CC BY
320
УДК 612.017.1:616.002 ББК 28.707
ВАКЦИНА ПРОТИВ ВИЧ: РАЗРАБОТКИ И ПРИЧИНЫ НЕУДАЧ
ГАЛИУЛИНА К.Ю. ФГБОУВО ЮУГМУМинздрава России, г. Челябинск, Россия e-mail: [email protected]
Аннотация
В статье представлены существующие разработки и перспективные направления специфической профилактики ВИЧ-инфекции. Рассмотрены наиболее значимые факторы, осложняющие задачу создания эффективной вакцины против вируса иммунодефицита человека (ВИЧ).
Ключевые слова: ВИЧ, СПИД, изменчивость, профилактика, вакцина.
Актуальность. Проблема ВИЧ / СПИДа на данный момент касается не только области локального медицинского, но и глобального социально-экономического, общественного интереса. За 35 лет, прошедших со времени начала эпидемии ВИЧ-инфекции, она стала причиной смерти 35-40 миллионов человек, что дало повод соизмерять масштабы демографического поражения с мировыми войнами. Несмотря на современные достижения диагностики ВИЧ-инфекции и ее терапии, эпидемиологическая ситуация остаётся крайне напряжённой, тенденция к нарастанию потерь сохраняется.
В 2015 г. в мире заразились ВИЧ 2,1 миллиона человек, СПИД унёс жизни 1,1 миллиона человек. На начало 2017 г. суммарное число зафиксированнных случаев ВИЧ-инфекции в структуре заболеваемости граждан Российской Федерации достигло 1 114 815 человек (в мире - 36,7 миллионов ВИЧ-инфицированных, в том числе 2,1 миллиона детей). Согласно расчётам объединённой программы организации объединённых наций по ВИЧ / СПИД (ЮНЕЙДС) (Joint United Nations Programme on HIV/AIDS (UNAIDS)), в России уже более 1 500 700 инфицированных ВИЧ, более того, по версии швейцарских и американских специалистов, неофициальное число инфицированных приближается к 2 000 000.
Стремительное распространение ВИЧ / СПИДа гарантированно снижает
продолжительность жизни населения земного шара, сокращает его численность в связи с гибелью мужчин и женщин детородного возраста, повышением уровня детской смертности. Отрицательное влияние ВИЧ на
экономическую компоненту объясняется снижением числа трудоспособного населения, увеличением доли лиц, не способных к труду и требующих социального обеспечения.
Всего за 30 лет ВИЧ удалось распространиться повсеместно, несмотря на ограниченный спектр возможного пути передачи (половой, инъекционный,
трансплацентарный, гемотрансфузионный, перинатальный), в связи в этим перед учёными всего мира стоит задача изобретения эффективной вакцины против ВИЧ. Несмотря на множественные попытки разработать эффективную вакцину против ВИЧ-инфекции, однозначный успешный результат достигнут не был [6]. В связи с этим, всё более актуальной становится проблема более тщательного изучения трудностей, связанных с разработкой результативной вакцины против ВИЧ [3].
Цель работы. Рассмотреть существующие разработки и перспективные направления специфической профилактики ВИЧ-инфекции, а также причины неудач в создании вакцин против ВИЧ-инфекции.
Материалы и методы. Анализ источников литературы, посвящённых специфической профилактике ВИЧ-инфекции, изменчивости и другим особенностям ВИЧ.
Результаты исследования. Вакцина - это препарат, содержащий антигены возбудителя инфекционного заболевания, введение которого сопровождается возникновением иммунитета (невосприимчивостью) к данному возбудителю.
Несмотря на значительные победы учёных в снижении заболеваемости населения
инфекционными заболеваниями путём своевременной вакцинации (так, в 1980 году была официально провозглашена ликвидация
натуральной оспы, достигнутая массовой вакцинацией), проблема ВИЧ-пандемии так и не решена.
За последние годы появлялось значительное количество информации о различных инновационных вакцинах против ВИЧ-инфекции, порядка 35 вакцин в настоящее время проходят доклинические и клинические испытания [11].
Со времени начала первых клинических испытаний предполагаемой действенной вакцины на людях, начатых свыше десяти лет назад, в тестировании приняли участие более 20 тысяч волонтёров. Тем не менее, огромные средства, вложенные в работы по разработке ВИЧ-вакцин и грандиозные усилия учёных, не оправдали себя, так как ни одна вакцина не доказала своей ожидаемой эффективности.
Одной из вакцин, на которую возлагались большие надежды, была ДНК-вакцина.
Для обеспечения необходимого иммунного ответа, направленного против вирусной инфекции, не нужен цельный вирус, достаточно наличия одного или нескольких белков, локализующихся на его поверхности. Данный компонент и обеспечивают ДНК-вакцины.
