Ученые разрабатывают вакцину, превращающую клетки в “фабрики антител”
Гас Кэрнс 12 марта 2020
Тример (трёхкомпонентная молекула) BG505 SOSIP оболочки вируса ВИЧ.
В рамках Конференции по вопросам ретровирусов и оппортунистических инфекций (CROI 2020) была представлена информация о том, как ученые впервые разработали вакцину, индуцирующую клетки человеческого организма вырабатывать широконейтрализующие антитела к ВИЧ.
Презентация, представленная доктором Джозефом Казацца, US National Institutes of Health, возможно, демонстрирует важный шаг на пути к созданию вакцины, которая может быть эффективна как для профилактики, так и для лечения ВИЧ.
О ВИЧ, антителах и bNAbs
Действие большинства вакцин состоит в индукции В-клеток иммунной системы для выработки антител против инфекции, которую имитирует вакцина. Антитела – исключительно вариативный набор молекул растворимых протеинов, которые атакуют патогены и либо непосредственно разрушают их, либо “маркируют” инфицированные клетки, чтобы их могли разрушить другие компоненты иммунной системы.
Однако до настоящего времени результаты в сфере разработки вакцины против ВИЧ были довольно печальными. Хотя путем исследований мы установили, что некоторые вакцины против ВИЧ действительно могут индуцировать гуморальный (антительный) иммунный ответ против ВИЧ, они оказались либо неэффективными (как в недавнем исследовании HVTN 702, которое также обсуждалось на CROI), или показывали лишь незначительную эффективность (как в исследовании вакцины RV 144).
Неудивительно, что вызвать эффективный гуморальный иммунный ответ к ВИЧ так сложно. Стандартные тесты на ВИЧ выявляют антитела против ВИЧ, а не сам вирус или его компоненты. Очевидно, что наш гуморальный иммунный ответ неэффективен, в противном случае ВИЧ-инфекция не была бы пожизненной.
Вопрос того, почему именно антитела против ВИЧ не работают, еще исследуется; если бы мы располагали исчерпывающим ответом на него, мы, вероятно, уже создали бы вакцину. Однако кажется, существуют три взаимосвязанные причины.
Одна из них – невероятная генетическая вариативность ВИЧ: большинство вырабатываемых природным путем антител работают только против конкретного вируса, который индуцирует их, а не против других вирусов. Во-вторых, существует так называемый “гликановый щит”; ВИЧ защищает протеин своей оболочки, формирующий “наросты” на поверхности, являющиеся одновременно ключом к проникновению в клетки и основными участками, к которым прикрепляются антитела, толстым слоем клейких молекул сахаров, которые предотвращают проникновение антител.
Третья, и самая важная причина – механизм, получивший название “иммунный побег”. Поскольку ВИЧ настолько вариативен и мутирует в процессе воспроизведения, он может легко вырабатывать резистентность к антителам, подобно резистентности к лекарственным средствам. Хроническая ВИЧ-инфекция – это “гонка вооружений” между иммунной системой и вирусом, который всегда на шаг впереди.
Широконейтрализующие антитела (bNAbs) преодолевают два первых барьера и могли бы преодолеть третий, если бы вырабатывались в течение достаточного времени. Слово “широко” указывает на то, что они активны против широкого диапазона различных штаммов вируса. Они также имеют необычные удлинения нормальных протеинов антител, которые позволяют им проникать сквозь гликановый щит. Это означает, что они могут реагировать и прикрепляться к наиболее хорошо “спрятанным” частям ВИЧ – тем, которые вирус должен защищать, поскольку он не может допустить их изменения.
Однако антитела bNAb развиваются только у меньшинства людей с ВИЧ, и только через годы после инфицирования. К тому времени становится уже слишком поздно: вирус обычно уже мутировал и, кроме того, длительная ВИЧ-инфекция способна истощать обычную работу иммунной системы.
Тем не менее, если бы мы могли противостоять ВИЧ с помощью антител bNAb, либо в момент, когда вирус пытается проникнуть в организм, либо в процессе острой инфекции, пока он еще не “увидел” их, такие антитела могли бы заложить основу для эффективных вакцин и терапии, и даже стать частью того, что нужно для излечения.
Введение антител bNAb – использование их как лекарственного препарата длительного действия – уже проводится в рамках таких исследований, как Antibody Mediated Protection (AMP) (Защита, опосредованная антителами), отчет о первых результатах которого выйдет позднее в этом году.
