Имунизация срещу грип в контекста на съществуващ имунитет

Въпреки че развиваме имунитет срещу грип от ранна възраст, той е недостатъчен за предотвратяване на бъдеща инфекция с антигенно нови щамове. Един предложен начин за генериране на дългосрочен защитен имунитет срещу широк спектър от грипни вирусни щамове е да се засилят отговорите към запазените епитопи върху хемаглутинина, основният повърхностен гликопротеин на грипния вирус. Специфичният за грип хуморален имунитет съставлява голяма част от общата имунна памет при хората и отдавна е признато, че съществуващият имунитет към грип оформя отговора на последващи грипни инфекции и ваксинации. Въпреки това, механизмите, чрез които съществуващият имунитет модулира отговора на ваксинацията срещу грип, все още не са напълно разбрани. Използвайки набор от математически модели, ние изследваме няколко хипотези, които могат да допринесат за намаленото стимулиране на антитела към запазени епитопи след многократни ваксинации.

cistanche tubulosa - подобряват имунната система

С изключение на силно имунокомпрометирани индивиди и силно изолирани популации на отдалечени острови, никой не е имунологично наивен към грип. Дори бебетата придобиват имунитет, предаден им от техните майки, което може да повлияе на имунния отговор към ваксинация или инфекция (Albrecht et al. 1977; Halasa et al. 2008; Voysey et al. 2017; Willis et al. 2020). При неваксинираните популации се смята, че първата грипна инфекция възниква през първите 5 години от живота (Bodewes et al. 2011). Следователно имунитетът срещу грип се установява рано в живота и генерира дълготраен имунитет към заразяващия щам. Например, възрастните хора са били до голяма степен защитени от инфекция от пандемичния щам H1N1 от 2009 г. (Центрове за заболявания и превенция 2009 г.) и се предполага, че това се дължи на повишени титри на кръстосано реактивни антитела, предизвикани от антигенно подобни щамове H1N1, които циркулират повече отколкото 60 години по-рано (Hancock et al. 2009; Skountzou et al. 2010). Така имунитетът срещу грип може да продължи няколко десетилетия. Въпреки това можем да бъдем повторно заразени с грип многократно, тъй като вирусът постоянно мутира и се пренарежда, за да избегне предварително установения имунитет. Изчислено е, че неваксинираните лица се заразяват с нов щам на грип на всеки 3–7 години (Kucharski et al. 2015).

Има два начина, по които циркулиращите грипни щамове се променят с времето. Антигенният дрейф възниква от постепенното натрупване на мутации в гликопротеина хемаглутинин (HA) и невраминидаза (NA), които са основните антигени на повърхността на вируса. Антигенно преместените вирусни щамове могат да избегнат антитела, предизвикани след инфекция с предишни щамове, като по този начин позволяват на пренесения вирус да се разпространи в популацията. Антигенният дрейф е отговорен за сезонните огнища на грип и изисква периодично преформулиране на ваксината. Антигенните промени до голяма степен възникват от реасортирането на зоонотични грипни щамове. Антигенните промени могат да причинят по-тежки пандемии като пандемиите от 1957 г. и 1968 г. на подтипове H2N2 и H3N2. Въпреки че има значително разнообразие в последователностите между щамовете, има някои ограничения върху вариацията на HA протеина. По-специално, мутациите, които причиняват антигенен дрейф, са концентрирани в "главата" на НА (частта, която е най-отдалечена от мембраната), и има по-съхранени области на "стъблото" на молекулата на НА, които могат да предизвикат кръстосани защитни антитела ( Doud и Bloom 2016; Neu et al. 2016). Ефектът на предварително установения имунитет върху имунния отговор към грипна инфекция или ваксинация е главоблъсканица, която вълнува областта на грипа от самото начало. Проучвания, проведени през 50-те години на миналия век, показват, че има ефект от съществуващия имунитет върху последващите имунни отговори на инфекция или ваксинация (Франсис 1955, 1960). За да се усложнят нещата, предварително установеният имунитет срещу грип варира в зависимост от личната история на излагане на грип, която е силно променлива, особено между различните възрастови групи (Linderman et al. 2014; Gostic et al. 2019). Въпреки че последователното излагане на антигенно различни щамове постоянно оформя репертоара на антителата в даден индивид, можем да очакваме засилване на отговорите към запазени епитопи с всяка нова грипна инфекция. В системите с животински модели е доказано, че повишаването на нивото на антитела към запазената област на стъблото на HA осигурява хетеросубтипична защита (Wei et al. 2010; Kanekiyo et al. 2013; Krammer et al. 2013, 2014; Margine и др., 2013 г.; Impagliazzo и др., 2015 г.; Ясин и др., 2015 г.). По подобен начин има доказателства при хора, които предполагат, че антитела, предизвикани от отговори на вирусни подтипове в даден клас, могат да осигурят ограничена защита на други вируси в същия клас (но не непременно на вируси в различен клас) (Gostic et al. 2016). Един отдавнашен въпрос е защо повтарящите се противогрипни ваксинации и инфекции не повишават титрите на кръстосано реактивни антитела до достатъчни нива за предотвратяване на инфекция. Тук преразглеждаме нашето разбиране за човешкия имунен отговор на ваксинацията срещу грип и как съществуващият имунитет влияе върху отговора на ваксинацията. Обсъждаме данните за степента на отговорите на антителата към различни епитопи на грипа и как те се подсилват от ваксинацията. След това разглеждаме как могат да се използват прости математически модели, за да се разберат факторите, допринасящи за ефекта, който съществуващият имунитет има върху усилването на хуморалните имунни отговори чрез ваксинация.

