Двойная помощь иммунной системе
Прежде чем обсуждать, как можно улучшить иммуностимулирующие свойства вакцин, разберемся в чем суть вакцинации. Проще всего это сделать, прочитав статью «Вакцины в вопросах и ответах» . Как известно, иммунная система помогает организму бороться с потенциально вредоносными патогенами. При первом «знакомстве» с патогеном она отвечает запуском врожденного иммунитета и первичных событий адаптивного (приобретенного) иммунного ответа. Система врожденного иммунитета играет роль «первой линии обороны», неспецифически распознавая характерные для патогенных микроорганизмов группы поверхностных молекул. Если она не уничтожает патоген, то в бой вступает адаптивный иммунитет. Он работает более специфично, т.к. его участники распознают не группы чужеродных молекул, а индивидуальные молекулы — антигены. Это придает высокую избирательность приобретенному иммунному ответу. За изучение механизмов иммунитета в 2011 году вручена Нобелевская премия: «Иммунологическая Нобелевская премия (2011)» и «Толл-подобные рецепторы: от революционной идеи Чарльза Джейнуэя до Нобелевской премии 2011 года» .
На первом этапе адаптивного ответа, протекающем параллельно с активацией факторов врожденного иммунитета, происходит презентация антигена, то есть передача информации об антигене от антигенпрезентирующих клеток (тип клеток врождённого иммунитета) незрелым Т-лимфоцитам. Антигенпрезентирующие клетки обладают способностью к эндоцитозу (в частности, к фагоцитозу), т.е. к поглощению, антигенов, которые затем расщепляются (процессируются) и выставляются на поверхности в комплексе с молекулами главного комплекса гистосовместимости. T-клетки далее превращаются в тот или иной тип зрелых T-клеток, у каждого из которых свои функции. В частности, хелперные T-лимфоциты (T-хелперы) во многом определяют дальнейшее развитие адаптивного ответа. При их участии происходит дифференцировка (специализация) эффекторных клеток иммунитета, собственно участвующих в ликвидации или обезвреживании патогена, и клеток иммунологической памяти. От характера дифференцировки самих T-хелперов, находящейся под влиянием антигенпрезентирующих клеток, зависит преобладание того или иного типа эффекторного иммунного ответа — клеточного, направленного на элиминацию внутриклеточных патогенов (например, вирусов), или гуморального (антителозависимого), играющего основную роль в борьбе с внеклеточными патогенами (например, бактериями) и макропаразитами. Клетки памяти участвуют в более быстром и интенсивном иммунном ответе при повторной встрече иммунной системы с антигеном — вторичном иммунном ответе, который мы в быту обычно и называем «иммунитетом» к болезни.
Переход от первичных стадий адаптивного ответа к эффективному эффекторному иммунному ответу, непосредственно направленному на элиминацию патогенов, занимает, по меньшей мере, несколько дней. От этой задержки зависит успешность борьбы с быстро размножающимися патогенными микроорганизмами, поскольку за это время болезнь может сильно потрепать организм человека. Отсюда следует, что для успешного противостояния организма патогенам надо его подготовить. Такой подготовкой является вакцинация. Вакцинация против инфекционных заболеваний способствует образованию долгоживущих клеток памяти, а также эффекторных молекул, таких как циркулирующие в крови антитела [4]. Иными словами, делая прививку против возбудителя какого-либо заболевания, человек обеспечивает себя необходимыми средствами защиты от него — антителами, клетками памяти и т.п.
Классические вакцины существуют либо в форме аттенуированных (ослабленных), менее патогенных, но размножающихся патогенных организмов (живые аттенуированные вакцины), либо в виде неразмножающихся инактивированных микробов (инактивированные вакцины) или их компонентов (субъединичные вакцины). В случае живых вакцин есть риск реверсии патогенных свойств вакцинного штамма микроорганизма, поэтому другие типы вакцин считаются более безопасными. Однако иммунизация только очищенными антигенами патогенов или инактивированными микроорганизмами часто оказывается недостаточна для достижения длительного иммунитета к заболеванию. По этой причине субъединичные и инактивированные вакцины обычно содержат компоненты, усиливающие иммунный ответ на антигены в их составе, называемые адъювантами (от латинского adjuvare — помогать, усиливать).