Вакцина, генерирующая bNAb
При этом, вакцина, которая могла бы стимулировать организм вырабатывать собственные антитела bNAb, стала бы намного лучшим решением проблемы. В прошлом году мы сообщали об исследовании, в рамках которого такие результаты были получены у обезьян. Сейчас идет исследование на людях, продолжающее предыдущие наработки, с использованием стабилизированной версии протеина оболочки ВИЧ, который выживает в кровотоке достаточно долго, чтобы стимулировать выработку bNAb.
В этом году в рамках CROI рассказали еще об одной технологии: исследовании US National Institutes of Health, которое использовало вакцину на основе вирусного вектора. Она состояла из оболочки аденовируса AAV-8, из семейства вирусов, наиболее часто являющихся возбудителями обычных ОРВИ, вирусные гены которого были заменены участками ДНК, кодирующими выработку VRC07, разновидности антител bNAb, которая широко используется в исследованиях по разработке лечения ВИЧ, ПреКП и способов исцеления от заболевания.
Доктор Казацца рассказал на конференции о том, что был выбран VRC07, поскольку доступны пробы, легко выявляющие его наличие в организме, и он не стимулирует выработку “анти-антител” – контр-антител, которые реагируют на антитела VRC07 так, как если бы они сами был патогеном, и нейтрализуют их.
ДНК-вектор также включал гены, которые облегчают инфицирование вирусом клеток, взятых у таких отличных между собою видов, как другие вирусы, люди, цыплята и сурки.
В фазе I исследования безопасности эта вакцина была введена восьми ВИЧ-положительным добровольцам. Им было от 30 до 60 лет (средний возраст 52 года); среди них шестеро мужчин и двое женщин; пять были афроамериканцами и трое ‒ белыми. У всех была вирусная нагрузка ниже 25, и их среднее количество CD4 составляло 528.
Вакцина вводилась по трем разным схемам. Первым трем добровольцам была сделана одна вакцинация (фактически она состояла из двух внутримышечных уколов), содержащая дозу 50 миллиардов векторных геномов на килограмм массы тела. Первому добровольцу была введена эта доза в январе 2018 года. Еще двум добровольцам была сделана одна прививка, содержащая в десять раз больше векторных геномов на килограмм (500 миллиардов); первое применение было в апреле 2018 года.
Три последних добровольца получили кумулятивную дозу, в пять раз превышающую эту дозу (2,5 триллиона векторов/кг); первое применение было в марте 2019 года. Поскольку такое количество нельзя ввести за один прием, режим дозирования состоял из восьми или девяти отдельных инъекций, попеременно в мышцы плеча и бедра, чтобы минимизировать реакции. Три добровольца из этой группы жаловались на легкую боль и повышенную чувствительность в месте инъекции; у одного добровольца во второй руке развились слабые системные боли в мышцах, обычная реакция на вакцины.
Количество векторной вакцины, циркулирующей в крови, быстро уменьшалось после последней вакцинации, за исключением одного добровольца, которому она вводилась по схеме с многократными инъекциями. У всех добровольцев вырабатывались антитела к вирусному капсиду (оболочке), но это, по-видимому, не предотвращало генерацию антител VRC07.
У всех добровольцев, получивших вакцину, в большей или меньшей степени вырабатывались антитела VCRC07. Это произошло не сразу. Примерно через шесть недель после первой вакцинации наблюдался ранний пик выработки антител. У трех добровольцев (по одному в каждой группе) процесс на этом и закончился: выработка bNAb полностью прекратилась у двух добровольцев и поддерживалась на очень низком уровне у третьего. Позже выяснилось, что эти три добровольца вырабатывали анти-антитела к VRC07.
Однако у остальных пяти участников выработка антител снова начала увеличиваться примерно через 14 недель после вакцинации и достигла второго пика, с аналогичными или более высокими уровнями bNAb на 20-й неделе.
В группе, которой провели несколько инъекций, уровни bNAb были примерно в два раза выше, чем на первом пике. Хотя уровни у одного добровольца снова начали снижаться на 22 неделе, у другого добровольца они оставались на высоком уровне и пока что сохранялись в течение 48 недель или почти года после первой вакцинации.
Поскольку за волонтерами будут наблюдать в течение пяти лет, можно будет увидеть, будет ли увеличение производства антител позже. Тем не менее, поскольку это исследование безопасности, мы еще не знаем, являются ли произведенные уровни VRC07 достаточными для противовирусного действия.
