ЛЕЧЕБНЫЕ вакцины против HPV (вируса папилломы человека)

HPV — сокращение названия «вирус папилломы человека», ответственного за многие виды рака. Среди них прежде всего рак шейки матки, а также анальный рак и рак головы и шеи. В предыдущих статьях мы рассказывали, что представляет собой HPV, как он передаётся и какими механизмами скрывается от нашей иммунной системы. В этой статье мы рассмотрим применяемые в лечении HPV терапевтические (лечебные) вакцины.

Примечание: В целом существует 2 вида вакцин: Профилактические и лечебные вакцины. Когда речь идёт о вакцинации, все мы вспоминаем профилактические вакцины (детские вакцины, вакцины против коронавируса и вакцины против HPV, например Gardasil). Терапевтические (лечебные) вакцины — новое понятие; например, против меланомы — Lmlygic, а против рака простаты — Provenge.

Что такое лечебная вакцина против HPV? 

Терапевтические вакцины против HPV развивают против инфицированных HPV клеток клеточно-опосредованный иммунитет, чтобы уничтожить предшествующие поражения и злокачественные (раковые) опухоли. Поэтому вакцины нацелены на антигены HPV. Подходы к вакцинации разнообразны:

1. Вакцины на основе живых векторов,
2. Вакцины на основе пептидов и белков,
3. Вакцины на основе нуклеиновых кислот и
4. Клеточные вакцины.

Что такое антиген?

Антигенами называют вещества белковой природы, которые при попадании в организм или изменении в нём (например, раковые клетки) иммунной системой воспринимаются как чужеродные и вызывают образование антител. Антигены — преимущественно специфические части микроорганизмов, таких как вирусы, бактерии и паразиты.

Биологическое строение HPV для понимания механизмов действия вакцин

• HPV — безоболочечный вирус, имеющий двухцепочечную кольцевую молекулу DNA.
• HPV, представитель семейства Papillomaviridae, кодирует 6 ранних белков (E1, E2, E4, E5, E6, E7) и 2 поздних белка (L1, L2).
• Ранние белки облегчают размножение DNA вируса и производят клеточные белки; поздние формируют структуру вирусного капсида, окружающего новые вирусы.
• Гены E6 и E7, кодирующие эти белки, сильнее экспрессируются в заражённых вирусом клетках. В результате количество белков E6 и E7 увеличивается.
• E6 подавляет белок p53, а E7 — ген RB, нарушая нормальный клеточный цикл и обеспечивая превращение инфицированных клеток в раковые.
• Ген E2 также подавляет E6 и E7; в инфицированных клетках снижение E2 увеличивает синтез белков E6 и E7.
• Вакцины, по-разному воздействуя на эти гены, пытаются обеспечить лечение HPV.

Виды терапевтических вакцин против HPV

1. Вакцины на основе живых векторов

Это вакцины, в которых переносчиками служат вирусы и бактерии. В основе векторных вакцин лежит презентация антигена дендритным клеткам. Многие вакцины с живыми векторами высокоиммуногенны, поскольку сразу размножаются в клетке хозяина и обеспечивают распространение антигенов между клетками. Но существуют и ограничивающие их применение факторы, например риск токсичности. Вакцины с живыми векторами можно разделить на 2 класса:

1. Бактериальные векторы
2. Вирусные векторы

Бактериальные векторы

Для презентации антигена дендритным клеткам можно использовать ослабленные бактерии. L.monocytogenes, Salmonella, Lactococcus lactis — примеры используемых бактерий. Для вакцин с бактериальными векторами показан сильный E7-специфический T-клеточный иммунный ответ.

Вирусные векторы

Вирусные векторы также высокоиммуногенны. В вакцинах могут использоваться разные виды, например vaccinia virus, аденовирусы и аденоассоциированные вирусы (разработанная против коронавируса вакцина Oxford-AstraZeneca тоже использует аденовирус в качестве вирусного вектора).

Среди этих вирусов vaccinia считается перспективным для антиген-специфической иммунотерапии и более эффективным против инфекций. Рекомбинантный вирус vaccinia под названием MVA-E2 может синтезировать белок E2. Вакцину с этим вектором испытывали у пациентов с CIN (цервикальной интраэпителиальной неоплазией) и кондиломами. Исследования показали образование у пациентов антител к вакцине MVA-E2 и специфического T-лимфоцитарного ответа в клетках, ставших раковыми.

Ниже изображён процесс перехода к раку при инфекции HPV:

2. Вакцины на основе пептидов / белков

Пептидные вакцины

Пептиды, полученные с использованием антигенов HPV, также могут применяться для вакцинации против HPV. Механизм таков: при попадании антигенных белков HPV в организм их захватывают дендритные клетки и представляют через связанные с MHC-1 или MHC-2 пути на молекуле HLA (человеческом лейкоцитарном антигене), формируя иммунный ответ. В целом эти вакцины безопасны и просты в производстве, но их применение всё же ограничено. Причина в том, что они специфичны к MHC; при множестве различных типов HLA трудно разработать вакцину, эффективную для каждого пациента. Кроме того, они обеспечивают низкий уровень иммунитета. Поэтому многие исследования сосредоточены на вспомогательных молекулах, например хемокинах и цитокинах, чтобы повысить потенциал таких вакцин.