ДНК-вакцины (генные вакцины, вакцины на основе нуклеиновых кислот) представляют собой определённые генно-инженерные конструкции (ДНК-фрагмент), содержащие специфический ген, который при попадании в клетку инициирует продукцию нужного белка-антигена. Таким образом, производится введение не самого белка-антигена, а механизма, обеспечивающего его синтез, т.е. ДНК. Итог аналогичный: образование иммуноглобулинов, направленных на
уничтожение чужеродных организму белков.
Перспектива использования участков ДНК в целях вакцинации появилась ещё в 50-60-е годы, когда после проведения исследований подтвердился факт сохранения способности к транскрибированию генетической информации ДНК после переноса её в другую клетку. Следует отметить, что подобная вакцина, названная избирательной "генетической иммунизацией", способна обеспечивать активный гуморальный иммунитет, но и клеточный иммунный ответ.
ДНК-вакцина представляет собой
имплантированную в клетку, с помощью вектора (переносчика) последовательность нуклеотидов, кодирующую антиген/комплекс антигенов. Необходимо подобрать оптимальный вектор -вирус или бактерию. Были протестированы более 20 разных бактерий, РНК- и ДНК-содержащих вирусов. Наиболее подходящими векторами
оказались изменённый штамм
модифицированного вируса коровьей оспы ankara, а также вирусы fowlpox и сапагурох, которые обладают возможностью инфицирования клеток человека, но потеряли возможность к размножению в них.
Иной вариант ДНК-вакцинации, безвекторный, заключается в помещении ДНК в частички металла с дальнейшей их имплантацией в дендритные клетки.
Неоспоримое преимущество использования ДНК-вакцин состоит в том, что в сравнении с обычной вакцинацией, когда антиген вводится в организм в достаточно большом количестве и существует в нем относительно короткий промежуток времени, использование ДНК в качестве активного агента позволяет осуществлять регуляцию сразу нескольких параметров: дозы антигена, продолжительности и интенсивности его действия (дозированные количества белка-антигена продуцируются в организме внутриклеточно длительно).
Также применение ДНК-вакцин позволяет избежать множества нежелательных побочных эффектов старого поколения вакцин, произведённых на основе живого ослабленного возбудителя: риск развития инфекции, хроническая иммуностимуляция и др.
Принцип ДНК-вакцинации был положен в основу американской компанией VaxGen при разработке вакцины против ВИЧ AIDSVAX. Вакцина AIDSVAX создавалась на основе белка ВИЧ - gp 120, который вирус использует в сочетании с белком gp 41 для проникновения в клетку. Гипотеза действенности вышеупомянутой вакцины заключалась в выработке специфических антител к одному из белков ВИЧ - gp 120 или gp 41 или к обоим белкам, таким образом, полностью перекрывался бы доступ ВИЧ к искомой клетке. Тем не менее, несмотря на то, что вакцина AIDSVAX стала первым препаратом из серии ВИЧ-профилактики, прошедшим все этапы клинических тестов в 2002 г., AIDSVAX оказалась неэффективной.
Следующий тип вакцин очень близок к концепции ДНК-вакцин.
Так, первая вакцина IAVI, разработанная сотрудниками университетов Оксфорд (Англия) и Найроби (Кения) в сотрудничестве с Международной инициативой по разработке вакцины против СПИДа (International AIDS Vaccine Initiative (IAVI)), проект по созданию которой получил название инициатива Кенийской вакцины от СПИДа (Kenya AIDS Vaccine
Initiative), содержит РНК ВИЧ подтипа А.
Второй проект IAVI по производству вакцины в партнерстве с AlphaVax из Северной Каролины и университетом Кейптауна (ЮАР), ориентирован на разработку вакцины от ВИЧ подтипа C.
В третьем проекте IAVI-исследований планируется адаптировать инновации Балтиморского института вирусологии. Предполагаемая концепция вакцины против ВИЧ включает в себя пероральное использование. Подобное применение объясняется имплантацией активных компонентов вакцины внутрь непатогенных штаммов сальмонеллы.
Другой возможный путь инициации иммунного ответа на проникновение вируса иммунодефицита - это активация значительного пула клеток, обладающих способностями инактивировать клетки, инфицированные ВИЧ, иными словами, производится интенсификация клеточного иммунного ответа.
Вакцины, основанные на базисе стимулирования клеточного ответа, находятся в стадии клинических испытаний. Вакцина ALVAC, представленная французской фармацевтической компанией Sanofi Pasteur, включает в свой состав птичий вирус (canarypox), в котором были найдены ВИЧ-элементы. Необходимо отметить, что хотя и вакцины ALVAC первого поколения основывались на профилактике ВИЧ подтипа B, результаты исследований на американских добровольцах показали, что действие вакцины распространяется и на другие подтипы ВИЧ. Однако, после последних клинических испытаний в Уганде (Восточная Африка), новостей о препарате не появлялось.