cistanche tubulosa - подобряват имунната система

Щракнете тук, за да видите продуктите Cistanche Enhance Imunity

【Попитайте за повече】 Имейл:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

ВИСОК ПРЕДВАРИТЕЛЕН ИМУНИТЕТ КЪМ ГРИП ПРИ ХОРАТА

Здравите възрастни натрупват високи нива на имунитет срещу грипни вируси чрез ваксинации срещу заразяване. Например, антитела IgG, IgA и IgM, реактивни срещу ваксина срещу инфлуенца, са лесно измерими чрез ензимно-свързан имуносорбентен анализ (ELISA) в периферната кръв на здрави възрастни (Фигура 1 ваксиноспецифични В клетки на паметта (MBCs) отчитат ~ 1% от IgG МВС в кръвта. Това е значително по-високо, отколкото се установява за други обичайни антигени на ваксината, като паротит, морбили, рубеола или вирус на варицела-зостер (VZV) (фиг. 1B, C; Rasheed et al. 2019; Eberhardt et al. 2020). Освен това специфичните за грипната ваксина плазмени клетки представляват ~1% от общите IgG плазмени клетки в костния мозък (фиг. 1D; Davis et al. 2020; Eberhardt et al. 2020). Това може да бъде подценяване поради най-малко две причини: може да има допълнителни грипно-реактивни МВС и дългоживеещи плазмени клетки към други грипни антигени, които не са включени в тези анализи, и ние не откриваме отговорите на предишни щамове, кръстосано реактивни с текущата ваксина щамове.

Поради непрекъснатото пренареждане на асортимента на циркулиращи грипни щамове, с течение на времето възникват нови епитопи, предимно в главата на НА, и тези промени позволяват на вируса да избяга въпреки съществуващия имунитет. По този начин, за да подобрим ефективността на ваксината, трябва да разберем по-добре как съществуващият имунитет влияе върху способността да се стимулират кръстосано реактивни епитопи и да се генерират антитела към нови епитопи на циркулиращия в момента вирус.

РЕАКЦИИ НА ИЗВИКВАНЕ НА ПАМЕТТА СЛЕД ВАКСИНАЦИЯ

По-рано беше описано, че има преходно увеличение на броя на плазмобластите в периферната кръв около 7-ия ден след ваксинация или след инфекция (Wrammert et al. 2011; Li et al. 2012; Ellebedy et al. 2016). Тази клетъчна популация е специфична за спецификация на ларгантиген и соматично мутирала, което предполага, че произлиза от популация от памет, която бързо се активира при повторно излагане на кръстосано реактивни антигени. След първична ваксинация или инфекция със силно различен грипен щам, като например пандемичния щам H1N1 от 2009 г. или щам H5N1 от 2005 г., по-голямата част от тези плазмобласти са специфични за по-високо запазената стволова област на НА (Wrammert et al. 2011; Li et al. 2012; Ellebedy и др. 2014). Това вероятно е резултат от високата честота на стволово-специфични MBCs, специфични за crosstie, и ниска честота на B клетки в главата на новия грипен HA (поради ниската хомология на последователността между HA главата на новия пандемичен и сезонен грипен щам- честотата на прекурсорите на разширените MBC клонинги в сравнение с наивните В клетки дава предимство на В клетките на паметта по време на отговор на припомняне Освен това, поради предишна соматична хипермутация, MBC B-клетъчните рецептори също се очаква да имат по-висока антигенност за антиген, отколкото наивните В клетки ( Eisen et al. 1969) Селективното припомняне на кръстосано реактивни MBCs, а не изключителното активиране на наивни В клетки, вероятно допринася за наблюдението на "първоначалния антигенен грях" (OAS) (Francis 1955, 1960), при който имунният отговор е изкривен към кръстосано реактивни епитопи, които могат да имат по-нисък афинитет към антигенно дрейфиращия щам.

Фигура 1. Възрастните имат високи нива на съществуващ имунитет срещу грип. Титрите на реактивни IgG, IgA и IgM антитела срещу грипна ваксина са измерени при здрави възрастни хора чрез ELISA (n=38) (A). Честотата на антиген-специфичните В-клетки на паметта, специфични за паротит, морбили, рубеола и грип (B), или VZV и грип (C), бяха измерени чрез стимулиране на PBMCs и количествено определяне чрез ELISpot, както е описано по-горе (Rasheed et al. 2019; Eberhardt и др. 2020). VZV и грипно-специфични IgG плазмени клетки от костен мозък се определят количествено чрез ELISpot и се нанасят като процент от общите IgG-секретиращи плазмени клетки от костен мозък (D).