Концепция адъювантов уходит своими корнями глубоко в ранние исследования по вакцинации, выполненные в на рубеже XIX и XX века. Еще в 1889 г. Э. Ру (Е. Roux) и А. Йерсен (A. Yersin) отметили стимулирование антителообразования при иммунизации животных дифтерийным антигеном в сочетании с хлористым кальцием . Позднее, в 1916 году, Ле Муаник (E. Le Moignic ) и Пино (E. Pinoy) обнаружили, что суспензия убитых Salmonella typhimurium в вазелиновом масле с ланолином в качестве эмульгатора усиливает иммунный ответ . Но массовое научное развитие это направление получило, начиная с 1920-х годов, когда появилась первая серия работ выдающегося французского иммунолога Г. Рамона (G. Ramon) и его учеников и последователей, изучавших влияние различных неспецифических (неспецифичных к какому-то антигену) стимуляторов иммунитета.
В 1924 г. Рамон обнаружил, что при инъекции лошадям дифтерийного анатоксина (инактивированного токсина), продукция антитоксина (антител к токсину) интенсивнее в том случае, когда в месте инъекции развивается абсцесс [7]. Добавление к анатоксину гноя и микроорганизмов, вызывающих воспаление, с последующей инъекцией также усиливало антителообразование и подтверждало то, что воспаление является причиной стимуляции иммунного ответа. Стимуляция иммунного ответа наблюдалась также при совместном введении анатоксина и химических веществ различной природы, которые вызывали воспаление в месте инъекции (хлористый кальций, хлористый магний, сапонины, агар, тапиока, крахмал, ланолин, растительное масло, холестерин и др.). В 1926 году британский иммунолог А. Гленни (A. Glenny) с коллегами создали вакцину на основе дифтерийного анатоксина и алюмокалиевых квасцов, положив начало длительному, продолжающемуся по сей день применению алюминиевых адъювантов . Рамон назвал эти соединения адъювантами и определил их как вещества, которые в сочетании с определенным антигеном вызывают более сильный иммунный ответ, чем индивидуальный антиген.
«Маленький грязный секрет иммунологов»
Появление адъювантов значительно повысило эффективность вакцинации, а также дало возможность уменьшить количество антигена в составе вакцины и число иммунизаций. К ним относятся вещества различной природы — как синтетические, так и природные, но все их объединяет способность усиливать или регулировать иммуногенность вакцинных белков и пептидов. Тем не менее, выбор адъюванта для конкретной вакцины — дело непростое, т.к. различные адъюванты стимулируют иммунный ответ по-разному. Это определяется как природой самого адъюванта, так и антигеном, входящим в состав вакцины. Следовательно, трудно предсказать, как будет стимулировать иммунитет конкретный адъювант. Более того, есть сложности с предвидением возможных побочных эффектов. По этим причинам известный американский иммунолог Чарльз Джейнуэй назвал адъюванты «маленьким грязным секретом иммунологов» .
Следует заметить, что в настоящее время принцип действия многих адъювантов до конца не выяснен. К основным возможным механизмам относят следующие :
Формирование депо антигена в сайте (месте) инъекции. По мнению Рамона , при подкожном введении адъювант вызывает привлечение к месту инъекции клеток крови, в т.ч. лейкоцитов, а также способствует развитию воспалительной реакции. В очаге воспаления происходит активное размножение (пролиферация) клеток соединительной ткани. Увеличение числа клеток способствует удержанию антигена в тканях и замедлению его всасывания в кровь. А чем дольше находится антиген в организме, тем дольше образуются антитела к нему. Данный механизм действия адъювантов известен как эффект депо, обеспечивающий удержание и длительное поступление вакцинного антигена в организм, а также его защиту от разрушения. Однако есть экспериментальные свидетельства того, что само по себе депонирование не всегда обеспечивает существенное усиление иммунного ответа . В таких случаях это может вызвано либо кратковременностью существования депо в месте инъекции, либо тем, что долговременное депо формируется в другом месте.
Привлечение иммунных клеток в сайт инъекции. Адъюванты способны привлекать иммунные клетки в сайт инъекции. Было показано, что разные адъюванты активируют синтез различных наборов хемокинов — белков, играющих ключевую роль в миграции иммунных клеток. Благодаря этому в месте инъекции образуется воспалительная зона. При этом, в зависимости от типа адъюванта преимущественно рекрутируются те или иные клетки. Кроме того, привлеченные хемокинами антигенпрезентирующие клетки поглощают антиген и отправляются в лимфатические узлы, где они презентируют его T-лимфоцитам .
Влияние на активацию антигенпрезентирующих клеток и усиление поглощения и презентации антигена. На антигенпрезентирующие клетки (АПК) адъюванты могут действовать по-разному. Воздействие может быть как прямым, путем активации в АПК событий, необходимых для запуска адаптивного иммунного ответа (синтез молекул, необходимых для презентации антигена T-лимоцитам — молекул главного комплекса гистосовместимости I или II класса и костимулирующих молекул), так и опосредованным, посредством повышения эффективности поглощения и презентации вакцинных антигенов .
