CC BY
52
5 Новые возможности применения
£ рекомбинантных цитокинов в качестве
и адъювантов при вакцинации
<4
^ Симбирцев А.С., Петров А.В., Пигарева Н.В., Николаев А.Т.
g ™ « ^ ™ ФМБА ^
g New opportunities for using recombinant
| cytokines as adjuvants for vaccination
О Simbirtsev A.S., Petrov A.V., Pigareva N.V., Nikolaev A.T.
Federal State Unitary Enterprise «State Research Institute of Highly Pure Biopreparations», Federal Medico-Biological Agency of the Russian Federation, Saint-Petersburg, onir@hpb-spb.com
f--
Одними из наиболее перспективных адъювантов для вакцинации являются цитокины, среди которых наибольшей адъювантной активностью обладает интерлейкин-1 (Ил-1). Примером клинического использования рекомбинантного ИЛ-1 в («Беталейкин») для усиления вакцинального процесса являются результаты его применения на фоне вакцинации против вирусного гепатита В вакциной «Энджерикс В», в особенности у лиц с вторичными иммунодефицитами и хроническим инфекционным синдромом. ИЛ-1 в увеличивает содержание зрелых Т-лимфоцитов в крови, соотношение CD4/CD8, нивелирует отрицательное влияние вакцины на функциональную активность нейтрофилов, а также способствует значительному увеличению доли пациентов с протективным уровнем титров антител к HBsAg. При интраназальном применении совместно с растворимыми белковыми антигенами ИЛ-1 эффективно индуцировал синтез специфических IgG антител, выявляемых в сыворотке крови, IgA - в секретах слизистых, а также антигенспецифический Т-клеточный ответ. Таким образом, ИЛ-1 является перспективным адъювантом для использования при системном введении, а также в случае мукозальной вакцинации против различных типов патогенов.
Ключевые слова: интерлейкин-1, Т-клеточный ответ, вакцина «Энджерикс В», адъювант, «Беталейкин», вирусный гепатит, HBsАg Библиографическое описание:
Симбирцев А.С., Петров А.В., Пигарева Н.В с соавт. Новые возможности применения рекомбинантных цитокинов в качестве адъювантов при вакцинации // Биопрепараты. — 2011. — № 1. — С.16-20.
Cytokines are among the advanced adjuvants for vaccination, specifically interleukin-1 (IL-1) shows the highest adjuvant activity. An example of clinical use of recombinant IL-1 в («Betaleukine») for vaccinal process intensification is a result of it's administration along with «Engerix B» vaccine against viral hepatitis B, especially for the patients with secondary immunodeficiency and chronic infectious syndrome. lL-1 в increases the content of mature T-lymphocytes in blood, CD4/CD8 ratio, eliminates adverse effects of the vaccine on neutrophil functional activity, contributes in significant increase of the number of patients with protective level of antibody titers to HBsAg. When administered intranasal together with soluble protein antigens IL-1 effectively induced synthesis of specific IgG-antibodies, detected in blood serum, IgA detected in mucous tunics secretion, as well as antigen specific T-cell-mediated response. As can be seen from the above IL-1 is a potential adjuvant for systemic administration and in case of mucosal vaccination against different types of pathogens.
Key words: interleukin-1, T-cell-mediated response, «Engerix B» vaccine, «Betaleukine», viral hepatitis, HBsАg Bibliographical entry: Simbirtsev A.S., Petrov A.V., Pigareva N.V. et al. New opportunities for using recombinant cytokines as adjuvants for vaccination // Biopreparats (Biopharmaceuticals). — 2011. — №1 — P. 16-20.
Для корреспонденции:
Симбирцев А.С. — директор ФГУП ГосНИИ особо чистых биопрепаратов, ФМБА России, Санкт-Петербург Адрес: ФГУП «ГосНИИ особо чистых биопрепаратов», ФМБА.