Инженерия протеинов ВИЧ для усиления ответа bNAb
Это исследование дает первое доказательство того, что вакцина может индуцировать выработку антител bNAb у людей, получающих ее. Но оно не будет последним. Как упоминалось выше, идет исследование, продолжающее наработки исследования Scripps Institute на обезьянах, о котором мы сообщали в прошлом году. Вместо использования векторной вакцины оно применяет специальную версию самого белка оболочки ВИЧ и потенциально может побудить организм вырабатывать различные варианты bNAb, а не только один тип.
Доктор Шейн Кротти из La Jolla Institute for Allergy and Immunology, в котором также работают ученые Scripps Institute, говорит, что использование векторных вакцин для стимуляции выработки антител может не быть необходимым, так как выработка антител bNAb к ВИЧ произошла лишь позднее и лишь у меньшинства людей с вирусом; было обнаружено, что в иммунной системе большинства людей присутствуют B-клетки, способные продуцировать bNAb.
Однако эти клетки были редки: только одна из примерно 300 000 В-клеток обладала такой способностью. Клетки были обнаружены в исследовании нулевой фазы, в котором использовался искусственный “иммунный зонд” eOD-GT8, чтобы зафиксировать их. Эта молекула сама в настоящее время проходит клинические испытания в качестве вакцины, мы еще ожидаем результаты.
Предыдущие исследования, проведенные в 1999 году и использующие сами белки ВИЧ ‒ наиболее прямолинейный и потенциально масштабируемый подход – дали удручающие результаты (см. раздел «Поиск вакцины» в этом отчете по исследованию HVTN 702).
Отчасти это происходит потому, что если белок оболочки ВИЧ вводится в растворимой форме в виде вакцины, а не как составляющая вируса, вторгающегося в организм, он скоро деградирует. Исследования Scripps на обезьянах и современные исследования на людях используют стабилизированную версию тримера (трехкомпонентной молекулы) оболочки ВИЧ, называемой BG505 SOSIP, которая достаточно долго сохраняется в идентичном состоянии, чтобы стимулировать лучший иммунный ответ.
Однако основную проблему представляет собой явление, называемое иммунодоминантностью. Это означает, что основной ответ антител, создаваемый В-клетками, направлен на ложную цель: они в основном вырабатывают не-нейтрализующие антитела к нерелевантным частям вирусного белка, а не к жизненно важным «скрытым» областям.
Это отчасти вызвано тем, что эпитопы, скрытые части белка оболочки, антитела к которым вырабатывают bNAb-клетки, в меньшей степени активируют B-клетки и привлекают меньше внимания, а отчасти и потому, что B-клетки, которые вырабатывают bNAb, не так продуктивны, как другие B-клетки. Производство bNAb требует больше энергии ‒ и, следовательно, занимает больше времени, так что то, что они производят, вскоре преодолевается общим гуморальным ответом.
Однако ученые Scripps Institute нашли способ обойти это, создав систему замедленного высвобождения. Это так называемый “осмотический насос”, который содержит одну и ту же дозу вакцины в имплантате размером с капсулу витаминов. Он медленно выпускает вакцину в течение нескольких недель.
Это привело к тому, что при тестировании на обезьянах уровень антител в целом увеличился в 10 раз, а количество bNAb возросло по крайней мере в тысячу раз. Пик высвобождения также был отсрочен до 12 недель после вакцинации, а не до 8-10. В трех случаях у обезьян даже не начинали вырабатываться bNAb до 14-16 недель после вакцинации.
Другая проблема с иммунодоминантностью заключается в том, что она ограничивает ответ bNAb очень узким генетическим диапазоном, прежде чем полностью его исключить, что не позволяет ему справиться с генетическим разнообразием ВИЧ, и может быть ахиллесовой пятой подходов, основанных на выработке одного типа bNAb. Однако использование осмотического насоса привело к гораздо более широкой реакции, которая ‒ по крайней мере, у обезьян ‒ позволила им справиться с рядом проблем, вызванных патогенным ВИО.
Ссылки
Casazza JP et al. Durable HIV-1 antibody production in humans after AAV8-mediated gene transfer. Conference on Retroviruses and Opportunistic Infections, abstract 41LB, March 2020.
Смотрите краткое изложение на веб-сайте конференции.
Смотрите вебкаст на сайте конференции.
Crotty S. Engineering vaccine immunity. Conference on Retroviruses and Opportunistic Infections, plenary presentation 112, March 2020.