Индукция синтеза иммуномодулирующих цитокинов. Как уже было сказано, антигенпрезентирующие клетки играют роль в направлении развития (дифференцировки) T-хелперов. Для этого они секретируют белки из группы цитокинов. Цитокины — небольшие белки, участвующие во многих процессах врожденного и адаптивного иммунного ответа (хотя они играют важную роль и в других процессах жизнедеятельности). К цитокинам относятся, кстати, вышеупомянутые хемокины. В зависимости от того, какие цитокины преимущественно секретируются АПК, развиваются T-хелперы разных типов. От этого, в свою очередь, зависит преобладающий вид иммунного ответа — клеточный (T-хелперы 1 типа, Th1), гуморальный (T-хелперы 2 типа, Th2) или сбалансированный. Разные адъюванты направляют различные типы иммунного ответа за счет влияния на выработку цитокинов, хотя в ряде случаев наблюдается смешанный ответ .
Основной цитокин, выделяемый Th1-лимфоцитами — интерферон-γ — активирует макрофаги и индуцирует синтез B-лимфоцитами опсонизирующих антител (взаимодействующих с поверхностными структурами клеток микробов или заражённых клеток организма, способствуя поглощению их фагоцитами), обусловливая главным образом клеточный тип иммунного ответа. Клеточный иммунный ответ защищает организм от внутриклеточных патогенов путем активации как цитотоксических T-лимфоцитов, убивающих зараженные клетки, так и естественных киллеров (NK-клетки), вызывающих апоптоз опухолевых и зараженных вирусами клеток. Th2-клетки синтезируют цитокины, в том числе интерлейкин-4, индуцирующие синтез нейтрализующих антител B-клетками, инактивирующих антигены, лишая их возможности проявлять патогенное действие. Тем самым происходит запуск гуморального иммунного ответа, который особо важен для защиты от внеклеточных патогенов. Стоит отметить, что адъюванты, стимулирующие преимущественно клеточный Th1-ответ, разрабатываются очень активно, вследствие того, что этот тип иммунного ответа играет главную роль в устойчивости к таким патогенам как вирус гепатита C, ВИЧ, Mycobacterium tuberculosis, а также к онкологическим заболеваниям. Однако необходимо учитывать, что большинство адъювантов, вызывающих клеточный Th1-зависимый ответ, могут обладать локальной или системной токсичностью .
Активация врожденного иммунного ответа. Система врожденного иммунитета распознает группы молекул, характерные для патогенных организмов — патоген-ассоциированные молекулярные паттерны — с помощью паттерн-распознающих рецепторов, например, Толл-подобных рецепторов (Toll-like receptors, TLR). Многие известные адъюванты осуществляют передачу сигнала через рецепторы врожденного иммунитета или служат их лигандами . Адъюванты могут вызывать локальные повреждения тканей и гибель клеток, приводя к образованию «сигналов опасности». Эти сигналы запускают активацию врожденного иммунитета, впоследствии приводя к активации адаптивного иммунного ответа . Одними из рецепторов врожденного иммунитета, распознающих сигналы опасности, являются цитозольные NOD-подобные рецепторы (nucleotide-binding oligomerization domain like receptors). Как и TLR, они играют важную роль в активации врожденного иммунного ответа. Рецепторы этого семейства входят в состав инфламмасомы — комплекса молекул, участвующего в запуске воспалительной реакции путем протеолитической активации (расщепление молекулы-предшественника с образованием функционально активной) провоспалительных цитокинов — ИЛ-1β, ИЛ-18 и, вероятно, ИЛ-33 . В контексте изучения механизмов действия адъювантов наиболее изученным инфламмасомным рецептором является NLRP3.
В рамках данной статьи классификация адъювантов подробно не будет описана, но несколько слов не сказать по этому поводу нельзя. Постоянная разработка новых адъювантов и неоднозначность механизма их действия осложняет их классификацию. Адъюванты делят по источнику получения, по принципу действия, по физико-химическим характеристикам, по способу введения в организм и т. д. Но, несмотря на разнообразие вариантов, существующие адъюванты можно разделить на три большие группы: системы доставки, иммуностимуляторы и комбинированные адъюванты, объединяющие в себе компоненты, отвечающие за доставку и иммуностимуляцию . Первая группа объединяет в себе адъюванты, взаимодействующие с вакцинным антигеном и обеспечивающие его эффективную доставку. Они способны изменять структуру и свойства антигена, усиливать его поглощение антигенпрезентирующими клетками, доставлять антиген в зоны локализации иммунокомпетентных клеток (клеток, взаимодействующих с антигеном), могут выполнять роль депо антигена. Важно отметить, что для адъювантов этой группы характерна корпускулярная природа. Это означает, что они представляют собой небольшие частицы или капли.
