Vaccinuri TERAPEUTICE împotriva HPV (virusul papiloma uman)

HPV este abrevierea pentru „virusul papiloma uman”, responsabil pentru numeroase tipuri de cancer. Exemplele includ în primul rând cancerele cervicale (de col uterin), precum și cancerele anale și cancerele de cap și gât. În articolele anterioare am discutat despre ce este agentul HPV, cum se transmite și prin ce mecanisme se ascunde de sistemul nostru imunitar. În acest articol vom aborda vaccinurile terapeutice (cu rol de tratament) utilizate în tratamentul HPV.

Notă: În general există 2 tipuri de vaccinuri: preventive și terapeutice. Când vorbim despre vaccinuri, cu toții ne gândim la vaccinurile preventive (vaccinurile din copilărie, vaccinurile împotriva coronavirusului și vaccinurile împotriva HPV, precum Gardasil). Vaccinurile terapeutice (cu rol de tratament) reprezintă însă un concept nou; de exemplu, pentru melanom Lmlygic și pentru cancerul de prostată, Provenge.

Ce este vaccinul terapeutic împotriva HPV? 

Vaccinurile terapeutice împotriva HPV urmăresc să dezvolte imunitate mediată celular împotriva celulelor infectate cu HPV și astfel să elimine leziunile precursoare și tumorile maligne (canceroase). De aceea, vaccinurile țintesc antigenele HPV. Abordările de vaccinare sunt variate:

1. Vaccinuri bazate pe vectori vii,
2. Vaccinuri bazate pe peptide și proteine,
3. Vaccinuri bazate pe acizi nucleici și
4. Vaccinuri bazate pe celule.

Ce este un antigen?

Antigenele sunt substanțe de natură proteică ce, atunci când pătrund în organism sau suferă transformări în organism (de exemplu, celulele canceroase), sunt percepute ca străine de sistemul imunitar și determină formarea de anticorpi. Antigenele sunt de obicei componente specifice microorganismelor, precum virusuri, bacterii și paraziți.

Structura biologică a HPV pentru înțelegerea mecanismelor de acțiune ale vaccinurilor

• HPV este un virus fără înveliș și are o moleculă de DNA circulară, bicatenară.
• HPV, membru al familiei Papillomaviridae, codifică 6 proteine timpurii (E1, E2, E4, E5, E6, E7) și 2 proteine tardive (L1, L2).
• Proteinele timpurii facilitează multiplicarea DNA viral și produc proteine celulare; proteinele tardive formează structura capsidei virale care înconjoară noile virusuri.
• E6 și E7, gene care codifică aceste proteine, sunt exprimate mai intens în celulele infectate cu virusul. Ca urmare, crește cantitatea proteinelor E6 și E7.
• E6 reprimă proteina p53; iar E7 reprimă gena RB, perturbând ciclul celular normal și determinând transformarea celulelor infectate în celule canceroase.
• Gena E2 are, de asemenea, un efect inhibitor asupra E6 și E7, iar în celulele infectate scăderea E2 duce la creșterea sintezei proteinelor E6 și E7.
• Vaccinurile încearcă să trateze HPV acționând în diverse moduri asupra acestor gene.

Tipuri de vaccinuri terapeutice împotriva HPV

1. Vaccinuri bazate pe vectori vii

Sunt vaccinuri în care virusurile și bacteriile sunt folosite drept transportori. Vaccinurile bazate pe vectori se bazează pe prezentarea antigenelor către celulele dendritice. Multe vaccinuri care utilizează vectori vii sunt foarte imunogene deoarece se multiplică imediat în celula gazdă și permit răspândirea antigenelor între celule. Există însă și factori care le limitează utilizarea, precum riscul de toxicitate. Vaccinurile care utilizează vectori vii pot fi împărțite în 2 clase:

1. Vectori bacterieni
2. Vectori virali

Vectori bacterieni

Pentru prezentarea antigenelor către celulele dendritice se pot folosi bacterii atenuate. L.monocytogenes, Salmonella, Lactococcus lactis sunt exemple de bacterii utilizate. În cazul vaccinurilor cu vectori bacterieni s-a demonstrat apariția unui răspuns imun puternic, specific E7, mediat de celulele T.