ПРЕДВАРИТЕЛНО СЪЩЕСТВУВАЩИТЕ ТИТРИ НА АНТИТЕЛА ВЛИЯЯТ НА МАГНИТУДАТА НА ОТГОВОРА

Въпреки предимствата на припомнянето на паметта след имунизация, има и доказателства за намеса в имунния отговор от съществуваща памет. Обикновено индивиди с високи съществуващи титри на кръстосано реактивни антитела имат значително намален пик в броя на циркулиращите антиген-специфични плазмобласти след ваксинация срещу грип (Ellebedy et al. 2020). Индивиди с по-високи съществуващи титри на антитела също имат намалено повишаване на титрите на антитела след ваксинация (Ellebedy et al. 2014, 2020). Следователно индивидуалните имунни отговори могат да бъдат модулирани от съществуващия титър на антитела на индивида и тъй като титрите на антитела срещу грип намаляват с течение на времето, степента на модулация може да се промени с времето. Това стана очевидно от имунните отговори на ваксинацията срещу грип при лица, които се ваксинират ежегодно, в сравнение с лица, които са пропуснали ваксинацията срещу грип в продължение на най-малко 3 години. Фигура 2 показва отговора на ваксинацията срещу сезонен грип при тези две групи хора. Фигура 2А показва връзката между титрите на антителата преди и след ваксинацията. Преди ваксинацията титрите на антителата са били значително по-ниски при индивиди, които са пропуснали ваксинация срещу грип за най-малко 3 години (отворени квадратчета) в сравнение с индивиди, които са получили ваксинация срещу грип предходната година (попълнени квадратчета). Ако титрите на антителата останат непроменени след ваксинацията, точките от данни ще попаднат на линията с наклон=1 (пунктирана линия). Увеличаването на титрите на антителата след ваксинация би поставило точките над тази линия. Ако съществуващите титри на антитела не влияят на усилването, бихме очаквали точките да се подредят успоредно на пунктираната линия. Въпреки това, най-доброто прилягане (плътна линия) има наклон, по-малък от единица (най-малки квадрати; наклон=0.45; 95% CI=[0.37;0.68]), което показва, че индивиди с по-ниско предварително съществуващо антитяло титрите имат значително по-високо усилване, както може да се види от увеличеното разстояние над пунктираната линия. Фигура 2B показва съответната връзка между титъра на антителата преди ваксинацията и големината на усилването, дефинирано като кратно увеличение на титъра на антителата, за отговорите в групите "пропуснати" (незакрити квадратчета) и "годишни" (запълнени квадратчета). Кратното увеличение (т.е. многократно усилване) на отговора на антитялото намалява с увеличаване на съответния титър на антитяло преди ваксинацията. Фигура 2C показва как честотата на MBC и съществуващите антитела могат да модулират тези отговори. При ниски нива на съществуващ имунитет, реактивирането на кръстосано реактивни В-клетки на паметта се превръща в доминиращ фактор, определящ отговора, докато при високи нива на съществуващ имунитет, отрицателната обратна връзка от кръстосано реактивното антитяло може да допринесе за намаляване на цялостния отговор.

cistanche tubulosa - подобряват имунната система

ПОВИШАВАНЕ НА ОТГОВОРИТЕ КЪМ РАЗЛИЧНИ ЕПИТОПИ

Имунните отговори към различни епитопи след ваксинация могат да бъдат повлияни от баланса на предварително съществуващите В клетки на паметта и съществуващите титри на антитела към тези епитопи. Например, след първична имунизация с нов щам H5N1, специфичността на антителата, предизвикани от ваксинацията, е предимно изкривена към по-широко кръстосано реактивните стволови специфични епитопи. Това е резултат от по-големия брой предварително съществуващи стволови специфични MBCs, предизвикани от предишна експозиция на H1N1, които споделят кръстосано реактивни стволови епитопи, и липсата на предварително съществуваща памет за новия домейн на H5 главата. Въпреки това, след вторична експозиция на щама H5N1 чрез бустер ваксинация, имунният отговор е силно изкривен към отговорите на специфични за главата антитела, докато титрите на специфични за стеблото антитела остават до голяма степен непроменени. Един потенциален механизъм за доминиране на антитела, специфични за глави на HA, спрямо специфични за стеблото след вторична ваксинация срещу H5N1 е, че високите титри на специфични за стеблото антитела пречат на реакцията на припомняне на паметта. Фигура 3 показва отговора на антитялото към главата и стъблото след имунизация със сезонна тривалентна противогрипна ваксина (TIV) (Фигура 3A, D), висока доза от нов щам H5N1 (Фигура 3B, E) и ниска доза от щам H5N1 с добавени адювант (фиг. 3C, F). Подобно на данните за пропуснати спрямо годишни ваксини (фиг. 2), кратното усилване на отговора на антитялото към главата или стъблото на НА е в отрицателна корелация с титрите на антитела преди ваксинацията към тези епитопи. В случай на ваксинация със сезонна TIV (фиг. 3A), предваксинационните титри на антителата както към HA стеблото, така и към HA главата на H1N1 се припокриват. В този случай, в който съществуващите титри на реактивни антитела на стеблото и главата са сходни, кратното усилване на титрите на антителата е сходно, независимо от специфичността на епитопа и корелира с титрите преди ваксинацията (Фиг. 3D). В случай на вторична ваксинация с новия щам H5N1 (фиг. 3B, C), имаше по-високи нива на антитела към стъблото, отколкото към главата на HA (и няма индивиди с много ниски титри към стъблото). В този случай, повишаването на титрите на антитялото беше изкривено към домейна на главата на НА, който показва значително по-ниски титри преди ваксинация.

