Газета «Новости медицины и фармации» 9-10 (503-504) 2014

Статья опубликована на с. 19-23 (Мир)

Распространенные учебные руководства для медицинских работников [1–7] содержат типичные представления об иммунитете, из которых не следует, почему до настоящего времени не создано вакцин, позволяющих контролировать распространение многих опасных инфекций. Цель настоящей работы — обратить внимание врачей на пробелы в знаниях об иммунологии эпидемических, инфекционных и поствакцинальных процессов, получаемых ими в медицинских вузах. Рассмотрена роль в этих процессах феноменов антителозависимого усиления инфекции и антигенного импринтинга¹.

1. Формирование типичных представлений об иммунитете

Сложившиеся в конце XIX в. представления о специфическом иммунитете отражают взгляды Э. Дженнера и Л. Пастера, априори предполагавших, что первый контакт с возбудителем инфекционной болезни создает у человека невосприимчивость (иммунитет) к повторному заражению [11].

Теория опсонинов, разработанная А.Е. Райтом и С. Дугласом в 1903 г. [12], примирила враждующие между собой фагоцитарную (И.И. Мечников) и гуморальную (Р. Кох, П. Эрлих) теории иммунитета и дала толчок к ее дальнейшему развитию на основе представлений о кооперации клеточно-гуморальных иммунологических реакций. В последующие годы были описаны и апробированы иммунологические реакции и тесты с фагоцитирующими клетками и специфическими антителами, уточнялся механизм их взаимодействия с антигенами. В 1948 г. А. Фагреус доказала, что антитела синтезируются плазмоцитами. Иммунологическая роль Т- и В-лимфоцитов установлена в 1960-х гг., когда было показано превращение В-клеток в плазмоциты под влиянием антигенов и образование из недифференцированных Т-клеток несколько субпопуляций, синтезирующих специфические к антигену антитела. В 1966 г. открыты цитокины Т-лимфоцитов, обусловливающие кооперацию (взаимодействие) иммунокомпетентных клеток. Сформулированная в 1964 г. Н. Йерне и Ф. Бернетом клонально-селекционная теория иммунитета дала ученым понимание того, каким образом специфические антитела могут накапливаться в достаточно высокой концентрации, чтобы эффективно блокировать инфекционный процесс. Подобный же механизм установлен и при формировании клоноспецифических Т-клеток [17].

В настоящее время типичная схема иммунного ответа на возбудитель инфекционной болезни выглядит следующим образом. Макрофаг поглощает (фагоцитирует) патогенный микроорганизм (бактерия, вирус), инактивирует его и презентирует Т- и В-лимфоцитам. Ввиду различий рецепторного аппарата В-клетки реагируют с одними детерминантами, Т-клетки — с другими. Получив информацию об антигене от антиген-презентирующих клеток (макрофаги, несущие на внешней мембране антигены), Т-хелперы с помощью иммуноцитокинов передают сигнал, усиливающий пролиферацию Т- и В-лимфоцитов определенных клонов². В-лимфоциты дифференцируются до плазмоцитов, а Т-хелперы превращаются в Т-киллеры (Т-эффекторы). Плазмоциты синтезируют специфические антитела, участвующие в иммунном ответе в трех формах — нейтрализации, опсонизации и активации системы комплемента (гуморальный иммунный ответ); Т-киллеры разрушают клетки-мишени при непосредственном контакте (цитотоксический или клеточный иммунный ответ). После первичного контакта с антигеном остаются клоны Т- и В-клеток памяти, сохраняющие информацию о нем много лет. При вторичном попадании этого антигена в организм человека они рекрутируют специфические лимфоциты, происходит стимуляция этих клонов, и клетки памяти начинают интенсивно размножаться³. В-клетки переходят в плазмоциты, продуцирующие антитела нужной специфичности. Т-клетки обеспечивают клеточную форму защиты (субпопуляции цитотоксических Т-клеток и Т-клеток воспаления) и участвуют в формировании гуморального иммунитета — хелперные Т-клетки [4, 5, 17].

В соответствии с такой схемой гуморальные и клеточные реакции, развивающиеся в ответ на введение вакцины или развитие инфекционного процесса, могут иметь исключительно защитный характер. Поэтому любой препарат, полученный на основе антигенов какого-то возбудителя инфекционной болезни и вызывающий образование специфических к этим антигенам антител, можно назвать вакциной, а любую массовую вакцинацию легко представить всечеловеческим благом.

