Inzicht in de immuunrespons op twee verschillende meningitisvaccins

EPIDEMIOLOGIE

Neisseria meningitidis is een wereldwijd belangrijke oorzaak van meningitis en bloedvergiftiging. De polysaccharidecapsule is een belangrijke virulentiefactor bij het veroorzaken van invasieve ziekten. De serogroep van een meningokokkenstam wordt bepaald door de biochemische samenstelling van de polysaccharidecapsule. Er zijn 13 verschillende polysaccharidecapsules, maar alleen A, B, C, W en Y veroorzaken vaak invasieve infecties. Met name serogroepen A, C, W en Y zijn verantwoordelijk voor >70% van de meningokokkenziekte in Noord-Amerika, serogroepen B en C zijn verantwoordelijk voor de overgrote meerderheid van de ziekten in Europa en serogroep A veroorzaakt cyclische meningitisepidemieën in de Afrikaanse meningitisgordel, inclusief de recente uitbraak in 2009/2010.

Gezien de snelle progressie en ernstige gevolgen van meningokokkenziekte, is primaire preventie van vitaal belang en dit wordt het meest effectief bereikt door vaccinatie. Bij afwezigheid van een serogroep B-vaccin, vertegenwoordigen quadrivalente vaccins tegen serogroepen ACW & Y het breedste mechanisme ter bestrijding van meningokokkenziekte wereldwijd. De door deze vaccins geïnduceerde bescherming berust op anti-capsulaire polysaccharide-antilichamen.

MENINGOCOKK POLYSACCHARIDE EN GECONJUGEERDE VACCINS

Polysaccharide ACWY-vaccins bestaan ​​uit zuiver capsulair polysaccharide van elk van de vier serogroepen en worden sinds eind jaren '70 op grote schaal gebruikt. Evenals polysaccharidevaccins tegen andere ingekapselde bacteriën, zijn meningokokkenpolysaccharidevaccins slecht immunogeen bij jonge kinderen, wekken ze geen langdurige immuunresponsen op [5] en verminderen ze mogelijk niet het dragen van de neus-keelholte. Nieuwere geconjugeerde vaccins bestaan ​​uit capsulaire oligosacchariden die chemisch zijn gekoppeld aan een eiwitdrager. Conjugatie van een polysaccharide aan een eiwitdrager maakt de rekrutering van verwante T-celhulp mogelijk met daaropvolgende blootstelling aan antigeen, wat een versterkte antilichaamrespons en immunologisch geheugen veroorzaakt.

Deze studie heeft tot doel nieuwe aspecten van de B-cel immuunresponsen op meningokokkenpolysaccharide- en conjugaatvaccins te onderzoeken. Om dit te bereiken, zullen we een quadrivalent ACWY-polysaccharidevaccin (MenACWY-PS) en een quadrivalent ACWY-conjugaatvaccin (MenACWY-CRM) toedienen met capsulaire oligosacchariden van serogroepen A, C, W-135 & Y geconjugeerd aan een CRM197-mutant difterietoxoïde drager tot volwassen vrijwilligers. Elk van deze vaccins bevat verschillende hoeveelheden capsulair antigeen (zie tabel 1). Het polysaccharidevaccin heeft 50 µg polysaccharide van elk van de 4 serogroepen, terwijl het conjugaat 10 µg A en 5 µg van elk van C, W & Y bevat.

Een recent onderzoek met MenACWY-PS en MenACWY-CRM uitgevoerd door de Oxford Vaccine Group (Understanding the Immune Response to Meningitis Vaccines, OXREC 09/H0606/20, Eudract 2007-001349-17) toonde voorlopig bewijs van een verschil in B-celresponsen polysaccharide- en geconjugeerde meningokokkenvaccins. Een verwarrende factor bij de interpretatie van de gegevens van dit onderzoek was echter het verschil in de hoeveelheid capsulair antigeen in elk van de twee typen vaccin die in het onderzoek werden gebruikt.

Volledige dosis MenACWY-PS-polysaccharidevaccin heeft 50 µg van elk MenA-, MenC-, MenW- en MenY-capsulair antigeen. MenACWY-CRM conjugaatvaccin bevat 10 µg MenA capsulair antigeen en 5 µg MenC, MenW en MenY elk.

De huidige studie is opgezet om zowel de volledige dosis MenACWY-PS als een 1/5e dosis MenACWY-PS (die 10 µg van elke serogroep bevat) te vergelijken met een volledige dosis MenACWY-CRM. Dit zal onderscheid maken tussen een dosisafhankelijke polysacchariderespons en een echte polysaccharidevaccin vs. conjugaatvaccinrespons. In het bijzonder willen we de thymusafhankelijke of thymusonafhankelijke aard van de immuunrespons op respectievelijk polysaccharide- en geconjugeerde meningokokkenvaccins onderzoeken.

