Нацелена ли программа germline на разработку вакцины против ВИЧ в будущем?

Несмотря на четыре десятилетия усилий, традиционные методы вакцинации не смогли предотвратить заражение ВИЧ. Поскольку вирус быстро мутирует и скрывается от иммунной системы, большинство экспертов считают, что потребуются более совершенные стратегии вакцинации и что процесс исследований и разработок, вероятно, займет годы.

Одна из новых стратегий, известная как нацеливание на зародышевую линию, использует серию праймерных и бустерных вакцин для обучения В–клеток – “фабрик антител” иммунной системы – распознавать ВИЧ и вырабатывать широко нейтрализующие антитела (BNAB), которые могут деактивировать вирус. Чтобы преодолеть способность ВИЧ скрываться, ученые создают “иммуногены”, или искусственные конструкции, содержащие вирусные белки, предназначенные для того, чтобы вызывать устойчивый иммунный ответ. Семь исследовательских групп опубликовали результаты ранних исследований этого подхода, приуроченных ко Дню информирования о вакцинах против ВИЧ, который состоится 18 мая.

“Еще предстоит довести процесс до конца – создать bNAb, которые нейтрализуют первичные вирусы ВИЧ-1”, – написали доктор Роджер Сандерс из Медицинского центра Амстердамского университета и доктор Джон Мур из Weill Cornell Medicine в сопроводительных комментариях к отчетам. “Однако эти исследования дают ценное представление о том, как могут выглядеть следующие иммуногены в последовательности”.

Вакцина нового типа

Традиционные профилактические вакцины учат иммунную систему бороться с захватчиками, с которыми она еще не сталкивалась. В-клетки вырабатывают антитела, которые связываются с чужеродными белками, называемыми антигенами, и либо нейтрализуют захватчика напрямую, либо задействуют дополнительную иммунную защиту. Т-клетки-киллеры CD8 уничтожают аномальные клетки, такие как раковые или инфицированные вирусом. Т-клетки-хелперы CD4 координируют этот процесс. Как только угроза ослабевает, подмножество В- и Т-клеток памяти остается начеку, готовое сразиться с тем же захватчиком в будущем.

Многие вакцины направлены на воспроизведение естественного процесса выработки иммунитета без риска заболеть. Обычно они содержат ослабленную версию или фрагменты вируса или другого патогена, которые могут быть распознаны иммунными клетками. На сегодняшний день ни одна из традиционных вакцин-кандидатов не смогла обеспечить адекватную защиту от ВИЧ в ходе крупных испытаний. Одна из причин заключается в том, что у подавляющего большинства людей не вырабатывается сильный естественный иммунитет против ВИЧ.

“Вакцина обычно имитирует естественную иммунную реакцию организма на вирус, что обычно приводит к его уничтожению”, – говорит доктор Энтони Фаучи, бывший директор Национального института аллергии и инфекционных заболеваний США. “Но в случае с ВИЧ это не так. Поэтому вакцина должна вызывать иммунный ответ, который лучше, чем естественный, а это трудно сделать”.

(Узнайте больше о поиске вакцин для профилактики ВИЧ и о том, почему их так трудно изготовить.)

Люди с ВИЧ обычно вырабатывают антитела против вируса, но в основном они нацелены на определенные части организма, которые сильно варьируют, поэтому они не распознают новые вирусные мутации. Более того, сохраненные части вирусной оболочки, которые практически не меняются в процессе эволюции, хорошо скрыты и обычно невидимы для иммунной системы. Только около 15% людей с ВИЧ естественным образом вырабатывают нейтрализующие антитела широкого спектра действия, которые нацелены на эти сохраненные части и распознают несколько штаммов ВИЧ. Однако большинство людей обладают редкими незрелыми В-клетками, которые обладают генетической способностью вырабатывать эти мощные антитела.

Для нацеливания на зародышевую линию используется серия вакцин поэтапного действия, стимулирующих развитие и размножение этих специализированных В-клеток-предшественников, а затем обучающих их продуцировать bNAb. Во-первых, первичная вакцина избирательно рекрутирует жизнеспособные наивные В-клетки, они мигрируют в зародышевые центры в лимфатических узлах для созревания, а последовательность стимуляторов помогает им научиться распознавать правильные мишени и создавать эффективные BNAB.