Пример исследования таких вакцин: в исследовании фазы 1/2 с участием людей, где испытывали вакцину на основе липидированного пептида HPV-E7, у 3 из 18 вакцинированных пациентов дисплазия исчезла, а у 6 поражения значительно уменьшились.

Белковые вакцины

Как и пептидные, белковые вакцины безопасны и просты в производстве; к тому же, в отличие от пептидных, они не специфичны к MHC. Белковые антигены могут обрабатываться дендритными клетками и представляться на их поверхности; кроме того, они содержат все возможные эпитопы HLA. Тем не менее их иммуногенная активность низка, поэтому для усиления потенциала используют вспомогательные молекулы. Ещё одно ограничение: после вакцинации антиген-презентирующие клетки (APC) иногда встречаются с введёнными для презентации MHC 1 белками, поглощают их и инактивируют. Примеры исследований белковых вакцин:

• Вакцина TA-CIN, состоящая из слияния HPV-16 L2, E6 и E7, обеспечивала выработку антител у всех получивших её женщин, и её безопасность была доказана.
• Ещё одно исследование касалось вакцины, состоящей из сочетания HPV-16 E7 и белка M.bovis hsp16. Оно показало хорошую переносимость вакцины всеми пациентами с анальной интраэпителиальной неоплазией высокой степени (AIN).

3. Вакцины на основе нуклеиновых кислот

Вакцины на основе нуклеиновых кислот бывают 2 видов:

1. Вакцины с молекулой DNA и
2. RNA-репликонные вакцины.

Расскажем об этих видах вакцин подробнее.

DNA-вакцины

DNA-вакцины потенциально эффективны в стратегии антиген-специфической иммунотерапии. Голая (то есть не находящаяся вместе с клетками и белками) DNA безопасна, стабильна и проста в производстве.

По сравнению с другими вакцинами DNA-вакцины:

• Обеспечивают более длительную экспрессию антигена, чем RNA-вакцины или белковые вакцины.
• В отличие от вакцин с живыми векторами, не вызывают образования нейтрализующих антител, благодаря чему одному пациенту можно вводить вакцину многократно.

Хотя DNA-вакцины безопаснее других, с ними связаны некоторые опасения. Например, DNA может встроиться в геном хозяина и нарушить геном этой клетки, но никаких данных об этом нет. Ещё одно опасение — слабая иммуногенная активность: DNA вакцины не способна переходить из инфицированных HPV клеток в окружающие клетки и размножаться. По этим причинам разработаны стратегии повышения эффективности DNA-вакцины.

Первая стратегия — увеличение числа дендритных клеток, экспрессирующих антиген. Один из способов достижения этой цели — «генная пушка», весьма мощный метод. «Генная пушка» выстреливает покрытые DNA частицы золота, благодаря чему трансфицируются дендритные клетки, мигрирующие в лимфоидные органы, чтобы созреть и превратиться в T-клетку (трансфекция означает попадание фрагмента DNA в клетку извне). В результате молекула голой DNA входит в структуру дендритных клеток. Другой способ увеличения числа дендритных клеток — «обеспечить распространение кодируемого антигена между дендритными клетками». Для этого антиген нужно связать с белком, способным переноситься между клетками.

Другая стратегия — усилить в дендритных клетках экспрессию, обработку и презентацию антигена. Это можно сделать с помощью техники «оптимизации кодонов». В ней редко используемые кодоны заменяют распространёнными, изменяя последовательность гена антигена и усиливая трансляцию DNA-вакцины в дендритных клетках. (Трансляция — синтез полипептида под контролем mRNA.) Связывание антигена с белком, нацеленным на разрушение протеасомой или на эндоплазматический ретикулум, также усиливает ответ цитотоксических T-лимфоцитов (CTL) за счёт увеличения презентации антигена MHC-1. Например, показано, что вакцина с E7, связанным с кальретикулином (CRT), белком, усиливающим презентацию антигена MHC-1, повышает E-7-специфический CD8 T-клеточный ответ и эффективна против экспрессирующих E7 опухолей.

Другая техника — «использование одноцепочечного тримера MHC-1 (SCT)». Она препятствует обработке антигена и обеспечивает презентацию кодируемого DNA-вакциной пептида через MHC-1.