2. Феномен антигенного импринтинга4

В 1953 г. Davenport et al. [18] неожиданно для себя обнаружили, что в сыворотке крови людей старше 28 лет, переболевших гриппом до проводимых в начале 1950–х гг. массовых вакцинаций, низкие титры антител к вирусу серотипа А (H₁N₁)⁵, использованному при приготовлении вакцины, но повышенное содержание антител к вирусу гриппа, циркулировавшему ранее. Наибольшее количество таких людей приходится на возрастную группу 35–38 лет, пережившую пандемию гриппа «испанка» в 1918 г. Аналогичные результаты были получены в отношении вируса гриппа серотипа B и его антигенных вариантов [19]. Для объяснения иммунологического феномена Davenport et al. [18] предположили, что во время первого инфицирования вирусом гриппа еще в детском возрасте иммунная система ориентируется на некий доминантный антиген среди циркулирующих штаммов вируса. Последующее экспонирование к вирусам гриппа, антигенно связанным с предыдущим, вызывает подъем уровня антител не на их антигены, а на штамм, вызвавший первую инфекцию. Это наблюдение было кратко резюмировано Francis [19] в виде «доктрины первичного антигенного греха» (the doctrine of original antigenic sin).

Установление природы феномена антигенного импринтинга

Davenport и Hennessy [20] для определения границ феномена провели вакцинацию моновалентными вакцинами, содержащими инактивированные штаммы различных антигенных вариантов (сероподтипов) вируса гриппа А, циркулировавших среди людей за последние 30 лет. Среди них вирус свиного гриппа (Hsw₁N₁; swine influenza) — циркулировал во время пандемии «испанки» 1918 г. и некоторое время позже, вирус гриппа А (H₀N₁)⁶ — вызывал вспышки гриппа с начала 1930–х гг. до 1943 г., вирус гриппа А-prime (H₁N₁, influenza A-prime) — доминировал в циркуляции среди людей с 1946 г. до начала 1950–х гг.

Вакцинация была проведена в группе детей, которые были вовлечены в вспышки гриппа, вызванные вирусом гриппа сероподтипа A-prime, в группах взрослых (рекруты), детьми переживших вспышки гриппа А, и взрослых людей старше 30 лет. У детей высокие титры антител отмечены на вакцину на основе вируса гриппа A-prime (H₁N₁), у рекрутов — на вакцину против вируса гриппа А (H₀N₁), у людей старше 30 лет — на вакцину на основе вируса свиного гриппа (Hsw₁N₁). У некоторых волонтеров двух последних групп были обнаружены антитела к вирусам гриппа A-prime (H₁N₁), свидетельствующие о ранее перенесенной инфекции. Реакция человека на введение моновалентных вакцин оказалась типоспецифической. Антитела к вирусу гриппа A-prime, полученные в результате вакцинации детей по гриппу A или свиному гриппу, не вступали в перекрестные реакции с вирусами гриппа A или свиного гриппа. Такие же результаты получены в группах рекрутов (антитела к вирусу гриппа A) и людей старше 30 лет (антитела к вирусу свиного гриппа). Этим изящным экспериментом Davenport и Hennessy [20] подтвердили ранее полученные ими данные [18], говорящие в пользу того, что иммунная система человека при сходстве антигенов может реагировать на тот, с которым она «столкнулась» впервые.

К концу 1950-х гг. предположение Davenport и Hennessy [20] подтверждено эпидемиологическими исследованиями. Было установлено, что антитела к различным типам вируса гриппа накапливаются в течение всей жизни человека, однако после эпидемических вспышек болезни титр антител бывает наивысшим к тому типу вируса, который обусловил первое заболевание гриппом в раннем детстве [14]. Francis (1959) обнаружил следующую закономерность распределения антител к сероподтипам вируса гриппа типа А среди возрастных групп населения США (табл. 1).

В конце 1950-х гг. эпидемическая ситуация по гриппу изменилась. Вирусы сероподтипов Hsw₁N₁, H₀N₁, H₁N₁ сменил вирус сероподтипа H₂N₂ (пандемия азиатского гриппа 1957 и 1959 гг.), затем в циркуляции среди людей появился вирус сероподтипа H₃N₂ (пандемия гонконгского гриппа 1968–1970 гг.) (рис. 1).

Феномен антигенного импринтинга в 1960-е гг. не только не вызывал сомнения у эпидемиологов и иммунологов, но и использовался ими для разработки методологии археологической серологии. Методология основывалась на определении возрастного распределения антител к различным антигенным вариантам вирусов А и В. Различия в распределении антител среди возрастных групп населения связывали с возникновением анамнестических реакций на вирусы с близкими по структуре антигенами, ранее вызвавшими у человека заболевание гриппом. Благодаря такому подходу установлено, что вирусы гриппа, сходные с А₂N₂ и В, циркулировавшие среди людей в начале 1960–х гг., вызывали эпидемии гриппа в 1880–1890-х гг. Для распознания по серологическим показателям истинного сероварианта возбудителя гриппа обычно обследовали однородный контингент по возрасту (пионерские лагеря, общежития, воинские части) [14].

