Förstå immunsvaret på två olika meningitvacciner

EPIDEMIOLOGI

Neisseria meningitidis är en globalt viktig orsak till hjärnhinneinflammation och septikemi. Polysackaridkapseln är en viktig virulensfaktor för att orsaka invasiv sjukdom. Serogruppen av en meningokockstam bestäms av polysackaridkapselns biokemiska sammansättning. Det finns 13 olika polysackaridkapslar men endast A, B, C, W och Y orsakar vanligtvis invasiva infektioner. I synnerhet serogrupper A, C, W och Y står för >70 % av meningokocksjukdomar i Nordamerika, serogrupper B & C är ansvariga för de allra flesta sjukdomar i Europa och Serogrupp A orsakar cykliska meningitepidemier i det afrikanska meningitbältet, inklusive det senaste utbrottet 2009/2010.

Med tanke på den snabba utvecklingen och allvarliga följderna av meningokocksjukdom är primär prevention avgörande och detta uppnås mest effektivt genom vaccination. I frånvaro av ett serogrupp B-vaccin representerar kvadrivalenta vacciner mot serogrupper ACW & Y den bredaste mekanismen för kontroll av meningokocksjukdom över hela världen. Skydd som induceras av dessa vacciner är beroende av anti-kapselpolysackaridantikroppar.

MENINGOKOCKPOLYSACKARID OCH KONJUGATVACCIN

Polysackarid ACWY-vacciner består av ren kapselpolysackarid från var och en av de fyra serogrupperna och har varit i utbredd användning sedan slutet av 1970-talet. Men i likhet med polysackaridvacciner mot andra inkapslade bakterier är meningokockpolysackaridvacciner dåligt immunogena hos små barn, provocerar inte långvariga immunsvar[5] och minskar eventuellt inte nasofaryngeal transport. Nyare konjugatvacciner består av kapseloligosackarider kemiskt kopplade till en proteinbärare. Konjugering av en polysackarid till en proteinbärare möjliggör rekrytering av besläktad T-cellshjälp med efterföljande exponering för antigen som framkallar ett potentierat antikroppssvar och immunologiskt minne.

Denna studie syftar till att undersöka nya aspekter av B-cellens immunsvar mot meningokockpolysackarider och konjugatvacciner. För att uppnå detta kommer vi att administrera ett fyrvärt ACWY-polysackaridvaccin (MenACWY-PS) och ett fyrvärt ACWY-konjugatvaccin (MenACWY-CRM) innehållande kapseloligosackarider från serogrupperna A, C, W-135 & Y konjugerat till en CRM197-difteriexant. bärare till vuxna volontärer. Vart och ett av dessa vacciner innehåller olika mängder kapselantigen (se tabell 1). Polysackaridvaccinet har 50 µg polysackarid från var och en av de 4 serogrupperna, medan konjugatet har 10 µg av A och 5 µg av var och en av C, W & Y.

En nyligen genomförd studie med MenACWY-PS och MenACWY-CRM utförd av Oxford Vaccine Group (Understanding the Immune Response to Meningitis Vaccines, OXREC 09/H0606/20, Eudract 2007-001349-17) visade preliminära bevis på en skillnad i B-cellssvar till polysackarider och konjugerar meningokockvacciner. En förvirrande faktor vid tolkningen av data från denna studie har dock varit skillnaden i mängden kapselantigen som finns i var och en av de två typerna av vaccin som används i studien.

Full dos MenACWY-PS polysackaridvaccin har 50 µg vardera av MenA, MenC, MenW och MenY kapselantigen. MenACWY-CRM konjugatvaccin innehåller 10 µg MenA kapselantigen och 5 µg vardera av MenC, MenW och MenY.

Den aktuella studien är utformad för att jämföra både den fulla dosen MenACWY-PS och en 1/5:e dos av MenACWY-PS (som innehåller 10 µg av varje serogrupp) med en full dos av MenACWY-CRM. Detta kommer att skilja mellan ett dosberoende polysackaridsvar och ett äkta polysackaridvaccin gentemot konjugatvaccinsvar. I synnerhet strävar vi efter att undersöka den tymusberoende eller tymusoberoende naturen hos immunsvaret mot polysackarid respektive konjugerade meningokockvacciner.

