen Oligosacchariden, die chemisch an einen Proteinträger gebunden sind. Die Konjugation eines Polysaccharids an einen Proteinträger ermöglicht die Rekrutierung verwandter T-Zell-Hilfe mit nachfolgender Exposition gegenüber Antigen, was eine potenzierte Antikörperantwort und ein immunologisches Gedächtnis hervorruft.

Diese Studie zielt darauf ab, neue Aspekte der B-Zell-Immunantwort auf Meningokokken-Polysaccharid- und Konjugatimpfstoffe zu untersuchen. Um dies zu erreichen, werden wir einen vierwertigen ACWY-Polysaccharid-Impfstoff (MenACWY-PS) und einen vierwertigen ACWY-Konjugatimpfstoff (MenACWY-CRM) verabreichen, der Kapsel-Oligosaccharide der Serogruppen A, C, W-135 und Y enthält, die mit einem CRM197-Mutanten-Diphtherie-Toxoid konjugiert sind Träger für erwachsene Freiwillige. Jeder dieser Impfstoffe enthält unterschiedliche Mengen an Kapselantigen (siehe Tabelle 1). Der Polysaccharid-Impfstoff enthält 50 µg Polysaccharid aus jeder der 4 Serogruppen, während das Konjugat 10 µg A und jeweils 5 µg C, W und Y enthält.

Eine kürzlich von der Oxford Vaccine Group durchgeführte Studie mit MenACWY-PS und MenACWY-CRM (Understanding the Immune Response to Meningitis Vaccines, OXREC 09/H0606/20, Eudract 2007-001349-17) zeigte erste Hinweise auf einen Unterschied in der B-Zell-Antwort zu Polysaccharid- und konjugierten Meningokokken-Impfstoffen. Ein verwirrender Faktor bei der Interpretation der Daten aus dieser Studie war jedoch der Unterschied in der Menge an Kapselantigen, die in jedem der beiden in der Studie verwendeten Impfstofftypen enthalten war.

Volldosis MenACWY-PS Polysaccharid-Impfstoff enthält jeweils 50 µg MenA-, MenC-, MenW- und MenY-Kapselantigen. MenACWY-CRM-Konjugatimpfstoff enthält 10 µg MenA-Kapselantigen und jeweils 5 µg MenC, MenW und MenY.

Die aktuelle Studie ist darauf ausgelegt, sowohl die volle Dosis MenACWY-PS als auch eine 1/5-Dosis MenACWY-PS (die 10 µg jeder Serogruppe enthält) mit einer vollen Dosis MenACWY-CRM zu vergleichen. Dadurch wird zwischen einer dosisabhängigen Polysaccharid-Reaktion und einer echten Polysaccharid-Impfstoff- vs. Konjugatimpfstoff-Reaktion unterschieden. Insbesondere wollen wir die Thymus-abhängige oder Thymus-unabhängige Natur der Immunantwort auf Polysaccharid- bzw. konjugierte Meningokokken-Impfstoffe untersuchen.

THYMUS-UNABHÄNGIGE UND THYMUS-ABHÄNGIGE IMMUNANTWORTEN

Thymusunabhängige (TI) Antigene sind durch ihre Fähigkeit definiert, Immunantworten in T-Zell-defizienten oder athymischen Mäusen zu induzieren. Gemeinsam mit anderen hochmolekularen Molekülen mit repetitiven Strukturen werden Polysaccharid-Impfstoff-Antigene weiter als Typ-2-TI-Antigene klassifiziert. Die repetitiven Polysaccharid-Epitope vernetzen die BCR antigenspezifischer B-Zellen, lösen Aktivierungssignale aus und stimulieren die Proliferation und Differenzierung in Antikörper-sezernierende Plasmazellen. Das Fehlen von T-Zell-Hilfe schließt die Erzeugung von Gedächtnis-B-Zellen aus.

Es wird angenommen, dass TI-Antworten größtenteils durch Marginalzonen-B-Zellen (MZB) vermittelt werden, die in der Marginalzone der Milz reifen. Dieses Kompartiment ist bei Kindern unter zwei Jahren schwach entwickelt, was zu einer ineffektiven Anti-Polysaccharid-Immunantwort in dieser Altersgruppe führt. Studien an Mäusen haben eine wichtige Rolle für eine weitere Untergruppe reifer B-Zellen, B1b-Zellen, bei der adaptiven Immunität aufgezeigt. Im Gegensatz zur Entwicklung des konventionellen B-Zell-Gedächtnisses, das die Bildung von Keimzentren und T-Zellen erfordert, erfolgt die Entwicklung von B1b-Zell-vermittelten langanhaltenden Antikörperantworten unabhängig von der Hilfe von T-Zellen.