Vectori virali

Vectorii virali sunt, de asemenea, foarte imunogeni. În vaccinuri pot fi folosite diverse tipuri, precum virusul vaccinia, adenovirusul și virusul adeno-asociat (vaccinul Oxford-AstraZeneca dezvoltat împotriva coronavirusului utilizează, de asemenea, adenovirusul ca vector viral).

Dintre aceste virusuri, se consideră că virusul vaccinia este promițător pentru imunoterapia specifică antigenului și mai eficient împotriva infecțiilor. Virusul vaccinia recombinant numit MVA-E2 poate sintetiza proteina E2. Vaccinul care folosește acest vector a fost testat la pacienți cu leziuni CIN (neoplazie intraepitelială cervicală) și condiloame. Studiile au arătat că pacienții au dezvoltat anticorpi împotriva vaccinului MVA-E2 și că în celulele devenite canceroase s-a format un răspuns specific al limfocitelor T.

Mai jos este ilustrat procesul de progresie spre cancer în infecția cu HPV:

2. Vaccinuri bazate pe peptide / proteine

Vaccinuri bazate pe peptide

Peptidele obținute folosind antigene HPV pot fi utilizate, de asemenea, pentru vaccinarea împotriva HPV. Mecanismul este următorul: când proteinele antigenice ale HPV pătrund în organism, sunt captate de celulele dendritice și prezentate prin căile asociate cu MHC-1 sau MHC-2 de pe molecula HLA (antigen leucocitar uman), generând un răspuns imun. Aceste vaccinuri sunt în general sigure și ușor de produs, dar utilizarea lor rămâne limitată. Motivul este specificitatea pentru MHC și, ținând cont de numeroasele tipuri HLA diferite, este dificil să fie dezvoltat un vaccin eficient pentru fiecare pacient; în plus, aceste vaccinuri oferă un nivel redus de imunitate. Din cauza acestor caracteristici, numeroase studii se concentrează pe molecule de susținere, precum chemokinele și citokinele, pentru a crește potențialul vaccinului.

Să dăm un exemplu de studiu asupra acestor vaccinuri: într-un studiu de fază 1/2 la oameni, care a testat un vaccin pe bază de peptide HPV-E7 lipidate, s-a demonstrat că, dintre cei 18 pacienți vaccinați, la 3 a dispărut displazia, iar la 6 leziunile au regresat semnificativ.

Vaccinuri bazate pe proteine

La fel ca vaccinurile pe bază de peptide, cele pe bază de proteine sunt sigure și ușor de produs; în plus, spre deosebire de vaccinurile pe bază de peptide, nu sunt specifice MHC. Antigenele proteice pot fi procesate de celulele dendritice și prezentate la suprafața lor și conțin, de asemenea, fiecare epitop HLA posibil. Totuși, au o activitate imunogenă redusă, astfel încât sunt folosite molecule de susținere pentru a le crește potențialul. O altă caracteristică limitativă este că, după administrarea vaccinului, celulele prezentatoare de antigen (APC) întâlnesc uneori proteinele injectate pentru prezentarea prin MHC 1, le înglobează și le inactivează. Exemple de studii asupra vaccinurilor pe bază de proteine:

• Vaccinul TA-CIN, format prin fuziunea HPV-16 L2, E6 și E7, a determinat producerea de anticorpi la toate femeile cărora le-a fost administrat și s-a dovedit sigur.
• Un alt studiu privește un vaccin alcătuit prin combinarea HPV-16 E7 cu proteina M.bovis hsp16. Studiul a arătat că vaccinul a fost bine tolerat de toți pacienții cu neoplazie intraepitelială anală (AIN) de grad înalt.

3. Vaccinuri bazate pe acizi nucleici

Vaccinurile bazate pe acizi nucleici sunt de 2 tipuri:

1. Vaccinuri care folosesc molecula de DNA și
2. RNA sub formă de repliconi, folosit pentru vaccinuri.

Vom discuta în detaliu despre aceste tipuri de vaccinuri.

Vaccinuri bazate pe DNA

Vaccinurile DNA sunt potențial eficiente în strategia de imunoterapie specifică antigenului. DNA nud (adică neînsoțit de celule și proteine) este sigur, stabil și ușor de produs.

Comparativ cu alte vaccinuri, vaccinurile DNA:

• Asigură o expresie a antigenului de durată mai lungă decât vaccinurile RNA sau cele proteice.
• Spre deosebire de vaccinurile care folosesc vectori vii, nu determină producerea de anticorpi neutralizanți, astfel încât vaccinul poate fi administrat repetat aceluiași pacient.