Как описывают это Сандерс и Мур, “Первоначальный иммуноген, нацеленный на зародышевую линию, запускает нужные наивные В-клетки, соответствующим образом модифицированный второй иммуноген “формирует” В-клетки с памятью, а затем окончательный ‘полирующий’ иммуноген завершает процесс созревания bNAb”. (Этапы придания формы и шлифовки на самом деле могут потребовать многократных повторений вакцинации.)

При естественном иммунном ответе bNAb появляются медленно, по мере того как вирус и хозяин эволюционируют вместе. Ранние антитела стимулируют мутацию вируса, а эти вирусы, в свою очередь, запускают В-клетки для выработки соответствующих антител. Подход, нацеленный на зародышевую линию, направлен на ускорение этого процесса. Используя технологию матричной РНК (мРНК), используемую в вакцинах против COVID-19, ученые могут быстрее производить эти специальные бустерные вакцины.

Нацеливание на зародышевую линию

В 2022 году профессор Уильям Шифф из Исследовательского института Скриппса и его коллеги описали новый иммуноген, получивший название eOD-GT8 60mer, который состоит из 60 копий модифицированной версии белка оболочки gp120 ВИЧ, слитого с вирусоподобной липидной наночастицей. Иммуноген был разработан для активации незрелых В-клеток, которые могут научиться генерировать BNAB, аналогичные VRC01. Первоначально выделенный у человека, который естественным образом контролировал вирус, VRC01 воздействует на сайт связывания CD4 ВИЧ.

“BNAB класса VRC01 обладают рядом преимуществ для стратегий воздействия на зародышевую линию, в том числе тем, что они были многократно выделены от людей с ВИЧ, что означает, что иммунная система человека может воспроизводимо вырабатывать такие антитела”, – утверждают Сандерс и Мур.

В ходе исследования IAVI G001 у всех, кроме одного, из 36 ВИЧ-отрицательных участников, получивших вакцину, содержащую eOD-GT8 60mer, наблюдались желаемые реакции В-клеток-предшественников. После повторной вакцинации эти клетки вырабатывали антитела, обладающие большим сродством к вирусу. Эти результаты “впервые демонстрируют, что можно разработать вакцину, которая выявляет у людей антитела, изготовленные по индивидуальному заказу”, – сказал тогда Шифф. В следующем году исследователи сообщили, что вакцина также стимулировала сильную Т-клеточную реакцию, специфичную для ВИЧ, у большинства участников исследования.

Эти результаты показали, что вакцина-праймер GT8 60mer может запустить процесс производства bNAb. Теперь в двух новых статьях описываются следующие шаги. Чтобы подтолкнуть созревающие В-клетки к выработке желаемых bNAb, они подвергаются воздействию ряда усиливающих иммуногенов, которые все больше и больше напоминают естественные белки оболочки ВИЧ.

В первом исследовании, опубликованном в журнале Science Immunology, исследователи из Scripps и Института Рагона протестировали вакцину, которая содержит мРНК, кодирующую генетические инструкции для eOD-GT8 60mer. Они обнаружили, что первоначальная вакцина активировала В-клетки у мышей, а три различных усиливающих иммуногена стимулировали созревание этих В-клеток-предшественников и выработку BNAB, подобных VRC01.

Во втором исследовании, опубликованном в журнале Science Translational Medicine, команда Скриппса, работающая с учеными из Национального института здравоохранения США, проанализировалаИсследовательский центр вакцин и производитель вакцин Moderna провели испытания первого усилителя иммуногена, получившего название core-g28v2 60mer. У мышей, которым вводили core-g28v2 60mer после первоначального введения eOD-GT8 60mer праймера, уровень bNAbs был ближе к VRC01, чем у мышей, получавших плацебо-бустер. Более того, версия мРНК core-g28v2 60mer нейтрализовала “псевдовирусы”, которые похожи на ВИЧ, но в которых отсутствует молекула сахара, скрывающая сайт связывания с CD4.