Чем же объяснить неудачи в разработке средства вакцинации от ВИЧ?
Одна из главных проблем, возникающих при создании вакцины, связана со стремительной генетической изменчивостью вируса
иммунодефицита [8]. Данная изменчивость обуславливает как "феномен ускользания" вируса от защитных факторов иммунной системы, так и непродуктивность антиретровирусной терапии по отношению к специфическим вирусным вариантам, проходящим позитивный отбор в организме человека. Вариабельность генома ВИЧ иллюстрируется тем фактом, что на терминальной стадии СПИДа число вариантов исходной вирусной частицы (псевдовидов) сравнимо с генетическим полиморфизмом вируса гриппа (Influenza virus),
циркулировавшего в популяции в течение года
[1, 7].
Одними из основных причин ВИЧ-изменчивости являются мутации в ходе обратной транскрипции, ключевую роль в которой играет фермент ревертаза (обратная транскриптаза), не имеющая З'-экзонуклеазной корректирующей активности. Точность работы ревертазы ВИЧ-1 в разы ниже, чем у обратных транскриптаз других известных ретровирусов, в результате чего скорость генерации ошибок оказывается высокой. Результат проявляется существованием в организме больного "популяции" разнообразных ВИЧ ("квазивидов" ВИЧ). Тенденцию обратной транскриптазы ВИЧ-1 к многочисленным ошибкам РНК-копирования позволяют подтвердить исследования in vitro (так, частота мутаций порядка 5-7х104 была выявлена при исследованиях с использованием гена протеина IacZa в качестве матрицы) [7].
Следует отметить, что обратная транскриптаза ВИЧ обладает значительным полиморфизмом, как природным, так и связанным с фармакологической
резистентностью, следовательно, присутствие определённых мутаций (например, M184V) обеспечивает повышение точности репликации, снижая частоту возникновения форм ВИЧ, крайне устойчивых к антиретровирусной терапии, наличие же мутаций, положительно влияющих на потенциал изменчивости генома ВИЧ, осложняет поиск эффективных антиретровирусных средств [9, 10].
Ферментом, играющим роль в формировании защиты организма против ВИЧ, является дезаминаза семейства APOBEC ("apolipoprotein B mRNA editing enzyme catalytic polypeptide"), выполняющая функцию дезаминирования цитозина в составе минус-цепи ДНК вируса на стадии обратной транскрипции. Несмотря на то, что гипермутагенез вируса, вызванный редактирующими ферментами, в большинстве случаев носит летальный характер, в определённых масштабах не приводит к уничтожению ВИЧ, а, напротив, способствует его эволюции. Примером тому служит выработанный ВИЧ-1 механизм ингибирования APOBEC3G (apolipoprotein B mRNA-editing enzyme, catalytic polypeptide-like 3G), обеспечивающий ВИЧ-1 устойчивость по отношению к антиретровирусной терапии и повышенную скорость приспособления к иммунной системе человека по сравнению с
ВИЧ-2. Взаимодействие белка Vif (фактор инфекционности вируса) ВИЧ-1 с APOBEC3G потенциирует разрушение дезаминаз протеасомами. В результате возникает некоторое снижение (но не тотальная отмена) интенсивности гипермутагенетических реакций. Достигнутый уровень гипермутагенеза обеспечивает возникновение новых ВИЧ-вариантов [7].
В отличие от мутаций, провоцирующих медленные, но стойкие изменения генома ретровирусов, рекомбинации имеют более радикальный характер, являясь одним из ключевых звеньев механизма изменчивости ВИЧ. Процесс рекомбинации позволяет обеспечить целостность генома, нивелировать последствия повреждений, несовместимых с продолжением жизненного цикла. Реставрация генома вируса иммунодефицита нацелена на восстановление информации РНК, накопившей большое количество мутаций, вызывающих снижение устойчивости ВИЧ.
Так, при отсутствии рекомбинантных процессов ВИЧ имеет склонность к постепенному накоплению значительного количества подобных мутаций. Рекомбинация "перемешивает" уже существующие мутации, что позволяет вирусу стремительно, а не многостадийно приобретать мутации, полезные для выживания, а также обеспечивает разрыв сцепленных мутаций (к примеру, если некий псевдовид вируса иммунодефицита обладает мутацией, ведущей к повышению фармакологической резистентности, но вместе с тем снижает его защиту от цитотоксических Т-лимфоцитов, рекомбинативные механизмы помогают сохранить полезную мутацию до того времени, пока вирус не обретёт мутацию, позволяющую избежать уязвимости для T-лимфоцитов. Устранение конкуренции между мутациями, однозначно гарантирующими выживаемость ВИЧ, в разы повышает адаптационный потенциал вируса [5, 7].
