Influenzavaccination i sammenhæng med allerede eksisterende immunitet

Selvom vi udvikler influenzaimmunitet fra en tidlig alder, er den utilstrækkelig til at forhindre fremtidig infektion med antigent nye stammer. En foreslået måde at generere langsigtet beskyttende immunitet mod en bred vifte af influenzavirusstammer er at booste reaktioner på de konserverede epitoper på hæmagglutinin, det vigtigste overfladeglycoprotein af influenzavirus. Influenzaspecifik humoral immunitet omfatter en stor del af den samlede immunhukommelse hos mennesker, og det har længe været erkendt, at allerede eksisterende immunitet mod influenza former responsen på efterfølgende influenzainfektioner og vaccinationer. Imidlertid er de mekanismer, hvormed allerede eksisterende immunitet modulerer responset på influenzavaccination, stadig ikke fuldstændigt forstået. Ved hjælp af et sæt matematiske modeller udforsker vi flere hypoteser, der kan bidrage til den formindskede boostning af antistoffer mod konserverede epitoper efter gentagne vaccinationer.

cistanche tubulosa-forbedrer immunsystemet

Bortset fra alvorligt immunkompromitterede individer og meget isolerede populationer på fjerntliggende øer, er ingen immunologisk naive over for influenza. Selv spædbørn får immunitet overført til dem fra deres mødre, hvilket kan påvirke immunresponset på vaccination eller infektion (Albrecht et al. 1977; Halasa et al. 2008; Voysey et al. 2017; Willis et al. 2020). I uvaccinerede populationer vurderes det, at den første influenzainfektion sker inden for de første 5 leveår (Bodewes et al. 2011). Influenzaimmunitet etableres derfor tidligt i livet og genererer langvarig immunitet over for den inficerende stamme. For eksempel var ældre individer stort set beskyttet mod infektion af den pandemiske H1N1-stamme fra 2009 (Centers for Disease and Prevention 2009), og det er blevet foreslået, at dette skyldes øgede krydsreaktive antistoftitere fremkaldt af antigenisk lignende H1N1-stammer, der cirkulerede mere end 60 år tidligere (Hancock et al. 2009; Skountzou et al. 2010). Således kan immunitet mod influenza vare flere årtier. Vi kan dog blive re-inficeret med influenza flere gange, da virussen konstant muterer og reassorterer for at undslippe forudetableret immunitet. Det er blevet estimeret, at uvaccinerede individer inficeres med en ny influenza-stamme hvert 3.-7. år (Kucharski et al. 2015).

Der er to måder, hvorpå cirkulerende influenzastammer ændrer sig over tid. Antigen drift opstår fra den gradvise akkumulering af mutationer i hæmagglutinin (HA) og neuraminidase (NA) glycoprotein, som er de vigtigste antigener på den virale overflade. Antigenisk driftede virale stammer kan unddrage sig antistoffer fremkaldt efter infektion med tidligere stammer, og dermed tillade den driftede virus at sprede sig i befolkningen. Antigen drift er ansvarlig for sæsonbestemte udbrud af influenza og kræver periodisk omformulering af vaccinen. Antigene forskydninger opstår i vid udstrækning fra resortimentet af zoonotiske influenza-stammer. Antigene skift kan forårsage mere alvorlige pandemier, såsom pandemierne i 1957 og 1968 af H2N2 og H3N2 undertyper. Selvom der er betydelig sekvensdiversitet mellem stammer, er der nogle begrænsninger på variationen af ​​HA-proteinet. Især de mutationer, der forårsager antigen drift, er koncentreret i "hovedet" af HA (den del, der er længst væk fra membranen), og der er mere bevarede områder på "stammen" af HA-molekylet, der kan fremkalde krydsbeskyttende antistoffer ( Doud og Bloom 2016; Neu et al. 2016). Effekten af ​​forudetableret immunitet på immunresponset på influenzainfektion eller -vaccination har været en gåde, der har gennemsyret influenzaområdet siden starten. Undersøgelser udført i 1950'erne viste, at der var en effekt af allerede eksisterende immunitet på efterfølgende immunresponser på infektion eller vaccination (Francis 1955, 1960). For at komplicere sagerne varierer den forudetablerede influenzaimmunitet baseret på personlig historie med influenzaeksponering, som er meget varierende, især mellem forskellige aldersgrupper (Linderman et al. 2014; Gostic et al. 2019). Selvom den sekventielle eksponering for antigenisk adskilte stammer konstant former antistofrepertoiret i et givet individ, kan vi forvente en forstærkning af responser på konserverede epitoper med hver ny influenzainfektion. I dyremodelsystemer har en stigning i niveauet af antistoffer mod den konserverede region af stammen af ​​HA vist sig at give heterosubtypisk beskyttelse (Wei et al. 2010; Kanekiyo et al. 2013; Krammer et al. 2013, 2014; Margine et al. 2013; Impagliazzo et al. 2015; Yassine et al. 2015). På samme måde er der beviser hos mennesker, der tyder på, at antistoffer fremkaldt af responser på virusundertyper i en given klade kan give begrænset beskyttelse til andre vira i samme klade (men ikke nødvendigvis mod vira i en anden klade) (Gostic et al. 2016). Et mangeårigt spørgsmål er, hvorfor gentagne influenzavaccinationer og infektioner ikke øger krydsreaktive antistoftitre til tilstrækkelige niveauer til at forhindre infektion. Her gennemgår vi vores forståelse af menneskets immunrespons på influenzavaccination og hvordan allerede eksisterende immunitet påvirker responset på vaccination. Vi diskuterer dataene om størrelsen af ​​antistofresponser på forskellige epitoper af influenza, og hvordan disse forstærkes af vaccination. Vi undersøger derefter, hvordan simple matematiske modeller kan bruges til at forstå de faktorer, der bidrager til den effekt, som allerede eksisterende immunitet har på forstærkningen af ​​humorale immunresponser ved vaccination.

