Резюме Коронавирусная инфекция потрясла всю планету высоким уровнем заболеваемости и летальности среди определенных возрастных групп. Доля заболевших в России значительно меньше в сравнении с другими странами. Причина разной восприимчивости к SARS-CoV-2 остается загадкой и будет предметом последующих дискуссий. В представленной статье изложены материалы проведенных исследований в ФГБНУ НИИВС им. И.И. Мечникова, касающиеся изучения свойств адъювантных вакцин против гриппа. На основании полученных результатов по оценке молекулярно-клеточных механизмов при введении различных вакцин против гриппа выдвинута иммунологическая гипотеза влияния неспецифического антивирусного действия при массовой вакцинации с использованием отечественных иммуноадъювантных вакцин на снижение восприимчивости населения России к коронавирусу SARS-CoV-2.
Ключевые слова:адъюванты, вакцина против гриппа, врожденный и адаптивный иммунитет, SARS-CoV-2
Вакцинация продолжает играть ведущую роль в профилактике известных смертельных болезней, распространенных по всему миру [1]. Развитие новой пандемии, вызванной коронавирусом SARS-CoV-2, убедительно показывает, что оптимальным решением в борьбе с этой болезнью может быть только вакцинация. Однако вакцина пока еще не разработана для практического применения против конкретного возбудителя. В связи с этим в настоящее время серьезной проблемой остается создание вакцин, особенно при непредвиденных, непрогнозируемых вспышках инфекционных заболеваний, приобретающих в короткие сроки эпидемический или пандемический характер. Пандемия гриппа 2009-2010 гг. продемонстрировала необходимость усовершенствования технологий по разработке вакцин с добавлением адъювантов в состав препаратов, которые после введения способны быстро и эффективно формировать протективный иммунитет с высоким профилем безопасности [2, 3].
Адъюванты, изменившие взгляд на вакцинацию, используют уже более 90 лет, а вопрос их применения в составе вакцин как никогда актуален, поскольку они являются неспецифическими иммуностимуляторами неорганической и органической природы, повышающими специфический иммунный ответ на антигены. Одними из первых (в 1925 г.) адъювантов были вещества (крахмал, тапиока и др.), которые использовал французский ветеринар Гастон Рамон при иммунизации лошадей столбнячным и дифтерийным анатоксинами. Применение адъювантов способствовало повышению защитных свойств антисыворотки. Таким образом, была впервые обнаружена возможность повышения уровней антитоксических антител путем добавления различных веществ, и появилась сама концепция адъювантной поддержки вакцинации [3, 4].
В 1926 г. британский иммунолог Александр Гленни совместно с лондонскими коллегами обнаружил иммуностимулирующее действие солей алюминия, которые с 1932 г. по настоящее время успешно используют в составе вакцин для иммунизации людей. Действие адъювантов на основе солей алюминия эффективно повышает иммуногенность вакцинного препарата. В связи с этим возрастает активность вакцин в отношении внеклеточных патогенов [3, 4]. В последующем в 1950 г. А. Джонсон с коллегами обнаружил, что липополисахариды грамотрицательных бактерий или родственные соединения, такие как липид А, также обладают иммуностимулирующим эффектом [5].
В настоящее время доказано два направления действия адъювантов: изменение свойства антигена и стимуляция функций иммунной системы организма [6]. Адъюванты способны стимулировать гуморальный, или клеточный, либо одновременно оба звена иммунитета с изменением динамики развития иммунного ответа, ускорением синтеза, повышением уровня и длительности сохранения поствакцинальных антител. При разработке современных адъювантов принимают во внимание возможность достижения следующих целей: повышение интенсивности рекрутирования врожденных клеток в месте инъекции; увеличение поглощения антигена антиген-презентирующей клеткой (АРС) с последующим усилением и модуляцией адаптивного иммунного ответа; увеличение числа активированных APC, мигрирующих в регионарный лимфатический узел; расширение «репертуара» и повышение количества цитокинов; большее разнообразие и количество CD4+, CD8+ и В-клеток (продуцентов высокоаффинных антител).