Появившиеся в циркуляции среди людей вирусы гриппа сероподтипов H₂N₂ и H₃N₂ давали собственные анамнестические ответы. Marine и Thomas [22], проводя серологические исследования среди людей различных возрастных групп, вакцинированных моновалентными инактивированными вакцинами на основе вирусов гриппа серотипа А различных антигенных вариантов (H₁N₁ и H₀N₁, H₂N₂, H₃N₂), установили, что антигенный импринтинг наблюдается в пределах одного антигенного варианта вируса. У людей, перенесших первую гриппозную инфекцию, вызванную вирусами сероподтипов H₁N₁ и H₀N₁, была анамнестическая реакция (высокие титры антител) на вакцинацию вакцинами, полученными на основе штаммов вирусов этих сероподтипов, но не H₂N₂ и H₃N₂, и наоборот.

Эффект антигенного импринтинга проявлялся тем интенсивнее, чем больше времени проходило от момента первого контакта иммунной системы с возбудителем гриппа. Masurel и Drescher [23] в опытах на хорьках, последовательно инфицированных с интервалами в три недели разными штаммами вируса гриппа серотипа А (H₁N₁, Hsw₁N₁, H₀N₁, H₂N₂, H₃N₂), установили, что вторичное инфицирование может приводить к появлению HCR-антител, т.е. антител с высокой перекрестной активностью (antibodies highly cross-reacting — HCR antibodies) по отношению к штаммам, антигенно тесно связанным по гемагглютинину (НА) с теми, что вызвали первый инфекционный процесс. При заражении вирусом гриппа через трехнедельные интервалы антител, специфичных к штамму вируса, вызвавшему первый случай инфекции, не обнаруживали. Однако, когда интервал между заражениями увеличивали до 4–5 мес., наблюдался феномен антигенного импринтинга, а HCR-антитела не обнаруживали. Следовательно, образование HCR-антител и антигенный импринтинг — это разные иммунологические феномены.

В 1979 г. при анализе статистики заболеваемости населения гриппом обнаружено, что люди, родившиеся до 1956 г., легко перенесли пандемию русского гриппа (1977–1978 гг.). Подавляющее число заболевших приходилось на людей в возрасте до 20 лет, т.е. на ту часть населения, которая не имела контакта с вирусами гриппа серотипа H₁N₁, вышедшими из циркуляции более 20 лет тому назад. Напротив, лица старше 30 лет составили только 20 % больных, хотя их доля в общей численности населения превышает 50 %, т.е. с учетом низкой заболеваемости в эту эпидемию вообще люди зрелого и пожилого возраста, имевшие в прошлом контакт с вирусами гриппа H₁N₁, болели значительно меньше, чем люди более молодых возрастных групп [24]. Данный феномен наблюдался во всех странах, где велся учет заболевших гриппом, и был объяснен антигенным импринтингом. В экспериментах, выполненных на крысах, установлено отсутствие влияния на анамнестические ответы иммунной системы на вирус сероподтипа H₁N₁, последующего инфицирования вирусом гриппа других сероподтипов (H₂N₂, H₃N₂) [25].

Marine и Thomas [22] подтвердили феномен антигенного импринтинга в масштабном исследовании, выполненном на 687 добровольцах разных возрастов, перенесших грипп во время различных пандемий. Добровольцев вакцинировали живыми моновакцинами разных серотипов и изучали анамнестические ответы иммунной системы. В этом же году Couch et al. [26] обнаружили, что после вакцинации инактивированной гриппозной вакциной, полученной на основе штамма вируса A/Scotland/74, в сыворотке 82 % вакцинированных людей обнаруживались антитела к вирусу A/HongKong/68, с которым они сталкивались во время предыдущих вспышек гриппа. Только в сыворотке 46 % из них были обнаружены низкие уровни антител к вакцинному штамму A/Scotland/74.

Но в практике вакцинаций по гриппу феномен антигенного импринтинга подтверждался не всегда (см., например, [27]). Границы изменчивости вируса гриппа в пределах его сероподтипов, при которых этот феномен возможен, пытались в 1999 г. смоделировать Smith et al. [28]. По их данным, чем больше антигенное сходство между штаммами вируса гриппа, использованными для приготовления вакцины, которая применялась для вакцинации, и штаммами вируса, вызвавшего вспышку гриппа, или антигеном вируса, использованного для повторной вакцинации, тем больше вероятность развития феномена антигенного импринтинга и тяжелого течения болезни у инфицированного пациента. При полной антигенной идентичности вирусов антигенный импринтинг невозможен. Но конкретных величин антенного различия вирусов, при котором он может возникнуть или быть исключенным, они не привели.