cistanche tubulosa-forbedrer immunsystemet

Klik her for at se produkter fra Cistanche Enhance Immunity

【Spørg om mere】 E-mail:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

HØJ PRÆKSISTERENDE IMMUNITET MOD INFLUENZA HOS MENNESKER

Raske voksne akkumulerer høje niveauer af immunitet over for influenzavirus via infestationsvaccinationer. For eksempel kan inflreacha-vaccinereaktive IgG-, IgA- og IgM-antistoffer let måles ved enzym-linked immunosorbent assay (ELISA) i det perifere blod hos raske voksne (fig. 1 vaccine-specificccine-specifikke hukommelse B-celler (MBC'er) udgør ~ 1 % af IgG MBC'er i blodet. Dette er signifikant højere end det, der findes for andre almindelige vaccineantigener såsom fåresyge, mæslinger, røde hunde eller varicella-zoster-virus (VZV) (Fig. 1B, C; Rasheed et al. 2019; Eberhardt et al. 2020). Derudover tegner influenzavaccinespecifikke plasmaceller sig for ~1 % af de samlede IgG-plasmaceller i knoglemarven (fig. 1D; Davis et al. 2020; Eberhardt et al. 2020). Dette kan være en undervurdering af mindst to grunde: der kan være yderligere influenza-reaktive MBC'er og langlivede plasmaceller til andre influenzaantigener, der ikke er inkluderet i disse analyser, og vi opdager ikke responserne på tidligere stammer tværreaktive krydsreaktive med den nuværende vaccine stammer.

På grund af det kontinuerlige sortiments-resortiment af cirkulerende influenzastammer opstår nye epitoper over tid, overvejende i hovedet af HA, og disse ændringer tillader virussen at undslippe på trods af allerede eksisterende immunitet. For at forbedre vaccineeffektiviteten skal vi således bedre forstå, hvordan allerede eksisterende immunitet påvirker evnen til at booste krydsreaktive epitoper og generere antistoffer mod nye epitoper af den aktuelt cirkulerende virus.

MEMORY RECALL SVAR EFTER VACCINATION

Det er tidligere beskrevet, at der er en forbigående stigning i plasmablastantal i det perifere blod omkring dag 7 efter vaccination eller postinfektion (Wrammert et al. 2011; Li et al. 2012; Ellebedy et al. 2016). Denne cellepopulation er largantigen-specifikation-specifik og somatisk muteret, hvilket tyder på, at den er afledt af en hukommelsespopulation, der hurtigt aktiveres ved genudsættelse for krydsreaktive antigener. Efter primær vaccination eller infektion med en meget divergerende influenzastamme, såsom den pandemiske H1N1-stamme fra 2009 eller en H5N1-stamme fra 2005, er størstedelen af ​​disse plasmablaster specifikke for den mere højt konserverede HA-stammeregion (Wrammert et al. 2011; Li et al. 2012; Ellebedy et al. 2014). Dette er sandsynligvis et resultat af den høje frekvens af krydsbåndsspecifikke stamspecifikke MBC'er og en lav frekvens af B-celler til hovedet af den nye influenza HA (på grund af den lave sekvenshomologi mellem HA-hovedet for en ny pandemi og sæsonbestemt influenza-stamme- cursor-prækursorfrekvens af udvidede MBC-kloner sammenlignet med naive B-celler giver hukommelses-B-celler en fordel under et genkaldelsesrespons. På grund af tidligere somatisk hypermutation forventes MBC B-celle-receptorer desuden at have højere antigenicitet for antigen end naive B-celler ( Eisen et al. 1969). Selektiv tilbagekaldelse af krydsreaktive MBC'er snarere end eksklusiv aktivering af naive B-celler bidrager sandsynligvis til observationen af ​​"oprindelig antigenisk synd" (OAS) (Francis 1955, 1960), hvor immunresponset er skævt mod krydsreaktive epitoper, der kan have en lavere affinitet til den antigenisk driftede stamme.

