Protivirusna cepiva

1. Uvod

Protivirusna cepiva so zelo učinkovita pri preprečevanju in nadzoru virusnih okužb. V preteklosti so omogočila izkoreninjenje nekaterih virusnih bolezni, kot so črne koze in otroška paraliza, danes pa se z njimi borimo proti virusom kot je HPV. Mehanizem njihovega delovanja temelji na posnemanju naravnega imunskega odziva na patogene viruse. Za razvoj učinkovitih cepiv je zato potrebno dobro poznavanje imunskega sistema in lastnosti posameznih virusov (Graham, 2013; Robinson, 2016).

2. Delovanje protivirusnih cepiv

Virusne okužbe lahko razdelimo glede na njihovo naravo v tri kategorije s tem pa tudi cepiva glede na čas delovanja, in sicer: • Akutne okužbe, ki jih povzročijo antigensko stabilni virusi. Cepiva proti tem virusom omogočajo dosmrtno imunost. • Akutne okužbe, ki jih povzročijo hitro mutirajoči virusi. S cepljenjem proti tem virusom pridobimo začasno imunost, saj se antigeni ves čas spreminjajo, cepljenje je zato potrebno večkrat ponoviti. • Kronične okužbe, ki jih povzročijo hitro mutirajoči virusi. V to skupino spadajo virusi kot je HIV, cepiva zanje so še v fazi razvoja. Protivirusna cepiva sprožijo pridobljen imunski odziv za katerega je značilna specifičnost z imunskim spominom. Najpomembnejši efektorski poti imunskega odziva sta s protitelesi posredovan efektorski mehanizem, ki temelji na preprečevanju infekcij in z limfociti T posredovan efektorski mehanizem, ki prepozna in odstrani z virusi okužene celice. Pri vzpostaviti imunosti sodelujeta tako humoralni imunski odziv, pri katerem sodelujejo protitelesa, kot celično posredovani imunski odziv, ki aktivira limfocite T (Graham, 2013).

2.1 Protitelesa

Protitelesa so primarni elementi pridobljene imunosti, ki so v telesu prisotni, v koncentracijah potrebnih za varovanje organizma, že pred okužbo. Hkrati pa so prisotni tudi ob izpostavljenosti virusnim patogenom. Predstavljajo edino komponento pridobljenega imunskega odziva, ki lahko prepozna virusni patogen, preden le-ta okuži celico (Graham, 2013). Večina protivirusnih cepiv deluje tako, da sproži tvorbo protiteles, ki so specifična za glikoproteine na virusni ovojnici, pri virusih brez ovojnice pa sproži tvorbo protiteles specifična za kapsidne proteine. Proces tvorbe protiteles se začne s srečanjem antigena cepiva in specifičnih limfocitov B. Rast slednjih nato omogoči prisotnost antigena CD4 na limfocitu T. Sledi diferenciacija dela limfocitov B v plazmablaste, ki izločajo za antigen specifična protitelesa IgM. Le-ta se nato vežejo na antigen cepiva z nizko afiniteto. Podskupina aktiviranih limfocitov B pa še naprej raste in tvori germinalne centre v sekundarnih limfnih vozlih. Tu so preferenčno izbrani na cepivo specifični limfociti B, ki imajo največjo afiniteto za vezavo antigena, prav tako pa tu potekajo izotopske pretvorbe protitelesa IgM v IgG in IgA (Robinson, 2016). Zaščitni odziv protiteles najbolje deluje pri inhibiciji in nevtralizaciji okužbe. Slednja lahko poteče po treh glavnih mehanizmih: 1. Združevanje ali imobilizacija virusa zmanjša število okuženih delcev, kar prepreči, da bi virus prišel do tarčne celice. 2. Protitelesa direktno blokirajo vezavo virusa na receptorje tarčne celice tako, da prekrijejo vezavno domeno receptorja. 3. Nevtralizacija se lahko pojavi tudi takoj po vezavi virusa na tarčno celico, in sicer tako da z inhibicijo fuzije prepreči vstop virusa v celico. Takšna nevtralizirajoča protitelesa morajo prepoznati oligomerno površino proteinov v njihovem nativnem stanju ali v obliki intermediata, ki je bil prisoten že pred zaključkom fuzije (Graham, 2013; Robinson, 2016).