197110, Санкт-Петербург, ул. Пудожская, д.7, тел.(812) 235 12 25; onir@hpb-spb.com. Статья поступила 20.10.2010 г, принята к печати 23.12.2010 г
■
ПРЕПАРАТЫ
Массовая вакцинация населения с целью защиты от патогенов и предотвращения развития ряда иммунопатологических процессов является актуальной проблемой современной профилактической медицины. В настоящее время ведется активный поиск адъювантов, способных, во-первых, усилить иммунизирующее действие современных вакцин, особенно у лиц с вторичными иммунодефицитными состояниями, а во-вторых, направить развитие иммунного ответа преимущественно по гуморальному или клеточному типу реагирования в зависимости от свойств патогена. Одними из наиболее перспективных адъювантов для вакцинации являются цитокины. Эти медиаторы иммунитета инициируют и регулируют практически весь комплекс защитных реакций при внедрении в организм любых типов патогенов. Использование различных цитоки-нов, в том числе, препаратов рекомбинантных цитоки-нов в качестве адьювантов при иммунизации приводит к усилению иммуногенных свойств вакцин в эксперименте [2-5, 8]. Среди цитокинов наибольшей адъю-вантной активностью обладает интерлейкин-1 (ИЛ-1). Причем препарат рекомбинантного ИЛ-1в человека («Беталейкин») разрешен к клиническому применению в качестве иммуностимулятора. Целью данной работы является изучение новых возможностей применения рекомбинантных цитокинов в качестве адъювантов при вакцинации.
Значительная активация врожденного и приобретенного иммунитета под влиянием ИЛ-1 обусловлена плейтропным типом биологического действия этого цитокина. При ответе на внедрение патогенов и травму продукция ИЛ-1 начинается в зоне первого контакта клеток-продуцентов с микроорганизмами, то есть местно в области повреждения кожи и слизистых и в региональной лимфоидной ткани. В связи с этим и Таблица 1. Механизмы провоспалительного действ
первые проявления биологического действия ИЛ-1 сводятся к активации местных защитных реакций. Экспериментальное внутрикожное введение ИЛ-1 приводит к локальной гиперемии, отеку, инфильтрации тканей лейкоцитами, вызывая развитие воспаления со всеми его классическими проявлениями. За счет конститутивной экспрессии своих рецепторов ИЛ-1 очень быстро активирует практически все типы клеток, участвующих в формировании локальной воспалительной реакции, включая фибробласты (Фб), эндотелий, резидентные макрофаги (Мф), дендритные клетки (ДК) и все типы лейкоцитов крови. Провоспалительное действие ИЛ-1 направлено на индукцию экспрессии нескольких основных групп генов и активацию процессов, играющих ключевые роли в развитии воспалительной реакции как местно в тканях, так и на системном уровне (табл. 1).
Введение рекомбинантного ИЛ-1а либо рекомбинантного ИЛ-1 р нормальным животным приводит к существенным дозозависимым изменениям количества лейкоцитов периферической крови и формулы крови за счет мобилизации нейтрофильных гранулоцитов из депо и активации костномозгового кроветворения. Однако при введении препарата рекомбинантного ИЛ-1 р в условиях in vivo возрастает не только число циркулирующих лейкоцитов,но и функциональная активность клеток. Помимо выраженной активации нейтрофильных гранулоцитов, как составной части стимуляции реакций врожденного иммунитета, введение ИЛ-1 приводит к усилению функций иммунокомпетентных клеток.
В экспериментах на лабораторных животных показано усиление синтеза антител (АТ) под влиянием ИЛ-1 при иммунизации различными антигенами (АГ). Однократное внутрибрюшинное введение препарата рекомбинантного ИЛ-1 р увеличивало иммунный ответ ИЛ-1
ДЕЙСТВИЕ ИЛ-1 РОЛЬ В ЗАЩИТНЫХ РЕАКЦИЯХ
Активация синтеза провоспалительных цитокинов и хемокинов Активация нейтрофильных гранулоцитов, Т- и В-лимфоцитов (Лф), Мф, ДК, Фб и др. клеток для усиления защитной воспалительной реакции, стимуляции развития приобретенного иммунитета и процессов регенерации
Активация экспрессии гена циклооксигеназы 2 типа, индукция синтеза РОЕ2 и РО!2 Расширение капилляров (артериол) для усиления притока крови в область очага воспаления, индукция лихорадки, регуляция активации Лф
Активация экспрессии гена индуцибельной Ы0-синтазы (¡ЫОБ) и генерации N0 Антибактериальное действие, расширение сосудов для улучшения кровоснабжения, приводящее к отеку
Стимуляция экспрессии на поверхности эндотелия молекул адгезии (УОДМ-1, Е-селектин) Усиление прикрепления лейкоцитов (главным образом нейтрофильных гранулоцитов) к эндотелию и трансмиграции в ткани с целью увеличения числа лейкоцитов для борьбы с патогеном в очаге воспаления
