Zrozumienie odpowiedzi immunologicznej na dwie różne szczepionki przeciw zapaleniu opon mózgowych

EPIDEMIOLOGIA

Neisseria meningitidis jest ważną na całym świecie przyczyną zapalenia opon mózgowych i posocznicy. Otoczka polisacharydowa jest ważnym czynnikiem zjadliwości w wywoływaniu choroby inwazyjnej. Grupa serologiczna szczepu meningokokowego jest określona przez skład biochemiczny kapsułki polisacharydowej. Istnieje 13 różnych kapsułek polisacharydowych, ale tylko A, B, C, W i Y często powodują inwazyjne infekcje. W szczególności serogrupy A, C, W i Y odpowiadają za >70% chorób meningokokowych w Ameryce Północnej, serogrupy B i C są odpowiedzialne za zdecydowaną większość chorób w Europie, a serogrupa A powoduje cykliczne epidemie zapalenia opon mózgowych w afrykańskim pasie zapalenia opon mózgowych, łącznie z niedawną epidemią w latach 2009/2010.

Biorąc pod uwagę szybki postęp i poważne następstwa choroby meningokokowej, profilaktyka pierwotna ma zasadnicze znaczenie, a najskuteczniej można to osiągnąć poprzez szczepienia. W przypadku braku szczepionki z grupy serologicznej B, czterowalentne szczepionki przeciwko grupom serologicznym ACW i Y stanowią najszerszy mechanizm kontroli choroby meningokokowej na świecie. Ochrona indukowana przez te szczepionki opiera się na przeciwotoczkowych przeciwciałach polisacharydowych.

SZCZEPIONKI POLISACHARYDOWE I KONIUGATY PRZECIWKO MENINGOKOKOM

Szczepionki polisacharydowe ACWY składają się z czystego polisacharydu otoczkowego z każdej z czterech grup serologicznych i są szeroko stosowane od późnych lat 70-tych. Jednakże, podobnie jak szczepionki polisacharydowe przeciwko innym bakteriom otoczkowym, polisacharydowe szczepionki meningokokowe są słabo immunogenne u małych dzieci, nie wywołują długotrwałych odpowiedzi immunologicznych [5] i mogą nie zmniejszać przenoszenia nosowo-gardłowego. Nowsze szczepionki skoniugowane składają się z oligosacharydów otoczkowych chemicznie połączonych z nośnikiem białkowym. Koniugacja polisacharydu z nośnikiem białkowym umożliwia rekrutację pokrewnych limfocytów T z późniejszą ekspozycją na antygen, prowokując wzmocnioną odpowiedź przeciwciał i pamięć immunologiczną.

To badanie ma na celu zbadanie nowych aspektów odpowiedzi immunologicznych komórek B na szczepionki polisacharydowe i koniugaty meningokokowe. Aby to osiągnąć, podamy czterowalentną szczepionkę polisacharydową ACWY (MenACWY-PS) oraz czterowalentną skoniugowaną szczepionkę ACWY (MenACWY-CRM) zawierającą oligosacharydy otoczkowe serogrup A, C, W-135 i Y skoniugowane ze zmutowanym toksoidem błoniczym CRM197 nosicielami dla dorosłych ochotników. Każda z tych szczepionek zawiera różne ilości antygenu otoczkowego (patrz Tabela 1). Szczepionka polisacharydowa zawiera 50 µg polisacharydu z każdej z 4 serogrup, podczas gdy koniugat zawiera 10 µg A i 5 µg każdego z C, W i Y.

Niedawne badanie z użyciem MenACWY-PS i MenACWY-CRM przeprowadzone przez Oxford Vaccine Group (Understanding the Immune Response to Meningitis Vaccines, OXREC 09/H0606/20, Eudract 2007-001349-17) wykazało wstępne dowody różnic w odpowiedziach limfocytów B polisacharydowych i skoniugowanych szczepionek meningokokowych. Jednak czynnikiem zakłócającym interpretację danych z tego badania była różnica w ilości antygenu otoczkowego zawartego w każdym z dwóch rodzajów szczepionek zastosowanych w badaniu.

Pełna dawka szczepionki polisacharydowej MenACWY-PS zawiera po 50 µg każdego z antygenów otoczkowych MenA, MenC, MenW i MenY. Szczepionka skoniugowana MenACWY-CRM zawiera 10 µg antygenu otoczkowego MenA i 5 µg każdego z MenC, MenW i MenY.

Obecne badanie ma na celu porównanie zarówno pełnej dawki MenACWY-PS, jak i 1/5 dawki MenACWY-PS (która zawiera 10 µg każdej serogrupy) z pełną dawką MenACWY-CRM. Pozwoli to na rozróżnienie między odpowiedzią zależną od dawki polisacharydu a odpowiedzią na prawdziwą szczepionkę polisacharydową i odpowiedzią na szczepionkę skoniugowaną. W szczególności naszym celem jest zbadanie zależnej od grasicy lub niezależnej od grasicy natury odpowiedzi immunologicznej odpowiednio na polisacharydowe i skoniugowane szczepionki meningokokowe.

