Ще разполагаме ли скоро с ефективна ваксина срещу HIV? Обзор на литературата

Въпреки постиженията на антиретровирусната терапия (ART), осигуряваща дълъг живот при добро здраве, както и липса на предаване на HIV на серонегативните партньори чрез полов контакт, само през 2021 г. в света са регистрирани около 1.5 млн. новозаразени с HIV лица. За да се осъществи контрол и край на HIV пандемията в глобален мащаб, се нуждаем от ефективно и широко достъпно оръжие за предпазване. Подобно на ваксините против едра шарка и полиомиелит, профилактична ваксина срещу HIV би спасила милиони животи. Счита се, че огромният успех на ваксините срещу SARS-CoV-2, на базата на мРНК технологиите, ще обогати и ускори получаването на ефективна протективна ваксина срещу HIV. Опитите за традиционно получаване на ваксина останаха безуспешни до описването на т.нар. широко неутрализиращи антитела – broadly Neutralizing Antibodies (bNAs), произвеждани от В-клетките на определени лица. Открита бе и тяхната мишена в ENV протеина на шипчестия гликопротеин на HIV – стабилизиран тримерен протеин, който вече се използва като имуноген/и. Нещо повече – създават се т.нар. природо-подобни тримери, един от които BG505 SOSIP.664 gp140, бе подложен на оценка във Фаза I клинично изпитание в САЩ и Кения (Фиг. 1). Обзорът ще сравни получаването на ваксиналните антигени за ваксините срещу HIV и SARS-CoV-2, както и вида на формираните неутрализиращи антитела след приложението на двете ваксини.

***

HIV инфекцията и СПИН вече отдавна не са заболявания с фатален изход. От съдбоносна и смъртоносна, HIV инфекцията се превърна в хронична, контролируема доживотно инфекция, удължаваща продължителността на живота на заразените и лекувани индивиди до продължителността на живота на хората без HIV инфекция. При това удължаването на живота е придружено и с високо качество, най-често незастрашаващо трудоспособност­та и ежедневните дейности на индивида. В практиката се използват над 25 медикаменти с различен механизъм на действие, които не само инхибират репликацията на вируса, но заедно с това подобряват и възстановяват функциите на имунната система[1]. Вярно е, че в момента все още не можем да се похвалим с ерадикация на вируса в резултат на лечението, но можем да уверим нашите приятели, живеещи с HIV/СПИН, че в резултат на антиретровирусната терапия (АРТ) те могат да бъдат безопасни сексуални партньори, вкл. такива, борещи се за бащинство и майчинство.

фигура 1: Sok, D. and Burton R. Nat. Immunol. 19, 1179–1188 (2018)

Защо тогава ни е необходима ваксина срещу HIV?

Епидемиологичните данни показват, че само през 2021 г. глобално са регистрирани 1.5 млн. новозаразени лица[2], в света живеят 38.4 млн. души с HIV, в суб-Сахарна Африка на всеки 2 минути една млада жена се заразява с HIV, а 25% от лицата, живеещи с вируса, нямат достъп до АРТ. В момента е формиран глобален имунодефицитен резервоар – идеална среда за репликация, адаптация (мутации) и разпространение на нови вируси, вкл. нови HIV варианти. Пандемията COVID-19 ни показа колко важни са пациентите с имунен дефицит за „осигуряване“ на антигенната еволюция и разпространението на нови варианти на SARS-CoV-2[3]. Така HIV се превръща в истински двигател на еволюцията в микрокосмоса, а медицината изостава с диагностични методи, профилактични и терапевтични протоколи.

Исторически ваксините са най-ефективното средство за предпазване, контрол и ерадикация на инфекциозните заболявания. Тяхната безопасност, достъпност и широко използване предпазват от заболяване, инвалидност и смърт[4]. Примерите са много – едра шарка, полиомиелит, морбили и др. Получаването на безопасна, ефективна и достъпна ваксина срещу HIV би могла не само да предотврати заразяването с вируса на нови лица, но и да контролира ефективно и дори да приключи пандемията HIV/СПИН.

