Густаво Фринг (Gustavo Fring)/Пекселс (Pexels)
Завершилось первое испытание иммуногенности вакцины совершенно нового типа, направленное на то, чтобы вызвать реакцию на ВИЧ, которая “лучше, чем у природы”, на людях, с многообещающими результатами.
Вакцина, которая в настоящее время называется eOD-GT8, разрабатывается профессором Уильямом Шиффом и его коллегами из Исследовательского института Скриппса в Калифорнии в сотрудничестве с онкологическим центром Фреда Хатчинсона, Международной инициативой по созданию вакцины против СПИДа, Институтом аллергии и инфекционных заболеваний США и рядом других исследовательских институтов. Фармацевтическая компания Moderna участвует в следующем этапе испытаний, поскольку будет использоваться та же технология вакцинации с использованием мРНК, которую фирма использовала в своей вакцине против SARS-CoV-2.
Цель вакцины – вызвать появление иммунных клеток (В-лимфоцитов), которые в случае заражения ВИЧ наполнят организм широко нейтрализующими антителами (BNAB) типа VRC01. Этот конкретный bNAb обладает способностью нейтрализовать (блокировать) очень специфическую часть белка оболочки ВИЧ, которая необходима для проникновения вируса в клетки CD4.
Проблема в том, что до сих пор bNAbs никогда не вызывались вакциной у людей, а только хронической ВИЧ-инфекцией у меньшинства людей. Это происходит потому, что очень немногие В-лимфоциты обладают встроенной способностью когда-либо создавать эти необычные, “гипермутированные” bNAb с нуля.
Вакцина Scripps использует технологию, называемую “нацеливание на зародышевую линию”, для значительного расширения пула В-лимфоцитов, обладающих необходимыми генами для выработки bNAb, и в текущем исследовании G001 это удалось сделать – замечательный результат, который существенно перестраивает часть иммунной системы реципиентов.
Вакцина eOD-GT8 была разработана для того, чтобы вызвать этот генетический ответ, а не для того, чтобы на самом деле индуцировать bNAbs, и не содержала всех компонентов белка оболочки ВИЧ, которые обычно вызывают реакцию антител. Ожидается, что в будущих испытаниях потенциальная возможность получения BNAB-антител VRC01 станет реальностью благодаря использованию вакцин, еще более тесно связанных с подразделами белка оболочки ВИЧ, которые вызывают наиболее сильную реакцию на bNAb. Они называются эпитопами.
Результаты исследования G001, первого в своем роде, опубликованы в журнале Science. В ходе исследования было установлено, что более высокая из двух доз вакцины вызвала выработку в 550 раз большего количества клеток, способных продуцировать VRC01 bNAb, чем это происходит в природе, а у пациентов, ответивших на вакцину, процент В-клеток в лимфатических узлах, которые имели генетические мутации (называемые VRC01-2*02 или VRC01-2*04), которые были способны продуцировать bNAb, увеличилось до 6,7%, по сравнению со средним показателем в 0,00023% (всего одна клетка на 429 000) у непривитых людей.
Сродство рецепторных молекул, вырабатываемых на поверхности этих клеток, – их чувствительность к эпитопам ВИЧ или к антителам к этим эпитопам – увеличилось в 840 раз по сравнению с клетками, у которых не было мутаций VRC01-2.
Подробнее о предыстории
Для получения более подробной информации о том, почему ВИЧ – это такой сложный вирус для разработки вакцины против ВИЧ, смотрите этот раздел., но, возможно, основная причина заключается в способности ВИЧ быстро мутировать, выходя из-под контроля иммунной системы. В подавляющем большинстве случаев вирус уже выигрывает гонку с иммунной системой, прежде чем та успевает сдвинуться с места.
У некоторых людей со временем вырабатываются антитела, нейтрализующие действие вируса в целом, но они делают это слишком поздно, когда вирус уже выработал способность перехитрить их. Но если бы мы смогли внедрить эту способность в достаточное количество В-лимфоцитов, чтобы они могли вырабатывать bNAb против ВИЧ в тот момент, когда они это увидели, то иммунная система выиграла бы гонку.
Подход, используемый командой Шиффа, не единственный, который пытается это сделать. В рамках подхода, называемого дизайном, ориентированным на эпитопы, исследователи пытаются разработать мультивалентную вакцину, которая распознает как можно больше эпитопов ВИЧ и вырабатывает против них bNAb.
Дизайн, ориентированный на происхождение, перестраивает это. Ученые изучают bNAb у людей, у которых они развиваются при хронической инфекции, выясняют, на какие эпитопы ВИЧ они реагируют, а затем разрабатывают вакцины, стимулирующие выработку вакцин против этих эпитопов.
Проблема обоих этих подходов заключается в том, что существует так мало В-лимфоцитов, обладающих генами, необходимыми для выработки bNAb, что их эффективное количество не вырабатывается.