ODPOWIEDZI IMMUNOLOGICZNE NIEZALEŻNE I ZALEŻNE OD GRASCY

Antygeny niezależne od grasicy (TI) definiuje się na podstawie ich zdolności do indukowania odpowiedzi immunologicznych u myszy z niedoborem limfocytów T lub myszy pozbawionych grasicy. Podobnie jak inne cząsteczki o dużej masie cząsteczkowej o powtarzalnych strukturach, polisacharydowe antygeny szczepionkowe są dalej klasyfikowane jako antygeny TI typu 2. Powtarzające się epitopy polisacharydowe łączą krzyżowo BCR komórek B swoistych dla antygenu, wyzwalając sygnały aktywacji i stymulując proliferację i różnicowanie w komórki plazmatyczne wydzielające przeciwciała. Brak pomocy komórek T wyklucza generowanie komórek B pamięci.

Uważa się, że w odpowiedziach TI w dużej mierze pośredniczą komórki B strefy brzeżnej (MZB), które dojrzewają w strefie brzeżnej śledziony. Przedział ten jest słabo rozwinięty u dzieci do drugiego roku życia, co skutkuje nieefektywną antypolisacharydową odpowiedzią immunologiczną w tej grupie wiekowej. Badania na myszach ujawniły ważną rolę dalszego podzbioru dojrzałych komórek B, komórek B1b, w odporności nabytej. W przeciwieństwie do rozwoju konwencjonalnej pamięci komórek B, która wymaga utworzenia centrów rozmnażania i komórek T, rozwój długotrwałych odpowiedzi przeciwciał, w których pośredniczą komórki B1b, zachodzi niezależnie od pomocy komórek T.

Przeciwnie, skoniugowane szczepionki działają jak antygeny zależne od grasicy (TD). Wiązanie ugrupowania polisacharydowego z receptorami limfocytów B swoistymi dla antygenu umożliwia wychwyt koniugatu polisacharydu z białkiem i obróbkę na klasycznym szlaku MHC klasy II. Peptydy pochodzące z białka nośnikowego są prezentowane pokrewnym komórkom pomocniczym T CD4+, które dostarczają sygnałów do dalszego różnicowania komórek B.

W odpowiedziach TD pośredniczą pęcherzykowe komórki B (FOB), z wytwarzaniem komórek plazmatycznych wydzielających przeciwciała i komórek B pamięci, zdolnych do odpowiedzi na dalsze specyficzne prowokacje antygenowe [10]. Ostatnie prace przeprowadzone w Oxford Vaccine Group sugerują, że polisacharydowe i skoniugowane szczepionki pneumokokowe indukują odpowiednio komórki B1b i FOB. W tym badaniu zbadamy, czy dotyczy to również skoniugowanych i polisacharydowych szczepionek przeciw meningokokom. Zostanie to wykonane poprzez analizę różnych populacji komórek B wytworzonych w odpowiedzi na pełną dawkę szczepionki polisacharydowej, szczepionkę polisacharydową 1/5 i szczepionkę skoniugowaną przy użyciu nowatorskich technik immunologicznych opracowanych w naszych laboratoriach.

HIPORESPONSTYWNOŚĆ

Hiporeaktywność wywołana szczepionką to niezdolność do wywołania odpowiedzi na dawkę przypominającą o co najmniej takiej samej wielkości jak ta wywołana dawką pierwotną. Wykazano, że wcześniejsze szczepienie polisacharydową szczepionką meningokokową zaburza odpowiedź przeciwciał na kolejne polisacharydowe lub skoniugowane szczepionki meningokokowe. Projekt tego badania umożliwi zbadanie zjawiska hiporeaktywności indukowanej polisacharydami w czterowalentnych szczepionkach meningokokowych na poziomie odpowiedzi komórek B pamięci i komórek plazmatycznych.

SEROGRUPA A

W przeciwieństwie do kapsułek polisacharydowych na bazie kwasu sialowego serogrup B, C, W-135 i Y, kapsułki meningokokowe grupy serologicznej A składają się z fosforanu N-acetylomannozaminy. Zwykłe szczepionki polisacharydowe grupy serologicznej A wykazują nieoczekiwaną immunogenność u młodych niemowląt. Wyniki te sugerują, że być może ze względu na swoją budowę chemiczną polisacharyd grupy A może nie być traktowany przez układ odpornościowy jako klasyczny antygen TI. To badanie przetestuje hipotezę, że pęcherzykowe komórki B są wytwarzane w odpowiedzi na składnik serogrupy A MenACWY-PS, a przeciwnie, komórki strefy brzeżnej lub B1b są wytwarzane w odpowiedzi na składnik serogrupy C tej samej szczepionki. To badanie przetestuje również hipotezę, że pęcherzykowe komórki B są wytwarzane w odpowiedzi na serogrupy A i C składniki MenACWY-CRM.