Figur 1. Voksne har høje niveauer af allerede eksisterende immunitet mod influenza. Influenzavaccinereaktive IgG-, IgA- og IgM-antistoftitre blev målt hos raske voksne mennesker ved ELISA (n=38) (A). Hyppigheden af ​​antigenspecifikke hukommelse B-celler, der er specifikke for fåresyge, mæslinger, røde hunde og influenza (B), eller VZV og influenza (C) blev målt ved stimulering af PBMC'er og kvantificering af ELISpot som tidligere beskrevet (Rasheed et al. 2019; Eberhardt et al. 2020). VZV og influenzaspecifikke IgG-knoglemarvsplasmaceller blev kvantificeret ved ELISpot og plottet som procentdelen af ​​totale IgG-udskillende knoglemarvsplasmaceller (D).

EKSISTERENDE ANTIKROPSTITER PÅVIRKER Størrelsen af ​​svaret

På trods af fordelene ved hukommelsesgenkaldelse efter immunisering, er der også beviser for interferens af immunresponset fra allerede eksisterende hukommelse. Typisk har individer med høje eksisterende krydsreaktive antistoftitre en signifikant reduceret top i cirkulerende antigenspecifikke plasmablastertal efter influenzavaccination (Ellebedy et al. 2020). Personer med højere allerede eksisterende antistoftitre har også et reduceret boost i antistoftitere efter vaccination (Ellebedy et al. 2014, 2020). Derfor kan individuelle immunresponser moduleres af et individs allerede eksisterende antistoftiter, og efterhånden som antistoftitre mod influenza aftager over tid, kan graden af ​​modulering ændre sig over tid. Dette blev tydeligt af immunresponser på influenzavaccination hos personer, der vaccineres årligt sammenlignet med personer, der har sprunget over influenzavaccination i mindst 3 år. Figur 2 viser responsen på sæsonbestemt influenzavaccination hos disse to grupper af mennesker. Figur 2A viser forholdet mellem præ- og postvaccinationsantistoftiterne. Før vaccination var antistoftitrene signifikant lavere hos personer, der sprang over at få en influenzavaccination i mindst 3 år (åbne firkanter) sammenlignet med personer, der modtog en influenzavaccination det foregående år (udfyldte firkanter). Hvis antistoftitre forbliver uændrede efter vaccination, vil datapunkterne falde på linjen med hældning=1 (stiplet linje). En stigning i antistoftitre efter vaccination ville placere punkterne over denne linje. Hvis allerede eksisterende antistoftitere ikke påvirker boosting, ville vi forvente, at punkterne er på linje parallelt med den stiplede linje. Den bedste pasform (heltrukne linie) har dog en hældning mindre end én (mindste kvadrater; hældning=0.45; 95 % CI=[0.37;0.68]), hvilket viser, at individer med lavere allerede eksisterende antistof titere har væsentligt højere boost, som det kan ses på den øgede afstand over den stiplede linje. Figur 2B viser det tilsvarende forhold mellem prævaccinationsantistoftiteren og størrelsen af ​​boostet, defineret som en foldstigning i antistoftiteren, for responser i grupperne "sprunget over" (åbne firkanter) og "årlige" (udfyldte firkanter). Den foldede stigning (dvs. foldboost) af antistofresponset reduceres med en stigning i den tilsvarende prævaccinationsantistoftiter. Figur 2C viser, hvordan MBC-frekvens og allerede eksisterende antistoffer kan modulere disse responser. Med lave niveauer af allerede eksisterende immunitet bliver reaktiveringen af ​​krydsreaktive hukommelses-B-celler en dominerende faktor, der definerer responset, hvorimod den negative feedback fra det krydsreaktive antistof med høje niveauer af allerede eksisterende immunitet kan bidrage til at reducere den samlede respons.