Таргетинг на зародышевую линию позволяет продвинуться еще на один этап назад и задать вопрос: можем ли мы спроектировать эволюционный иммунный процесс, который начинается с наивных В-лимфоцитов, которые не распознают никаких специфических вирусов, и заканчивается В-клетками памяти, которые могут производить множество разнообразных bNAb в ответ на ВИЧ?
VRC01 был одним из первых широко нейтрализующих антител, обнаруженных в крови человека с длительной ВИЧ-инфекцией. Его структура и активность были определены в 2010 году. В исследованиях с использованием инфузий антител для лечения ВИЧ или профилактики ВИЧ-инфекции, он обладал некоторой эффективностью, но сам по себе был недостаточен для подавления репликации ВИЧ, а его эффективность в профилактике ВИЧ была весьма скромной. Однако иммунная система, настроенная на выработку большого количества VRC01, как только она обнаруживает ВИЧ, может работать лучше.
Причина, по которой исследователи Scripps выбрали VRC01 в качестве bNAb, который они хотели создать, заключается не в том, что он уже использовался, а в том, что клетки, способные его вырабатывать, обладают уникальной генетической характеристикой. Все антитела представляют собой молекулы Y-образной формы. Гены, необходимые для выработки определенного ряда аминокислот (белковых компонентов), которые превращаются в антитело к VRC01, – это либо один, либо оба гена VRC01-2*02 или *04, которые продуцируют “тяжелую цепь” антитела (одно плечо и стержень Y) и любые пять, но не какое-либо другое число аминокислот, образующих “легкую цепь”, другое плечо Y.
Только одна В-клетка из более чем 400 000 естественным образом имеет такую генетическую структуру, и белки оболочки ВИЧ, обнаруживаемые при заражении, по-видимому, не стимулируют эти В-клетки-предшественники ни к специфической пролиферации, ни к выработке bNAb.
Команда Шиффа разработала, основываясь на результатах предыдущих клинических испытаний на мышах, вакцину, которая преимущественно заставляла бы клетки с такой генетической структурой делиться и пролиферировать. Он был разработан не для того, чтобы производить сам VRC01 bNAb, а для того, чтобы производить больше клеток, из которых он состоит.
Это значительно усложнило проведение исследования: измерить количество антител в крови относительно просто, но гораздо сложнее изучить гены в клетках, которые их вырабатывают, и исследователям пришлось использовать для этого несколько способов, включая сортировку клеток с помощью проточная цитометрия и использование ПЦР-анализа РНК и ДНК.
Вакцина и участники исследования
ТоВакцина eOD-GT8 представляет собой вирусоподобную частицу – полую оболочку из белка, отличного от человеческого. Вакцины с использованием вирусоподобных частиц не новы – одной из них является вакцина против ВПЧ, которая предотвращает остроконечные кондиломы, рак шейки матки и анального отверстия. В данном случае белком, отличным от человеческого, является люмазин-синтаза, фермент, обнаруженный в организмах, которые могут вырабатывать свой собственный рибофлавин (витамин В2). Шестьдесят молекул фермента самопроизвольно собираются в полую оболочку, что является частью его функции синтеза. К этому исследователи присоединили 60 молекул белка оболочки ВИЧ, по одной на ферментную единицу, настроенных таким образом, чтобы вызывать пролиферацию в клетках с генетическим профилем VRC01.
Эта вакцина, или плацебо, была введена 48 добровольцам в двух дозах с интервалом в восемь недель; 12 из них получали плацебо, 18 – вакцину в дозе 20 мкг и 18 – вакцину в дозе 100 мкг. К обеим дозам вакцины было добавлено по 50 мкг адъюванта – соединения, усиливающего иммунный ответ на вакцину. В данном случае в качестве адъюванта использовался ASO1B, смесь двух природных соединений, которые помогают вакцине прикрепляться к рецепторам В-лимфоцитов (поверхностным белкам, воспринимающим чужеродные вещества).
Добровольцы были достаточно сбалансированы по гендерному признаку (18 женщин, 24 мужчины) и полу при рождении (четверо мужчин были трансгендерами; ни одна из женщин ими не была, но два добровольца назвали себя гендерно ориентированными или неконформными).
Это американское исследование не было столь сбалансированным по расовому признаку: 33 человека (69%) были классифицированы как белые, из них шестеро – латиноамериканцы, четверо – чернокожие, пятеро – азиаты, трое – представители смешанной расы и один неизвестный. Средний возраст участников составил 30 лет.
У вакцины действительно были некоторые побочные эффекты: больше людей, получавших вакцину, чем людей, получавших плацебо, жаловались на боль в месте инъекции, легкую головную боль, озноб, боли в суставах, легкую лихорадку и недомогание или усталость. Однако частота тяжелых симптомов (3-я степень) была не выше, чем у пациентов, получавших плацебо.