TYMUSBROENDE OCH TYMUSBROENDE IMMUNSVAR

Tymusoberoende (TI) antigener definieras av deras förmåga att inducera immunsvar i T-cellsbristiga eller atymiska möss. I likhet med andra högmolekylära molekyler med repetitiva strukturer, klassificeras polysackaridvaccinantigener vidare som typ 2 TI-antigener. De repetitiva polysackaridepitoperna tvärbinder BCR från antigenspecifika B-celler, utlöser aktiveringssignaler och stimulerar proliferation och differentiering till antikroppsutsöndrande plasmaceller. Frånvaron av T-cellshjälp förhindrar generering av minnes-B-celler.

TI-svar tros till stor del förmedlas av marginalzon B-celler (MZB), som mognar i marginalzonen av mjälten. Detta fack är dåligt utvecklat hos barn under två år, vilket resulterar i ett ineffektivt anti-polysackaridimmunsvar i denna åldersgrupp. Murina studier har avslöjat en viktig roll för en ytterligare undergrupp av mogna B-celler, B1b-celler, i adaptiv immunitet. Till skillnad från utvecklingen av konventionellt B-cellsminne, som kräver bildandet av könscentrum och T-celler, sker utvecklingen av B1b-cellsmedierade långvariga antikroppssvar oberoende av T-cellshjälp.

Däremot fungerar konjugerade vacciner som tymusberoende (TD) antigener. Bindning av polysackariddelen till antigenspecifika B-cellsreceptorer möjliggör upptag av polysackaridproteinkonjugatet och bearbetning via den klassiska MHC klass II-vägen. Peptider härledda från bärarproteinet presenteras för besläktade CD4+ T-hjälparceller, som ger signaler för ytterligare B-cellsdifferentiering.

TD-svar medieras av follikulära B-celler (FOB), med generering av antikroppsutsöndrande plasmaceller och minnes-B-celler, som kan svara på ytterligare specifik antigen utmaning[10]. Nyligen utfört arbete vid Oxford Vaccine Group tyder på att pneumokockpolysackarid- och konjugatvacciner inducerar B1b- respektive FOB-celler. Denna studie kommer att undersöka om detta även gäller för meningokockkonjugat- och polysackaridvacciner. Detta kommer att göras genom att analysera de olika populationerna av B-celler som produceras som svar på fulldos polysackaridvaccin, 1/5 polysackaridvaccin och konjugatvaccin med hjälp av nya immunologiska tekniker utvecklade i våra laboratorier.

HYPORESPONSIVITET

Vaccininducerad hyporespons är oförmågan att åstadkomma ett boostersvar av åtminstone samma storleksordning som det som produceras på primingdosen. Tidigare vaccination med meningokockpolysackaridvaccin har visat sig försämra antikroppssvaret mot efterföljande meningokockpolysackarid- eller konjugatvacciner. Designen av denna studie kommer att möjliggöra undersökning av fenomenet polysackarid-inducerad hyporesponsivitet i fyrvärda meningokockvacciner på nivån av minnes B-cells- och plasmacellsvar.

SEROGROUP A

Till skillnad från de sialinsyrabaserade polysackaridkapslarna i serogrupperna B, C, W-135 & Y, är serogrupp A meningokockkapslar sammansatta av N-acetylmannosaminfosfat. Vanliga serogrupp A-polysackaridvacciner visar oväntad immunogenicitet hos unga spädbarn. Dessa resultat tyder på att kanske på grund av dess kemiska struktur, kanske grupp A-polysackarid inte hanteras av immunsystemet som ett klassiskt TI-antigen. Denna studie kommer att testa hypotesen att follikulära B-celler produceras som svar på serogrupp A-komponenten i MenACWY-PS, och däremot produceras marginalzonen eller B1b-celler som svar på serogrupp C-komponenten i samma vaccin. Denna studie kommer också att testa hypotesen att follikulära B-celler produceras som svar på serogrupp A och C komponenter i MenACWY-CRM.