cistanche tubulosa-forbedrer immunsystemet

BOOSTING AF SVAR PÅ FORSKELLIGE EPITOPER

Immunreaktionerne på forskellige epitoper efter vaccination kan blive påvirket af balancen mellem allerede eksisterende hukommelses-B-celler og allerede eksisterende antistoftitre mod disse epitoper. For eksempel, efter en primær immunisering med en ny H5N1-stamme, er specificiteten af ​​antistoffer fremkaldt ved vaccination overvejende skæv til de mere bredt krydsreaktive stamspecifikke epitoper. Dette er et resultat af det højere antal allerede eksisterende stamspecifikke MBC'er fremkaldt af tidligere eksponering for H1N1, der deler krydsreaktive stammeepitoper, og manglen på allerede eksisterende hukommelse til det nye H5-hoveddomæne. Efter sekundær eksponering for H5N1-stammen ved boostervaccination er immunresponset imidlertid stærkt skævt mod hovedspecifikke antistofresponser, hvorimod stamspecifikke antistoftitere stort set forbliver uændrede. En potentiel mekanisme for dominansen af ​​HA-hoved- versus stamspecifikke antistoffer efter sekundær H5N1-vaccination er, at høje stamspecifikke antistoftitere interfererer med hukommelsesgenkaldelsesresponsen. Figur 3 viser antistofresponset på hoved og stilk efter immunisering med sæsonbestemt trivalent influenzavaccine (TIV) (Fig. 3A, D), høj dosis af ny H5N1-stamme (Fig. 3B, E) og lav dosis af H5N1-stamme med tilsat adjuvans (fig. 3C, F). I lighed med dataene for oversprungne versus årlige vaccinerede (fig. 2), er fold-boostet af antistofresponset på HA-hovedet eller -stammen negativt korreleret med prævaccinationsantistoftitre til disse epitoper. I tilfælde af vaccination med sæsonbetinget TIV (fig. 3A) overlapper prævaccinationstiterne af antistoffer mod både HA-stammen og HA-hovedet af H1N1. I dette tilfælde, hvor allerede eksisterende HA-stamme- og hovedreaktive antistoftitre er ens, er fold-boostet i antistoftitre ens uanset epitopspecificitet og korrelerer med prævaccinationstiterne (fig. 3D). I tilfælde af sekundær vaccination med den nye H5N1-stamme (fig. 3B, C) var der højere niveauer af antistoffer mod stammen end HA-hovedet (og ingen individer med meget lave titere til stammen). I dette tilfælde var boostet i antistoftitre skævt mod HA-hoveddomænet, som udviste signifikant lavere prævaccinationstitre.

Figur 2. Boost af antistoffer efter influenzavaccination. Influenzavaccine-antigenbindende antistoftitre blev målt ved ELISA før og 14 dage efter vaccination hos personer, der var blevet vaccineret det foregående år (årligt), og dem, der havde sprunget influenzavaccination over i mindst 3 år (sprunget over). (A) Forholdet mellem antistoftitre før og efter vaccination. (B) Forholdet mellem foldstigning i antistoftitre og prævaccinationstitre. (C) En skematisk skitsering af, hvordan allerede eksisterende MBC'er og antistoftitere kan påvirke tilbagekaldelsesresponset efter sæsonbestemt influenzavaccination.

Figur 3. Antistofreaktioner på hovedet og stilken af ​​hæmagglutinin (HA). Boost af HA-hoved- og stilkspecifikke antistoffer efter vaccination med inaktiveret H1N1 (fra sæsonbestemt trivalent influenzavaccine [TIV], [A, D], højdosis H5N1 [B, E] og lavdosis H5N1 med adjuvans [C] , F]). Til H5N1 bruger vi data fra boost-vaccinationen (se også fig. 6). (A–C) Plot af antistoftitere efter mod prævaccination. Hvis antistoftitere forbliver uændrede efter vaccination, vil datapunkterne falde på linjen med hældning=1 (stiplet linje). Den bedst tilpassede linje (heltrukken linje, hældning < 1) viser, at der er mere forstærkning, når de indledende titere er lave. (D–F) Prævaccinationsimmunitet reducerer boostet, og forholdet er omtrent lineært på et log-log-plot. (Paneler oprettet med data fra Ellebedy et al. 2014, 2020.)

