Makakų ŽIV modelyje reti plataus veikimo antikūnai atsirado greičiau — tai užuomina vakcinai, bet dar ne vakcina

Naudingas rezultatas nėra „ŽIV vakcina“

ŽIV vakcinų tyrimuose po paprasta fraze slepiasi labai sunki problema: plačiai neutralizuojantys antikūnai.

Šie antikūnai, dažniausiai trumpinami bNAb, gali atpažinti daug skirtingų ŽIV atmainų, o ne tik vieną siaurą viruso variantą. Todėl jie tokie svarbūs. Pasyvaus antikūnų perdavimo tyrimai rodo, kad tinkami bNAb gali apsaugoti makakas nuo SHIV infekcijos bandyme, o žmonėms antikūnas VRC01 apsaugojo nuo jam jautrių viruso atmainų. Tačiau priversti organizmą tokius antikūnus pagaminti vakcinacija pasirodė gerokai sunkiau.

Problema ne vien ta, kad ŽIV mutuoja. Sunkiausia tai, kad geriausi bNAb paprastai neatsiranda vienu žingsniu.

Dažnai jie susiformuoja per ilgą evoliucinį „dialogą“ tarp viruso ir imuninės sistemos. Pirmiausia reikia retos pradinės ląstelės — B limfocito pirmtako, kurio receptorius pakankamai tinka reikiamai viruso struktūrai. Tada virusas keičiasi, kad pabėgtų nuo atsiradusių antikūnų. Į tai reaguodama keičiasi antikūnus gaminančių B ląstelių linija. Ciklas kartojasi: mutacija ir atranka stumia virusą bei antikūnus toliau vienas kito atžvilgiu.

Natūralios infekcijos metu tai gali užtrukti mėnesius ar metus, o stiprus neutralizavimo platumas išsivysto tik daliai žmonių — tai yra, atsiranda antikūnai, galintys neutralizuoti daug skirtingų ŽIV variantų, o ne tik tą, kuris pradėjo atsaką.

Naujasis Ashwino Skelly, Harry Gristicko, Hui Li, Edemo Gavoro ir kolegų „Science“ straipsnis šios problemos žmonėms neišsprendžia. Jis padaro siauresnį, bet vis tiek svarbų dalyką: sukuria makakų SHIV modelį, kuriame viena perspektyvi bNAb klasė atsiranda daug dažniau ir greičiau nei įprastai, ir atkuria dviejų etapų kelią, kuriuo tai įvyko.

Tikslus apibūdinimas nėra „turime ŽIV vakciną“. Tiksliau būtų: autoriai sukūrė modelį, kuriame retą antikūnų vystymosi kelią galima pakankamai aiškiai stebėti, kad jį būtų galima tirti ir galbūt atkartoti.

Ką autoriai pakeitė

Taikinys yra V3 glikano sritis ŽIV apvalkalo baltyme.

Šioje frazėje telpa keli dalykai. ŽIV paviršių dengia apvalkalo baltymas, dažnai vadinamas Env, kurį virusas naudoja patekti į ląsteles. Viena Env dalis yra V3 kilpa. Prie šios kilpos pagrindo yra pažeidžiama sritis, padengta glikanais — prie baltymo prijungtomis cukrų grupėmis. Du svarbūs glikanai šioje srityje vadinami N332 ir N301; pavadinimai nurodo jų vietą Env baltyme.

Kai kurie žmogaus bNAb gali atpažinti šią V3 glikano sritį ir labai stipriai neutralizuoti ŽIV. Autoriai taip pat pažymi, kad V3 glikano bNAb yra struktūriškai ir genetiškai įvairesni nei kai kurios kitos bNAb klasės. Vakcinų kūrimui tai gera žinia: jei taikinį gali pasiekti daug skirtingų B ląstelių pirmtakų, nereikia pataikyti į vienintelį labai retą genetinį pradinį tašką.

Autoriai dirbo su beždžionių ir žmogaus imunodeficito viruso modeliu — SHIV. SHIV nėra pats ŽIV; tai chimerinis virusas, naudojamas makakoms, kad gyvūnų modelyje būtų galima tirti imuninį atsaką į ŽIV apvalkalo baltymą.

Jie sukūrė virusą SHIV.5MUT. Pavadinimas techninis, bet idėja paprasta: paimti SHIV, turintį ŽIV apvalkalą, ir nedidelę to apvalkalo dalį pakeisti taip, kad paslėptas V3 glikano taikinys būtų lengviau pasiekiamas antikūnams.