Основните пречки пред получаването на универсална ваксина срещу HIV са многократно описани[5]: изключителното и нарастващо генетично разнообразие на вируса[6], механизмите, чрез които той „избягва“ контрола от имунната система[7], способността му да се интегрира в заразените имунни клетки, които стават недостъпни както за имунната система, така и за медикаментите от АРТ[8]. Ето качествата, на които трябва да отговаря идеалната ваксина срещу HIV – преди всичко тя би трябвало чрез известните компоненти на имунната система (хуморални, клетъчни и мукозни) да мобилизира пълно предпазване срещу всякакви вирусни типове, с които ваксинираният би се срещнал. А известно е, че когато HIV мутира, той бързо се променя дори в организма на заразеното лице.

За сравнение, HIV мутира по-бързо от SARS-CoV-2.

Безплодните опити за получаване на традиционна ваксина срещу HIV останаха безуспешни до описването на т.нар. broadly Neutralizing Antibodies – bNAbs, произвеждани от В-клетките на някои HIV-1 заразени лица[9]. Когато в 90-те години бяха открити няколко редки антитела, неутрализиращи широк спектър от HIV варианти, това бе оценено като огромен пробив[10]. Около 2000 г. бяха скринирани огромен брой от тези bNAbs. Оказа се, че те не са чак толкова редки[11] – около 50% от лицата, живеещи с НIV-1 образуват в ниски титри такива bNAbs, но само при около 10-15% тези антитела са с висок титър и широко неутрализиращ диапазон. Процесът за образуването им обаче може да отнеме години, което е неприемливо дълго, за да стане ясна ползата от тях за заразения индивид. Стана жизненоважно да се отговори на въпроса коя точно е мишената на bNAbs в ENV протеина на шипчестия гликопротеин на HIV.

Шипчестият гликопротеин на HIV-1 (gp120) е тежко гликозилиран, до степен, че гликаните съставляват около 50% от тоталната маса на gp120[12]. Тези гликани повлияват навлизането на вируса, инфекциозността и разпознаването от антителата[13,14]. Всъщност N-гликаните са важни за правилното преструктуриране на gp120 при взаимодействието му със CD4 и ко-рецепторите, медииращи фузията и навлизането в клетката на HIV-1. Към това се добавя и фактът, че плътните гликани предпазват вируса от антитяло-медиираната неутрализация[15]. С други думи, повърхностните белтъци на HIV са тежко гликозилирани, което затруднява имунната система да ги разпознае и да отговори съответно. Открита бе и мишената на действието на bNAbs в ENV протеина на шипчестия гликопротеин на HIV – оказа се, че bNAbs прецизно таргетират поне пет силно уязвими, но консервативни части на вируса, посочени на Фиг. 2[16].

фигура 2: Експериментал­ният опит с HIV и SIV с различни комбинации на мРНК платформи при опитни животни ускори клиничните изпитания на три човешки кандидат-ваксини, вече показали безопасност и способност да индуцират имунен отговор

Широко неутрализиращите HIV-1 антитела неутрализират множество HIV-1 вирусни щамове. Но образуването им чрез ваксинация досега не бе възможно. bNAbs са уникални с това, че са насочени към “запазени” епитопи на вируса, което означава, че вирусът може да мутира, но целевите епитопи ще съществуват. Тези антитела се наблюдават в малък брой заразени с HIV-1 лица, развиват се 2-4 г. след заразяването с HIV-1 и в присъствието на постоянно антигенно стимулиране поради постоянната вирусна репликация[17].