MODELLERING AF SVAR PÅ HOVED OG STAMMEN AF HA

Matematiske modeller af det humorale immunrespons kan bruges til at udforske forskellige hypoteser for, hvordan allerede eksisterende hukommelse B-celler og antistoffer påvirker forstærkningen af ​​responser på forskellige epitoper efter immunisering. Figur 4 viser en tidligere beskrevet simpel to-epitop-model, der fokuserer på epitoper af hovedet og stammen af ​​HA og deres interaktioner med B-celler og antistoffer, der er specifikke for disse epitoper (Zarnitsyna et al. 2016). Figur 4A viser et skema for en grundlæggende model af humoral immunrespons ("grundlæggende" model) og dens tre modifikationer, der afspejler tre yderligere mekanismer (farvekodet). I den grundlæggende model stimuleres antigenspecifikke B-celler af antigenet, gennemgår klonal ekspansion og producerer antistoffer. Stimulering af specifikke B-celler fortsætter, indtil alt antigenet er henfaldet. I den grundlæggende model er foldstigningen i antistoftitre uafhængig af prævaccinationstitre. Der er flere måder, hvorpå allerede eksisterende antistoffer kan reducere genkaldelsesresponser (Zarnitsyna et al. 2016). Antigenclearance-modellen (ACM) antager, at allerede eksisterende antistoffer forårsager hurtigere clearance af antigenet, hvilket reducerer tiden for B-celle-interaktion med det og dermed fører til mindre B-celleudvidelse og mindre genereret antistof. Den Fc-receptormedierede inhiberingsmodel (FIM) antager, at allerede eksisterende antistoffer danner hæmmende immunkomplekser, der reducerer aktiveringen af ​​antigenspecifikke B-celler ved at tværbinde B-cellereceptor bundet til den antigene epitop og B-celle Fc RIIB bundet til Fc-del af antistoffet i immunkomplekset (Nimmerjahn og Ravetch 2010). Epitopmaskeringsmodellen (EMM) antager, at allerede eksisterende antistoffer og B-celler, der er specifikke for den samme epitop, ville konkurrere om binding til denne epitop på antigenet, og den inhiberer proliferationen af ​​epitopspecifikke B-celler. Dette sker som et resultat af fysiske begrænsninger forbundet med størrelsen af ​​antistoffer og påvirker ikke bindingen og proliferationen af ​​B-celler, der er specifikke for andre epitoper, der er rumligt fjerne. I modsætning til ACM-modellen, hvor antigen fjernes hurtigere ved binding til antistoffet, er produktionen af ​​antistoffer i EMM-modellen nedreguleret på trods af den fortsatte tilstedeværelse af antigen. Når man overvejer en simpel to-epitop-model med responser på hovedet og stilken af ​​HA (fig. 4B), kunne antigenet være i fire tilstande, og tilstandene er defineret ved antistofbinding til hovedet og/eller stilken. Det frie antigen benævnes HS, hvorimod OS, HO og OO repræsenterer antigener med antistoffer bundet til henholdsvis H (hovedepitop), S (stammepitop) eller begge epitoper.

Figur 4. Skematisk for matematiske modeller til at forklare reduceret boosting af antistofresponser. (A) Skematisk for den grundlæggende en-epitopmodel og dens tre modifikationer, der inkorporerer tre forskellige mekanismer: forbedret antistofbundet antigenclearance (ACM, i grønt), Fc R-medieret hæmning (FIM, i blåt) og epitopmaskering (EMM) , i orange). (B) En-epitop-modellen udvides til en to-epitop-model ved at inkludere en epitop på hovedet af HA (H) og en epitop på stammen af ​​HA (S). Bindingen af ​​hovedspecifikt antistof (AH) og stamspecifikt antistof (AS) definerer fire mulige tilstande af antigenet: frit antigen uden antistof bundet (HS), antigen bundet af antistof til hovedet (OS), antigen bundet af antistof til stammen (HO) og antigen bundet af begge antistoffer (OO).

Figur 5. Modeldiskrimination. (A) Modelforudsigelser for den grundlæggende model og dens modifikationer, der inkorporerer tre forskellige mekanismer: antigenclearance (ACM), Fc-receptormedieret inhibering af B-celleaktivering (FIM) og epitopmaskering (EMM). Ved hjælp af en to-epitop-model forudsiger vi, hvordan forskellige niveauer af prævaccinationshoved- og stilkspecifikke antistoffer påvirker boostningen af ​​antistoftitere til hovedet og stilken af ​​HA. Ti forskellige sæt af forskellige prævaccinationshoved- og stam-antistoftitere (imiterende 10 forskellige individer) blev brugt til forudsigelse af postvaccinationsfold-boost i antistoftitre. Reaktioner på hovedet (rød cirkel) og stilken (blå trekant) hos hvert individ er forbundet med en linje. (B) De tilsvarende plots fra tre eksperimentelle undersøgelser. (C) Skematisk, der illustrerer, hvordan prævaccinationshukommelse B-celler og antistoffer påvirker responserne på prime- og boost-vaccinationer med ny pandemisk H5N1. Høj prævaccinationsfrekvens af stamspecifikke hukommelse B-celler definerer det primære respons med en stærk tilbagekaldelse af stamspecifikke antistoffer. Imidlertid undertrykker øgede titere af stamspecifikke antistoffer efter den første H5N1-vaccination yderligere boostning af stamspecifikke antistoffer efter den sekundære vaccination. I stedet er de nygenererede antistoffer efter den anden vaccination overvejende hovedspecifikke.

