Det tidiga och lokala immunsvaret efter intramuskulär vaccination

Det tidiga och lokala immunsvaret efter intramuskulär vaccination – första stegen mot vaccininducerad immunitet

Frank Liang | Apr 2018 | Infektionsmedicin |

Frank Liang
fil.dr.,
enheten för immunologi och allergi,
institutionen för medicin Solna,
Karolinska institutet

Karin Loré
professor,
enheten för immunologi och allergi,
institutionen för medicin Solna,
Karolinska institutet

Vaccination mot infektionssjukdomar är en tillämpning inom medicinen som tillhör de mest framgångsrika i fråga om att förhindra dödlighet.
Difteri, stelkramp och mässling är under kontroll i Sverige tack vare det allmänna vaccinationsprogrammet.Dock saknas fortfarande vaccin mot flera allvarliga sjukdomar orsakad av till exempel HIV-1, ebolavirus och zikavirus.

En ökad förståelse kring de immunologiska mekanismer som framkallar och formar immunitet efter vaccinering skulle förbättra möjligheterna att skräddarsy nya vaccin som är bäst lämpade mot ett givet patogen och som genererar långvarig och effektiv immunitet.

Rollen av adjuvans för rekombinanta proteinbaserade vaccin
Flertalet kliniska vaccin är baserade på avdödade eller extremt försvagade levande patogener utan kapacitet att orsaka sjukdom (så kallade attenuerade vaccin). Dessa vaccin har mikrobiella antigener som känns igen av kroppens medfödda immunsystem, och som genast svarar med inflammation i likhet med patogenexponering vid naturlig infektion.1

Precis som efter en infektion genereras vaccininducerad immunitet inom ett par veckor. Framställning av attenuerade vaccin är tidskrävande, om ens möjlig för vissa patogener. Dessutom kan de, i likhet med kemiskt avdödade patogener, inte alltid uppfylla de höga säkerhetskraven för kliniskt godkännande av ett vaccin. Numera kan rekombinant proteinteknologi snabbt och storskaligt framställa vaccin med god säkerhetsprofil, vilket är fördelaktigt vid plötsliga utbrott som vid pandemisk influensa, då omfattande vaccinmängder i klinisk grad snabbt behövs.

Vaccin baserade på protein är de nya vaccinen mot humant papillomvirus (HPV) och hepatit B-virus, vilka är konstruerade som så kallade virusliknande partiklar. Nackdelen med rekombinanta proteiner är att de ofta inte förmår orsaka tillräcklig immunstimulering till skillnad från attenuerat eller avdödat vaccin.2Proteinbaserade vaccin behöver därför formuleras med immunstimulerande molekyler, så kallade adjuvans, för att snabbt igångsätta en kedja av immunsvar som kulminerar i immunologiskt minne. Avsevärt fokus inom vaccinforskningen finns kring hur adjuvans stimulerar immunsystemet, eftersom styrkan och typen av de tidiga ospecifika immunsvaren sannolikt påverkar effektiviteten och livslängden vid vaccininducerad immunitet.2

Adjuvans godkända för kliniska vaccin
Det vanligaste adjuvans i vaccin för människor kallas alum och består av olösliga aluminiumsalter.3Trots att alum upptäcktes redan 1926 är dess verkningsmekanismer inte helt utredda. Alum har förmågan att adsorbera lösliga proteiner, vilka omvandlar lösliga lättdiffunderade proteiner till proteinaggregat och därmed eventuellt skapar en depå av vaccinantigen vid injektionsstället, vilket skulle medföra längre tillgänglighet för immunceller. Vissa studier indikerar även att alum lokalt orsakar inflammation via så kallade inflammasomer, men detta är omtvistat.3

Trots oklar mekanism är alum än i dag det mest förekommande adjuvans tack vare att det är väl tolererat och billigt att framställa. Alum stimulerar främst antikroppssvar som inte alltid når tillräckligt höga och/eller bestående nivåer för skydd mot intracellulära patogener eller de med komplex livscykel (till exempel Plasmodium falciparum som orsakar malaria). Alum är inte heller optimalt för stimulering av cellmedierade immunsvar. Pågående forskning eftersträvar därför att utveckla nya adjuvans som kan stimulera starkare och bredare immunsvar.2

Ända sedan alum karakteriserades för 90 år sedan har flertalet alternativa adjuvans framställts och testats i prekliniska studier. Rigorösa krav på effektivitet och säkerhet har medfört att endast en handfull nya adjuvans har beviljats för kliniska vaccin. Bland dessa finns emulsioner baserade på prekursor till kolesterol, och licensierade som MF59®och AS03® för vaccin mot influensa. Båda emulsionerna har rapporterats inducera högre antikroppsnivåer samt bredda antikroppsspecificitet jämfört med alum.3

Detta innebär att vaccininducerad immunitet kan bildas och förstärkas av nya och bättre adjuvans. Mekanismerna för emulsioner har nyss börjat beskrivas. MF59 har visat sig inducera inflammation oberoende av inflammasomer, men i stället inducera en så kallad immunkompetent miljö vid injektionsstället4som driver flera aspekter av det medfödda immunförsvaret, beskrivet nedan.