Im Gegensatz dazu wirken Konjugatimpfstoffe als thymusabhängige (TD) Antigene. Die Bindung der Polysaccharid-Einheit an Antigen-spezifische B-Zell-Rezeptoren ermöglicht die Aufnahme des Polysaccharid-Protein-Konjugats und die Prozessierung über den klassischen MHC-Klasse-II-Weg. Vom Trägerprotein abgeleitete Peptide werden verwandten CD4+ T-Helferzellen präsentiert, die Signale für die weitere B-Zell-Differenzierung liefern.

TD-Antworten werden durch follikuläre B-Zellen (FOB) vermittelt, wobei Antikörper sekretierende Plasmazellen und Gedächtnis-B-Zellen gebildet werden, die in der Lage sind, auf weitere spezifische antigene Herausforderungen zu reagieren[10]. Jüngste Arbeiten der Oxford Vaccine Group deuten darauf hin, dass Pneumokokken-Polysaccharid- und Konjugatimpfstoffe B1b- bzw. FOB-Zellen induzieren. Ob dies auch für Meningokokken-Konjugat- und Polysaccharid-Impfstoffe gilt, soll in dieser Studie untersucht werden. Dazu werden die verschiedenen Populationen von B-Zellen analysiert, die als Reaktion auf den Volldosis-Polysaccharid-Impfstoff, den 1/5-Polysaccharid-Impfstoff und den Konjugatimpfstoff produziert werden, wobei neuartige immunologische Techniken verwendet werden, die in unseren Labors entwickelt wurden.

HYPORESPONSIVENITÄT

Impfstoffinduzierte Hyporeaktivität ist die Unfähigkeit, eine Booster-Reaktion von mindestens der gleichen Größenordnung wie die auf die Initialdosis erzeugte aufzubauen. Es hat sich gezeigt, dass eine frühere Impfung mit Meningokokken-Polysaccharid-Impfstoff die Antikörperreaktionen auf nachfolgende Meningokokken-Polysaccharid- oder Konjugatimpfstoffe beeinträchtigt. Das Design dieser Studie ermöglicht die Untersuchung des Phänomens der Polysaccharid-induzierten Hyporeaktivität bei vierwertigen Meningokokken-Impfstoffen auf der Ebene der Gedächtnis-B-Zellen- und Plasmazellen-Antworten.

SEROGRUPPE A

Anders als die auf Sialinsäure basierenden Polysaccharid-Kapseln der Serogruppen B, C, W-135 und Y bestehen die Meningokokken-Kapseln der Serogruppe A aus N-Acetylmannosaminphosphat. Reine Polysaccharidimpfstoffe der Serogruppe A zeigen eine unerwartete Immunogenität bei jungen Säuglingen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Polysaccharide der Gruppe A möglicherweise aufgrund ihrer chemischen Struktur vom Immunsystem nicht als klassisches TI-Antigen gehandhabt werden. Diese Studie wird die Hypothese testen, dass follikuläre B-Zellen als Reaktion auf die Komponente der Serogruppe A von MenACWY-PS produziert werden, und im Gegensatz dazu werden Randzonen- oder B1b-Zellen als Reaktion auf die Komponente der Serogruppe C desselben Impfstoffs produziert. Diese Studie wird auch die Hypothese testen, dass follikuläre B-Zellen als Reaktion auf Komponenten der Serogruppen A und C von MenACWY-CRM produziert werden.

ANTIKÖRPER-REPERTOIRE

Die menschliche humorale Reaktion ist vorausschauend; potenzieller spezifischer Antikörper existiert, bevor er auf die umfangreiche Antigensammlung trifft, die im Laufe des Lebens eines Individuums angetroffen wird. Die Grundlage für dieses vielfältige Repertoire sind die mehreren Gensegmente, die die variable Region des Antikörpermoleküls umfassen. Das Potenzial für jedes VD & J-Segment, zufällig kombiniert zu werden, führt kombinatorische Vielfalt in das Repertoire ein. Während der Umordnung können weitere Nukleotide an die Verbindungsstelle der Gensegmente angefügt oder von dieser entfernt werden, was als Verbindungsdiversität bezeichnet wird. Darüber hinaus tritt während der Reifung der Antikörperantwort eine somatische Hypermutation der variablen Region während der B-Zell-Proliferation in den Keimzentren auf. Dies liegt der Erhöhung der Antikörperaffinität bei Sekundärantworten auf Antigen zugrunde. Diese Mechanismen tragen dazu bei, ein potenzielles Repertoire von bis zu 1016 Antikörpermolekülen zu schaffen.