De tre mekanismer, der er inkorporeret i ACM-, FIM- og EMM-modellerne, kunne hver især forklare reduktionen i antistoffold-boostet på grund af allerede eksisterende antistoffer, men vi fandt ud af, at to-epitopmodellerne giver forskellige forudsigelser, hvis vi sammenligner, hvordan responser på hovedet og stilken af HA for hvert individ afhænger af prævaccinationstitre til hoved og stilk (fig. 5A; Zarnitsyna et al. 2016). For hvert individ antager vi forskellige initiale niveauer af antistof til hovedet (røde cirkler) og til stilken (blå trekanter), og vi forbinder de forudsagte responser til hovedet og stilken hos et givet individ efter vaccination med en streg. Forøgelsesresultaterne for 10 forskellige starttilstande, der blander høje og lave initiale antistoftitre for hovedet og stilken, er vist. Den grundlæggende model forudsiger, at boosting vil være uafhængig af niveauet af allerede eksisterende immunitet, og derfor er alle linjer vandrette og i samme højde. ACM-modellen forudsiger, at antigenclearance på samme måde påvirker responserne på hovedet og stilken, da binding af antistoffer til enhver epitop vil fjerne hele antigenet. Linjerne er således parallelle, og deres højder bestemmes af de samlede allerede eksisterende antistoftitre i hvert individ. I FIM-modellen fører binding af antistof-antigen-komplekser (gennem Fc-delen af ​​antistoffet) til Fc RIIB på en B-celle til inhibering af B-celleaktivering uanset dens epitopspecificitet. FIM-modellen forudsiger, at allerede eksisterende antistof mod hver epitop på samme måde påvirker genereringen af ​​responserne på både hovedet og stilken af ​​HA, og derfor er linjerne for hvert individ vandrette. EMM-modellen foreslår, at allerede eksisterende immunitet kun påvirker responset på den antistofbundne epitop, og de hoved- og stilkspecifikke responser kan boostes med forskellige mængder afhængigt af deres prævaccinationsantistoftitre. Flere allerede eksisterende antistoffer mod en given epitop ville resultere i mere maskering og mindre boostning af responsen på den epitop, og EMM-modellen forudsiger, at linjerne, der forbinder responser til hoved og stilk for alle individer, falder langs en diagonal med en negativ hældning. Vi sammenligner nu modellernes forudsigelser med data fra tre vaccinestudier, hvor individer blev vaccineret med HA'er fra H1N1 og H5N1 (data i fig. 3). De eksperimentelle data blev genanalyseret for at generere et plot svarende til det i figur 5A ved at forbinde antistofresponser til hovedet og stilken af ​​HA med en linje for hvert individ. For alle tre vaccinationsundersøgelser er linjerne, der forbinder responser til hovedet og stilken i hvert individ (tynde linjer) og en gennemsnitslinje, der bruger alle dataene (tyk linje), vist i figur 5B. Vi finder, at gennemsnittet af hældningerne fra det tynde individs linjer (ikke vist) er væsentligt forskelligt fra nul. Dette tyder på, at responser på hoved og stilk forstærkes i forskellig grad hos hvert individ, og det er derfor inkonsistent med ACM- og FIM-modellerne, hvor hæmning af de hoved- og stilkspecifikke responser forudsiges at være ens. Tværtimod er den gennemsnitlige hældning ikke signifikant forskellig fra hældningen af ​​tilpasning til alle data (tyk linje), der understøtter EMM-modellen.

cistanche tubulosa-forbedrer immunsystemet

EMM-modellen antager, at responser på hovedet og stilken af ​​HA genereres uafhængigt, og allerede eksisterende titere til hovedet vil ikke påvirke boostningen af ​​antistoffer mod stammen (og omvendt). Vi vil gerne bemærke, at i alle tre betragtede vaccinationsundersøgelser var det indledende niveau af antistof mod det nye hoved relativt lavt. I dette tilfælde forventer vi ikke megen interferens mellem antistofferne og B-celler, der binder til epitoperne på hovedet med forstærkning af responserne på epitoperne på stammen af ​​HA, og vi fandt ingen signifikant korrelation mellem den indledende titer af hoved- specifikt antistof og fold boost i stamspecifikt antistof i disse undersøgelser. Imidlertid er denne antagelse muligvis ikke sand i tilfælde af høje allerede eksisterende hovedspecifikke antistoffer og bidrag fra de forskellige mekanismer beskrevet af ACM-, FIM- og EMM-modellerne på tilbagekaldelsesresponser i forskellige scenarier, for eksempel efter gentagen sæsonvaccination eller infektion, er endnu ikke fastslået.