Тогда же было обнаружено, что явление антигенного импринтинга может наблюдаться не только при гуморальном, но и при клеточном иммунном ответе на возбудители инфекционных болезней. При повторном реагировании на мутировавшие антигены вируса лимфоцитарного хорио–менингита (lymphocytic choriomeningitis virus — LCMV), узнаваемые цитотоксическими Т-клетками, цитотоксический ответ происходил преимущественно в отношении того антигенного варианта вируса, с которым иммунная система человека взаимодействовала первично [29]. В 2010 г. аналогичная роль Т-клеточных ответов иммунной системы человека описана при лихорадке Денге [30]. Антигенный импринтинг наиболее опасен при развитии повторной инфекции тогда, когда в результате В- и Т-клеточных ответов образуются низкоавидные перекрестно реагирующие антитела на доминирующие антигенные эпитопы, как, например, это происходит в отношении эпитопов оболочечного белка Е вируса Денге [31]. Такие антитела, образующиеся на ранней стадии повторной инфекции, являются причиной развития другого малоизученного иммунологического феномена — антителозависимого усиления инфекции [32]

В 1990-х гг. изменилась ситуация в самой эпидемиологии. Началось время глобальных информационных проектов фармацевтических корпораций, имеющих целью сверхприбыль от коммерческой реализации вакцин. Представления об эпидемиологии и иммунологии инфекционных болезней упростились. Теперь эпидемии уже не были результатом сложных природных и социальных процессов, а возникали из-за появления нового вируса, что автоматически предполагало новую вакцину, массовую вакцинацию и бюджетное финансирование ее проведения. Ответы со стороны иммунной системы на вакцину либо на возбудитель инфекционной болезни в интересах производителей вакцин стали рассматриваться исключительно как защитные. Феномен антигенного импринтинга исчез из руководств и учебников, и современным российским врачам, в отличие от их советских коллег 1960-х гг., он неизвестен.

Антигенный импринтинг в период пандемии свиного гриппа в 2009 г.

«Забытый» иммунологический феномен вспомнили исследователи, не связанные с вакцинным бизнесом, когда стали изучать последствия массовых вакцинаций, навязанных населению фармацевтическими корпорациями под предлогом предотвращения перехода пандемии свиного гриппа в «испанку»⁷. В 2009 г. Kim et al. [33] подтвердили возможность развития феномена антигенного импринтинга в экспериментах на мышах, используя штаммы A/PR/8/34 (PR8) и A/FM/1/47 (FM1) вируса сероподтипа H₁N₁. Аминокислотная последовательность HA обоих штаммов была идентична на 92 %.

Также они показали, что если проводить последовательную вакцинацию мышей инактивированными вакцинами, полученными на основе разных штаммов вируса гриппа (PR8 и FM1), то при последующем заражении адаптированным штаммом FM1 мыши оказываются менее защищенными от вируса, чем после иммунизации только одним инактивированным FM1. Титр вируса гриппа в легких мышей, вакцинированных сначала PR8, а затем FM1, был в 46 раз выше, чем у мышей, вакцинированных только инактивированным FM1. Мыши, вакцинированные сначала инактивированной вакциной, затем живой, демонстрировали выраженный антигенный импринтинг. Последующее инфицирование животных вирулентным штаммом вируса вызывало у них слабый ответ нейтрализующих антител на этот вирус. Индукция феномена антигенного импринтинга не зависела от введенной дозы вирусов (0,01 или 0,1 LD₅₀) или последовательности, в которой они были введены экспериментальному животному.

Choi et al. [34] обнаружили, что 18–20-летние студенты, ранее многократно вакцинированные вакцинами, предназначенными для сезонной вакцинации по гриппу, реагировали на гриппозную вакцину, разработанную для противодействия распространению пандемического вируса сероподтипа рH₁N₁ (pandemic H₁N₁ 2009; pH₁N₁), значительно слабее, чем те студенты, кого раньше не вакцинировали. Однако выяснить, какая вакцинация стала причиной антигенного импринтинга, исследователям не удалось, так как за последние 15 лет в состав вакцин для сезонной вакцинации включалось шесть различных штаммов (!) вируса гриппа сероподтипа H₁N₁. Установлено только то, что это не была комбинированная вакцина, включающая вирус A/Brisbane/59/2007(H₁N₁), которая была использована три месяца назад для вакцинации населения. Она не создавала значительного перекрестного защитного эффекта по отношению к вирусу pH₁N₁.

Анализ заболеваемости в разных возрастных группах населения во время глобальной активизации вируса рH₁N₁ в 2009 г. дал тот же результат, что и подобные анализы заболеваемости, проведенные в начале 1950-х гг. и после пандемии русского гриппа в конце 1970-х гг. У людей, родившихся до 1957 г., антигенный импринтинг стал причиной высоких титров вирус-нейтрализующих антител, вырабатывающихся как в ответ на вакцинацию, так и на гриппозную инфекцию. В других же возрастных группах антигенный импринтинг повышал смертность заболевших [35–38] (рис. 2).

Четыре эпидемиологических исследования распространения вируса пандемического гриппа рH₁N₁, выполненные в Британской Колумбии в 2009 г., показали повышенный риск его развития у лиц, ранее вакцинированных тривалентной инактивированной гриппозной вакциной (trivalent inactivated influenza vaccine — TIV), применяемой для сезонной профилактики гриппа. Авторы связывают повышенный риск развития гриппа у вакцинированных людей с феноменами антигенного импринтинга, антителозависимого усиления инфекции и с другими, еще не известными факторами, на необходимость изучения которых они обращают внимание исследователей [39, 40].