Фигура 2. Повишаване на антителата след ваксинация срещу грип. Титрите на антиген-свързващите антитела на ваксината срещу грип са измерени чрез ELISA преди и 14 дни след ваксинацията при индивиди, които са били ваксинирани предходната година (годишно), и тези, които са пропуснали ваксинацията срещу грип за най-малко 3 години (пропуснати). (A) Връзката между титрите на антителата преди и след ваксинацията. (B) Връзката между кратното увеличение на титрите на антителата и титрите преди ваксинацията. (C) Схематично очертаващо как съществуващи MBCs и титри на антитела могат да повлияят на реакцията на припомняне след ваксинация срещу сезонен грип.

Фигура 3. Отговори на антитела към главата и стеблото на хемаглутинин (HA). Повишаване на HA антитела, специфични за главата и стъблото след ваксинация с инактивиран H1N1 (от сезонна тривалентна противогрипна ваксина [TIV], [A, D], висока доза H5N1 [B, E] и ниска доза H5N1 с адювант [C , F]). За H5N1 използваме данните от усилващата ваксинация (вижте също фиг. 6). (A–C) Графика на титрите на антитела след спрямо преди ваксинация. Ако титрите на антителата останат непроменени след ваксинацията, точките от данни ще попаднат на линията с наклон=1 (пунктирана линия). Най-подходящата линия (плътна линия, наклон < 1) показва, че има повече усилване, когато първоначалните титри са ниски. (D–F) Имунитетът преди ваксинация намалява усилването и връзката е приблизително линейна на логаритмична диаграма. (Панели, създадени с данни от Ellebedy et al. 2014, 2020.)

МОДЕЛИРАНЕ НА ОТГОВОРИТЕ КЪМ ГЛАВАТА И СТЪБЛОТО НА HA

Математическите модели на хуморалния имунен отговор могат да се използват за изследване на различни хипотези за това как съществуващи В клетки на паметта и антитела влияят върху усилването на отговорите към различни епитопи след имунизация. Фигура 4 показва описан по-рано прост модел с два епитопа, който се фокусира върху епитопите на главата и стъблото на НА и техните взаимодействия с В клетки и антитела, специфични за тези епитопи (Zarnitsyna et al. 2016). Фигура 4А показва схема за основен модел на хуморален имунен отговор ("основен" модел) и неговите три модификации, отразяващи три допълнителни механизма (цветно кодирани). В основния модел антиген-специфичните В клетки се стимулират от антигена, претърпяват клонална експанзия и произвеждат антитела. Стимулирането на специфични В клетки продължава, докато целият антиген се разпадне. В основния модел кратното увеличение на титрите на антителата е независимо от титрите преди ваксинацията. Има няколко начина, по които съществуващи антитела могат да намалят реакциите на припомняне (Zarnitsyna et al. 2016). Моделът за изчистване на антиген (ACM) предполага, че съществуващите антитела причиняват по-бързо изчистване на антигена, намалявайки времето за взаимодействие на В-клетките с него и по този начин водейки до по-малко разширяване на В-клетките и по-малко генерирано антитяло. Моделът на медиирано от Fc рецептор инхибиране (FIM) предполага, че съществуващите антитела образуват инхибиторни имунни комплекси, които намаляват активирането на антиген-специфични В клетки чрез кръстосано свързване на В-клетъчен рецептор, свързан с антигенния епитоп и В-клетъчен Fc RIIB, свързан с Fc част от антитялото в имунния комплекс (Nimmerjahn and Ravetch 2010). Моделът за маскиране на епитоп (EMM) предполага, че съществуващи антитела и В клетки, специфични за същия епитоп, ще се конкурират за свързване с този епитоп върху антигена и той инхибира пролиферацията на епитоп-специфични В клетки. Това се случва в резултат на физически ограничения, свързани с размера на антителата и не засяга свързването и пролиферацията на В клетки, специфични за други епитопи, които са пространствено отдалечени. За разлика от модела ACM, при който антигенът се отстранява по-бързо чрез свързване с антитялото, в модела EMM, производството на антитела се регулира надолу въпреки продължаващото присъствие на антиген. Когато се разглежда прост модел с два епитопа с отговори към главата и стеблото на HA (фиг. 4B), антигенът може да бъде в четири състояния и състоянията се определят чрез свързване на антитяло към главата и/или стеблото. Свободният антиген се нарича HS, докато OS, HO и OO представляват антигени с антитела, свързани съответно с H (главен епитоп), S (стволов епитоп) или и двата епитопа.

Фигура 4. Схема за математически модели за обяснение на намаленото усилване на отговорите на антитела. (A) Схема за основния модел с един епитоп и неговите три модификации, включващи три различни механизма: подобрен клирънс на антиген, свързан с антитела (ACM, в зелено), Fc R-медиирано инхибиране (FIM, в синьо) и маскиране на епитоп (EMM , в оранжево). (B) Моделът с един епитоп се разширява до модел с два епитопа чрез включване на един епитоп в главата на HA (H) и един епитоп в стеблото на HA (S). Свързването на специфично за главата антитяло (AH) и специфично за стеблото антитяло (AS) определя четири възможни състояния на антигена: свободен антиген без свързано антитяло (HS), антиген, свързан от антитяло към главата (OS), антиген, свързан с антитяло към стъблото (HO) и антиген, свързан от двете антитела (OO).