В настоящее время проводится первая фаза клинических испытаний (IAVI G002; NCT05001373) праймера eOD-GT8 60mer (который Moderna называет mRNA-1644) и усилителя core-g28v2 60mer (mRNA-1644v2-core) (IAVI G002; NCT05001373).

В двух других исследованиях, опубликованных в журнале Science, описывалась разработка другого иммуногена, получившего название N332-GT5, предназначенного для стимулирования выработки В-клеток, способных продуцировать другой bNAb, называемый BG18. Предыдущие исследования по профилактике и лечению ВИЧ-инфекции показали, что для предотвращения распространения вируса, скорее всего, потребуется комбинирование различных BNAB.

Одна исследовательская группа показала, что праймерная вакцина N332-GT5 активировала В-клетки-предшественники у всех восьми вакцинированных обезьян. Вторая группа ученых показала, что добавление одного из двух новых иммуногенов-бустеров (В11 или В16), особенно если они доставляются с помощью мРНК, способствует дальнейшему созреванию этих В-клеток у мышей, что приводит к получению bNAb с повышенным сродством к ВИЧ.

Вакцина MPER

Тем временем исследователи из Института человеческих вакцин Дьюка сообщили о другой вакцине-кандидате, которая воздействует на обычно скрытую часть оболочки ВИЧ, которая остается стабильной по мере развития вируса. Когда белки оболочки ВИЧ распадаются, готовясь к проникновению в клетку, проксимальная внешняя область мембраны gp41 (MPER) на короткое время обнажается.

В исследовании HVTN 133, проведенном Сетью по испытаниям вакцины против ВИЧ, оценивался модифицированный иммуноген, состоящий из пептидов в липидных наночастицах, предназначенных для обучения В-клеток генерировать BNAB, которые распознают и блокируют MPER.

На прошлогодней научной конференции Международного общества по борьбе со СПИДом, посвященной ВИЧ, доктор Уилтон Уильямс сообщил, что, хотя у большинства участников исследования были хорошие иммунные реакции, у одного человека развилась анафилактическая реакция на полиэтиленгликоль (ПЭГ), содержащийся в вакцине. Исследование было прекращено, и исследователи планируют заменить его препаратом, не содержащим ПЭГ.

Уильямс и его коллеги более подробно описали результаты в Cell. Когда исследование было приостановлено, 15 из 20 здоровых ВИЧ-негативных добровольцев получили две из четырех запланированных доз вакцины, а пятеро – три дозы. У большинства из них после всего лишь двух инъекций были обнаружены антитела, связывающие пептиды MPER, на которые нацелена вакцина. После второй дозы наиболее эффективные BNAB нейтрализовали 15% штаммов ВИЧ 2-го уровня (вирус, который труднее нейтрализовать) и 35% штаммов группы В (наиболее распространенный подтип ВИЧ в Европе и Северной Америке). Более того, В-клетки-предшественники, по-видимому, оставались в состоянии развития, что позволяло им эволюционировать вместе с вирусом.

“Чтобы получить широко нейтрализующее антитело, должен произойти ряд событий, и обычно после заражения проходит несколько лет”, – сказал Уильямс в пресс-релизе Duke. “Задача всегда заключалась в том, чтобы воссоздать необходимые события за более короткий промежуток времени с помощью вакцины. Было очень интересно увидеть, что с помощью этой молекулы вакцины мы действительно можем добиться появления нейтрализующих антител в течение нескольких недель”.

В другой паре исследований, опубликованных в Nature Immunology, команда Скриппса и его коллеги разработали иммуноген-праймер, предназначенный для стимуляции незрелых В-клеток к выработке специфического bNAb, нацеленного на MPER, известного как 10E8, который обеспечивает “исключительно широкую нейтрализацию”. К сожалению, сайт связывания 10E8 на оболочке ВИЧ скрыт в расщелине, что затрудняет доступ антител к нему.