Svarbiausias pakeitimas buvo ŽIV Env V1 kilpoje. Likutis (residue) čia reiškia konkrečią aminorūgšties poziciją baltyme. Palyginti su tėviniu SHIV.BG505.N332 Env, 5MUT keturiose V1 kilpos pozicijose turi pakeitimus V134Y, N136P, I138L ir D140N. Kiekvienas kodas reiškia, kad nurodytoje vietoje viena aminorūgštis pakeista kita. Dėl šių keturių pakeitimų V3 glikano epitopas — antikūno atpažįstamas paviršius — tapo lengviau pasiekiamas žinomiems V3 glikano antikūnams.

Gyvūnų eksperimente buvo lyginamos trys situacijos.

Dalis makakų pirmiausia buvo imunizuotos anksčiau sukurtais Env imunogenais, o vėliau užkrėstos SHIV.5MUT. Kitaip tariant, jų imuninė sistema dar prieš gaudama pakeistą virusą jau buvo mačiusi specialiai sukurtus Env baltymus.

Kita grupė iš anksto nebuvo imunizuota ir buvo tiesiogiai užkrėsta SHIV.5MUT.

Kontrolinė grupė buvo užkrėsta tėviniu SHIV.BG505.N332 — palyginamuoju virusu, neturinčiu tų pačių 5MUT V1 kilpos pakeitimų.

Ši schema svarbi, nes ryškus rezultatas nebuvo vien pirminės vakcinacijos pasekmė. Autoriai nustatė, kad pagrindinis bNAb linijų pradinis sužadinimas, regis, kilo nuo pakeisto viruso arba iš jo evoliucionavusio varianto.

Ką jie nustatė

Tyrimas prasidėjo nuo 42 užkrėstų makakų keturiose grupėse. Produktyvi infekcija išsivystė visoms 42 — tai reiškia, kad bandymo virusas iš tikrųjų įsitvirtino. Vėliau šeši gyvūnai buvo pašalinti iš pagrindinės vienerių metų analizės: penki dėl ilgai išlikusio didelio viruso kiekio ir greito AIDS progresavimo, o vienas — nes pats suvaldė infekciją, kraujyje viruso buvo labai mažai ir nebuvo aptikta autologinio neutralizavimo, t. y. antikūnų, neutralizuojančių patį užkrėtusį virusą. Analizei liko 22 SHIV.5MUT užkrėstos makakos ir 14 tėvinio SHIV kontrolinių gyvūnų.

Plazmos bNAb atsaką autoriai apibrėžė kaip gebėjimą per 48 savaites nuo infekcijos neutralizuoti bent tris iš aštuonių heterologinių virusų. „Heterologiniai“ čia reiškia nuo užkrėtusio viruso besiskiriančius variantus, taigi bandymas tikrina, ar antikūnų poveikis peržengia pradinės atmainos ribas.

Pagal šį apibrėžimą bNAb atsakas išsivystė 14 iš 22 SHIV.5MUT užkrėstų makakų. Tėvinio SHIV.BG505.N332 kontrolinėje grupėje — 0 iš 14. Autorių teste skirtumas buvo labai statistiškai reikšmingas (P < 0,0001; tikslusis Fisherio testas).

Aštuonios SHIV.5MUT grupės makakos neutralizavo bent šešis iš aštuonių heterologinių virusų atrankos panelėje, o ID50 titrai dažnai viršijo 1:1000. ID50 yra skiedimo matas: jei neutralizavimas dar aptinkamas plazmą praskiedus daugiau nei tūkstantį kartų, atsakas nėra vos juntamas. Visas plazmos neutralizavimo platumas buvo susietas su V3 glikano epitopu.

Tada autoriai iš gyvūnų, kurių plazmos neutralizavimo spektras buvo plačiausias, išskyrė antikūnų linijas. Jie patikrino 238 monokloninius antikūnus, atstovaujančius 106 linijoms, ir aštuoniose makakose rado 12 V3 glikano bNAb linijų.

Išbandžius prieš didesnę pasaulinę 130 virusų panelę, šių antikūnų savybės smarkiai skyrėsi. Neutralizavimo platumas siekė nuo 6 % iki 68 %. Platumas čia reiškia, kokią dalį bandymo virusų antikūnas gali neutralizuoti. Geometrinis vidutinis IC50 svyravo nuo 0,06 iki 2,80 mikrogramo mililitre; IC50 yra antikūno koncentracija, reikalinga infekcijai bandyme sumažinti perpus, todėl mažesnė vertė paprastai reiškia stipresnį neutralizavimą.

Geriausi antikūnai pasiekė platumą, panašų į stiprių žmogaus kilmės V3 glikano bNAb, tačiau svarbus visas diapazonas: ne kiekvienas antikūnas buvo plataus veikimo.