Признание роли врожденного иммунного ответа в регуляции индукции адаптивного ответа привело к переоценке роли адъювантов и позволило использовать их при конструировании вакцин с большим преимуществом.
Цель исследования — анализ возможной взаимосвязи массовой вакцинации современными адъювантными вакцинами против гриппа с низкой заболеваемостью коронавирусной инфекцией в России.
Механизмы действия современных адъювантов
Известно, что применение адъювантных препаратов имеет потенциал по предотвращению распространения инфекционных заболеваний на мировом уровне, когда успешный исход вакцинации на основании традиционных подходов невозможен [3]. Ярким примером эффективности иммунизации с применением адъювантных вакцин является вакцинация против гриппа. На фоне неблагополучной эпидемической ситуации по гриппу в 2009 г. были созданы и внедрены в практику здравоохранения эффективные адъювантные вакцины на основе пандемического штамма возбудителя, такие как Fluad (адъювант — сквален) и Arepanrix™H1N1 (адъювант AS03 — сквален + α-токоферола ацетат), которые обладают высокой иммуно-генностью.
В Российской Федерации были разработаны 2 иммуноадъювантные субъединичные противогриппозные вакцины — моновалентная (пандемическая) и трехвалентная, которые также показали высокую иммунологическую эффективность при отсутствии развития нежелательных явлений в поствакцинальном периоде. Несмотря на то что вакцины соответствовали критериям качества вакцин по иммуногенности и безопасности, их действие на молекулярно-клеточные механизмы эффекторов врожденного и адаптивного иммунитета остается неизученным [7].
Характеристика отечественной полимер-субъединичной (иммуноадъювантной) вакцины против гриппа
Конструирование вакцины основано на особой технологии комплексирования высокоочищенных протективных антигенов вируса гриппа с полимерным водорастворимым высокомолекулярным иммуноадъювантом — азоксимера бромидом (АБ). Это позволяет снизить содержание в вакцине гемагглютинина (ГА) каждого штамма в 3 раза (до 5 мкг) по сравнению с субъединичным безадъювантным аналогом. По своим свойствам АБ кардинально отличается от всех адъювантов, разработкам которых в последние десятилетия посвящены работы многих научных коллективов.
АБ — высокомолекулярное производное гетероцепных полиаминов, синтезировано и запатентовано в России, Евросоюзе и США. Структура определена, стабильна и хорошо воспроизводима при производстве от серии к серии. Согласно химической структуре, АБ представляет собой сополимер N-окиси-1,4-этиленпиперазина и (N-карбоксиметил)-1,4-этиленпиперазина бромида с молекулярной массой около 80 кДа (МНН). Это высокомолекулярное соединение — аналог широкораспространенных в природе физиологически активных N-оксидных соединений, обладающих выраженными физиологическими и фармакологическими свойствами, в том числе иммунотропным потенциалом.
АБ — водорастворимое нетоксичное биогенное соединение, биодеградация и выведение которого происходит в организме естественными метаболическими путями. Благодаря особенностям структурной организации АБ является безопасным веществом в отношении возможности развития немедленных и отставленных во времени побочных эффектов, что подтверждено многолетним опытом его применения в качестве самостоятельного препарата — иммуномодулятора и детоксиканта.
Клиническое применение АБ началось в 1996 г. В качестве иммуномодулятора и детоксиканта в дозе 6 мг он был одобрен к применению в таких областях клинической практики, как иммунология, аллергология, онкология, хирургия, пульмонология и гинекология. Он разрешен к применению у детей и взрослых в форме инъекций, внутривенных инфузий, суппозиториев и таблеток. Препарат зарегистрирован в России, странах СНГ, Словакии и на Кубе.
