APC-målstyrende vaksine for bred immunitet mot influensa

Ranveig Braathen | Jul 2018 | Infeksjon/Vaksinasjon |

Ranveig Braathen
forsker, ph.d.,
Institutt for klinisk medisin,
Avdeling for immunologi
og transfusjonsmedisin,
Universitetet i Oslo

Influensaviruset er under konstant endring for å unngå nøytraliserende beskyttelse på grunn av tidligere viruseksponeringer. De konvensjonelle influensavaksinene gir en effektiv beskyttelse mot virusvariantene inkludert i vaksinen. Dette kan gi økt seleksjonspress for endring av influensaviruset. Hvordan kan vi få en vaksine som også kan gjenkjenne eventuelle nye og ukjente varianter av influensaviruset?

Influensaviruset endrer seg ved små mutasjoner indusert under virusreplikasjonen, kalt genetisk drift. Mutasjoner som leder til aminosyreendringer, kan blokkere for gjenkjenning av nøytraliserende antistoffer. Influensavaksinen må endres hvert år for å holde følge med denne sesongvariasjonen. Større endringer på grunn av genetisk rekombinasjon kan føre til influensapandemier, for eksempel svineinfluensaen i 2009 som var rekombinert av blant annet gris1 og zoonotiske infeksjoner, særlig fra fugl.

Dagens vaksiner gir subtype-spesifikke antistoffer.2 I tillegg gjør produksjonstiden oss sårbare ved ett eventuelt epidemiutbrudd, noe som understreker behovet for nye vaksinasjonsstrategier for en bredt nøytraliserende influensavaksine.

APC-målstyrt DNA-vaksine
Produksjon av konvensjonelle protein-influensavaksiner i hønseegg er tidkrevende, og kapasitetsproblemene ble tydelige under svineinfluensaen i 2009. DNA-vaksiner har potensiale for raskere endringer av virusantigenet ved enkle molekylære teknikker, og produksjonen av DNA-vaksinen kan lett oppskaleres. DNA-vaksiner ble i utgangspunktet designet for å indusere T-celle-responser, og en utfordring for DNA-vaksiner er lave humorale responser i særlig større dyr og mennesker.

Nye metoder for å øke opptaket av DNAet i cellene til mottaker er blitt utviklet for på den måten øke translasjonen til vaksineprotein og få sterkere immunitet mot antigenet. Ulike adjuvans tilsatt sammen med DNA-vaksinen er også en metode brukt for å øke immunogenisiteten til vaksinen. Målstyring av antigenet mot de antigen-presenterende cellene (APC) ved hjelp av en genetisk linking av antigenet til en ligand som binder reseptorer på APCene er en ny teknikk som har vist seg å gi særlig høye humorale og cellulære responser mot antigenet.

Professor Bjarne Bogen med kollegaer var de først til å benytte dette på DNA-nivå og har utviklet konseptet bivalente målstyrte DNA-vaksiner kalt Vaccibody.3 Ved å målstyre mot ulike APC-overflate molekyler/reseptorer kan målstyringen av vaksinen styre responsen mot antigenet i retning Th1 eller Th2.4,5 På denne måten kan den målstyrte DNA-vaksinen rettes inn mot den responsen som er ønsket mot det aktuelle pathogenet.

Tidligere resultater viser at slike bivalente DNA-vaksiner som inneholder målstyring mot MHC klasse II-molekyler og influensa hemagglutinin(HA)-antigenet, induserer langtidsvarende antistoffer som beskytter mot en influensainfeksjon i BALB/c-mus etter en DNA-vaksinasjon.6 Det samme er bekreftet i ilder og gris,7 som er naturlige trinn for translasjon av vaksinen til mennesker.

Mekanismen for hvordan disse målstyrte vaksinemolekylene er så effektive i å indusere antistoffer er at vi tenker oss at etter vaksinasjon med DNA vil mottakeren produsere vaksineproteiner og skille dem ut i blodbanen. Den målstyrende enheten vil binde seg til APCer i drenerende lymfeknuter og på den måten bli endocytert av APC. Antigenet vil da kunne bli spaltet ned inne i cellen, og vaksinepeptider lastes opp på MHC klasse II-molekyler, og der hvor APCen blir aktivert vil den kunne binde antigen-spesifikke CD4+ T-celler og aktivere disse.

Antigenet i disse vaksinemolekylene er så store at B-cellereseptor(BCR)-determinanter vil være intakte og gi binding til antigen-spesifikke B-celler. En hypotese er at vaksineproteinet vil knytte en slik aktivert APC og en antigen-spesifikk B-celle i en APC-B-celle-synapse, som gir effektive signaler for plasmacellemodning og høy antistoffproduksjon på grunn av krysslinking av BCR og spesifikk CD4+ T-celle-hjelp.8

Ved å blande 6 ulike HA-varianter (H5, H6, H8, H9, H11 og H13) ønsket vi å se om antistoffresponsene indusert via denne APC-B-celle-synapsen kunne være mer kryssreaktiv og gjenkjenne flere varianter av HA.

MHC klasse II-målstyrende vaksiner med en blanding av 6 ulike HA-subtyper
6 ulike subtyper HA fra gruppe 1 influensavirus [A/Hong Kong/483/97 (H5N1), A/Northern shoveler/California/HKWF115/07 (H6N1), A/pintail duck/Alberta/114/1979 (H8N4), A/Hong Kong/1073/99 (H9N2), A/duck/Yangzhou/906/2002 (H11N2) og A/black-headed gull/Netherlands/1/00 (H13N8)] ble satt inn en og en i antigenenheten av den MHC klasse II-målstyrte DNA-vaksinen beskrevet over.