Antikūnų linijos taip pat buvo įvairios. Straipsnyje nagrinėjama jų architektūra: kokius kintamosios sunkiosios grandinės genų segmentus jos naudojo, kokio ilgio buvo svarbi prisijungimo kilpa ir kiek antikūnų genai mutavo bręsdami. Linijos naudojo kelis VH3 ir VH4 genų šeimų segmentus, jų CDRH3 kilpų ilgis buvo 14–25 aminorūgštys, o vidutinė VH somatinė mutacija nukleotidų lygmeniu siekė 8,4 %. Autoriai tai vertina kaip viltingą ženklą: kartą tinkamai pradėtos šios linijos galbūt nereikalauja tokios ekstremalios mutacijų naštos, kokia būdinga kai kuriems kitiems ŽIV bNAb.

Dviejų etapų mechanizmas

Įdomiausia straipsnio dalis ne vien tai, kad antikūnai atsirado. Svarbu, kaip jie atsirado.

Autorių modelis yra dviejų etapų.

Pirmiausia SHIV.5MUT atveria pakeistą V1 kilpos sritį. Ankstyvas antikūnų atsakas nukreipiamas į šią V1 sritį. Tada virusas nuo šių antikūnų pabėga sutrumpindamas V1 kilpą ir pakeisdamas jos glikozilinimą — prie baltymo prijungtų cukrų išsidėstymą.

Antrajame etape šie sutrumpėjusia V1 kilpa pasižymintys pabėgimo variantai aiškiau atveria po ja esantį V3 glikano epitopą. Tada V3 glikano bNAb B ląstelių pirmtakai gauna galimybę prisijungti prie taikinio. Kai šie pirmtakai suaktyvinami, virusas ir antikūnai toliau koevoliucionuoja, o dalis antikūnų linijų subręsta iki platesnio neutralizavimo.

Būtent čia slypi tikroji užuomina vakcinų kūrimui. Autoriai ne vien aprašo imuninį atsaką; jie išskiria įvykių seką, kurią vakcinų kūrėjai galėtų bandyti atkartoti be infekcijos replikuojamu virusu.

Straipsnyje taip pat teigiama, kad žmonės tikėtina turi panašią pradinę biologinę medžiagą šiam keliui. VH genų segmentai, kuriuos naudojo makakų bNAb pirmtakai, priklauso dažniems aleliams tiek rezus makakų, tiek žmogaus imunoglobulinų duomenų bazėse. Tai neįrodo, kad žmonėms veiks tas pats kelias. Tačiau dėl to šis rezultatas yra svarbesnis nei vien makakoms būdinga įdomybė.

Ko tai neįrodo

• Tai neparodo, kad sukurta ŽIV vakcina.
• Tai neparodo apsaugos nuo ŽIV infekcijos žmonėms.
• Tai neparodo, kad vien vakcinacija gali atkartoti šį kelią.
• Tai neparodo, kad žmogus saugiai ir patikimai pagamintų tokius pačius antikūnus.
• Tai neįrodo, kad pats pakeistas SHIV galėtų būti vakcinos platforma.
• Tai nepanaikina klinikinių tyrimų, saugumo bandymų, dozavimo strategijos ir imunogenų kūrimo poreikio.
• Tai nereiškia, kad visos V3 glikano antikūnų linijos vienodai naudingos; išskirti antikūnai svyravo nuo siauro iki plataus neutralizavimo.

Svarbiausia riba — pats infekcijos modelis. SHIV.5MUT veikė kaip „evoliucionuojantis imunogenas“, nes dauginosi ir keitėsi veikiamas imuninio spaudimo. Tyrimui tai labai naudinga, tačiau taip negalima tiesiog pateikti profilaktinės vakcinos žmogui.

Todėl vertimo į kliniką užduotis sunkesnė: reikia sukurti imunogenus, kurie saugiai imituotų naudingą poveikių seką, nenaudodami nekontroliuojamos infekcijos kaip variklio.

Kiek tvirti yra įrodymai?

Tam teiginiui, kurį straipsnis iš tikrųjų daro, įrodymai stiprūs.

Pagrindinis palyginimas aiškus: 14 iš 22 prieš 0 iš 14 per tą patį 48 savaičių laikotarpį. Autoriai taip pat sujungia plazmos neutralizavimo duomenis, monokloninių antikūnų išskyrimą, struktūrinę analizę, B ląstelių receptorių sekoskaitą ir ilgalaikę viruso sekų stebėseną. Toks kelių skirtingų įrodymų derinys įtikinamesnis nei vienas neutralizavimo rodmuo.

Mechanistinę istoriją čia taip pat neįprastai gerai galima atsekti. Autoriai mato ankstyvą V1 atranką, gali numanyti bNAb pirmtakus, išskirti subrendusius antikūnus, nustatyti jų epitopus, palyginti struktūras ir laikui bėgant sekti viruso sekų pokyčius. Būtent todėl gyvūnų modelis čia naudingas: jis suteikia nuoseklų ilgalaikį vaizdą, kurį žmonių infekcijos tyrimuose retai galima gauti taip švariai.