Активация экспрессии гена фосфолипазы А2. Синтез фактора, активирующего тромбоциты Индукция прокоагулянтной активности. Усиление свертывания крови в мелких сосудах в зоне очага воспаления для блокады распространения патогена и остановки кровотечения при травмах
Таблица 2. Влияние рекомбинантного ИЛ-1 в на образование антителообразующих клеток (АОК) и продукцию антител у мышей, иммунизированных эритроцитами барана
Доза ИЛ-1 в (мкг/кг) Количество АОК на 106 клеток селезенки Титры АТ в реакции гемагглютинации ( -log2 )
100 428 ± 3* 10,7 ± 0,3*
10 241 ± 11* 10 ± 0
1 238 ± 8* 10 ± 0
0,1 214 ± 5 10 ± 0
0,01 205 ± 13 9,3 ± 0,3
Контроль 197 ± 12 9,7 ± 0,3
* Различия с контролем достоверны, р < 0,05
при иммунизации животных тимус-зависимым АГ — эритроцитами барана (ЭБ). Согласно данным табл. 2, введение ИЛ-1 одновременно с иммунизацией мышей ЭБ значительно увеличивало число антителопродуци-рующих клеток в селезенке и повышало титры агглютинирующих АТ в сыворотке крови. У кпоскои1-мышей, дефицитных по гену ИЛ-1 р, резко нарушена продукция АТ при иммунизации ЭБ, являющейся стандартной моделью Т-зависимого синтеза АТ [7]. Однако у таких мышей не нарушалась продукция Ат при иммунизации Т-независимыми АГ. Это говорит о том, что ИЛ-1 участвует в регуляции кооперации Т- и В-Лф, обладает адъювантными свойствами и может быть использован не только как иммуностимулятор, но и как адъювант для усиления вакцинации.
В ряде экспериментальных моделей вакцинации антигенами микроорганизмов показано усиливающее действие ИЛ-1 на развитие гуморального и клеточного иммунного ответа. В работах Ж.И. Авдеевой и соавт. [2-5] изучен протективный эффект вакцинации и показатели клеточного иммунного ответа экспериментальных животных, иммунизированных на фоне введения ИЛ-1 и некоторых других цитокинов. В целом, полученные данные свидетельствуют о том, что иммунизация экспериментальных животных различными Аг либо вакцинными препаратами в сочетании с рекомби-нантным ИЛ-1 р сопровождалась повышением протек-тивного эффекта вакцинации.
Эти опыты показали высокую эффективность ИЛ-1 р как адъюванта при различных режимах введения. Полученные экспериментальные данные подтверждены результатами клинического исследования эффективности применения препарата рекомбинантного ИЛ-1 в человека для усиления вакцинации против гепатита В, а также его влияния на иммунный статус больных с вторичными иммунодефицитными состояниями, хроническим инфекционным синдромом, иммунизированных против вирусного гепатита В вакциной «Энджерикс В» [1].
В исследование были включены больные (средний возраст — 21 год), имевшие клинические и лабораторные признаки вторичного иммунодефицита, подтвержденные анамнестическими данными при тестировании
по карте иммунологического мониторинга. При отборе больных диагноз выставлялся согласно стандартам диагностики и лечения вторичных иммунодефицитов, рекомендованных Институтом иммунологии Минздрава РФ, Москва (Хаитов Р.М., Ильина Н.И., Лусс Л.В. с соавт., 2002). Для вакцинации использовали вакцину «Энджерикс В» (производства ООО «Смит Кляйн Бичем-Биомед», Россия), которую вводили по схеме: 0-1-6 мес. Рекомбинантный ИЛ-1 в (препарат «Беталейкин») применяли в дозе 2,5 нг/кг массы тела на 2 мл изотонического раствора хлорида натрия подкожно один раз в сутки в течение трех дней с момента введения первой дозы вакцины, затем по одной инъекции одновременно со второй и третьей дозами вакцины. Результаты исследования приведены в табл. 3.
Как видно из табл. 3, уровень АТ к HBsAg в крови был самым низким в группе больных с инфекционным синдромом, вакцинированных без иммунотерапии, причем, различие с группами здоровых пациентов и больных, вакцинированных совместно с ИЛ-1 в, было значительным. Содержание АТ к HBsAg в крови больных с иммунодефицитами, получавших «Беталейкин», а также у здоровых привитых было примерно одинаковым.
Кроме того, количество пациентов с протективным титром АТ к HBsAg через один месяц после завершения вакцинации против гепатита В среди больных с иммунодефицитами, вакцинированных без иммуно-коррекции, составило только 80,4% обследованных этой группы. Полученные показатели были существенно ниже, чем у привитых больных с иммунодефицитом, получивших рекомбинантный ИЛ-1 в, где она составила 100%, а в группе здоровых пациентов протективный титр АТ к HBsAg определялся у 93,9% привитых.