Målstyringen består av scFv derivert av anti murint MHC klasse II mAb (anti-I-ED). Antigenenheten er genetisk linket til målstyringsenheten via en dimeriseringsenhet. Dimeriseringsenheten består av hengsel og CƔ3 fra human IgG3 og gjør at vaksineproteinet danner en dimer av to like kjeder (bivalent).

In vitro-analyser av de enkelte HA subtype DNA-vaksinene viste god translasjon til vaksineproteiner. En enkelt DNA-vaksinasjon av subtype-vaksinene en og en i BALB/c-mus ga også gode antigen-spesifikke responser kun mot HA-varianten inkludert i DNA-vaksinen og ingen kryssbeskyttelse mot en dødlig dose influensa av H1-subtypen [A/Puerto Rico/8/1934 (H1N1, kalt PR8)].

En miks DNA-vaksine som bestod av de 6 ulike subtypene, ble laget og testet i BALB/c-mus. Den totale DNA-mengden i vaksinen ble holdt lik monosubtype-vaksinene slik at mengden av de ulike variantene ble tilsvarende redusert.

Miksvaksine gir kryssbeskyttende antistoffer mot influensa
Etter tre vaksineringer ga miksvaksinen subtype-spesifikke IgG-antistoffer mot alle variantene inkludert i vaksinen minst like effektivt eller bedre enn monosubtype-vaksinene. Samtidig ga miksvaksinen også IgG-antistoffer som gjenkjente to varianter av H1-subtypen [PR8 og Cal07, A/California/07/2009 (H1N1)], som ikke var inkludert i miksen.

Selv om sera fra disse vaksinerte musene ikke hindret virusopptak av en epitelcellelinje i ett mikronøytralisasjons-assay, viste de miksvaksinerte musene beskyttelse mot en dødelig dose influensavirus av H1 subtype-varianten (PR8 og Cal07). Overføring av sera fra vaksinerte mus til naive mus ga økt beskyttelsen mot influensa av H1-subtypen (PR8). Samtidig ble beskyttelsen av de vaksinerte musene ikke påvirket av at CD4+ og CD8+ T-celler ble fjernet under influensainfeksjonen. Dette bekreftet at kryssbeskyttende antistoffer var den viktigste årsaken til denne gruppe 1-kryssbeskyttelsen.

En mulig forklaring på at målstyrte vaksiner er så effektive i å indusere antistoffer mot antigenet er at den genetiske koblingen av en målstyringsenhet og antigenet fremmer en APC-B-celle-synapse. Ved å inkludere 6 ulike gruppe 1 subtype-varianter i en miks APC-målstyrt influensavaksine vil man kunne øke konsentrasjonen av konserverte BCR-epitoper på bekostning av subtype-spesifikke epitoper.

Dette vil øke sjansen for aktivering av B-celler med BCR som gjenkjenner konserverte epitoper og dermed produserer kryssreagerende antistoffer. Videre karakterisering av de enkelte antistoffene i den humorale responsen indusert av denne miksvaksinen vil bekrefte om vi har en bred og kryssbeskyttende respons.

KONKLUSJON

En miks målstyrt DNA-vaksine som består av 6 ulike hemagglutinin gruppe 1 influensa-subtyper, gir subtype-spesifikke antistoffresponser mot alle de 6 ulike variantene i vaksinerte mus. Enda viktigere gir denne miksvaksinen beskyttelse mot en subtype som ikke er inkludert i vaksinen.

Studien foreslår at gruppe 1 kryssbeskyttende antistoffer blir indusert av denne miks-vaksinen. Videre studier trengs for å kunne se om man ved å inkludere flere subtyper kan indusere kryssbeskyttelse også for gruppe 2 influensavirus-subtyper.

Dette er et sammendrag av en artikkel publisert i Journal of Immunology: Andersen A.M. et al., “Simultaneous Targeting of Multiple Hemagglutinins to APCs for Induction of Broad Immunity against Influenza.” J Immunol 2018;200:s2057-2066. doi: 10.4049/jimmunol.1701088.

Interessekonflikter: Ingen.

Referanser

1. Itoh Y, et al. In vitro and in vivo characterization of new swine-origin H1N1 influenza viruses. Nature 2009;460(7258):1021-1025. 2. Tricco AC, et al. Comparing influenza vaccine efficacy against mismatched and matched strains: a systematic review and meta-analysis. BMC Med 2013;11:153. 3. Fredriksen AB, Sandlie I, Bogen B. DNA vaccines increase immunogenicity of idiotypic tumor antigen by targeting novel fusion proteins to antigen-presenting cells. Mol Ther 2006;13(4):776-785. 4. Grodeland G, Fossum E, Bogen B. Polarizing T and B Cell Responses by APC-Targeted Subunit Vaccines. Front Immunol 2015;6:367. 5. Braathen R, et al. The Magnitude and IgG Subclass of Antibodies Elicited by Targeted DNA Vaccines Are Influenced by Specificity for APC Surface Molecules. ImmunoHorizons 2018;2(1):38-53. 6. Grodeland G, et al. DNA vaccine that targets hemagglutinin to MHC class II molecules rapidly induces antibody-mediated protection against influenza. J Immunol 2013;191(6):3221-3231. 7. Grodeland G, et al, Antigen Targeting to Human HLA Class II Molecules Increases Efficacy of DNA Vaccination. J Immunol 2016;197(9):3575-3585. 8. Grodeland G, Bogen B, Efficient vaccine against pandemic influenza: combining DNA vaccination and targeted delivery to MHC class II molecules. Expert Rev Vaccines 2015;14(6):805-814.