АБ обладает выраженной иммуномодулирующей активностью и прежде всего действует на факторы естественной резистентности: клетки моноцитарно-макрофагальной системы, нейтрофилы и NK-клетки, вызывая повышение их функциональной активности при исходно сниженных показателях. По данным проточной цитометрии ПО взаимодействует с тремя подклассами лимфоцитов: преимущественно с моноцитами и нейтрофилами и в меньшей степени с лимфоцитами, увеличивая содержание внутриклеточной перекиси. Внутриклеточная перекись, будучи вторичным мессенджером, активирует транскрипционный фактор NF-kB, который участвует в регуляции синтеза клетками цитокинов. Происходит усиление продукции интерлейкина 1b (ИЛ-lb), ИЛ-6, фактора некроза опухолиα (ФНОα). Следствием активации клеток моноцитарно-макрофагального ряда и естественных киллеров является усиление функциональной активности как клеточного, так и гуморального иммунитета. В конечном итоге под действием АБ в движение приходит вся иммунная система организма, что соответствует естественному ходу активации иммунитета, наблюдаемому при развитии любого иммунного ответа.
В настоящее время семейство вакцин Гриппол® одобрены и особенно рекомендованы для вакцинации контингентов, которые ранее считались подлежащими отводу от вакцинации: людям с аллергопатологией, больным, страдающим хроническими соматическими заболеваниями, больным с вторичными иммунодефицитами различной этиологии, а также детям с 6 мес и беременным. Эти рекомендации основаны на результатах клинических исследований и многолетнем опыте применения.
Как происходит активация молекулярно-клеточных механизмов врожденного и адаптивного иммунитета при применении адъювантной вакцины против гриппа
Результаты исследований, проведенных в ФГНУ НИИВС им. И.И. Мечникова, показали, что все вакцины, как субъединичные, так и сплит-, и адъювантные, способны активировать дендритные клетки, которые играют ведущую роль в формировании гуморального и клеточного иммунитета. Единственное различие состоит в том, что субъединичные и сплит-вакцины активируют эти клетки в течение 7 сут после вакцинации, а адъювантные увеличивают численность дендритных клеток (ДК) даже спустя 1 мес. При этом кратность нарастания количества ДК при введении адъювантной вакцины почти вдвое выше, чем в случае применения неадъювантной вакцины [8]. При этом выявлено, что при сочетании антигена и адъюванта в полимер-субъединичной вакцине против гриппа кратность нарастания количества ДК почти вдвое выше, чем в случае применения неадъювантной вакцины, и сохраняется даже спустя 1 мес [8, 9].
Адъювант увеличивает скорость, с которой ДК мигрируют в лимфатические узлы. Он также ускоряет созревание ДК. Известно, что только при наличии и активации ДК можно получить эффект от вакцинации — сформировать гуморальный и клеточный иммунный ответ. При этом ДК необходимы не только для формирования эффективного иммунного ответа на антигены, включенные в вакцины, но и на антигены любых возбудителей, так как высокий уровень ДК — один из факторов снижения инфекционной заболеваемости в целом [10-14].
В экспериментах на животных и в ходе клинических исследований было доказано, что введение препарата, содержащего 5 мкг протективного антигена вируса гриппа в присутствии адъюванта, вызывает такую же активацию клеточного и гуморального иммунитета, как и введение 15 мкг антигена без адъюванта [8]. Установлено, что независимо от того, какие вакцины против гриппа применяют: субъединичные, сплит- или адъювантные, — все они активируют как врожденный, так и адаптивный иммунитет [11-13]. Адъювантная вакцина с АБ создает лучший профиль цитокинового окружения по сравнению с субъединичными и сплитвакцинами. В поствакцинальном периоде она приводит к значительному повышению концентраций ИЛ-12 [необходим при формировании клеточного иммунитета, эффекторами которого являются CD4+ (Th1), несущие рецептор к вирусному антигену], интерферона-γ (ИФН-γ; он необходим для активации NK, гранулоцитов) и ИЛ-1β [противовоспалительный цитокин — один из мощных активаторов дендритных клеток, участвует в повышении СD40L — опосредованной активации ДК с увеличением их способности управлять секрецией ИФН-γ Т-клетками и продуцировать ИЛ-12]. Следовательно, в поствакцинальном периоде у привитых увеличивается содержание ИЛ-12 и ИФН-γ, которые повышают активность NK нейтрофилов, макрофагов, усиливая при этом неспецифические факторы защиты. Это приводит к снижению уровня заболеваемости гриппом, а у заболевших — к уменьшению тяжести течения болезни и риска развития осложнений острых респираторных инфекций (ОРИ).