Последняя стратегия повышения эффективности DNA-вакцины — усиление взаимодействия между дендритной клеткой и T-клеткой. После обработки и презентации антигена взаимодействие дендритных и T-клеток очень важно для активации T-клеток. После подготовительной стадии (priming) дендритные клетки становятся мишенью активированных эффекторных T-клеток. Чтобы предотвратить происходящий в дендритных клетках опосредованный T-клетками апоптоз, DNA может кодировать антиапоптотические белки, продлевающие жизнь дендритных клеток. В исследовании на мышах вакцина, в которой совместно вводили кодирующую E7 DNA и DNA, кодирующую антиапоптотические белки вроде Bcl-2, усиливала E7-специфический T-клеточный ответ. Кроме того, DNA-вакцины увеличивают презентацию антигена, продлевая жизнь дендритных клеток.

RNA-репликонные вакцины

Единицу генома, в которой происходит репликация, называют репликоном. RNA-репликоны — это молекулы голой RNA, способные размножаться в трансфицированных клетках. Их можно получать из альфавирусов или вирусов Semliki forest. У векторов на основе RNA-репликонов есть много преимуществ для разработки противораковых вакцин. Например, они могут реплицироваться в самых разных клетках и обеспечивать постоянную презентацию антигена. Поэтому можно сказать, что они более иммуногенны, чем традиционные DNA-вакцины. Многие репликоны не содержат вирусных генов, поэтому не производят инфекционных частиц и ограничивают иммунный ответ на репликонный вектор. Благодаря этим свойствам такие вакцины можно повторно применять у одних и тех же людей. Они также уменьшают связанный с DNA-вакцинами риск хромосомной интеграции. Однако они менее стабильны, чем DNA-вакцины. Появилась альтернатива, сочетающая преимущества молекулы RNA-репликона и DNA-вакцин, — DNA-launched RNA репликон. Эту молекулу назвали «suisidal DNA». В доклинических исследованиях разработки вакцины против HPV использовали suicidal DNA. В трансфицированной клетке suicidal DNA превращалась в RNA и обеспечивала эффективную экспрессию опухолевого антигена.

Ещё одна стратегия с репликонами — метод «Kunjin (KUN)». Для доставки репликонов используют флавивирус Kunjin. В исследовании мышей, вакцинированных репликонами KUN, экспрессирующими HPV-16 E7, стимулировался специфический T-клеточный ответ, а мыши были защищены от опухолевого изменения. Хотя у RNA-репликона много преимуществ, клинические исследования и имеющиеся данные о вакцинах на его основе ограничены, поэтому необходимо изучить больше исследований.

4. Цельноклеточные вакцины

Вакцины на основе дендритных клеток

Использование дендритных клеток — ещё одна логичная стратегия разработки вакцин против HPV. Для такой вакцины дендритные клетки нужно загрузить вирусным антигеном. Их можно готовить ex-vivo (вне живого организма) путём физического переноса молекул MHC-1 и 2. Загрузка антигена может осуществляться через пептидные или белковые антигены либо переносом кодирующей антиген HPV молекулы DNA / RNA. Хотя с использованием аутологичных дендритных клеток разработаны эффективные вакцины, производство индивидуализированных вакцин, конечно, затруднено. Кроме того, метод культивирования, применяемый при подготовке дендритных клеток, влияет на качество вакцины.

Для повышения эффективности вакцин на основе дендритных клеток предложено несколько способов. Один из них, упомянутый выше, — увеличение продолжительности жизни дендритных клеток. Например, в одном исследовании испытывали нагруженные E7 дендритные клетки, инфицированные малой интерферирующей RNA (siRNA), нацеленной на проапоптотические белки Bak и Bax. Исследование показало подавление белков Bak и Bax в дендритных клетках и, благодаря этому, повышение устойчивости к T-клеточному апоптозу.

Клинические испытания вакцин на основе дендритных клеток продолжаются. В одном из них пациенту с метастатическим раком шейки матки подкожно вводили дендритные клетки, нагруженные HPV-18 E7. Затем было показано подавление прогрессирования опухоли. Также сообщили об улучшении состояния пациента, несмотря на отсутствие полной ремиссии (регрессии), и об отсутствии каких-либо побочных эффектов.

Вакцины на основе опухолевых клеток

2-й подход к созданию цельноклеточных вакцин — использование опухолевых клеток. Для усиления их иммуногенного действия можно стимулировать их Ex-vivo (вне живого организма), чтобы они производили различные иммуномодулирующие белки, например цитокины. В таких вакцинах используют гены цитокинов IL-2, IL-12 и GM-CSF. Одно из преимуществ — невозможность чётко определить опухолевые антигены и простота производства.

Вакцины на основе опухолевых клеток испытывают в доклинических моделях. Например, при вакцинации мышей с использованием производящих GM-CSF E7-положительных опухолевых клеток вакцина приводила к E7-специфическому T-клеточному ответу и усиливала противоопухолевую активность.

Однако у таких вакцин есть и риск развития новых видов рака. Поэтому разработка вакцин на основе опухолевых клеток ограничена.