Действие вакцины
Вакцина действительно вызвала общую реакцию у наивных В-клеток, не продуцирующих bNAb, и Т-клеток, что свидетельствует о ее общей иммуногенности (о чем также свидетельствуют побочные эффекты). Количество В-клеток, циркулирующих в крови, увеличилось примерно в тысячу раз. Количество В-клеток в лимфатических узлах, где они подвергаются многократному воздействию чужеродных антигенов и превращаются в клетки памяти, которые распознают специфические антигены, прежде чем вернуться в кровоток, увеличивается в 100 000 и более раз.
Но у них не развились какие-либо специфические для ВИЧ реакции. Это было ожидаемо, поскольку эта первичная вакцина не была разработана для того, чтобы вызывать реакцию непосредственно на ВИЧ, и не содержала поверхностных белков ВИЧ, которые, как известно, обладают прямым иммуногенным действием.
Сильная генерализованная иммунная реакция на белки env ВИЧ на самом деле была бы контрпродуктивной, поскольку она отвлекла бы В-клетки на выработку нейтрализующих антител против ВИЧ, которые не работают. Цель состояла в том, чтобы увеличить популяцию клеток-предшественников, генетическая сигнатура которых показывала, что при использовании более поздней вакцины, содержащей специфический иммуногенный эпитоп ВИЧ, полезная доля вырабатываемых антител будет составлять bNAbs.
Основная цель вакцины – увеличить популяцию В-клеток, способных продуцировать bNAb, была достигнута. Не вдаваясь в подробности, как именно, исследователи рассмотрели три популяции В-лимфоцитов и подсчитали долю, которая имела генетический профиль VRC01. Два из них, циркулирующие в крови и созревающие в лимфатических узлах, вырабатывают наиболее распространенный тип антител – иммуноглобулин G (IgG), который составляет 75% циркулирующих антител. Они также измерили количество клеток в крови, вырабатывающих редкий тип антител – иммуноглобулин D, который образует только 1% антител, но, по-видимому, играет определенную роль в выработке антител другими В-клетками.
В образцах, взятых до вакцинации, исследователи обнаружили у шести участников, у которых можно было идентифицировать клетки-предшественники с профилем VCR01, но буквально только в одной или двух отдельных клетках, что указывает на то, что даже у этих участников только одна из 429 000 В-клеток имела этот признак. После вакцинации они также обнаружили этот признак у двух пациентов, получавших плацебо.
Среди вакцинированных участников клетки VRC01 пролиферировали у всех, кроме одного участника. Оказалось, что у этого участника был необычный генетический признак VRC01, VCR01-2*05/*06, что указывает на то, что, возможно, 2% (преимущественно белых участников из США) могут не реагировать на эту вакцину. Будут ли люди из других частей света иметь разные генетические профили – на этот вопрос еще предстоит ответить.
Через четыре недели после первой вакцинации одна из 10 000 циркулирующих клеток крови у реципиентов, получавших меньшие дозы, и одна из 4500 у реципиентов, получавших более высокие дозы, обладали потенциалом продуцирования VRC01, что в 43 и 94 раза превышает частоту до вакцинации, соответственно.
К 10-й неделе, через две недели после второй вакцинации, одна из 1139 клеток В-памяти у реципиентов, получавших низкие дозы, и одна из 777 у реципиентов, получавших высокие дозы, имели тип предшественника VRC01, что в 377 и 552 раза больше, чем до вакцинации. К восьми неделям после введения второй дозы этот показатель снизился до одной на 3764 и одной на 2019 клеток соответственно.
Важно подчеркнуть, что даже на пике, хотя у всех участников, кроме одного, теперь были В-клетки с рецепторами, которые указывали на то, что они могут продуцировать bNAb при встрече с эпитопами ВИЧ, это по-прежнему составляло всего 0,088% от всех В-клеток памяти. Исследователи надеются, что теперь, когда эти клетки-предшественники были обнаружены, дальнейшие иммунизации вакцинами, которые действительно содержат настоящие эпитопы ВИЧ (в отличие от этой вакцины), позволят получить эффективное количество VRC01 bNAb.
Что касается В-клеток, созревающих в лимфатических узлах, то только примерно у 60% участников наблюдалось увеличение числа В-клеток типа VRC01, созревающих в их лимфатических узлах. Однако среди тех, кто это сделал, количество клеток с геномной сигнатурой VRC01 было примерно в 100 000 раз больше, чем раньше, и до 6,7% всех продуцирующих IgG В-клеток имели генную сигнатуру VRC01.
Многообещающим признаком было то, что в популяции клеток с генами VRC01 наблюдались значительные различия в остальных генах, которые указывают клетке, какие антитела вырабатывать. Эта “поликлональность” указывает на то, что они должны быть способны реагировать на большое разнообразие вариантов ВИЧ.