После предшествующих многократных вакцинаций и перенесенных в прошлом заболеваний гриппом антигенный импринтинг приводит к тому, что в сыворотке крови циркулируют специфические низкоавидные антитела, перекрестнореагирующие с вирусами гриппа, но не обладающие протективным действием. Вспышки свиного гриппа 2009 г. внесли ясность и в их роль в патогенезе гриппозной инфекции.

По данным Monsalvo et al. [41], у умерших пациентов среднего возраста и тех, у кого грипп имел тяжелое течение, специфические низкоавидные антитела (IgG) формировали иммунные комплексы с вирусом, оседавшие в легочной ткани и вызывавшие отек легких, перибронхиолярную мононуклеарную клеточную инфильтрацию и как результат — гипоксемию. Чем выше был титр таких антигриппозных антител, тем тяжелее протекала болезнь. У пациентов не обнаруживали антител, нейтрализующих pH₁N₁, и находили вирус гриппа в легочной ткани в высоких титрах. По результатам их исследования в Аргентине прекратили вакцинацию детей против гриппа до 2010 г.

Reichert et al. [38] обнаружили один из механизмов изменений в антигенной структуре НА вируса гриппа, приводящих к развитию антигенного импринтинга при повторном взаимодействии вируса с иммунной системой человека. По их данным, HA вируса рH₁N₁ тесно связан с HA вируса, вызвавшего пандемию гриппа «испанки» в 1918 г., и вирусов, циркулировавших в период с 1930-х по 1943 г. Эволюция вирусов сероподтипа H₁N₁, циркулировавших в популяциях людей в 1940–50-е гг. и после его возвращения в 1977 г., происходила через гликозилирование HA (т.е. присоединение остатков сахаров к HA) (рис. 3).

Гликозилирование HA сформировало то антигенное разнообразие среди вирусов гриппа, вызывающих сезонные вспышки болезни, которое проявилось антигенным импринтингом в отдельных возрастных группах после появления в циркуляции вируса pH₁N₁.

Специфичность антигенного импринтинга, проявившаяся защитным эффектом в старших возрастных группах населения, и сравнительные данные по гликозилированию HA вирусов гриппа (рис. 3) свидетельствуют в пользу того, что вирус pH₁N₁ идентичен вирусу, преобладавшему в циркуляции среди людей в первой трети ХХ в. Тогда возникают следующие вопросы:

1) где и как вирус pH₁N₁ поддерживался в природе почти 80 лет без гликозилирования HA?

2) каковы механизмы его глобального вовлечения в эпидемические процессы?

3) почему в этот раз он не вызвал смертельно опасную пандемию гриппа — «испанку»?

Антигенный импринтинг при ВИЧ-инфекции

Феномен показан:

1) при исследовании защитного действия анти-ВИЧ-вакцин;

2) инфекционном процессе, вызванном ВИЧ [42].

Первыми на антигенный импринтинг при разработке ВИЧ-вакцин натолкнулись Nara et al. [43]. Они пытались расширить иммунный ответ на антигены ВИЧ в отношении вирусов различного географического происхождения. Введя шимпанзе гликопротеид gp120, полученный из штамма ВИЧ-1 IIIB, и проведя через 175 сут. повторную вакцинацию gp120, выделенным из штамма ВИЧ-1 RF, имеющего другое географическое происхождение, они неожиданно для себя обнаружили рост титров антител к gp120 штамма IIIB и отсутствие защитного эффекта при заражении животных ВИЧ-1 RF. Проведенный ими ретроспективный анализ научной литературы показал, что феномен OAS уже был описан для других ретровирусных инфекций, в частности вызываемых вирусом висны у овец [44] и вирусом инфекционной анемии у лошадей [45] (рис. 4).

При изучении протективного эффекта ВИЧ-вакцины, включающей в качестве антигенного компонента gp120.16, выделенный из ВИЧ-1 SF2, получены сходные результаты. Люди, вакцинированные такой вакциной и имеющие высокие титры антител к gp120.16, оказались восприимчивы к вариантам ВИЧ-1, циркулирующим в их популяции. При развитии ВИЧ-инфекции в их сыворотке крови преобладали антитела к gp120.16 ВИЧ-1 SF2, а не к такому же оболочечному гликопротеину вируса, вызвавшего инфекцию [46].

Феномен антигенного импринтинга обнаружен и при изучении иммунного ответа у ВИЧ-инфицированных пациентов. Выработка антител к ВИЧ у них имеет олигоклональный характер. Одновременно происходит нарушение соотношения л/y типов легких цепей антител, поддерживающееся в течение многих лет независимо от скорости прогрессирования заболевания. Ограниченные (restricted) и при этом стабильно поддерживающиеся антительные ответы на антигены ВИЧ у таких пациентов представляют собой одну из причин невозможности выработки антител к ВИЧ-1, которые эффективно связывали бы сероварианты вируса, образовавшиеся в ходе персистирующего инфекционного процесса [47].