ANTIKROPSREGIONER PÅ STAMMEN AF HA UNDER PRIME OG BOOST H5N1-VACCINATION

Et af de resterende spørgsmål er, hvorfor responsen på stammen af ​​HA blev boostet under den primære vaccination, men ikke den sekundære vaccination med H5N1 (Ellebedy et al. 2014, 2020). Vi bruger det adjuverede H5N1-vaccinestudie som et eksempel, da det genererede et stærkere samlet respons. Figur 6 viser fold-boost af antistoffer mod stammen af ​​HA versus prævaccinationstitre for både prime- og boost-vaccinationer med adjuveret H5N1. De initiale antistoftitere til stammen før den primære vaccination var lavere sammenlignet med de initiale titere før den sekundære vaccination, og dette forklarer potentielt det relativt store fold-boost under primærvaccination og begrænsede boost under sekundær vaccination. Dette svarer til responsen fra årlige og oversprungne vaccinerede, vist i figur 2, hvor individer, der var blevet vaccineret for nylig og havde højere allerede eksisterende antistoftitere, havde reduceret fold-boost i antistoftitere.

DISKUSSION

Influenza er et patogen, der udviser omfattende stammevariation. Dette gør det i stand til at inficere individer flere gange, hver gang forme og modulere influenzaspecifik immunhukommelse. Som et resultat heraf er niveauet af immunitet over for influenza hos mennesker slående højt, idet influenzaspecifikke MBC'er almindeligvis udgør mindst 1% af de samlede cirkulerende MBC'er. Dette er signifikant højere end frekvensen af ​​MBC'er, der er specifikke for andre almindeligt anvendte børnevaccineantigener (fig. 1). På trods af det høje niveau af erhvervet immunitet er immunresponser på de konserverede epitoper på virussen utilstrækkelige til at forhindre nye infektioner. Her analyserer vi tre vaccineundersøgelser, hvor immuniteten over for influenza er blevet forstærket med nye pandemiske stammer med det formål at forstå, hvordan allerede eksisterende immunitet modulerer antistofreaktionerne på de konserverede epitoper på stammen af ​​HA. Eksisterende immunitet omfatter både hukommelse B-celler og antistoffer, og selvom den øgede frekvens af hukommelse B-celler kan gavne den sekundære respons, kan negativ feedback fra antistoffer begrænse den. Vi finder, at individer med høje eksisterende krydsreaktive antistoftitre har et lavere svar på vaccination med et reduceret genkaldelsesrespons på trods af høje niveauer af forudetableret MBC-frekvens (fig. 1 og 2). Ved hjælp af matematiske modeller analyserede vi bidraget af forskellige faktorer såsom MBC-frekvens, prævaccinationsantistoftitre, øget clearance af antigen bundet til antistoffet sammenlignet med frit antigen, hæmning af B-celleaktivering gennem binding af antistof-antigen immunkomplekser til hæmmende receptorer på B-celler og epitopmaskering på antigenet med antistof for at genkalde responser efter vaccination (se skematiske modeller i fig. 4).

Figur 6. Boost af antistofrespons på stammen af ​​HA under primevaccination med adjuveret H5N1-vaccine og mangel på boosting efter boostvaccinationen. Fyldte trekanter og åbne trekanter er reaktionerne på stammen af ​​HA efter henholdsvis prime- og boost-vaccinationer. Prævaccinationsimmunitet reducerer boostet, og forholdet er omtrent lineært på et log-log plot. (Figur oprettet ud fra data i Ellebedy et al. 2020.)