Чувствительное секвенирование генов также показало, что, несмотря на то, что абсолютное количество клеток VRC01 уже снижалось в течение восьми недель после введения второй вакцины, количество мутаций в клетках с сигнатурой VRC01 продолжало накапливаться, что указывает на возросшую потенциальную возможность получения различных BNAB типа VRC01.
Эти мутации также придают клеткам, продуцирующим bNAb, VRC01 повышенную чувствительность к типичным эпитопам белка env ВИЧ, что указывает не только на увеличение количества bNAb-клеток, которые могут образовываться в ответ на воздействие ВИЧ, но и на их чувствительность. Через три недели после первой вакцинации сродство В-клеточных рецепторов к эпитопам env ВИЧ в клетках типа VCR01 было в 840 раз выше (то есть в 840 раз меньше белок env вызвал бы реакцию, большую, чем та, которая вызвала бы реакцию в клетках, не содержащих VRC01), а через три недели после второй – в 32 400 раз большую.
Это важно, поскольку предполагает, что, хотя изначально В-клетки, продуцирующие VRC01, могут составлять меньшинство, их продукция bNAb не будет вытеснена большинством клеток, продуцирующих неэффективные, не нейтрализующие антитела, от которых ВИЧ может легко мутировать.
Можно ли превратить это в настоящую вакцину?
В комментарии к исследовательской работе профессор Пенни Мур из Южноафриканского национального института инфекционных заболеваний, которая сама является известным исследователем вакцин против ВИЧ, приветствует это как первое доказательство очень сложной концепции.
Она отмечает, что исследование необходимо повторить с участием участников из других регионов и этнических групп, а также что исследования необходимо проводить с вакцинами, которые расширяют популяции клеток, способных продуцировать другие BNAB, обладающие большей активностью, чем VRC01, и которые нацелены на части белка оболочки ВИЧ, отличные от сайта связывания CD4. Это может быть сложнее, поскольку другие bNAb получены из клеток с менее специфичными генетическими признаками.
Однако основная проблема заключается в том, что это только первый шаг в разработке концепции вакцины. Следующим шагом будет последовательная вакцинация людей серией вакцин, содержащих эпитопы, все более близкие к реальным белкам env вируса ВИЧ.
Вопрос о том, как это можно сделать, остается открытым. Вакцина, содержащая многочисленные эпитопы ВИЧ, возможно, требует большого объема, а также сопряжена с риском того, что она может подавить иммунную систему и вызвать массированную, но неспецифическую реакцию, которая может быть не только небезопасной, но и не сработать против ВИЧ. Альтернативой является введение людям длинного набора вакцин с целью “подтолкнуть” иммунную систему к выработке bNAb, но это было бы сложно с точки зрения логистики и клиники.
Один из возможных ответов заключается в том, чтов вакцинах следующего этапа, нацеленных на зародышевую линию, в испытаниях G002 и других, будут использоваться вакцины на основе мРНК, а не вирусоподобные частицы. Они будут указывать клеткам создавать свои собственные частицы, а не вводить их напрямую. Это означает, что в меньшую дозу вакцины можно было бы вложить несколько различных инструкций, а также что производство различных прививок должно быть проще. Испытание G003 проводится в Руанде и Южной Африке, что может дать ответ на вопрос о том, работает ли вакцина, разработанная для выявления VRC01-, так же эффективно среди населения Африки.
По сути, то, что сделали исследователи Scripps, – это создали значительную популяцию клеток, по крайней мере потенциально способных вырабатывать один конкретный тип bNAb, который раньше был незначительным. Идея, если использовать метафору, в гонке “заяц против черепахи”, в которой ВИЧ противостоит иммунной системе, состоит в том, чтобы снабдить черепаху реактивным ранцем, чтобы заяц нашел его на финишной прямой.
Шифф и его коллеги комментируют, что они достигли “беспрецедентного уровня контроля над специфичностью иммунных реакций”, который может “ознаменовать новую эру разработки высокоточных вакцин против ВИЧ и других патогенов”. Другими словами, хотя превратить эту первичную вакцину в полноценный эффективный курс вакцин для первичной и усиленной вакцинации по-прежнему может быть непросто, научный подход, который она использует, имеет огромное значение для разработки более сложных вакцин в целом.
Рекомендации
Леггат Д.Дж., Коэн К.У., Шифф Р.Р. и др. Вакцинация индуцирует у людей антитела, нейтрализующие ВИЧ в широком смысле этого слова. Science, 378(6623): предварительная публикация, 2 декабря 2022 г.
www.doi.org/10.1126/science.add6502.
Мур, ПЛ. В результате вакцинации образуются редкие антитела к ВИЧ. Science 378 (6623): 949-950, 2 декабря 2022.