Deși vaccinurile DNA sunt mai sigure decât alte vaccinuri, există și unele îngrijorări. De exemplu, DNA s-ar putea integra în genomul gazdei și ar putea perturba genomul celulei, dar nu există date în acest sens. O altă îngrijorare este activitatea imunogenă slabă, deoarece DNA din vaccin nu are capacitatea de a trece din celulele infectate cu HPV în celulele din jur și de a se multiplica. Din asemenea motive, au fost dezvoltate strategii pentru creșterea eficacității vaccinului DNA.

Prima strategie este creșterea numărului de celule dendritice care exprimă antigenul. O metodă folosită pentru acest scop este „pistolul genetic”, o metodă foarte potentă. „Pistolul genetic” lansează particule de aur acoperite cu DNA, transfectând astfel celulele dendritice care migrează către organele limfoide pentru a se maturiza și a se transforma în celule T (transfecția înseamnă pătrunderea din exterior a unui fragment de DNA într-o celulă). Ca urmare, molecula de DNA nud pătrunde în structura celulelor dendritice. O altă metodă folosită pentru creșterea numărului de celule dendritice este „asigurarea răspândirii antigenului codificat între celulele dendritice”. Pentru aceasta, antigenul trebuie legat de o proteină capabilă de transport între celule.

O altă strategie este creșterea expresiei, procesării și prezentării antigenului în celulele dendritice. Această strategie poate fi aplicată folosind o tehnică numită „optimizarea codonilor”. Prin această tehnică, codonii rar utilizați sunt înlocuiți cu cei frecvenți, modificând astfel secvența genei antigenului și crescând translația vaccinului DNA în celulele dendritice. (Translația este sinteza polipeptidelor care are loc sub controlul mRNA.) Legarea antigenului de o proteină care țintește degradarea proteazomală sau reticulul endoplasmatic sporește, de asemenea, răspunsul limfocitelor T citotoxice (CTL), prin creșterea prezentării antigenului prin MHC-1. De exemplu, s-a demonstrat că un vaccin care conține E7 legat de calreticulină (CRT), o proteină care crește prezentarea antigenului prin MHC-1, amplifică răspunsul celulelor T CD8 specific E-7 și este eficient împotriva tumorilor care exprimă E7.

O altă tehnică este „utilizarea tehnicii trimerului monocatenar MHC-1 (SCT)”. Aceasta împiedică procesarea antigenului și asigură prezentarea prin MHC-1 a peptidei codificate de vaccinul DNA.

Ultima strategie folosită pentru creșterea eficacității vaccinului DNA este amplificarea interacțiunii dintre celula dendritică și celula T. După procesarea și prezentarea unui antigen, interacțiunea dintre celulele dendritice și celulele T este foarte importantă pentru activarea celulelor T. După etapa de pregătire (priming), celulele dendritice devin ținte pentru celulele T efectoare activate. Pentru a preveni această apoptoză mediată de celulele T, care are loc în celulele dendritice, DNA poate codifica proteine antiapoptotice ce prelungesc viața celulelor dendritice. Într-un studiu pe șoareci s-a demonstrat că vaccinul care administrează împreună DNA ce codifică E7 și DNA ce codifică o proteină antiapoptotică precum Bcl-2 amplifică răspunsul celulelor T specific E7. În plus, vaccinurile DNA cresc prezentarea antigenului prin prelungirea duratei de viață a celulelor dendritice.

Vaccinuri cu repliconi RNA

Unitatea genomului în care are loc replicarea se numește replicon. Repliconii RNA sunt molecule de RNA nud care se pot multiplica în celulele transfectate. Repliconii RNA pot fi obținuți din alfavirusuri sau din virusuri Semliki Forest. Vectorii bazați pe repliconi RNA au numeroase avantaje pentru dezvoltarea vaccinurilor împotriva cancerului. De exemplu, acești repliconi se pot replica într-o mare varietate de celule și pot fi utilizați pentru prezentarea continuă a antigenului în celule. De aceea, putem spune că sunt mai imunogeni decât vaccinurile DNA tradiționale. Mulți repliconi nu conțin gene virale, astfel încât nu sunt produse particule infecțioase, iar răspunsul imun împotriva vectorului replicon este limitat. Datorită acestor caracteristici, vaccinurile cu repliconi RNA pot fi reutilizate la aceleași persoane. În plus, vaccinurile cu repliconi reduc și riscul de integrare cromozomială asociat vaccinurilor DNA. Totuși, vaccinurile cu repliconi sunt mai puțin stabile decât vaccinurile DNA. O alternativă obținută prin combinarea avantajelor moleculei de replicon RNA cu cele ale vaccinurilor DNA este repliconul RNA lansat de DNA (DNA-launched RNA). Această moleculă a fost numită „DNA suicidar”. În studii preclinice pentru dezvoltarea vaccinului HPV s-a folosit DNA suicidar. În celula transfectată, DNA suicidar s-a transformat în RNA și a asigurat exprimarea eficientă a antigenului tumoral.