En annan grupp adjuvans inriktar sig på att stimulera immunceller via deras uttryck av så kallade toll-liknande receptorer (TLR), vars naturliga ligander består av specifika mikrobiella antigener. Tio olika TLR har identifierats hos människan, och cellulär aktivering genom TLR triggar igång en rad proinflammatoriska funktioner, till exempel produktion av cytokiner.5

En syntetiskt TLR4-ligand, monofosforyllipid A (MPL), tillsammans med alum (AS04®) används för ett av två godkända vaccin mot humant papillomvirus (HPV).Det andra HPV-vaccinet har endast alum som adjuvans. En studie med relativt liten kohort av vaccinerade kvinnor visade att de som fick HPV-vaccin med AS04®genererade högre antikroppssvar än de som fått HPV-vaccin med endast alum.6MPL ingår även i en kombination av adjuvans (AS01®) för det allra första malariavaccinet som nyligen godkänts för kliniskt bruk för malaria.7

Immunrespons i muskel efter vaccinatio
De flesta vacciner ges intramuskulärt, och flera in vivo-studier på möss visar att adjuvans stimulerar inflammatoriska processer vid injektionsstället.3Normala skelettmuskler innehåller få immunceller, och ett effektivt vaccinsvar kräver därmed en viss grad av inflammation för att stimulera infiltration av immunceller till injektionsstället så att ett immunsvar mot vaccinet kan starta.3Lokal inflammation efter injicering av adjuvans sker relativt snabbt, det vill säga inom timmar efter administrering, och flera proinflammatoriska molekyler har påvisats vid injektionsstället, bland annat kemokiner som främjar infiltration av immunceller.

Bland flera typer av infiltrerande immunceller finns dendritiska celler (DC), som är antigenpresenterande celler med en enastående förmåga att stimulera T-cellssvar.8Kvaliteten hos vaccininducerad immunitet kan därför bero på hur effektivt ett adjuvans aktiverar DC. Under normala förhållanden beskrivs DC som “omogna” med en exceptionell förmåga att ta upp antigener. Vid aktivering uppregleras nivåer av molekyler involverade i antigenpresentation till T-celler hos DC som då migrerar till dränerande lymfknutor där antigenpresentationen sker.8

DC-infiltration till en vaccininjicerad muskel och dess uppreglering av proteiner nödvändiga för antigenpresentation har rapporterats vara bättre för adjuvans med MPL och emulsionsbaserade adjuvans i jämförelse med alum.3Markant högre antal DC som intagit vaccinprotein i muskeldränerande lymfknutor har även observerats, jämfört med när samma protein ges utan adjuvans eller med alum.3

Dessa in vivo-data efter intramuskulär vaccinering leder mycket sannolikt till bättre förutsättning för antigenpresentation och därmed bättre vaccinsvar. Modifierade möss utan DC kan inte heller generera T-cellssvar efter vaccinering med protein och samma adjuvans som i godkänt malariavaccin.3Sammanfattningsvis visar flera in vivo-studier att vaccininducerad immunitet kan förbättras genom valet av adjuvans, vilket kan kopplas till dess direkta eller indirekta effekt på funktioner hos exempelvis DC.

Slutsats

Rekombinant proteinbaserade vacciner behöver adjuvans för att kvantitativt och kvalitativt förbättra vaccinsvaret. Valet av adjuvans reglerar mängden antigenspecifika antikroppar och minnes-T-celler (kvantitativt), samt dess utökade specificitet och livslängd (kvalitativt). Hur de flesta kliniska adjuvans inducerar inflammation är fortfarande oklart. Mer forskning behövs för att identifiera de målceller och receptorer som engageras av olika adjuvans för initiering av tillfällig lokal inflammation som är essentiell för vaccinsvar.

Intressekonflikter
Författarna till denna artikel uppger att inga intressekonflikter existerar.

Adjuvans MF59® tillhör CSL Limited, medan AS01®, AS03®och AS04® tillhör GSK Vaccines.

Referenser

 1. Zepp F. Principles of vaccine design-Lessons from nature. Vaccine. 2010;28 Suppl 3:C14-24.  2. Coffman RL, Sher A, Seder RA. Vaccine adjuvants: putting innate immunity to work. Immunity. 2010;33(4):492-503. 3. Liang F, Lore K. Local innate immune responses in the vaccine adjuvant-injected muscle. Clin Transl Immunology. 2016;5(4):e74. 4. O’Hagan DT, Ott GS, De Gregorio E, Seubert A. The mechanism of action of MF59 – an innately attractive adjuvant formulation. Vaccine. 2012;30(29):4341-4348. 5. Duthie MS, Windish HP, Fox CB, Reed SG. Use of defined TLR ligands as adjuvants within human vaccines. Immunol Rev. 2011;239(1):178-196. 6. Herrin DM, Coates EE, Costner PJ, et al. Comparison of adaptive and innate immune responses induced by licensed vaccines for Human Papillomavirus. Hum Vaccin Immunother. 2014;10(12):3446-3454. 7. Morrison C. Landmark green light for Mosquirix malaria vaccine. Nat Biotechnol. 2015;33(10):1015-1016. 8. Smed-Sorensen A, Lore K. Targeting dendritic cells for improved HIV-1 vaccines. Adv Exp Med Biol. 2013;762:263-288.