REPERTUAR PRZECIWCIAŁ

Ludzka odpowiedź humoralna jest antycypacyjna; potencjalne specyficzne przeciwciało istnieje przed napotkaniem obszernej kolekcji antygenów napotykanych przez całe życie osobnika. Podstawą tego zróżnicowanego repertuaru jest wiele segmentów genów obejmujących region zmienny cząsteczki przeciwciała. Możliwość losowego łączenia każdego segmentu V D & J wprowadza różnorodność kombinatoryczną do repertuaru. Podczas rearanżacji kolejne nukleotydy mogą być dodawane lub usuwane z połączenia segmentów genów, co określa się jako różnorodność połączeń. Ponadto, podczas dojrzewania odpowiedzi przeciwciał, dochodzi do somatycznej hipermutacji regionu zmiennego podczas proliferacji komórek B w ośrodkach rozmnażania. To leży u podstaw wzrostu powinowactwa przeciwciał w drugorzędnych odpowiedziach na antygen. Mechanizmy te pomagają stworzyć potencjalny repertuar do 1016 cząsteczek przeciwciał.

Wcześniejsze badania wykazały, że ludzka odpowiedź humoralna na określone antygeny jest ograniczona pod względem różnorodności w obrębie osobnika i populacji, przy czym wykorzystywana jest ograniczona liczba przeciwciał kodujących geny regionu zmiennego. Badania te opierały się na tradycyjnym klonowaniu wektorów i sekwencjonowaniu Sangera przegrupowanych loci łańcucha ciężkiego pojedynczych komórek i są ograniczone w zakresie analizy potencjalnego repertuaru.

Masowe sekwencjonowanie równoległe i emulsyjny PCR to potężne nowe narzędzia umożliwiające sekwencjonowanie DNA na dużą skalę z możliwością jednoczesnego sekwencjonowania do miliona odczytów na cykl. Techniki te zastosowano w celu zbadania potencjalnego repertuaru przeciwciał u danio pręgowanego, repertuaru ludzkich przeciwciał w określonych podzbiorach komórek B[20] oraz oceny klonalności komórek białaczkowych. To badanie ma na celu porównanie repertuaru VDJ w populacjach komórek B pamięci przed i po szczepieniu polisacharydem i koniugatem ACWY.

ANALIZA WPŁYWU GENETYCZNEGO NA ODPOWIEDŹ IMMUNOLOGICZNĄ

Kolejnym aspektem, który należy ocenić w tym badaniu, jest wpływ czynników genetycznych na odpowiedź na immunizację. Bliźniacze badania nad kilkoma szczepionkami, w tym przeciwko odrze, śwince i różyczce, wykazały wysoką dziedziczność odpowiedzi przeciwciał szczepionkowych. Zidentyfikowano już pewne powiązania genetyczne między genami nabytej i wrodzonej odpowiedzi immunologicznej a niektórymi szczepionkami, na przykład allele ludzkiego antygenu leukocytarnego (HLA) i odpowiedzi przeciwciał przeciw odrze oraz polimorfizmy IL-1β i odpowiedzi na szczepionkę przeciwko wirusowemu zapaleniu wątroby typu B. Badania te były prowadzone na małą skalę i opierały się na pojedynczych genach kandydujących, a stopień, w jakim zmienność genetyczna przyczynia się do odpowiedzi na szczepionki, pozostaje słabo poznany. Wgląd w to, które warianty genetyczne wpływają na reakcje na określone szczepionki, pomoże zidentyfikować krytyczne szlaki immunologiczne prowadzące do ochrony po szczepieniu i do produkcji bardziej skutecznych szczepionek. Ponadto identyfikacja genów, które mogą odgrywać ważną rolę w zakażeniu typu dzikiego, pozwoli na lepsze zrozumienie patogenezy choroby, co z kolei może doprowadzić do opracowania nowych terapii

Próbki krwi uzyskane w tym badaniu stanowią źródło DNA, które może następnie zostać wykorzystane w banku DNA łączącym próbki z wielu różnych badań Oxford Vaccine Group. Te próbki DNA można następnie wykorzystać do analizy całego genomu czynników genetycznych wpływających na odpowiedź gospodarza na szczepionki otrzymane w odpowiednich badaniach. Ta ekstrakcja i przechowywanie DNA odbędzie się wyłącznie za wyraźną zgodą uczestników, a DNA nie będzie analizowane w żadnym innym celu niż ocena czynników wpływających na odpowiedź immunologiczną na szczepionki. Surowica pozostała po oddzieleniu czopu komórkowego do ekstrakcji DNA będzie również przechowywana i będzie można na niej również przeprowadzić dalsze testy immunologiczne, takie jak ilościowe oznaczenie funkcjonalnego przeciwciała na podstawie aktywności bakteriobójczej surowicy.

STRESZCZENIE

Niniejsze badanie ma na celu szczegółowe zbadanie aspektów odpowiedzi limfocytów B na skoniugowane i polisacharydowe czterowalentne szczepionki meningokokowe u zdrowych osób dorosłych przy użyciu różnych nowatorskich metod laboratoryjnych.