Фигура 5. Дискриминация на модела. (A) Моделни прогнози за основния модел и неговите модификации, включващи три различни механизма: клирънс на антиген (ACM), медиирано от Fc-рецептор инхибиране на B-клетъчно активиране (FIM) и маскиране на епитоп (EMM). Използвайки модел с два епитопа, ние прогнозираме как различните нива на антитела, специфични за главата и стеблото преди ваксинация, влияят върху повишаването на титрите на антителата към главата и стеблото на НА. Десет различни набора от различни титри на антитяло в главата и стеблото преди ваксинация (имитиращи 10 различни индивида) бяха използвани за прогнозиране на кратното усилване след ваксинация в титрите на антитела. Отговорите на главата (червен кръг) и стеблото (син триъгълник) във всеки индивид са свързани с линия. (B) Съответните графики от три експериментални изследвания. (C) Схема, илюстрираща как В-клетките и антителата на паметта преди ваксинацията влияят на отговорите на първичните и усилващите ваксинации с новата пандемия H5N1. Високата честота на предваксиниране на стволови специфични В клетки на паметта определя първичния отговор със силно припомняне на стволови специфични антитела. Въпреки това, повишените титри на стволови специфични антитела след първата ваксинация срещу H5N1 потискат по-нататъшното усилване на стволови специфични антитела след вторичната ваксинация. Вместо това, новосъздадените антитела след втората ваксинация са предимно специфични за главата.

Трите механизма, включени в моделите ACM, FIM и EMM, биха могли всеки да обяснят намаляването на усилването на гънката на антителата поради предварително съществуващи антитела, но открихме, че моделите с два епитопа правят различни прогнози, ако сравним реакциите към главата и стеблото на HA за всеки индивид зависи от титрите преди ваксинация към главата и стеблото (фиг. 5A; Zarnitsyna et al. 2016). За всеки индивид приемаме различни първоначални нива на антитяло към главата (червени кръгове) и към стъблото (сини триъгълници) и свързваме прогнозираните отговори към главата и стъблото на даден индивид след ваксинация с линия. Показани са резултатите от усилване за 10 различни начални условия, смесващи високи и ниски начални титри на антитела за главата и стъблото. Базовият модел предвижда, че подсилването ще бъде независимо от нивото на съществуващ имунитет и следователно всички линии са хоризонтални и на една и съща височина. Моделът ACM прогнозира, че клирънсът на антигена засяга еднакво отговорите към главата и стеблото, тъй като свързването на антитела към всеки епитоп ще премахне целия антиген. По този начин линиите са успоредни и техните височини се определят от общите предварително съществуващи титри на антитела във всеки индивид. В модела FIM, свързването на комплекси антитяло-антиген (чрез Fc частта на антитялото) към Fc RIIB върху В клетка води до инхибиране на В-клетъчното активиране, независимо от неговата епитопна специфичност. Моделът FIM прогнозира, че съществуващото антитяло към който и да е епитоп по подобен начин влияе върху генерирането на отговорите както към главата, така и към стеблото на НА и по този начин линиите за всеки индивид са хоризонтални. Моделът EMM предполага, че съществуващият имунитет засяга само отговора към свързания с антитялото епитоп, а специфичните за главата и стъблото отговори могат да бъдат подсилени с различни количества в зависимост от техните титри на антитяло преди ваксинацията. Повече съществуващи антитела към даден епитоп биха довели до повече маскиране и по-малко усилване на отговора към този епитоп, а моделът EMM прогнозира, че линиите, свързващи отговорите към главата и стеблото за всички индивиди, попадат по диагонал с отрицателен наклон. Сега сравняваме прогнозите на моделите с данни от три проучвания за ваксини, при които индивиди са били ваксинирани с НА от H1N1 и H5N1 (данните на Фиг. 3). Експерименталните данни бяха повторно анализирани, за да се генерира диаграма, подобна на тази на Фигура 5А чрез свързване на отговорите на антитялото към главата и стеблото на НА с линия за всеки индивид. И за трите проучвания за ваксинация, линиите, свързващи реакциите към главата и стъблото при всеки индивид (тънки линии) и средна линия, използваща всички данни (дебела линия), са показани на Фигура 5B. Откриваме, че средната стойност на наклоните от линиите на тънкия индивид (не е показана) е значително различна от нула. Това предполага, че отговорите към главата и стъблото се засилват в различна степен при всеки индивид и следователно е несъвместимо с моделите ACM и FIM, при които инхибирането на специфичните за главата и стъблото реакции се предвижда да бъде подобно. Напротив, осредненият наклон не се различава значително от наклона на прилягане към всички данни (дебела линия), поддържащи модела EMM.

cistanche tubulosa - подобряват имунната система

Моделът EMM предполага, че отговорите към главата и стеблото на НА се генерират независимо и съществуващите титри към главата не биха повлияли на усилването на антитела към стеблото (и обратно). Бихме искали да отбележим, че и в трите разглеждани проучвания за ваксинация първоначалното ниво на антитела срещу новата глава е относително ниско. В този случай не очакваме голяма интерференция между антителата и В-клетките, свързващи се с епитопите на главата с усилване на отговорите към епитопите на стъблото на НА и не открихме значима корелация между първоначалния титър на главата- специфично антитяло и кратно усилване на специфично за стеблото антитяло в тези проучвания. Въпреки това, това предположение може да не е вярно в случай на високи предварително съществуващи антитела, специфични за главата, и приносите на различните механизми, описани от моделите ACM, FIM и EMM, върху отговорите на припомняне в различни сценарии, например след повторна сезонна ваксинация или инфекция, все още не е установено.