При анализе иммунологических показателей здоровых и больных через один месяц после введения первой дозы вакцины против гепатита В выявлено снижение ряда иммунологических показателей. Однако в группе больных с вторичным иммунодефицитом, получивших одну дозу вакцины против гепатита В и курс лечения ИЛ-1 наблюдалось значительное стиму-
ДРЕПАРАШ
лирующее действие иммуномодулятора на клеточное звено иммунитета. Достоверно увеличивалось содержание CD3, CD4 Лф в крови в сравнении с показателями до вакцинации и с показателями больных, вакцинированных без иммунотерапии. У больных, пролеченных ИЛ-1 на фоне вакцинации против гепатита В, было выявлено значительное увеличение интенсивности и фагоцитарной активности нейтрофилов, величина показателей спонтанного и индуцированного НСТ-теста были достоверно выше значений в группе здоровых пациентов в аналогичные сроки поствакцинального периода.
Из представленных данных очевидно, что рекомби-нантный ИЛ-1 в вызывает стимуляцию антителогенеза у больных со спонтанной формой вторичного иммунодефицита, инфекционным синдромом на вакцину против гепатита В, обеспечивая более высокий уровень защиты, чем у больных, привитых без иммунокоррек-ции. Механизм действия ИЛ-1, видимо, заключается в активации механизмов врожденного и приобретенного иммунитета.
Опыт применения современных рекомбинантных вакцин против вирусного гепатита В свидетельствует об их высокой эффективности, возможности снижения заболеваемости гепатитом в несколько раз. Действие вакцин на иммунную систему может быть разнонаправленным. Вакцины способны вызывать как активацию, так и супрессию отдельных иммунных функций. Следовательно, вакцинация лиц с изначальными нарушениями иммунного статуса может усугубить эти нарушения, а также быть менее эффективной.
Хронический инфекционный синдром занимает одно из первых мест в структуре вторичных иммуноде-фицитов. Учитывая то, что вакцинация против гепатита В носит массовый характер, проблема вакцинации
больных с вторичным иммунодефицитом представляется весьма актуальной. Для развития полноценного иммунного ответа на вакцину и уменьшения отрицательного влияния на организм человека вакцинных препаратов в качестве адъювантов рекомендуется использование в вакцинальном процессе различных иммуномодуляторов.
Проведенные исследования обосновывают целесообразность использования ИЛ-1 у больных с инфекционным синдромом при их вакцинации, в частности вакциной «Энджерикс В». Несомненно, что необходимо дальнейшее изучение влияния вакцинных препаратов на иммунную систему организма, поиск новых методик и схем вакцинаций.
Отдельной проблемой вакцинологии является эффективная индукция мукозального иммунитета. Иммунитет слизистых с образованием секреторных IgA и мукоза-ассоциированных АГ-специфических Т-Лф может иметь решающее значение в защите организма от патогенов, проникающих через слизистые, таких как ВИЧ, вирус гриппа, вирус простого герпеса, респираторный синцитиальный вирус, Bordetella pertussis, Salmonella typhimurium и многих других. Главной проблемой формирования защитного иммунитета слизистых является использование безопасных и эффективных адъювантов, так как простое нанесение растворимых белковых АГ на слизистые может привести к развитию состояния АГ-специфической иммунологической толерантности, известной под названием «оральная толерантность» («oral tolerance»). Напротив, мукозная иммунизация в присутствии адъювантов, например, холерного токсина или некоторых других бактериальных производных приводит к развитию полноценного системного и местного гуморального и клеточного иммунного ответа [9]. Однако, главным недостатком их применения является высокая токсичность и развитие серьезных побочных реакций. В ряде
Таблица 3. Показатели эффективности вакцинации против гепатита В через один месяц после завершения вакцинации у здоровых лиц, пациентов с иммунной недостаточностью, инфекционным синдромом (ВИД) на фоне лечения рекомбинантным ИЛ-1 в
Показатели Больные с ВИД, вакцина(n=36) Больные с ВИД, вакцина + ИЛ-1 (n=28) Здоровые, вакцина (n=32)
Титр АТ к HbsAg (МЕ/мл) 163,9 222,8 237,7
Доля пациентов (%) с протективным титром АТ к HbsAg (>10 МЕ/мл) 80,4±6,6* 96,4±3,6 90,6±5,8
Доля пациентов (%) c непротективным титром АТ к HbsAg (<10 МЕ/мл) 14±5,8* — —
Доля пациентов (%) с низкой эффективностью вакцинации, у которых АТ кHbsAg не определялись 19,6±6,6* 3,6±3,5* 9,4±5,8
Примечание: звездочкой помечены величины, статистически значимо отличающиеся
ф < 0,05) от значений в группе больных с ВИО, получивших вакцину и ИЛ-1
О9
случаев при их применении отмечалось усиление синтеза АГ-специфичных АТ класса 1дЕ и развитие анафилаксии.