O strategie folosită pentru repliconi este metoda „Kunjin (KUN)”. Aici, Kunjin, un flavivirus, este utilizat pentru distribuirea repliconilor. Într-un studiu pe șoareci vaccinați cu repliconi KUN care exprimă HPV-16 E7, s-a arătat că a fost stimulat un răspuns specific al celulelor T și că șoarecii au fost protejați împotriva transformării tumorale. În concluzie, deși molecula de replicon RNA are numeroase avantaje, studiile clinice și datele disponibile despre vaccinurile bazate pe repliconi RNA sunt limitate, fiind necesară examinarea mai multor studii.

4. Vaccinuri bazate pe celule întregi

Vaccinuri bazate pe celule dendritice

Folosirea celulelor dendritice în vaccinurile dezvoltate împotriva HPV este o altă strategie logică. Pentru a crea un asemenea vaccin, celulele dendritice trebuie încărcate cu antigen viral. Celulele dendritice pot fi pregătite ex-vivo (în afara organismului viu) prin transferul fizic al moleculelor MHC-1 și 2. Încărcarea celulelor dendritice cu antigen se poate realiza prin antigene de natură peptidică sau proteică ori prin transferul unei molecule de DNA / RNA care codifică antigenul HPV. Deși au fost dezvoltate vaccinuri eficiente folosind celule dendritice autologe, producerea vaccinurilor individualizate este, desigur, dificilă. În plus, tehnica de cultură folosită la pregătirea celulelor dendritice influențează și ea calitatea vaccinului.

Au fost propuse mai multe metode pentru creșterea eficacității vaccinurilor pe bază de celule dendritice. Una este prelungirea duratei de viață a celulelor dendritice, menționată și în secțiunile anterioare. De exemplu, într-un studiu au fost testate celule dendritice încărcate cu E7, infectate cu RNA interferent mic (siRNA) care țintește proteine proapoptotice precum Bak și Bax. Studiul a arătat că proteinele Bak și Bax din celulele dendritice au fost inhibate, crescând astfel rezistența la apoptoza mediată de celulele T.

Studiile clinice ale vaccinurilor pe bază de celule dendritice continuă. Într-un studiu clinic, unei persoane cu cancer de col uterin metastatic i-au fost injectate subcutanat celule dendritice încărcate cu HPV-18 E7. Ulterior, s-a arătat că progresia tumorii la pacient a fost inhibată. În plus, s-a raportat că, deși nu a existat o remisiune (regresie) completă, starea de sănătate a persoanei s-a îmbunătățit și nu s-au observat reacții adverse.

Vaccinuri bazate pe celule tumorale

A 2. abordare folosită în dezvoltarea vaccinurilor bazate pe celule întregi este utilizarea celulelor tumorale. Pentru a crește efectele lor imunogene, celulele tumorale pot fi stimulate ex-vivo (în afara organismului viu) să producă diverse proteine imunomodulatoare, precum citokinele. În aceste vaccinuri sunt folosite gene de citokine precum IL-2, IL-12 și GM-CSF. Printre avantaje se numără faptul că antigenele tumorale nu pot fi definite clar și că aceste vaccinuri sunt ușor de produs.

Vaccinurile pe bază de celule tumorale sunt testate în modele preclinice. De exemplu, într-o vaccinare la șoareci în care s-au folosit celule tumorale E7 pozitive producătoare de GM-CSF, s-a demonstrat că vaccinul a inițiat un răspuns al celulelor T specific E7 și a crescut eficacitatea antitumorală.

Totuși, aceste tipuri de vaccinuri prezintă și riscul de a genera noi cancere. Din acest motiv, dezvoltarea vaccinurilor bazate pe celule tumorale este limitată.