ОТГОВОРИ НА АНТИТЕЛА СЪМ СТЪБЛОТО НА HA ПО ВРЕМЕ НА ПЪРВИ И БУСТ ВАКСИНАЦИЯ H5N1

Един от оставащите въпроси е защо отговорът към стеблото на HA е бил подсилен по време на първичната ваксинация, но не и при вторичната ваксинация с H5N1 (Ellebedy et al. 2014, 2020). Ние използваме изследването на ваксината H5N1 с адювант като пример, тъй като то генерира по-силен общ отговор. Фигура 6 показва кратното усилване на антителата към стеблото на HA спрямо титрите преди ваксинация както за първичната, така и за буст ваксинациите с адювант H5N1. Първоначалните титри на антитела към стъблото преди първичната ваксинация са по-ниски в сравнение с първоначалните титри преди вторичната ваксинация и това потенциално обяснява относително голямото усилване по време на първичната ваксинация и ограниченото усилване по време на вторичната ваксинация. Това е подобно на реакцията на годишните и пропуснатите ваксинации, показани на Фигура 2, при които лица, които са били ваксинирани по-скоро и са имали по-високи съществуващи титри на антитела, са имали намалено кратно повишаване на титрите на антитела.

ДИСКУСИЯ

Грипът е патоген, който проявява широка вариация на щама. Това му позволява да заразява индивиди многократно, като всеки път оформя и модулира специфичната за грипа имунна памет. В резултат на това нивото на имунитет срещу грип при хората е поразително високо, като специфичните за грипа МВС обикновено съставляват поне 1% от общите циркулиращи МВС. Това е значително по-високо от честотата на MBCs, специфични за други често използвани антигени на детската ваксина (фиг. 1). Въпреки високото ниво на придобит имунитет, имунните отговори към запазените епитопи на вируса са недостатъчни за предотвратяване на нови инфекции. Тук анализираме три проучвания за ваксини, при които имунитетът срещу грип е бил подсилен с нови пандемични щамове с цел да разберем как съществуващият имунитет модулира отговорите на антителата към консервативните епитопи върху стеблото на НА. Съществуващият имунитет включва както В-клетки на паметта, така и антитела, и въпреки че повишената честота на В-клетките на паметта може да е от полза за вторичния отговор, отрицателната обратна връзка от антителата може да го ограничи. Ние откриваме, че индивиди с високи предварително съществуващи титри на кръстосано реактивни антитела имат отговор с по-ниска степен на ваксинация с намален отговор на припомняне въпреки високите нива на предварително установена честота на MBC (Фигури 1 и 2). С помощта на математически модели анализирахме приноса на различни фактори като честота на MBC, титри на антитела преди ваксинация, повишен клирънс на антиген, свързан с антитялото в сравнение със свободния антиген, инхибиране на В-клетъчното активиране чрез свързване на имунни комплекси антитяло-антиген към инхибиторни рецептори върху В клетки и маскиране на епитоп върху антигена от антитяло за припомняне на отговорите след ваксинация (вижте схематични модели на Фиг. 4).

Фигура 6. Усилване на отговора на антитялото към стеблото на НА по време на първичната ваксинация с адювантна H5N1 ваксина и липса на усилване след усилващата ваксинация. Запълнените триъгълници и отворените триъгълници са отговорите на стеблото на НА след първична и усилваща ваксинации, съответно. Имунитетът преди ваксинация намалява усилването и връзката е приблизително линейна на логаритмична графика. (Фигурата е създадена от данни в Ellebedy et al. 2020 г.)

В случай на първичен отговор към нови грипни щамове, като например пандемичния щам H1N1 от 2009 г. или силно различаващ се щам H5N1, има ниски титри на предварително съществуващи антитела и по-високи предварително установени кръстосано реактивни HA стволови специфични честоти на MBC в сравнение с HA специфични за главата MBCs. По този начин, в отговор на първична инфекция или ваксинация с тези нови щамове, има силен отговор на припомняне на кръстосано реактивни HA стволови специфични антитела. Интересно е, че при вторична експозиция на щама H5N1, отговорът на антитялото е предимно изкривен към епитопите на главата на НА, а не към епитопите на ствола на НА (Фигури 3 и 5). Ние предполагаме, че това се дължи на високите предварително съществуващи титри на стволови реактивни антитела на HA по време на вторичната ваксинация (фиг. 5C) и изследваме три различни механизма, които могат да доведат до намаляване на отговора, използвайки прости математически модели (фиг. 4 и 5). Открихме, че моделът на маскиране на епитоп най-точно рекапитулира данните в сценария на отговор на нов пандемичен щам. Отбелязваме, че други разглеждани механизми, като антитяло-усилен антигенен клирънс и инхибиране на В-клетъчно активиране чрез задействане на инхибиторни рецептори на В-клетки от комплекси антиген-антитяло, могат до голяма степен да определят отговорите на припомняне при различни сценарии на ваксинация и инфекция. Фактът, че отговорът на антителата е изкривен към специфичности, които не са толкова разпространени в репертоара на антителата по време на вторичната ваксинация срещу H5N1, може да бъде благоприятен резултат от маскирането на епитопи, тъй като разширява имунния репертоар.