Предизвикателството е, че този вид антитела все пак рядко се образуват, дори и при съществуваща инфекция, тъй като клетките-прекурсори, които ги произвеждат, са малко. Идеята в случая е да се намери начин да се стимулират и намножат тези прекурсорни В-клетки, което би открило широк фронт за получаване на високоефективни ваксини и срещу други патогени. Технологията на стимулиране на прекурсорните В-клетки се означава като “germline targeting”[18]. Главната мишена на bNAbs е HIV Env протеинът, състоящ се от три мономера gp120 и три мономера gp41.

Антигенът/ваксината инструктира за два ключови протеина на НIV – Env and Gag. В мускулните клетки на инокулираните животни двата протеина се сглобяват и продуцират вирусопдобни частици – Virus-Like Particles (VLPs) – с много копия на Env на повърхността си. VLPs не могат да предизвикат инфекция или заболяване, защото вирусният геном липсва, но те са чудесен антиген, стимулиращ имунен отговор.

Rhesus macaques получили прайминг и няколко бустера с подобни антигени, са показали 79% по-нисък риск от заразяване при експозиция с хибриден вирус в сравнение с неваксинираните животни.
Прайминг-ваксината и бустерните ваксини са различни – Gag mRNA и Env mRNA от няколко различни HIV типове. Преференциално са търсени варианти, активиращи антителата срещу общите „консервативни“ области на Env-мишената на broadly neutralizing antibodies – а не толкова различаващи се области във всеки отделен субтип.

Освен неутрализиращи антитела, the VLP mRNA ваксините индуцират много добър T-клетъчен отговор. Вече успешно е проведено клинично изпитание за безопасност и имуногенност на три кандидат-ваксини: BG505MD39.3, BG505MD39.3gp151 и BG505MD39.3gp151CD4KO при здрави, незаразени с HIV възрастни лица[18,19]. И трите представляват HIV тримерни mRNA ваксини. Всяка от тези кандидат-ваксини представя шипчестия протеин на повърхността на HIV, който улеснява и обезпечава навлизането на вируса в клетката (Фиг. 2).

Всяка от тези ваксини кодира различни, но родствени и стабилизирани протеини. Нито една от тях не предизвиква HIV инфекция.

При COVID ваксините, mRNA „инструктира“ клетките да правят големи количества шипчест протеин на SARS-CoV-2. С други думи, вместо в организма да се вкарват вирусни белтъци като антиген, mRNA кара тялото само да си направи собствената ваксина. При бъдещата HIV ваксина поради необходимостта да се индуцира широк набор от вирусни протеини за адекватен имунен отговор, ваксината включва няколко различни mRNAs, които инструк­тират клетката да произвежда различни вирусни компоненти, след което ги сглобява във вирусоподобни частици (Virus-Like Particles, VLP). Последните се „изпращат“ в тялото. Поради липса на HIV генетичен вирусен материал, т.е. на машина за репликация, инфекция не е възможна.

Вече е завършена фаза 1 на клинично изпитване за безопасност и имуногенност на mRNA ваксината. Бе съобщено за силен антитялов отговор у лица и стимулиране на В-клетките да продуцират широко неутрализиращи анти-HIV антитела[18,19]. Имунният отговор (таргетиращ и водещ до активиране и разрастване на специфичен клас B cells) е необходим, за да започне процесът на получаване на broadly Neutralizing Antibodies (bNAbs).

Именно индуцирането на bNAbs се счита за цел на ефикасната HIV ваксина и B-клетъчната активация е първият етап в този процес.

Проведеното изпитание на Фаза 1 G001 от IAVI (International AIDS Vaccine Initiative) показа, че ваксинацията с HIV имуногена eOD-GT8 60mer (рекомбинантен протеин) демонстрира безопасност и индуцира търсения имунен отговор в 97% oт реципиентите (възрастни). IAVI G003 е с дизайн, целящ да тестира хипотезата, че ваксинацията с този имуноген, доставен чрез mRNA платформа от MODERNA, може да индуцира подобен имунен отговор в Африка, подобен на получения при първото клинично изпитание – IAVI G001. Очакваме още през 2023 г. резултатите от това изпитание.
Безпрецедентният успех на сравнително новата технология “germline targeting”, съчетана с вече изпитаната в COVID-19 пандемията mRNA технология и праймер-бустерното приложение на различаващи се антигени, ще има безспорно отражение върху бъдещото производство на ваксини срещу редица все още непобедени инфекциозни агенти.