2.2 Celice T

Celice T oziroma limfociti T so celice imunskega odziva. Na svoji površini imajo vsebujejo T – celični receptor (TCR). Za razliko od protiteles limfociti T ne prepoznavajo epitopov s 3D strukturo, ampak linearne peptide, ki se izražajo na poglavitnem histokompatibilnostnem kompleksu (MHC) na površini okužene celice. Pojav, ko TCR prepozna več struktur »peptid – MHC«, imenujemo navzkrižna reaktivnost. Delimo jih v dve podskupini: celice pomagalke (celice CD4+) ter celice ubijalke (celice CD8+). Med seboj se razlikujejo po glikoproteinih CD4 in CD8, ki so vezani na membrano. Celice CD4+ pripomorejo k učinkovitosti protivirusnih cepiv na več različnih načinov. Celice pomagalke tipa I (Th1) se po aktivaciji hitro delijo in izločajo citokine IFN-γ ter TNF, hkrati pa spodbujajo celice ubijalke in limfocite B, da izločajo protitelesa. Celice pomagalke tipa II (Th2) spodbujajo izločanje interlevkinov IL – 4, IL – 5, IL – 13 in ostalih citokinov potrebnih za aktivacijo in diferenciacijo celic B. Poleg tega folikularne celice pomagalke (TFH) spodbujajo reakcijo germinalnega centra, produkti katerega so plazemske celice, ki izločajo protitelesa in spominske limfocite B za trajni imunski odziv ter hiter odgovor na tuje antigene. Celice ubijalke odstranijo celice okužene z virusi tako, da jih neposredno uničijo oziroma posredno z izločanjem citokinov (Moyle & Toth, 2013; Robinson, 2016).

3. Tipi protivirusnih cepiv

1. Živa virusna cepiva. Živa oziroma oslabljena cepiva vsebujejo seve virusov, ki imajo odstranjene patogene gene, vendar pa se lahko razmnožujejo v človeških gostiteljskih celicah in povzročajo imunski odziv. Replikacija sevov živega cepiva v gostiteljski celici povzroči aktivacijo celic CD8+, poleg tega pa stimulira imunski odziv sluznice ter z nastalimi protitelesi prepreči naselitev povzročitelja.
2. Mrtva cepiva. Mrtva cepiva pripravimo tako, da patogene atenuiramo z vročino, UV sevanjem ali kemijskimi snovmi. Najbolj pogosto uporabljamo formaldehid in β – propiolakton. Imunski odziv je slabši kot pri živem cepivu, zato ga uporabljamo le za starejše ljudi ter osebe z imunsko pomanjkljivostjo. Cepivo administriramo večkrat, saj je koncentracija nastalih protiteles premajhna, da bi popolnoma ščitila organizem.
3. Komponentna cepiva. Komponentna cepiva vsebujejo le virusni del, ki je potreben za imunski odziv (recimo površinski glikoproteinski antigeni). Takšen pristop zmanjša vnos patogenih snovi v organizem, ampak je takšno cepivo hkrati manj učinkovito, saj spodbuja le delne imunske odgovore zaradi svoje sestave, istočasno pa se ne more razmnoževati kot živa cepiva (Moyle & Toth, 2013; Robinson, 2016).
4. Rekombinantna cepiva. S tehnologijo rekombinantne DNA lahko izrazimo veliko število določenih virusnih proteinov, ki jih potem uporabimo kot antigene v cepivu. V ta namen lahko uporabljamo celice kvasovk, žuželk ali sesalcev. Najbolj znan primer takšnega cepiva je cepivo proti hepatitisu B.
5. Protivirusna VLP cepiva. Virusom podobni delci (VLPs) so strukture, ki so sestavljene iz virusnih strukturnih proteinov, sicer pa ne vsebujejo virusnega genetskega materiala. Površina VLPs pogosto vsebuje veliko količino virusnih površinskih proteinov, kar pripomore k imunogenosti protivirusnih VLP cepiv (Robinson, 2016).