ANTIKROPPSREPERTÖR

Det mänskliga humorala svaret är förutseende; potentiell specifik antikropp existerar innan man möter den omfattande samlingen av antigen som påträffas under en individs livstid. Grunden för denna mångsidiga repertoar är de multipla gensegmenten som innefattar den variabla regionen av antikroppsmolekylen. Potentialen för varje VD & J-segment att kombinera slumpmässigt introducerar kombinatorisk mångfald i repertoaren. Under omarrangemang kan ytterligare nukleotider läggas till eller avlägsnas från föreningspunkten mellan gensegmenten, benämnd junctional diversity. Vidare, under mognad av antikroppssvaret, sker somatisk hypermutation av den variabla regionen under B-cellsproliferation i de germinala centra. Detta ligger till grund för ökningen av antikroppsaffinitet i sekundära svar på antigen. Dessa mekanismer hjälper till att skapa en potentiell repertoar av upp till 1016 antikroppsmolekyler.

Tidigare studier har visat att det humana humorala svaret på specifika antigener är begränsat i mångfald inom individen och över populationer med ett begränsat antal antikroppar som kodar gener för variabel region som används. Dessa studier har förlitat sig på traditionell vektorkloning och Sanger-sekvensering av omarrangerade tunga kedjor av enstaka celler, och är begränsade i omfattningen av deras analys av potentiell repertoar.

Massiv parallell sekvensering och emulsions-PCR är kraftfulla nya verktyg som möjliggör storskalig DNA-sekvensering med potential att samtidigt sekvensera upp till en miljon avläsningar per körning. Dessa tekniker har använts för att titta på den potentiella antikroppsrepertoaren i zebrafisk, den humana antikroppsrepertoaren i specifika B-cellsundergrupper[20] och för att bedöma klonalitet av leukemoidceller. Denna studie syftar till att jämföra VDJ-repertoaren i minnes B-cellspopulationer före och efter polysackarid- och konjugat ACWY-vaccination.

ANALYS AV GENETISK PÅVERKAN PÅ IMMUNSVARET

En ytterligare aspekt som ska bedömas i denna studie är inverkan av genetiska faktorer på svaret på immunisering. Tvillingstudier på flera vacciner inklusive mässling, påssjuka och röda hund har visat hög ärftlighet av vaccinantikroppssvar. Vissa genetiska associationer har redan identifierats mellan gener för det adaptiva och medfödda immunsvaret och vissa vacciner, till exempel humana leukocytantigen (HLA) alleler och mässlingantikroppssvar och IL-1β polymorfismer och hepatit B-vaccinsvar. Dessa studier har varit småskaliga och baserade på enstaka kandidatgener och i vilken utsträckning genetisk variation bidrar till vaccinsvar är fortfarande dåligt förstådd. Insikt i vilka genetiska varianter som påverkar svar på specifika vacciner kommer att hjälpa till att identifiera de kritiska immunvägar som leder till skydd efter vaccination och leda till produktion av mer effektiva vacciner. Dessutom kommer identifieringen av gener som kan spela viktiga roller i vildtypsinfektion att möjliggöra en bättre förståelse av sjukdomens patogenes, vilket i sin tur kan leda till utvecklingen av nya terapier

Blodproverna som erhållits i denna studie ger en källa till DNA som sedan kan bidra till en DNA-bank som samlar prover från flera olika Oxford Vaccine Group-studier. Dessa DNA-prover kan sedan användas för genomomfattande analys av de genetiska faktorer som påverkar värdens svar på de vacciner som mottagits i de relevanta studierna. Denna DNA-extraktion och lagring kommer endast att ske med specifikt medgivande från deltagarna, och DNA kommer inte att analyseras för något annat syfte än att bedöma faktorer som påverkar immunsvaret mot vacciner. Serum som blir över från separation av den cellulära pluggen för DNA-extraktion kommer också att lagras och ytterligare immunologiska analyser såsom kvantifiering av funktionella antikroppar genom serum bakteriedödande aktivitet kan också utföras på dem.

SAMMANFATTNING

Denna studie syftar till att i detalj undersöka aspekter av B-cellssvaret på konjugat- och polysackaridkvadrivalenta meningokockvacciner hos friska vuxna med användning av en mängd nya laboratoriemetoder.