Холерный токсин, как и подобает типичным патоген-ассоциированным молекулярным структурам, вызывает синтез провоспалительных цитокинов, в том числе цито-кинов семейства ИЛ-1. В экспериментах на культивируемых мышиных макрофагальных клеточных линиях нейтрализация ИЛ-1 в (основная форма ИЛ-1 у мышей) моноклональными АТ блокирует АГ-представляющую функцию этих клеток, индуцированную холерным токсином [6]. Эти опыты навели на мысль о возможном действии микробных адъювантов посредством индукции синтеза эндогенного ИЛ-1, а также о перспективности использования рекомбинантных препаратов ИЛ-1 в ка-
честве мукозных адъювантов. Оказалось, что при интра-назальном применении ИЛ-1а и ИЛ-1 в также эффективны в индукции системного и мукозального иммунитета на растворимые белковые АГ, как холерный токсин [10]. Оба цитокина эффективно индуцировали специфические 1дО АТ в сыворотке крови, 1дД в секретах слизистых, а также АГ-специфический Т-клеточный ответ при интраназальном применении совместно с растворимыми белковыми АГ. Полученные авторами результаты продемонстрировали, что ИЛ-1 может быть эффективным интраназальным адъювантом при иммунизации различными видами АГ.
Таким образом, ИЛ-1 является перспективным адъювантом для использования при системном введении, а также в случае мукозальной вакцинации против различных типов патогенов, включая ВИЧ.
Литература:
1. Абрамова Н.Н., Симбирцев А.С., Долгушин И.И. Влияние Бестима и Беталейкина на иммунный статус больных с вторичными иммунодефицит-ными состояниями при вакцинации против вирусного гепатита В // Циток. и воспал. — 2004. — Т. 3. — № 4. — С. 29-35.
2. Авдеева Ж.И., Акользина С.Е., Алпатова Н.А. и др. Оптимизация вакцинального процесса с помощью цитокинов // Rus. J. Immunol. — 1999. — Vol. 4. — Suppl. 1. — P. 54.
3. Авдеева Ж.И., Акользина С.Е., Алпатова Н.А. и др. Показатели клеточного иммунного ответа при иммунизации мышей антирабической вакциной на фоне цитокинов // Циток. и воспал. — 2008. — Т. 7. — № 4. — С.15-20.
4. Авдеева Ж.И., Акользина С.Е., Алпатова Н.А. и др. Влияние цитокинов на имуногенные свойства вакцины против клещевого энцефалита // Циток. и воспал. — 2009. — Т. 8. — № 2. — С. 16-21.
5. Никитина Т.Н., Авдеева Ж.И. Изучение иммуно-адъювантного действия цитокинов на экспериментальных моделях //Циток. и воспал. — 2010. — Т. 9. — № 1. — С. 37-41.
6. Bromander A., Holmgren J., Lycke N. Cholera toxin stimulates IL-1 production and enhances antigen presentation by macrophages in vitro // J. Immunol. — 1991. — V. 146. — P. 2908-2912.
7. Nakae S, Asano M, Horai R, Iwakura Y Interleukin-1 ß, but not interleukin-1 ß, is required for T-cell-dependent antibody production // Immunol. — 2001. — V. 104. — P. 402-409.
8. Nash A.D., Lofthouse S.A., Barcham G.J. et al. Recombinant cytokines as immunological adjuvants // Immunol. Cell Biol. — 1993. — Vol. 71. — Pt. 5. — P. 367-379.
9. O'Hagan D.T. Recent advances in vaccine adjuvants for systemic and mucosal adjuvants // J. Pharm. Pharmacol. — 1997. — V. 49. — P. 1-24.
10. Staats H., Ennis F. IL-1 is an effective adjuvant for mucosal and systemic immune responses when coadministered with protein immunogens // J. Immunol. — 1999. — V. 162. — P. 6141-6147.