книгопис:

1. Saag, M. S. et al. Antiretroviral drugs for treatment and prevention of HIV infection in adults: 2020 recommendations of the International Antiviral Society-USA panel. JAMA 324, 1651–1669.
2. UNAIDS. Fact sheet 2021. UNAIDS https://www.unaids.org/sites/default/files/media_asset/UNAIDS_FactSheet_en.pdf
3. Markov,P., Katzourakis, A. and Stilianakis. N. Antigenic evolution will lead to new SARS-CoV-2 variants with unpredictable severity, 2022, Nature Reviews Microbiology , 20, 251–252
4. Argirova R., Zlatareva, A. Lifelong vaccination model: for a better quality of life, https://doi.org/10.1080/13102818.2022.2151379 , 2023, 37, 1, 24-33
5. Р. Аргирова „Ваксина срещу НІV – предизвикателството на 21-ви век”. Медицински преглед, 2012, 12-20.
6. Korber, B., Hraber, P., Wagh, K. Et al. Polyvalent vaccine approaches to combat HIV-1 diversity. Immunol. Rev., 2017, 275, 230–244 .
7. Kirchhoff, F. Immune evasion and counteraction of restriction factors by HIV-1 and other primate lentiviruses. Cell Host Microbe, 2010, 8, 55–67.
8. McMichael, A. J., Borrow, P., Tomaras, G. D. et al. The immune response during acute HIV-1 infection: clues for vaccine development. Nat. Rev. Immunol.,2010, 10, 11–23.
9. Walker, L. M. et al. A limited number of antibody specificities mediate broad and potent serum neutralization in selected HIV-1 infected individuals. PLoS Pathog., 2010, 6, e1001028 .
10. Burton DR, Pyati J, Koduri R., et al. Efficient neutralization of primary isolates of HIV-1 by a recombinant human monoclonal antibody. Science, 1994,266:1024–1027.
11. Hraber, P. et al. Prevalence of broadly neutralizing antibody responses during chronic HIV-1 infection. AIDS, 2014, 28, 163–169.
12. Leonard CK, Spellman MW, Riddle L. et al. Assignment of intrachain disulfide bonds and characterization of potential glycosylation sites of the type 1 recombinant human immunodeficiency virus envelope glycoprotein (gp120) expressed in Chinese hamster ovary cells. J Biol Chem. 1990, 265: 10373-10382.
13. McLellan JS, Pancera M, Carrico C, et al: Structure of HIV-1 gp120 V1/V2 domain with broadly neutralizing antibody PG9. Nature., 2011, 480: 336-343.
14. Kumar R, Tuen M, Li H, et al. Improving immunogenicity of HIV-1 envelope gp120 by glycan removal and immune complex formation. Vaccine, 2011, 29, 9064-9074.
15. Wei X, Decker JM, Wang S, et al: Antibody neutralization and escape by HIV-1. Nature, 2003, 422, 307-312.
16. D. Sok, D. and R. Burton, Recent progress in broadly neutralizing antibodies to HIV. Nat. Immunol.,2018, 19, 1179–1188.
17. E. Landais, and P. L. Moore, Development of broadly neutralizing antibodies in HIV-1 infected elite neutralizers. Retrovirology, 2018, 15, 61.
18. Leggat DJ, Cohen KW, Schief WR et al. Vaccination induces HIV broadly neutralising antibody precursors in humans. Science, 378(6623): pre-print publication, 2022.
19. www.doi.org/10.1126/science.add6502.
20. Moore PL. Triggering rare HIV antibodies by vaccination. Science, 2022, 378 (6623): 949-950. www.doi.org/10.1126/science.adf3722.