Проблему разработки вакцины против ВИЧ-инфекции осложняет и отсутствие адекватной экспериментальной модели данной инфекции на животных [4]. Так, известно, что применение потенциальной вакцины на обезьянах хоть и
обеспечивает защиту животных от инфекции, но не гарантирует воспроизведение аналогичного эффекта на людях. Ярким примером является провал проекта фармацевтической фирмы "Merck". В 2007 г., несмотря на хорошие результаты вакцинации в отношении приматов, испытания среди людей-добровольцев были прерваны в связи с тем, что процент заражённых в опытной группе заметно превысил процент заражённых в контрольной. Данный факт иллюстрирует и проблему высокой степени риска, возникающей при проведении клинических испытаний с использованием добровольцев.
Возможность оценить истинную
иммуногенность и эффективность вакцины осложняется вопросами этического и социально-экономического характера. Так, трудности, связанные со взятием добровольного информированного согласия, предоставления гарантии конфиденциальности участия в клинических испытаниях, официальным определением ВИЧ-статуса (возможность ложно отнести иммунизированного волонтёра к группе ВИЧ-инфицированным в связи с наличием антител), дороговизной исследований, статистическими особенностями, страхованием волонтёров, правовой защитой и пр. позволяют определить задачу формирования групп добровольцев как одну из самых сложных и трудоёмких [2].
Нельзя не отметить и финансовую сторону вопроса. Вложений требуют не только научные и технологические разработки, но и юридическая поддержка и страхование участников исследований. Затраты на исследования оказываются весьма
значительными, в то же время неудача может случиться на любом из этапов, поскольку заведомо гарантировать безопасность и эффективность кандидатной вакцины представляется невозможным.
Выводы. Разработка вакцины против ВИЧ-инфекции представляет неоднозначную, многоплановую проблему, осложнённую как специфическими особенностями самого вируса, так и социальными, экономическими и моральными препятствиями.
Список литературы
1. Антигенная и генетическая изменчивость ВИЧ-1 в Российской Федерации на современном этапе. / Ф.Ф. Москалейчик [и др.] // Физиология и патология иммунной системы. - 2015. - №7. - С. 3-12.
2. Клинические испытания анти-ВИЧ/СПИД-вакцин: современное состояние проблемы / Г.О. Гудима [и др.] // Цитокины и воспаление. - 2005. - №3. - С. 65-69.
3. Комплексный анализ профилактических мероприятий по предотвращению распространения ВИЧ-инфекции в
Челябинской области за 2011-2016 гг. / М.В. Радзиховская [и др.] // Вестн. Совета молодых ученых и специалистов Челябинской области. - 2017. - №3 (18), т. 1. - С. 61-65.
4. Нетёсов С.В. Проблемы создания вакцин против гепатита С и ВИЧ-инфекции / С.В. Нетёсов //Вестн. Рос. академии наук. - 2008. - №10. - С. 880-892.
5. Перспективы иммунотерапии ВИЧ-инфекции и СПИДА, анти-ВИЧ/СПИД-вакцины и микробоциды /И.Г. Сидорович [и др.] //Цитокины и воспаление. - 2005. - №3. - С. 82-88.
6. Современные стратегии биомедицинской профилактики ВИЧ-инфекции/СПИДА. Часть I. анти-ВИЧ/СПИД-вакцины и антиретровирусная терапия /Г.О. Гудима [и др.] //Иммунология СПИДА. - 2013. - №1. - С. 4-9.
7. Сосин Д.В. Молекулярные механизмы генетической изменчивости ВИЧ-1 /Д.В. Сосин, Н.А. Чуриков //Молекулярная биология. - 2017. - №4. - С. 547-560.
8. Харченко Е.П. ВИЧ: коллизии вакцинологии /Е.П. Харченко //Иммунология. - 2012. - №4. - C. 206-212.
9. Brander C. The challenges of host and viral diversity in HIV vaccine design / C. Brander [et al.] // Current opinion in immunology. - 2006. - №18. - P. 430-437.
10. Carr J.K. Viral diversity as a challenge to HIV-1 vaccine development / J.K. Carr // Current opinion in HIV and AIDS. -2006. - №1. - P. 294-300.
11. Nabel G. HIV-1 diversity and vaccine development / G. Nabel [et al.] // Science. - 2002. - №296. - P. 2335.
VACCINE AGAINST HIV: DEVELOPMENT AND CAUSES OF FAILURE*
GALIULINA K.Y. FSBEI HE SUSMU MOH Russia, Chelyabinsk, Russia e-mail: [email protected]
Abstract
The article presents existing developments and perspective directions of specific prevention of HIV infection. The most significant factors that complicate the task of creating an effective vaccine against the human immunodeficiency virus (HIV) are considered.
Keywords: HIV, AIDS, variability, prevention, vaccine.
* Научный руководитель: к.м.н., ст. преп. Пешикова М.В.