Адъювантная вакцина имеет очевидные преимущества, причем в отношении не только профилактики гриппа, но и других гриппоподобных заболеваний. Показано, что все вакцины повышают экспрессию рецепторов врожденного иммунитета TLR2+ и TLR4+. Высокая экспрессия рецепторов врожденного иммунитета TLR2+ и TLR4+ позволяет распознавать бактериальную инфекцию на более ранних стадиях, в связи с чем инициация иммунного ответа возможна в более ранние сроки. Это означает, что у вакцинированных адъювантными вакцинами против гриппа наблюдают снижение риска развития бактериальных инфекций и их осложнений [10, 14].
Исследования показали, что у людей, привитых адъювантной вакциной против гриппа, частота респираторных инфекций (без проведения этиологической расшифровки) составляет примерно 9%, у привитых субъединичной вакциной — 14%, сплит-вакциной — 11% [15].
Специфический иммунитет к штаммам вируса гриппа после введения адъювантной вакцины формируется быстро, в короткие сроки, поскольку она превосходит сплит- и субъединичные вакцины по уровню усиления пролиферативного ответа В-клеток. Высокий уровень пролиферации В-клеток влечет за собой появление большего количества плазматических клеток, способных к продукции антител.
Возможно, именно это позволяет получить необходимый иммунный ответ на вакцинацию против гриппа в группах риска, в том числе у пожилых и иммунокомпрометированных людей. При сравнении уровня антител после введения 3 видов противогриппозных вакцин (субъединичной, сплит-и адъювантной) было показано, что даже через 12 мес после прививки адъювантной вакциной уровень антител к антигенам 2 штаммов гриппа был выше [16, 17]. Более того, при введении адъювантной вакцины против гриппа индуцируется более выраженное формирование иммунологической памяти [18-20]. Для оценки эффективности формирования иммунологической памяти к антигенам вируса гриппа, входящим в состав разных вакцин, у вакцинированных использовали CD45RO-тест. Было показано, что повторная вакцинация адъювантной вакциной обладает значимо более высоким потенциалом к формированию клеток памяти по сравнению с субъединичной и сплит-вакцинами. Известно, что Т- и В-клетки памяти обеспечивают длительный иммунитет. Благодаря формированию клеток памяти возможно длительное сохранение гуморального иммунного ответа на антигены штаммов вируса гриппа, входившие в вакцины предыдущих сезонов.
Взаимосвязь вакцинации против гриппа и неспецифического противовирусного иммунитета
У людей, вакцинированных против гриппа с использованием адъювантной вакцины, активируется противовирусный иммунитет [21]. Введение вакцины является причиной значимого повышения уровня экспрессии рецепторов врожденного иммунитета TLR8 и TLR9. Установлено, что TLR8 распознает одноцепочечные РНК вирусов и является специфическим рецептором для распознавания вируса гриппа, а TLR9 ответствен за распознавание ДНК-содержащих вирусов [22, 23]. Адъювантная вакцина по стимуляции экспрессии эндосомальных рецепторов врожденного иммунитета TLR8 превосходит субъединичные и сплит-вакцины, а по TLR9 -субъединичную и показывает равную эффективность со сплит-вакциной. Следовательно, высокая экспрессия рецепторов врожденного иммунитета TLR8 и TLR9 позволяет распознавать не только возбудитель гриппа, но и возбудителей других вирусных инфекций на более ранних стадиях инфекционного процесса с последующей активацией клеточных механизмов иммунного ответа. Следует отметить, что коронавирус относится к одноцепочечным РНК-содержащим вирусам.
Кроме того, адъювантная вакцина превосходит другие вакцины по увеличению числа активных NK, TNK-клеток, CD8+CTL. Активность NK-клеток неспецифична, что объясняет снижение заболеваемости ОРИ и гриппом в целом у привитых адъювантной вакциной против гриппа [20]. Цитотоксические Т-лимфоциты (CTL), как и NK, TNK — основные составляющие клеточного противовирусного иммунного ответа. CTL связываются не только с вариабельными поверхностными эпитопами антигенов гемагглютинина (НА) и нейраминидазы NА), но и с консервативными, что позволяет им сохранять активность в отношении клеток, зараженных штаммом вируса, не идентичного, но близкородственного вакцинному (перекрестный иммунитет), и отражается на снижении риска развития заболевания тяжелого течения у инфицированных пациентов.