Антигенный импринтинг при малярии

Благодаря работам Pleass et al. [48] удалось показать возможность создания противомалярийной вакцины на основе 19-кДа фрагмента белка MSP1₁₉, находящегося на поверхности мерозоитов Plasmodium falciparum — бесполых форм плазмодия. При разрыве эритроцитов мерозоиты попадают в кровь, что приводит к периодическим приступам лихорадки. Связывание специфических антител с белком MSP₁₁₉ блокирует проникновение возбудителя малярии в эритроциты и активирует его уничтожение фагоцитами.

Wipasa et al. [49] в опытах на мышах смоделировали ситуацию гетерогенного ответа на вакцинацию белком MSP1₁₉ в популяции людей, длительно живущих в эндемичном по малярии регионе. Ими показано, что заражение мышей P.yoelii YM⁸ вызывает образование антител к нативному MSP1₁₉, титр которых после перенесенной мышами экспериментальной малярии они повысили бустерной вакцинацией рекомбинантным белком MSP1₁₉. Однако действие, выполненное в обратном порядке, т.е. сначала однократная инъекция (субоптимальная вакцинация) рекомбинантного белка MSP1₁₉, а затем инфицирование P.yoelii YM, привело к образованию антител к MSP119, не обладающих протективным действием, и к снижению естественного иммунитета к заражению возбудителем малярии.

Антигенный импринтинг при лихорадке Денге

Лихорадка Денге — трансмиссивная болезнь, встречающаяся в странах Южной и Юго-Восточной Азии, Африки, Океании и Карибского бассейна. Отдельные вспышки болезни охватывают сотни тысяч человек. Ежегодно в мире не менее 50 млн человек заболевают лихорадкой Денге. Возбудитель лихорадки Денге (Dengue fever virus — DENV) — оболочечный (+)ssРНК-вирус⁹, четыре серотипа которого (DENV1-DENV4) относятся к арбовирусам семейства Togaviridae рода Flavivirus (арбовирусы антигенной группы В). Передача возбудителя инфекции среди людей осуществляется комарами Aedes aegypti, среди обезьян — Aedes albopictus. Обычно болезнь имеет мягкое течение и может проходить бессимптомно. В 1–5 % случаев она приобретает характер геморрагической лихорадки (hemorrhagic fever — DHF). У заболевшего человека развиваются геморрагический диатез и шоковое состояние (шоковый синдром Денге), которые могут привести его к смерти [50]. Причины такого осложнения длительное время не были ясны.

В 1983 г. Halstead et al. [51] обнаружили, что у тайских детей, попавших в клинику в шоковом состоянии после повторного развития у них лихорадки Денге, в сыворотке крови обнаруживаются в основном антитела, специфичные к вирусам серотипов, вызвавших лихорадку Денге несколько месяцев назад. К серотипам вирусов, обнаруженным у маленьких пациентов вирусологическими методами исследования, антитела образовывались медленно и присутствовали в сыворотке пациентов в низких титрах. Исследователи объяснили данный феномен стимуляцией В-клеток памяти, оставшихся после первого инфицирования, т.е. антигенным импринтингом.

Основными антигенами вируса Денге, в отношении которых плазмоцитами синтезируются нейтрализующие антитела, являются оболочечный белок Е и премембранный белок prM. Главную роль в антигенном импринтинге играют эпитопы третьего домена белка Е (ED3). В отношении их происходит выработка антител с широкой перекрестной активностью к белку Е вирусов Денге других серотипов, обладающих низкой авидностью [32]¹⁰. Однако антигенный импринтинг оказался только частью патогенетического механизма развития DHF, в котором участвует иммунная система.

Образующиеся в ответ на повторное инфицирование вирусом другого серотипа антитела к вирусам серотипа, вызвавшего первый инфекционный процесс, обладают перекрестной специфичностью к штамму вируса, вызвавшего повторное инфицирование пациента, но они не нейтрализуют его, а способствуют размножению в организме человека, связывая вирусные частицы с Fc-рецепторами (FcR)¹¹ на поверхности макрофагов/моноцитов. Данный феномен называется антителозависимым усилением инфекции и подробно описан ниже.

Суть феномена антигенного импринтинга

Приведенные выше данные и обобщение Nara et al. [43] позволяют кратко изложить суть феномена антигенного импринтинга при инфекционных и поствакцинальных процессах. При повторном контакте иммунной системы с патогенным микроорганизмом или вакциной различия между старым вариантом эпитопа антигена и его новым вариантом могут быть «незамеченными» иммунной системой примерно так, как в оптический прибор не различаются детали, выходящие за пределы его разрешения. И тогда в процессе антигенной стимуляции первыми активизируются В-клетки памяти, «запомнившие» предыдущий антиген. Далее они дифференцируются в плазмоциты, продуцирующие антитела в отношении этого антигена, хотя иммунная система с ним не контактирует. Образующиеся антитела не способны эффективно нейтрализовать возбудитель инфекционной болезни, выработка же специфических к нему антител тормозится из-за подавления «наивных» В-клеток активизировавшимися В-клетками памяти. Как заметили Kim et al. [16], в данном случае В-клетки памяти формируют «слепое пятно» (blind spot) иммунной системы. Parsons et al. [42] такой ответ В-клеток памяти назвали замороженным репертуаром (repertoire freeze). Закон Дженнера — Пастера и правило Бернета соблюдаются, но при антигенной дистанции между штаммами (серотипами, серовариантами) возбудителя инфекционной болезни, превышающей размеры «слепого пятна» иммунной системы.

