Transkriptomanalyse viser at bruk av adjuvanter i vaksiner påkaller respons fra det medfødte immunsystemet

Gregor D. Gilfillan | Apr 2019 | |

Gregor D. Gilfillan
forsker, ph.d.,
Avdeling for medisinsk genetikk,
Oslo universitetssykehus

Ida M. Evenrød
senior ingeniør, M.Sc.,
Avdeling for medisinsk genetikk,
Oslo universitetssykehus

Innenfor klassisk immunologi heter det at gjentatt eksponering trigger det ervervede immunforsvaret til respons mot antigener. En publikasjon i Frontiers in Immunology1 belyser nå hvilken økt rolle det medfødte immunforsvaret også kan ha i sammenheng med vaksinering, ved å vise at også disse cellene er kapable til å inneha «hukommelse». 

Denne studien ble ledet av immunologer fra University of Siena, og ble gjennomført i samarbeid med Emory University (Atlanta), Statens Serum Institut (København) og Oslo universitetssykehus, hvor high throughput-sekvensering (HTS) ble utført.

Immunforsvarets respons til vaksineadjuvanter
Dersom man kun benytter rene antigener i en vaksine, oppnår man ofte ikke en sterk nok immunrespons. Derfor benyttes tilleggskomponenter kalt adjuvanter. Disse stoffene hjelper til med å forsterke, effektivisere og forlenge immunresponsen vaksinering fører med seg. 

Adjuvanter øker det medfødte immunforsvarets respons på vaksinasjonen, noe som igjen kan bidra til en mer effektiv aktivering av den etterfølgende ervervede immunresponsen.2 Kartlegging av adjuvanters virkning kan dermed hjelpe til med å finne de beste vaksineformulaene, og til å benytte de mest optimale adjuvant-antigenkombinasjonene. De molekylære mekanismene bak adjuvanters virkning på immunsystemets respons ved gjentatt eksponering, er derimot ikke fullt kartlagt.

Transkriptomanalyse av immunresponsen
I den omtalte studien som ble publisert i Frontiers in Immunology, ble immunrespons studert på et molekylært nivå ved å injisere (prime) mus med tuberkulosevaksinen (TB) med H56 antigener, med eller uten adjuvanten CAF01 (dette er en liposomal adjuvant som har blitt undersøkt i fem fase I kliniske tester3). 

Etter fire uker ble musene eksponert for en ny vaksinasjon (boostet), men denne gangen kun med H56 antigener. Genuttrykket i museblodet ble målt ved gitte tidspunkt før og etter priming, og før og etter den etterfølgende boosten. Blodtranskriptomet ble avlest ved hjelp av RNA-sekvensering (RNA-seq).

Metoder
To grupper mus ble subkutant primet med H56-antigenet. En gruppe fikk kun antigenet, mens den andre gruppen fikk både antigen og CAF01-adjuvanten. Blodprøver ble tatt før primingen (dag 0), og på dag 1, 2 og 7 etter injiseringen. 

Etter fire uker fikk musene en boost, denne gangen kun med H56, og blodprøver ble igjen tatt for dag 0, 1, 2 og 7.

RNA ble ekstrahert fra blodprøver, og genuttrykket ble undersøkt ved hjelp av HTS med 75 basepar enveisavlesning (single end reads) på et Illumina NextSeq-instrument, etterfulgt av en dataanalyse mot et musegenom. 

Parallelt med disse testene ble en gruppe mus ofret for undersøkelse av B- og T-celleresponsen fra milt og lymfeknuter før priming og etter boosting. For å måle IgG-respons, ble det også foretatt ekstra blodprøvetaking på alle mus til gitte tidspunkt gjennom forsøket.

Ervervet immunrespons
Den ervervede immunresponsen var sterkere hos mus som ble injisert med CAF01-adjuvanten. Antall H56-spesifikke CD4+ T-celler ble målt ved flow cytometer fra lymfeknuter hos mus ofret ti dager etter boost-immuniseringen. 

Disse viste et åtte ganger forhøyet H56/CAF01-innhold sammenliknet med mus som kun var immunisert med H56. Samtidig var også prøver fra lymfeknuter fra germinalsenter B-celler, H56-spesifikt serum IgG verdier og H56 antistoffsekreterende celler fra milt høyere for alle H56/CAF01-behandlede mus.