Чтобы научить BNAB проникать в скрытую область, исследователи создали “каркасы” из наночастиц, имитирующие естественную структуру ВИЧ. Вакцины, которые содержали белковые наночастицы, вызывали реакцию В-клеток-предшественников у мышей и обезьян, и наночастицы мРНК также вызывали эту реакцию у мышей. Те же самые иммуногены также индуцировали В-клетки-предшественники, которые могли продуцировать другой bNAb, направленный на gp41, называемый LN01. В-клетки-предшественники 10E8 мигрировали в зародышевые центры у мышей, но вскоре они были вытеснены более высокоаффинными В-клетками-конкурентами. По словам авторов исследования, только один клон-предшественник MPER смог “преодолеть разрыв в сродстве” и обеспечить долгосрочное пребывание зародышевого центра и его созревание.

Заглядывая в будущее

Несмотря на то, что эти результаты многообещающие, они являются первыми шагами в длительном процессе. Как показали предыдущие испытания вакцин, вмешательства, которые срабатывают на мышах и обезьянах, не обязательно распространяются на людей. Исследователи еще не проверили, защищают ли новые вакцины животных, инфицированных ВИЧ или его обезьяноподобным родственником SIV, не говоря уже о том, могут ли они предотвратить заражение ВИЧ на популяционном уровне. И если вакцины действительно действуют на людей, неизвестно, как долго может сохраняться защита.

Более того, испытания вакцин стали более сложными сейчас, когда широко доступна высокоэффективная доконтактная профилактика (ДКП) и все больше людей получают эффективное антиретровирусное лечение с неопределяемой вирусной нагрузкой, что означает, что они не передают вирус. Добавьте к этому тот факт, что сложные схемы вакцинации, требующие многократного введения доз, вряд ли будут осуществимы в реальном мире.

Но, несмотря на то, что широко доступная вакцина для профилактики ВИЧ-инфекции является высокой планкой, это исследование может принести свои плоды и другими способами. Терапевтические вакцины, стимулирующие выработку bNAb, потенциально могут способствовать функциональному излечению или длительной ремиссии после приема антиретровирусных препаратов у людей, живущих с ВИЧ. И полученные знания принесут дивиденды не только в связи с ВИЧ.

“Хотя исследователи вакцины против ВИЧ-1 пока не достигли своих целей, технические разработки в этой области неизменно оказывают более широкое влияние”, – пишут Сандерс и Мур. Эти исследования “иллюстрируют прогресс в рациональной разработке вакцин против ВИЧ-1, нацеленных на ростки, и полученные знания будут использоваться в программах, нацеленных на ростки, для индуцирования bNAb против других патогенов человека, таких как коронавирусы, вирусы гриппа и гепатита С”.

Коттрелл С. и др. Гетерологичная первичная вакцинация способствует раннему созреванию предшественников антител, нейтрализующих ВИЧ, у гуманизированных мышей. Science Translational Medicine, 2024.

Стейхен Дж. М. и др. Введение в вакцину редких предшественников антител, широко нейтрализующих ВИЧ, у нечеловеческих приматов. Science, 2024.

Се Зет и др. Тример-ускорители мРНК-LNP ВИЧ-1 выявляют предшественников антител, нейтрализующих широкий спектр действия. Science, 2024.

Уильямс В.Б. и др. Вакцинная индукция гетерологичных линий В-клеток, нейтрализующих ВИЧ-1, у людей. Cell 187: 2919-2934, 2024 (открытый доступ).

Ray R. и соавт. Различия в сродстве между В-клетками в зародышевых центрах определяют выбор предшественников MPER. Nature Immunology 25 : 1083-1096, 2024 (открытый доступ).

Шиффнер Т. и др. Вакцинация индуцирует выработку антител, в целом нейтрализующих предшественников ВИЧ gp41. Nature Immunology 25: 1073-1082, 2024 (открытый доступ).

Сандерс Р.У. и Мур П. Прогресс в создании иммунитета к ВИЧ-1. Science 384 : 738-739, 2024.

Полное изображение предоставлено Лабораторией дизайна и разработок IAVI. Научный сотрудник Лаборатории проектирования и разработки вакцин против СПИДа в Бруклине, Нью-Йорк, собирает бактерии, зараженные ДНК, в рамках исследований. © 2008, Getty Images для Международной инициативы по созданию вакцин против СПИДа (IAVI). Доступно по адресу www.flickr.com/photos/iavi_flickr/9317043740/ по лицензии Creative Commons CC BY-NC-ND 2.0.