Для возбудителей инфекционных болезней, вызывающих феномен антигенного импринтинга, характерны:

- ограниченность антигенных эпитопов;

- большое количество карбонгидратов, экранирующих эпитопы, и/или ограниченные иммунодоминантные эпитопы;

- перекрестно-реактивные детерминанты у семейств малосвязанных патогенов;

- выраженная и олигомерная презентация эпитопов иммунной системе;

- незначительные различия в аминокислотных последовательностях или в форме антигена и гомологичных белков хозяина;

- анамнестический ответ, наступающий вслед за введением гетерологичного антигена;

- рекуррентная инфекция или бустинг (повторная иммунизация с целью усиления иммунного ответа) вирусами или антигенами, увеличивающие гуморальный иммунный ответ к первоначальному инфекционному агенту или антигену;

- пул длительно живущих клеток В-памяти;

- олигоклональный сывороточный профиль (т.е. происходит ответ только на доминантные эпитопы);

- преобладание клонально-производных В-клеток и популяций антител, специфичных для эпитопа.

Роль антигенного импринтинга в эпидемических, инфекционных и поствакцинальных процессах

В общем виде ее можно представить следующим образом:

1) антигенный импринтинг, развившийся в ответ на инфекционный процесс или вакцинацию, сопровождает человека всю его жизнь и предопределяет реакцию его иммунной системы в инфекционных процессах и структуру заболеваемости населения во время эпидемий (пандемий), вызванных тем же возбудителем инфекционной болезни;

2) при полном антигенном совпадении с возбудителем болезни, сформировавшим В-клетки памяти в некотором прошлом, этими клетками вырабатываются специфические антитела, обладающие протективным действием; иммунный ответ на возбудитель болезни носит выраженный протективный характер, и развития инфекционного процесса может не произойти. В результате ретроспективного эпидемиологического анализа будут обнаружены возрастные группы населения, оказавшиеся не вовлеченными в эпидемию (пандемию);

3) если между возбудителями инфекционной болезни, вызвавшими первый и второй инфекционные процессы, нет антигенного совпадения, но антигенная дистанция между ними настолько мала, что иммунная система не может отличить штамм возбудителя инфекционной болезни от того, что сформировали В-клетки памяти во время первого инфекционного процесса, то плазмоциты синтезируют антитела, специфичные к штамму возбудителя инфекционной болезни, распространявшегося в ту пандемию, когда сформировались В-клетки памяти. В результате иммунная система «отрабатывает» ложную цель, защитный эффект отсутствует. При ретроспективном эпидемиологическом анализе будут обнаружены возрастные группы населения, понесшие наибольшие потери в данную пандемию;

4) при проявлении антигеного импринтинга в ответ на возбудитель инфекционной болезни или вакцинацию, кроме антител, специфичных к антигену, распознанному иммунной системой человека первым, будут образовываться антитела, реагирующие перекрестно с возбудителями близких по антигенной структуре штаммов, но обладающие по отношению к ним низкой авидностью и способные усиливать инфекционный процесс (эффект антителозависимого усиления инфекции, см. ниже);

5) если антигенная дистанция между штаммом возбудителя инфекционной болезни, вызвавшим инфекционный процесс в прошлом, и штаммом, вызвавшим новый инфекционный процесс, настолько велика, что иммунная система его распознает, то иммунный ответ может быть направлен на противодействие этому штамму. Одновременно сформируются новые В-клетки памяти, которые при последующих вспышках этой же инфекционной болезни будут реагировать с возбудителем болезни, так как описано выше (п. 1–4);

6) при возможности развития феномена антигенного импринтинга многократная вакцинация и перенесенные инфекционные болезни делают малопредсказуемыми ответы иммунной системы на повторное заражение этими же возбудителями инфекционной болезни — от иммунитета, предотвращающего развитие инфекционной болезни, до ее утяжеления с летальными исходами у заболевших. Поствакцинальные осложнения, связанные с антигенным импринтингом, могут проявляться через десятилетия после ее проведения. Одна и та же вакцина может дать противоположные результаты в группах населения, имеющих разную эпидемическую историю и ранее многократно вакцинированных этой же вакциной.

Устранение антигенного импринтинга при вакцинации

В табл. 2 обобщены подходы к устранению антигенного импринтинга при вакцинации.