Използвахме прост модел с два епитопа с един епитоп на главата и един епитоп на стъблото на HA, за да направим прогнози за моделна дискриминация. Установено е, че HA има множество епитопи на главата и по-малко епитопи на стъблото (Caton et al. 1982; Das et al. 2013). Включването на множество епитопи на главата на НА в модела би изисквало разглеждане на пространствена интерференция. Стеричната интерференция възниква от сравнимия размер на молекулите на НА и антитялото и близостта на главните епитопи. Стеричната интерференция е била предложена по-рано в контекста на ефективността на неутрализация на епитопите (Ndifon et al. 2009) и е подкрепена от стехиометрични изследвания на свързването на антитела към главата на HA върху интактния вирус (Taylor et al. 1987; Тейлър и Димок 1994). Можем да въведем параметър, който дефинира пространствена интерференция, така че антитяло, свързано към главен епитоп, не само блокира свързването на допълнителни антитяло или B-клетъчни рецептори към същия епитоп, но също така инхибира свързването към близките епитопи в главата на НА. Ние показахме, че мултиепитопните модели с допълнителни епитопи на главата на HA и които отчитат пространствената интерференция между епитопите на главата, генерират динамика и прогнози, подобни на двуепитопните модели, показани на Фиг. 5 (Zarnitsyna et al. 2016) . В проучванията, описани тук, съществуващите антитела, специфични за главата, са били ниски по време на ваксинацията, тъй като и H1N1, и H5N1 са нови пандемични щамове. Тъй като няма корелация между съществуващите титри на антитела към стеблото и кратното усилване на антитялото към главата, това предполага, че титрите на специфични за стеблото антитела не влияят върху генерирането на отговори към главата на HA (Zarnitsyna et al. 2016) . В случай на сезонни дрейфиращи щамове, бихме очаквали по-високи нива на съществуващ имунитет към главата на НА, а специфичните за главата антитела могат да попречат на свързването на В-клетките към стеблото поради пространствено препятствие. Нашият моделиращ подход може лесно да бъде разширен, за да разгледа асиметричната пространствена интерференция, при която антителата на главата могат да потиснат генерирането на стволови антитела, но не и обратното. Тъй като съответните експериментални данни станат достъпни, това трябва да ни позволи да оценим потенциалната роля на асиметричната пространствена интерференция в повишаването на титрите на стволово-реактивни антитела по време на различни сценарии на имунизация или инфекция с антигенно отклонени щамове.

cistanche tubulosa - подобряват имунната система

Въпреки че повишаването на титрите на антителата в отговор на ваксинацията е много ниско при субекти, получаващи ваксина срещу сезонен грип, които са били многократно ваксинирани, включително годината преди изследването (фиг. 2), годишната ваксинация осигурява значителни ползи. Например, важно е да не се пренебрегва фактът, че въпреки увеличения мащаб на отговора при пропуснатите ваксинирани, постваксинационните титри не надвишават тези на ваксинираните, които са били ваксинирани през предходната година. Освен това, въпреки че реакцията на припомняне на паметта изглежда е ограничена при повторно ваксинирани с високи предварително съществуващи кръстосано реактивни титри на антитела, това не изключва възможността нови специфични за щама антитела да бъдат предизвикани чрез ваксинация. Тъй като големината на специфичността на новите антитела, получени от наивни В-клетки, вероятно ще бъде със значително по-ниски титри в сравнение с високите предварително съществуващи кръстосано реактивни титри на антитела, това може да не увеличи драматично общите титри, но все още може да бъде имунологично значимо в случай на вирусен предизвикателство. Въпреки че има силна отрицателна корелация между съществуващите титри на антитела и степента на повишаване на титрите на кръстосано реактивни антитела, може да има разширяване на специфичността на новите антитела в зародишните центрове. Следователно повторната ваксинация може да повлияе и актуализира цялостния имунен репертоар. Ограниченото усилване на стволови реактивни антитела на НА след вторична H5 ваксинация и на титри на антитела при повторно ваксинирани повдига въпроси относно границите на усилване на кръстосано реактивни антитела. Моделът за маскиране на епитоп прогнозира, че увеличаването на дозата на антигена може да преодолее ограниченото усилване на антителата поради маскирането на епитопите върху антигена от съществуващи антитела (Zarnitsyna et al. 2016). Вероятно ще са необходими допълнителни стратегии като включването на адюванти, нови платформи за ваксини или нови имуногени за по-нататъшно повишаване на титрите на широко кръстосано реактивни антитела.

ПРЕПРАТКИ

Albrecht P, Ennis FA, Saltzman EJ, Krugman S. 1977. Устойчивост на майчиното антитяло при бебета след 12 месеца: механизъм на неуспех на ваксината срещу морбили. J Pediatr 91: 715–718. doi:10.1016/S0022-3476(77)81021-4

Bodewes R, de Mutsert G, van der Klis FR, Ventresca M, Wilks S, Smith DJ, Koopmans M, Fouchier RA, Osterhaus AD, Rimmelzwaan GF. 2011. Разпространение на антитела срещу сезонни грипни вируси А и В при деца в Холандия. Clin Vaccine Immunol 18: 469–476. doi:10.1128/CVI.00396-10

Caton AJ, Brownlee GG, Yewdell JW, Gerhard W. 1982. Антигенната структура на хемаглутинина на грипния вирус A/PR/8/34 (H1 подтип). Клетка 31: 417–427. doi:10.1016/ 0092-8674(82)90135-0

Центрове за контрол и превенция на заболяванията (CDC). 2009. Серумен отговор на кръстосано реактивно антитяло към нов грипен вирус A (H1N1) след ваксинация със сезонна ваксина срещу грип. MMWR Morb Mortal Wkly Rep 58: 521– 524.