THYMUS ONAFHANKELIJKE EN THYMUS AFHANKELIJKE IMMUUNRESPONS

Thymus-onafhankelijke (TI) antigenen worden gedefinieerd door hun vermogen om immuunresponsen te induceren in T-cel-deficiënte of athymische muizen. Net als andere hoogmoleculaire moleculen met repetitieve structuren, worden polysaccharidevaccinantigenen verder geclassificeerd als Type 2 TI-antigenen. De repetitieve polysaccharide-epitopen verknopen de BCR van antigeen-specifieke B-cellen, activeren activeringssignalen en stimuleren proliferatie en differentiatie in antilichaam-uitscheidende plasmacellen. De afwezigheid van T-celhulp verhindert het genereren van geheugen-B-cellen.

Aangenomen wordt dat TI-responsen grotendeels worden gemedieerd door marginale zone B-cellen (MZB), die rijpen in de marginale zone van de milt. Dit compartiment is slecht ontwikkeld bij kinderen onder de twee jaar, wat resulteert in een ineffectieve anti-polysaccharide immuunrespons in deze leeftijdsgroep. Muizenstudies hebben een belangrijke rol onthuld voor een verdere subset van rijpe B-cellen, B1b-cellen, in adaptieve immuniteit. In tegenstelling tot de ontwikkeling van conventioneel B-celgeheugen, waarvoor de vorming van kiemcentra en T-cellen nodig is, vindt de ontwikkeling van door B1b-cellen gemedieerde langdurige antilichaamresponsen onafhankelijk van T-celhulp plaats.

Daarentegen werken geconjugeerde vaccins als thymus-afhankelijke (TD) antigenen. Binding van de polysaccharidegroep aan antigeenspecifieke B-celreceptoren maakt opname van het polysaccharide-eiwitconjugaat en verwerking via de klassieke MHC klasse II-route mogelijk. Peptiden afgeleid van het dragereiwit worden gepresenteerd aan verwante CD4+ T-helpercellen, die signalen leveren voor verdere B-celdifferentiatie.

TD-responsen worden gemedieerd door folliculaire B-cellen (FOB), met het genereren van antilichaam-uitscheidende plasmacellen en geheugen-B-cellen, die kunnen reageren op verdere specifieke antigene uitdaging [10]. Recent werk uitgevoerd bij de Oxford Vaccine Group suggereert dat pneumokokkenpolysaccharide- en conjugaatvaccins respectievelijk B1b- en FOB-cellen induceren. In dit onderzoek wordt onderzocht of dit ook geldt voor meningokokkenconjugaat- en polysaccharidevaccins. Dit zal worden gedaan door de verschillende populaties van B-cellen te analyseren die zijn geproduceerd als reactie op het polysaccharidevaccin met volledige dosis, het 1/5e polysaccharidevaccin en het conjugaatvaccin met behulp van nieuwe immunologische technieken die in onze laboratoria zijn ontwikkeld.

HYPORESPONSIVITEIT

Vaccin-geïnduceerde hyporeactiviteit is het onvermogen om een ​​booster-respons op te wekken van ten minste dezelfde orde van grootte als die geproduceerd door de priming-dosis. Van eerdere vaccinatie met meningokokkenpolysaccharidevaccin is aangetoond dat het de antilichaamrespons op daaropvolgende meningokokkenpolysaccharide- of conjugaatvaccins vermindert. Het ontwerp van deze studie zal het mogelijk maken om het fenomeen van polysaccharide-geïnduceerde hyporeactiviteit in quadrivalente meningokokkenvaccins te onderzoeken op het niveau van geheugen-B-cel- en plasmacelreacties.

SEROGROEP A

In tegenstelling tot de op siaalzuur gebaseerde polysaccharidecapsules van serogroepen B, C, W-135 & Y, zijn meningokokkencapsules van serogroep A samengesteld uit N-acetylmannosaminefosfaat. Gewone serogroep A-polysaccharidevaccins vertonen onverwachte immunogeniciteit bij jonge zuigelingen. Deze resultaten suggereren dat groep A-polysaccharide, misschien vanwege zijn chemische structuur, mogelijk niet door het immuunsysteem wordt behandeld als een klassiek TI-antigeen. Deze studie zal de hypothese testen dat folliculaire B-cellen worden geproduceerd als reactie op de serogroep A-component van MenACWY-PS, en dat daarentegen marginale zone- of B1b-cellen worden geproduceerd als reactie op de serogroep C-component van hetzelfde vaccin. Deze studie zal ook de hypothese testen dat folliculaire B-cellen worden geproduceerd als reactie op serogroep A- en C-componenten van MenACWY-CRM.