4. Cepiva proti gripi

Gripa oziroma influenca je nalezljiva bolezen, ki jo povzročajo RNA virusi iz družine Orthomyxoviridae. Danes okužbo preprečujemo s cepljenjem. Cepiva proti gripi vsebujejo 3 sestavine: virus gripe B ter virus gripe A H1N1 in H3N2. H je glikoprotein hemaglutinin (HA), ki povzroči aglutinacijo rdečih krvničk, N pa je nevraminidaza (NA), hidrolitični encim, ki odcepi N – acetilnevraminsko kislino iz sladkornega ostanka in tako omogoči širjenje virusa, saj lahko izstopi iz okužene celice. Najbolj znana cepiva proti gripi so mrtva cepiva (IIV). Naredimo jih tako, da virus izoliramo na kokošjih embriih, inokulirana jajca nato obdelamo s formaldehidom in detergentom. IIV proizvajajo anti – interferon – α nevtralizirajoča protitelesa (NAbs), ki se vežejo na epitope HA in tako povzročajo humoralni imunski odziv. Druga vrsta cepiva proti gripi so živa cepiva (LAIV). Virus gripe je oslabljen s serijsko pasažo na tkivni kulturi pri 25 °C. Tako pridobljen sev je prilagojen nizkim temperaturam (Nogales & Martínez-Sobrido, 2017).

5. Kako deluje cepivo proti rumeni mrzlici?

Cepivo proti rumeni mrzlici (YF-17D) spada med živa cepiva, ki vsebujejo virus s pozitivno usmerjeno enoverižno RNA in je eno izmed najbolj uspešnih cepiv z efektivnostjo nad 90%. Cepivo proti rumeni mrzlici v telesu sistematično povzroči akutno virusno okužbo. Že ena doza cepiva spodbudi nastanek antigen specifičnih celic ubijalk, uravnavan Th1/Th2 imunski odziv in nastanek nevtralizirajočih protiteles. Cepivo omogoči aktivacijo tako mieloidnih dendritičnih celic (DC) kot tudi plazmacitoidnih DC, in sicer preko različnih tollu podobnih receptorjev (TLR), kot tudi preko receptorjev RIG-I (z retinojski kislino inducibulen gen I) in MDA5 (z diferenciacijo melanoma povezan antigen 5). YF-17D aktivira TLR2, ki regulira odziv celic ubijalk tipa I (Tc1) in Th1. V plazmacitoidnih DC cepivo preko mehanizma s TLR7/9 aktivira mTOR (tarče rapamicina pri sesalcih), kar vodi do fosforilacije interferonskega regulatornega faktorja 7 (IRF7), to nato omogoči sekrecijo interferonov α, preko njih sledi še aktivacija celic ubijalk. Poleg tega cepivo YF-17D hitro inducira nevtralizirajoča protitelesa IgM, ki v telesu ostanejo 30-40 let (Pulendran, Oh, Nakaya, Ravindran, & Kazmin, 2013).

6. Zaključek

Protivirusna cepiva so učinkovit način preprečenja epidemije, ker pa za nekatere viruse sestave cepiva ne moremo določiti empirično, vseh virusnih okužb še ne moremo preprečiti oziroma pozdraviti. Zato trenutno razvijajo nove metode za načrt protivirusnih cepiv, kot npr. vektorska cepiva ter cepiva na podlagi DNA oz. RNA (Robinson, 2016).

Viri

Graham, B. S. (2013). Advances in antiviral vaccine development. Immunological Reviews, 255(1), 230–242. https://doi.org/10.1111/imr.12098

Moyle, P. M., & Toth, I. (2013). Modern Subunit Vaccines: Development, Components, and Research Opportunities. ChemMedChem, 8(3), 360–376. https://doi.org/10.1002/cmdc.201200487

Nogales, A., & Martínez-Sobrido, L. (2017). Reverse genetics approaches for the development of influenza vaccines. International Journal of Molecular Sciences, 18(1), 1–26. https://doi.org/10.3390/ijms18010020

Pulendran, B., Oh, J. Z., Nakaya, H. I., Ravindran, R., & Kazmin, D. A. (2013). Immunity to viruses: learning from successful human vaccines. Immunological Reviews, 255(1), 243–255. https://doi.org/10.1111/imr.12099

Robinson, J. M. (2016). Vaccine Production: Main Steps and Considerations. The Vaccine Book: Second Edition. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-802174-3.00005-9