Apribojimai irgi realūs. Naudotos makakos, o ne žmonės. SHIV yra pakaitinis modelis. Kelias apima infekciją pakeistu virusu, o ne baigtą vakcinacijos schemą. Ir nors antikūnų atsakas, palyginti su kontrole, buvo dažnas, 8 iš 22 SHIV.5MUT grupės gyvūnų vis tiek neatitiko bNAb atsako apibrėžimo.

Taigi modelio ir mechanizmo įrodymai stiprūs. Vakcinai — dar anksti.

Kodėl tai svarbu

Kuriant ŽIV vakcinas dažnai tekdavo eiti atgal nuo retų sėkmingų antikūnų: surasti subrendusį bNAb, atkurti tikėtiną jo pirmtaką ir tada bandyti kurti imunogenus, kurie vestų B ląstelių liniją panašiu keliu.

Šiame straipsnyje pateikiamas kitokio pobūdžio žemėlapis. Parodomas atkuriamas kelias, kuriame viena specialiai pakeista Env būsena sukelia viruso pabėgimą, o pats pabėgimas atveria kitą taikinį. Imuninei sistemai ne vien parodomas galutinis epitopas — besikeičiantis antigenas palaipsniui ją prie jo nuveda.

Jei vakcinų kūrėjams pavyktų replikuojamo viruso dalį pakeisti kontroliuojama imunogenų seka, tai galėtų padėti spręsti vieną sunkiausių ŽIV vakcinų problemų: suaktyvinti tinkamas pirmtakines ląsteles ir subrandinti jų atsaką nenukreipiant jo į šalutinius taikinius.

Tai tikras žingsnis į priekį. Ir būtent tokį žingsnį verta aprašyti tiksliai. Straipsnis pateikia geresnį vakcinos projektavimo planą. Jis dar nepastato paties pastato.

Trumpa santrauka

Skelly, Gristickas, Li, Gavoras ir kolegos sukūrė SHIV modelį, kuriame V3 glikano plačiai neutralizuojantys antikūnai makakoms atsirado daug nuosekliau nei naudojant tėvinį kontrolinį virusą. Per 48 savaites plazmos bNAb atsakas išsivystė 14 iš 22 SHIV.5MUT užkrėstų makakų, palyginti su 0 iš 14 SHIV.BG505.N332 kontrolėje. Autoriai išskyrė 12 V3 glikano bNAb linijų ir atsekė dviejų etapų mechanizmą: ankstyvi antikūnai prieš pakeistą V1 kilpą atrinko pabėgimo variantus su sutrumpėjusia V1 kilpa, o šie atvėrė V3 glikano epitopą ir leido suaktyvinti bNAb pirmtakus. Tai svarbus modelis ir projektavimo užuomina ŽIV imunogenams kurti. Tai nėra žmogaus ŽIV vakcinos rezultatas.

Be pagražinimų

Ką straipsnis parodo: specialiai pakeistame makakų SHIV modelyje viena ŽIV plačiai neutralizuojančių antikūnų klasė atsirado daug dažniau nei naudojant tėvinį kontrolinį virusą, o autoriai galėjo atsekti tikėtiną dviejų etapų kelią, kuriuo šie antikūnai susiformavo.

Kas tikėtina, bet neįrodyta: kad vakcinų kūrėjai galėtų šį kelią atkartoti kontroliuojama imunogenų seka. Tai yra pagrindinė transliacinė viltis, tačiau straipsnyje ji neparodyta žmonėms ir nepateikiama galutinė vakcinacijos schema.

Ko tai nerodo: ŽIV vakcinos, apsaugos nuo ŽIV žmonėms ar saugaus būdo replikuojamą pakeistą virusą naudoti kaip vakciną. Taip pat neparodyta, kad kiekviena V3 glikano antikūnų linija bus plataus veikimo ar naudinga.

Svarbiausias apribojimas bendram skaitytojui: naudingas mechanizmas vyko infekcijos modelyje. SHIV.5MUT dauginosi, bėgo nuo imuninio spaudimo ir keisdamasis atverdavo kitą taikinį. Profilaktinė vakcinacija žmonėms negali tiesiog nukopijuoti tokio nekontroliuojamo proceso; reikėtų saugiai tą naudingą seką atkartojančių specialiai sukurtų imunogenų.

Kiek tuo turėtų pasitikėti bendras skaitytojas? Didelis pasitikėjimas, kad makakų modelis ir jame matytas mechanizmas yra realūs šio eksperimento ribose. Gerokai mažesnis pasitikėjimas, kad tai tiesiogiai numato veikiančią žmogaus vakciną. Sąžininga išvada — tai stipresnis ŽIV imunogenų projektavimo planas, o ne vakcinos proveržis.