ANTILICHAAM REPERTOIRE

De menselijke humorale reactie is anticiperend; potentieel specifiek antilichaam bestaat voordat de uitgebreide verzameling antigeen wordt aangetroffen die gedurende het leven van een individu wordt aangetroffen. De basis voor dit diverse repertoire zijn de meerdere gensegmenten die het variabele gebied van het antilichaammolecuul vormen. Het potentieel voor elk VD & J-segment om willekeurig te combineren introduceert combinatorische diversiteit in het repertoire. Tijdens de herschikking kunnen verdere nucleotiden worden toegevoegd aan of verwijderd uit de verbinding van de gensegmenten, verbindingsdiversiteit genoemd. Bovendien vindt tijdens de rijping van de antilichaamrespons somatische hypermutatie van het variabele gebied plaats tijdens B-celproliferatie in de kiemcentra. Dit ligt ten grondslag aan de toename van antilichaamaffiniteit in secundaire reacties op antigeen. Deze mechanismen helpen bij het creëren van een potentieel repertoire van maximaal 1016 antilichaammoleculen.

Eerdere studies hebben aangetoond dat de menselijke humorale respons op specifieke antigenen beperkt is in diversiteit binnen het individu en tussen populaties, waarbij een beperkt aantal antilichamen wordt gebruikt die coderen voor variabele regio-genen. Deze studies waren gebaseerd op traditionele vectorklonering en Sanger-sequencing van herschikte loci met zware ketens van enkele cellen, en zijn beperkt in de reikwijdte van hun analyse van potentieel repertoire.

Massive parallelle sequencing en emulsie-PCR zijn krachtige nieuwe tools die grootschalige DNA-sequencing mogelijk maken met het potentieel om gelijktijdig tot een miljoen reads per run te sequencen. Deze technieken zijn toegepast om te kijken naar het potentiële antilichaamrepertoire in zebravissen, het humane antilichaamrepertoire in specifieke B-celsubgroepen [20] en om de klonaliteit van leukemiecellen te beoordelen. Deze studie heeft tot doel het VDJ-repertoire in geheugen-B-celpopulaties voor en na polysaccharide- en conjugaat-ACWY-vaccinatie te vergelijken.

ANALYSE VAN GENETISCHE INVLOEDEN OP DE IMMUUNRESPONS

Een ander aspect dat in deze studie moet worden beoordeeld, is de invloed van genetische factoren op de respons op immunisatie. Tweelingstudies met verschillende vaccins, waaronder mazelen, bof en rubella, hebben een hoge erfelijkheidsgraad van vaccinantilichaamresponsen aangetoond. Er zijn al enkele genetische associaties geïdentificeerd tussen genen van de adaptieve en aangeboren immuunrespons en sommige vaccins, bijvoorbeeld humane leukocytenantigeen (HLA) allelen en antilichaamresponsen tegen mazelen en IL-1β-polymorfismen en hepatitis B-vaccinresponsen. Deze studies waren kleinschalig en gebaseerd op enkele kandidaat-genen en de mate waarin genetische variatie bijdraagt ​​aan vaccinrespons blijft slecht begrepen. Inzicht in welke genetische varianten de reacties op specifieke vaccins beïnvloeden, zal helpen bij het identificeren van de kritieke immuunroutes die leiden tot bescherming na vaccinatie en leiden tot de productie van effectievere vaccins. Bovendien zal de identificatie van genen die een belangrijke rol kunnen spelen bij wildtype-infectie een beter begrip van de pathogenese van ziekten mogelijk maken, wat op zijn beurt kan leiden tot de ontwikkeling van nieuwe therapieën.

De bloedmonsters die in dit onderzoek zijn verkregen, vormen een bron van DNA en kunnen vervolgens bijdragen aan een DNA-bank die monsters verzamelt van meerdere verschillende onderzoeken van de Oxford Vaccine Group. Deze DNA-monsters kunnen vervolgens worden gebruikt voor genoombrede analyse van de genetische factoren die van invloed zijn op de reactie van de gastheer op de vaccins die in de relevante onderzoeken zijn ontvangen. Deze DNA-extractie en -opslag zal alleen plaatsvinden met de specifieke toestemming van de deelnemers, en DNA zal voor geen ander doel worden geanalyseerd dan om factoren te beoordelen die van invloed zijn op de immuunrespons op vaccins. Serum dat overblijft na de scheiding van de cellulaire plug voor DNA-extractie zal ook worden opgeslagen en er kunnen ook verdere immunologische assays op worden uitgevoerd, zoals de kwantificering van functioneel antilichaam door serumbactericide activiteit.

SAMENVATTING

Deze studie heeft tot doel aspecten van de B-celrespons op geconjugeerde en polysaccharide quadrivalente meningokokkenvaccins bij gezonde volwassenen in detail te onderzoeken met behulp van een verscheidenheid aan nieuwe laboratoriummethoden.