Опыт применения отечественной адъювантной вакцины свидетельствует о ее безопасности и иммунологической эффективности у различных групп иммунокомпрометированных пациентов, в том числе и беременных, у которых было подтверждено физиологическое течение беременности, нормальное развитие плода, отсутствие последующего влияния на состояние здоровья новорожденных и их нервно-психическое развитие [24-41].
К профилю безопасности адъювантов сегодня предъявляются особенно высокие требования, поскольку неспецифическое повышение уровня гуморального и клеточного иммунного ответа несет риск развития аутоиммунных заболеваний и аллергии. Большое количество исследований доказывает отсутствие такого рода влияния и провокации аутоиммунных заболеваний при применении адъювантных вакцин [42, 43]. Проведенные исследования показывают, что только вакцина с адъювантом значимо повышает активность регуляторных Т-клеток, обозначаемых как Трег (CD4/CD25/Foxp3+), которые тормозят развитие антител и клеточно-зависимой аллергической реакции (т.е. препятствуют активации эозинофилов и тормозят активацию плазматических клеток, синтезирующих IgE), в результате этого частота возникновения аллергических реакций при применении адъювантной вакцины против гриппа меньше, чем у других противогриппозных вакцин.
Способность адъювантной вакцины против гриппа снижать восприимчивость к коронавирусной инфекции у привитых людей
Как было показано выше, вакцины на основе АБ демонстрируют свою эффективность и безопасность, начиная с 1996 г. Их применение в рамках Национального календаря профилактических прививок позволяет проводить эффективную профилактику гриппа среди населения России и целого ряда других стран. Адъювант, входящий в состав вакцины, способен активировать неспецифический иммунный ответ у пациентов с различными соматическими заболеваниями, у которых имеются транзиторные дефекты в различных звеньях иммунной системы. Известно, что назначение АБ в лечебных дозах в комплексе с антибактериальными, противовирусными, противогрибковыми и иными препаратами, входящими в базисную терапию пациента, может непосредственно влиять на течение болезней, вызванных широким спектром иных патогенов человека и животных.
С момента включения вакцинации против гриппа в Национальный календарь профилактических прививок (2006) по настоящее время охват вакцинацией населения ежегодно увеличивается (2014 г. — 29,60%; 2015 г. — 31,30%; 2016 г. -38,20%; 2017 г. — 46,60%; 2018 г. — 49%; 2019 г. — 50,5%). Для вакцинации в основном используют отечественные адъювантные вакцины — Гриппол®, Совигрипп® и Гриппол® плюс. Следует подчеркнуть, что за рубежом адъювантные вакцины не нашли широкого применения или вообще не используются. Поскольку адъювантная вакцина способна стимулировать экспрессию эндосомальных рецепторов врожденного иммунитета TLR8, которые распознают одноцепочечные РНК вирусов и являются специфическими рецепторами для распознавания вируса как гриппа, так и коронавируса, не исключена роль неспецифической антивирусной защиты противогриппозной вакцины в борьбе с коронавирусной инфекцией. Активизация NK, TNK-клеток, CD8+ CTL в поствакцинальном периоде способствовала у привитых ускорению созревания, повышению скорости миграции дендритных клеток, которые обеспечивают более быструю скорость формирования как гуморального, так и клеточного иммунного ответа.
Следовательно, отвечая на главный вопрос, смогла ли массовая вакцинация против гриппа с использованием иммуноадъювантных субъединичных противогриппозных вакцин повлиять на восприимчивость населения к коронавирусу, можно утверждать, что вакцинация современными адъювантными вакцинами сопровождается не только формированием специфических антител к штаммам вируса гриппа, но и ранней активацией клеточных механизмов противовирусного иммунного ответа, приводящего к снижению заболеваемости гриппом и ОРИ, и, по всей видимости, коронавирусной инфекцией.