Das SR, Hensley SE, Ince WL, Brooke CB, Subba A, Delboy MG, Russ G, Gibbs JS, Bennink JR, Yewdell JW. 2013. Дефиниране на антигенен дрейф на хемаглутинин на вируса на грип А чрез последователна селекция на моноклонални антитела. Микроб клетъчен гостоприемник 13: 314–323. doi:10.1016/j.chom.2013.02.008

Davis CW, Jackson KJL, McCausland MM, Darce J, Chang C, Linderman SL, Chennareddy C, Gerkin R, Brown SJ, Wrammert J, et al. 2020. Индуцираните от ваксина срещу грип плазмени клетки на човешкия костен мозък намаляват в рамките на една година след ваксинацията. Наука (под печат).

Doud MB, Bloom JD. 2016. Точно измерване на ефектите на всички аминокиселинни мутации върху грипния хемаглутинин. Вируси 8: 155.

Eberhardt CS, Wieland A, Nasti TH, Grifoni A, Wilson E, Schmid DS, Pulendran B, Sette A, Waller EK, Rouphael N, et al. 2020. Устойчивост на плазмените клетки, специфични за вируса на варицела-зостер, в костен мозък на възрастен човек след ваксинация в детска възраст. J Virol 94. doi:10.1128/JVI .02127-19

Eisen HN, Little JR, Steiner LA, Simms ES, Gray W. 1969. Дегенерация във вторичния имунен отговор: стимулиране на образуването на антитела чрез кръстосано реагиращи антигени. Isr J Med Sci 5: 338–351.

Ellebedy AH, Krammer F, Li GM, Miller MS, Chiu C, Wrammert J, Chang CY, Davis CW, McCausland M, Elbein R, et al. 2014. Индуциране на широко кръстосано реактивни отговори на антитела към стволовия регион на грип HA след ваксинация срещу H5N1 при хора. Proc Natl Acad Sci 111: 13133– 13138. doi:10.1073/pnas.1414070111

Ellebedy AH, Jackson KJL, Kissick HT, Nakaya HI, Davis CW, Roskin KM, McElroy AK, Oshansky CM, Elbein R, Thomas S, et al. 2016. Определяне на антиген-специфични плазмобласти и подгрупи В клетки на паметта в кръвта след вирусна инфекция и ваксинация на хора. Nat Immunol 17: 1226-1234.

Ellebedy AH, Nachbagauer R, Jackson KJL, Dai YN, Han J, Alsoussi WB, Davis CW, Stadlbauer D, Rouphael N, Chromikova V и др. 2020. Ваксината срещу грип H5N1 с адювант подобрява както кръстосано реактивните В клетки на паметта, така и специфичните за щама наивни В клетки отговори при хора. Proc Natl Acad Sci 117: 17957–17964. doi:10.1073/pnas .1906613117

Francis T Jr. 1955 г. Текущото състояние на контрола на грипа. Ann Intern Med 43: 534–538. doi:10.7326/ 0003-4819-43-3-534

Франсис Т. 1960. Относно доктрината за първородния антигенен грях. Proc Am Philos Soc 104: 572–578.

Gnostic KM, Ambrose M, Worobey M, Lloyd-Smith JO. 2016. Мощна защита срещу грип H5N1 и H7N9 чрез отпечатване на хемаглутинин в детска възраст. Science 354: 722– 726. doi:10.1126/science.aag1322

Gnostic KM, Bridge R, Brady S, Viboud C, Worobey M, Lloyd-Smith JO. 2019. Детският имунен отпечатък към грип А оформя специфичния за годината на раждане риск по време на сезонни епидемии от H1N1 и H3N2. PLoS Патог 15: e1008109. doi:10.1371/journal.ppat.1008109

Halasa NB, Gerber MA, Chen Q, Wright PF, Edwards KM. 2008. Безопасност и имуногенност на тривалентна инактивирана противогрипна ваксина при кърмачета. J Infect Dis 197: 1448–1454. doi:10.1086/587643

Hancock K, Veguilla V, Lu X, Zhong W, Butler EN, Sun H, Liu F, Dong L, DeVos JR, Gargiullo PM и др. 2009. Кръстосано реактивни отговори на антитела към пандемичния грипен вирус H1N1 от 2009 г. N Engl J Med 361: 1945–1952. doi:10 .1056/NEJMoa0906453

Impagliazzo A, Milder F, Kuipers H, Wagner MV, Zhu X, Hoffman RM, van Meersbergen R, Huizingh J, Wanningen P, Verspuij J, et al. 2015. Стабилен тримерен грипен хемаглутининов ствол като широко защитен имуноген. Наука 349: 1301–1306. doi:10.1126/science.aac7263

Kanekiyo M, Wei CJ, Yassine HM, McTamney PM, Boyington JC, Whittle JR, Rao SS, Kong WP, Wang L, Nabel GJ. 2013. Самосглобяващите се ваксини срещу грипни наночастици предизвикват широко неутрализиращи H1N1 антитела. Nature 499: 102–106. doi:10.1038/nature12202

Krammer F, Pica N, Hai R, Margine I, Palese P. 2013. Конструкциите на ваксина срещу грипен вирус с химерен хемаглутинин предизвикват широко защитни антитела, специфични за стъблото. J Virol 87: 6542–6550. doi:10.1128/JVI.00641-13