Судя по датам поступления в редакции научных журналов рукописей статей, работы по созданию нового поколения вакцин, позволяющих «обойти» антигенный импринтинг при массовых вакцинациях населения, ведутся уже не менее 10 лет. Основываются они на объективных знаниях тонких механизмов иммунного ответа применительно к инфекционному процессу, вызванному конкретным возбудителем инфекционной болезни.

3. Феномен антителозависимого усиления инфекции (antibody-dependent enhancement — ADE)12

Феномен ADE впервые описан Hawkes в 1964 г. [53], обнаружившим повышение продукции различных флавивирусов (японского энцефалита, энцефалита долины Мюррей и др.) в клетках куриного эмбриона, впервые экспонированных к вирусам, находящимся в среде с низким содержанием специфических антител. Впоследствии он привел доказательства, что увеличение «выхода» вируса в подобных экспериментах вызвано образованием комплекса «вирус — антитело» [54]. Эти данные настолько расходились с общепринятыми представлениями о защитной роли антител в инфекционном процессе, что их посчитали артефактами. Однако в конце 1960-х и начале 1970-х гг. уже другими исследователями обнаружена роль ADE в патогенезе тяжелых форм геморрагической лихорадки, вызванной вирусом Денге. Было установлено, что наличие антител в сыворотке крови реконвалесцента, оставшихся после легко перенесенных случаев лихорадки Денге, приводит к тяжелому течению болезни, если произошло повторное заражение DENV другого серотипа [55, 56]. За рубежом феномен ADE систематически изучается с конца 1980-х гг. [57] Но его описание в российских руководствах для врачей не приводилось.

Стадии ADE

Суть феномена ADE состоит в усилении инфекционного процесса в присутствии антител, специфических к возбудителю инфекционной болезни. ADE развивается в две стадии:

- внешнее ADE (extrinsic ADE — eADE) — вирус–специфическое антитело, образовавшее комплекс с вирусом посредством взаимодействия его Fc-фрагмента¹³ с рецептором Fc (FcR) и/или с рецепторами комплемента на поверхности фагоцитирующих клеток, усиливает распространение вируса по фагоцитирующим клеткам;

- внутреннее ADE (intrinsic ADE, iADE) — комплексы «вирус — специфическое антитело»¹⁴, взаимодействующие с фагоцитирующей клеткой через Fc-рецепторы и рецепторы комплемента, запускают сигнальные механизмы, блокирующие ее антивирусную защиту, и тем самым способствуют внутриклеточному размножению вируса.

В основном феномен ADE проявляется в ответ на образование антител изотипа IgG1 [58]. У людей имеются три типа рецепторов Fc, которые связывают IgG: сиалогликопротеины FcyRI, FcyRII и FcyRIII (CD16). FcyRI наиболее представлен на моноцитах/макрофагах человека, и он связывает IgG с наибольшей авидностью. Поэтому ему принадлежит лидерство среди других рецепторов макрофагов в реализации феномена ADE. ADE, показанный в условиях in vitro, не обязательно воспроизводится в условиях in vivo [59].

Феномен ADE характерен для инфекционных процессов, вызываемых вирусами, имеющими следующие особенности:

а) обычно они реплицируются в макрофагах;

б) индуцируют продукцию большого количества антител с низкой способностью к нейтрализации гомологичных вирусов;

в) способны к персистентной инфекции, характеризующейся продолжительной виремией [60].

Феномен ADE также обнаружен при инфекционных процессах, вызываемых бактериальными патогенами, но изучен фрагментарно. Например, порообразующий токсин золотистого стафилококка — лейкоцидин усиливает свое токсическое действие, если в крови человека содержатся специфические к нему антитела [61]. Такой же эффект вызывают моноклональные антитела к токсину А патогенных клостридий [62]. Имеются косвенные доказательства причастности феномена ADE к прогрессированию туберкулезной инфекции и Ку-лихорадки. При аэрозольном инфицировании M.tuberculosis мышей 57BL/6, дефицитных по рецептору FcIIB, патологические изменения у них развиваются через 30 сут., у интактных мышей — через 20 сут. [63]. В условиях in vitro показано, что антитела к C.burnetii I фазы стимулируют ее размножение в макрофагах более эффективно, чем антитела к этому же микроорганизму II фазы [64, 65].

Возможно, что первое описание ADE дал Заболотный, наблюдавший в 1899 г. в Вэнчане (Монголия) появление пустулезной формы чумы у больного с бубонной чумой на пятые сутки после введения противочумной сыворотки. Он объяснил это явление примерно так, как сегодня объясняют ADE: антитела к возбудителю чумы распространили его по фагоцитирующим клеткам и усилили инфекционный процесс [67]. Можно предположить, что из-за низкого качества противочумной сыворотки, примененной Д.К. Заболотным, и ненадлежащих условий ее хранения во время экспедиции к очагам чумы в Монголии антитела к возбудителю чумы утратили нейтрализующее действие, но сохранили способность взаимодействовать с FcR.

Продолжение в следующем

номере