Frühere Studien haben gezeigt, dass die humane humorale Reaktion auf spezifische Antigene in der Diversität innerhalb des Individuums und über Populationen hinweg eingeschränkt ist, wobei eine begrenzte Anzahl von Antikörpern verwendet wird, die Gene der variablen Region codieren. Diese Studien haben sich auf traditionelle Vektorklonierung und Sanger-Sequenzierung von umgeordneten Loci der schweren Kette einzelner Zellen gestützt und sind im Umfang ihrer Analyse des potentiellen Repertoires begrenzt.

Massive parallele Sequenzierung und Emulsions-PCR sind leistungsstarke neue Tools, die eine groß angelegte DNA-Sequenzierung mit dem Potenzial zur gleichzeitigen Sequenzierung von bis zu einer Million Reads pro Lauf ermöglichen. Diese Techniken wurden angewendet, um das potenzielle Antikörper-Repertoire in Zebrafischen, das menschliche Antikörper-Repertoire in spezifischen B-Zell-Untergruppen[20] zu untersuchen und die Klonalität von Leukämiezellen zu bewerten. Diese Studie zielt darauf ab, das VDJ-Repertoire in Gedächtnis-B-Zellpopulationen vor und nach Polysaccharid- und konjugierter ACWY-Impfung zu vergleichen.

ANALYSE DER GENETISCHEN EINFLÜSSE AUF DIE IMMUNANTWORT

Ein weiterer Aspekt, der in dieser Studie bewertet werden soll, ist der Einfluss genetischer Faktoren auf die Reaktion auf eine Immunisierung. Zwillingsstudien zu mehreren Impfstoffen, darunter Masern, Mumps und Röteln, haben eine hohe Heritabilität der Impfantikörperreaktionen gezeigt. Einige genetische Assoziationen wurden bereits zwischen Genen der adaptiven und angeborenen Immunantwort und einigen Impfstoffen identifiziert, zum Beispiel Allele des humanen Leukozytenantigens (HLA) und Masern-Antikörperantworten und IL-1β-Polymorphismen und Hepatitis-B-Impfstoffantworten. Diese Studien waren von kleinem Umfang und basierten auf einzelnen Kandidatengenen, und das Ausmaß, in dem genetische Variationen zu Impfreaktionen beitragen, ist nach wie vor kaum bekannt. Erkenntnisse darüber, welche genetischen Varianten die Reaktionen auf bestimmte Impfstoffe beeinflussen, werden dazu beitragen, die kritischen Immunwege zu identifizieren, die zum Schutz nach der Impfung führen, und zur Herstellung wirksamerer Impfstoffe führen. Darüber hinaus wird die Identifizierung von Genen, die möglicherweise eine wichtige Rolle bei Wildtyp-Infektionen spielen, ein besseres Verständnis der Krankheitspathogenese ermöglichen, was wiederum zur Entwicklung neuartiger Therapien führen kann

Die in dieser Studie erhaltenen Blutproben stellen eine DNA-Quelle dar, die dann zu einer DNA-Bank beitragen kann, in der Proben aus mehreren verschiedenen Studien der Oxford Vaccine Group gepoolt werden. Diese DNA-Proben können dann für die genomweite Analyse der genetischen Faktoren verwendet werden, die die Wirtsantwort auf die in den entsprechenden Studien erhaltenen Impfstoffe beeinflussen. Diese DNA-Extraktion und -Speicherung erfolgt nur mit ausdrücklicher Zustimmung der Teilnehmer, und die DNA wird zu keinem anderen Zweck analysiert als zur Bewertung von Faktoren, die die Immunantwort auf Impfstoffe beeinflussen. Serum, das von der Trennung des Zellpfropfens für die DNA-Extraktion zurückbleibt, wird ebenfalls gelagert, und weitere immunologische Assays, wie die Quantifizierung von funktionellem Antikörper durch bakterizide Aktivität im Serum, können ebenfalls an ihnen durchgeführt werden.

ZUSAMMENFASSUNG

Diese Studie zielt darauf ab, Aspekte der B-Zell-Reaktion auf konjugierte und polysaccharidische vierwertige Meningokokken-Impfstoffe bei gesunden Erwachsenen unter Verwendung einer Vielzahl neuartiger Labormethoden im Detail zu untersuchen.