Resultater fra transkriptomanalyse
Transkriptomanalyser viste at responsen hos både H56/CAF01 og H56-behandlede mus var lik i de 7 første dagene etter primingen: Genekspresjonsmoduler relatert til blodkoagulering ble aktivert første dag etter primingen, og gener relatert til den medfødte immunaktiviteten ble oppregulert på dag 2. 

Da tilsvarende analyser ble gjort den første dagen etter boosterimmuniseringen, ble det derimot påvist signifikante forskjeller mellom de to gruppene (figur 1). Spesielt tydelig var endringen for modulene relatert til det medfødte immunforsvaret hos mus med H56/CAF01-priming. Hos disse musene var monocytter, antigener, mengde nøytrofiler og interferonrespons oppregulert, mens et forløp forbundet med naturlige dreperceller var nedregulert.

Ved dag to etter boosten var forskjellene på responsen fra det medfødte immunforsvaret hos de to ulike gruppene fortsatt åpenbar, men redusert, og en minimal effekt ble observert på aktiviteten hos B-cellerelatert genuttrykk. Innen de syv etterfølgende dagene etter boostingen, hadde medfødt immunrelatert respons sunket kraftig, og gener involvert i T-celleresponsen hadde blitt aktivert.

Det medfødte immunforsvarets hukommelse/-trained immunity
Transkriptomanalysene til Santoro et al viser at priming med en adjuvant påvirker det medfødte immunforsvarets respons ved annengangseksponering (boost). Dette underbygger tidligere studiers funn om at det medfødte immunforsvaret også kan utvikle en form for hukommelse. Dette har også blitt referert til som «trained immunity» på engelsk. En større forståelse av interaksjonene mellom adjuvanter og det medfødte immunforsvaret kan derfor forbedre mulighetene til å utvikle effektive vaksiner.

KONKLUSJON

Priming med CAF01-adjuvanten økte responsen til den ervervede immunresponsen ved antigen-eksponeringsboosten som forventet, som vist ved ordinære immunologiske tester.

I tillegg viste transkriptomanalyse av RNA fra blod at CAF01-adjuvanten forbedret det medfødte immunsystemets respons til antigenboosten.

Overraskende nok viste det medfødte transkriptomet (vist ved endringer i genuttrykk) sterkere respons til re-eksponering fremfor det ervervede immunsystemet.

Resultatet støtter forskning som indikerer at det medfødte immunsystemet også kan ha et element av hukommelse ved reeksponering for et antigen.

Ved å undersøke interaksjoner mellom adjuvanter og det medfødte immunforsvaret vil kanskje fremtidens vaksiner bli forbedret ved økt effektivitet og påvirkning.

Interessekonflikter: Ingen

Referanser

1. Santoro F, Pettini E, Kazmin D, Ciabattini A, Fiorino F, Gilfillan GD, Evenroed IM, Andersen P, Pozzi G, Medaglini D. Transcriptomics of the Vaccine Immune Response: Priming With Adjuvant Modulates Recall Innate Responses After Boosting. Front Immunol 2018 Jun; 5(9):1248. 2. Di Pasquale A, Preiss S, Tavares Da Silva F, Garçon N. Vaccine adjuvants:from 1920 to 2015 and beyond. Vaccines 2015;3:320-343. 3. Agger EM, Rosenkrands I, Hansen J, Brahimi K, Vandahl BS, Aagaard C, Werninghaus K, Kirschning C, Lang R, Christensen D, Theisen M, Follmann F, Andersen P. Cationic liposomes formulated with synthetic mycobacterial cordfactor (CAF01): a versatile adjuvant for vaccines with different immunological requirements. PLoS One 2008 Sep;8;3(9):e3116.  4. Hamon MA, Quintin J. Innate immune memory in mammals. Semin Immunol 2016;28:351-358.  5. Netea MG, Joosten LAB, Latz E, Mills KHG, Natoli G, Stunnenberg HG, O’Neill LA, Xavier RJ. Trained immunity: a program of innate immune memory in health and disease. Science 2016 Apr;352(6284):aaf1098. 6. Gourbal B, Pinaud S, Beckers GJM, Van Der Meer JWM, Conrath U, Netea MG. Innate immune memory: An evolutionary perspective. Immunol Rev 2018 May;283(1):21-40. 7. Pradeu T, Du Pasquier L. Immunological memory: What’s in a name? Immunol Rev 2018 May;283(1):7-20.