I tilfælde af primære responser på nye influenzastammer, såsom den pandemiske H1N1-stamme fra 2009 eller en meget divergerende H5N1-stamme, er der lave allerede eksisterende antistoftitere og højere forudetablerede krydsreaktive HA-stammespecifikke MBC-frekvenser sammenlignet med HA-hovedspecifikke MBC'er. Som reaktion på primær infektion eller vaccination med disse nye stammer er der således et stærkt genkaldelsesrespons af krydsreaktive HA-stamspecifikke antistoffer. Spændende nok, efter sekundær eksponering for H5N1-stammen, er antistofresponset overvejende skævt mod HA-hovedepitoperne snarere end HA-stammeepitoperne (fig. 3 og 5). Vi antager, at dette skyldes de høje eksisterende HA-stamreaktive antistoftitre på tidspunktet for sekundær vaccination (fig. 5C) og udforsker tre forskellige mekanismer, der kan føre til reduktion af responsen ved hjælp af simple matematiske modeller (fig. 4 og 5). Vi fandt ud af, at epitopmaskeringsmodellen nærmest rekapitulerer dataene i scenariet for et svar på en ny pandemisk stamme. Vi bemærker, at andre overvejede mekanismer, såsom antistof-forstærket antigen-clearance og inhibering af B-celleaktivering ved at udløse hæmmende receptorer på B-celler af antigen-antistof-komplekser, i vid udstrækning kan definere tilbagekaldelsesresponserne i forskellige scenarier for vaccination og infektion. Det faktum, at antistofresponset er skævt mod specificiteter, der ikke er så udbredt i antistofrepertoiret på tidspunktet for sekundær H5N1-vaccination, kan være et gavnligt resultat af epitopmaskering, da det udvider immunrepertoiret.

Vi brugte en simpel to-epitop-model med en epitop på hovedet og en epitop på stammen af ​​HA til at lave forudsigelser for modeldiskrimination. Det er blevet fastslået, at HA har flere epitoper på hovedet og færre epitoper på stammen (Caton et al. 1982; Das et al. 2013). Inkorporeringen af ​​flere epitoper på hovedet af HA i modellen ville kræve overvejelse af sterisk interferens. Sterisk interferens opstår fra den sammenlignelige størrelse af HA- og antistofmolekylerne og nærheden af ​​hovedepitoper. Sterisk interferens er tidligere blevet foreslået i sammenhæng med neutraliseringseffektivitet af epitoper (Ndifon et al. 2009), og det understøttes af støkiometriske undersøgelser af bindingen af ​​antistoffer til hovedet af HA på den intakte virus (Taylor et al. 1987; Taylor og Dimmock 1994). Vi kan introducere en parameter, der definerer sterisk interferens, således at et antistof bundet til en hovedepitop ikke kun blokerer bindingen af ​​yderligere antistof- eller Bcell-receptorer til den samme epitop, men også hæmmer binding til nærliggende epitoper på HA-hovedet. Vi har vist, at multiepitopmodeller med yderligere epitoper på hovedet af HA, og som overvejer sterisk interferens mellem epitoperne på hovedet, genererer dynamik og forudsigelser svarende til to-epitopmodellerne vist i fig. 5 (Zarnitsyna et al. 2016). . I undersøgelserne beskrevet her var de allerede eksisterende hovedspecifikke antistoffer lave på vaccinationstidspunktet, da både H1N1 og H5N1 var nye pandemiske stammer. Da der ikke er nogen sammenhæng mellem de allerede eksisterende antistoftitere til stilken og fold-boostet af antistof til hovedet, tyder dette på, at stamspecifikke antistoftitere ikke påvirker genereringen af ​​responser på hovedet af HA (Zarnitsyna et al. 2016). . I tilfælde af sæsonbetingede driftede stammer ville vi forvente højere niveauer af allerede eksisterende immunitet mod hovedet af HA, og hovedspecifikke antistoffer kan interferere med B-cellebinding til stammen på grund af sterisk hindring. Vores modelleringstilgang kan let udvides til at overveje asymmetrisk sterisk interferens, hvor hovedantistoffer kunne undertrykke dannelsen af ​​stamantistoffer, men ikke omvendt. Efterhånden som de relevante eksperimentelle data bliver tilgængelige, bør dette give os mulighed for at vurdere den potentielle rolle af asymmetrisk sterisk interferens i at booste stamreaktive antistoftitre under forskellige scenarier med immunisering eller infektion med antigenisk driftede stammer.

cistanche tubulosa-forbedrer immunsystemet

Selvom boostet i antistoftitere som reaktion på vaccination var meget lavt hos personer, der fik sæsoninfluenzavaccinen, og som var blevet vaccineret gentagne gange, inklusive året før undersøgelsen (fig. 2), giver årlig vaccination betydelige fordele. For eksempel er det vigtigt ikke at overse det faktum, at på trods af den øgede respons hos oversprungne vaccinerede, oversteg postvaccinationstiterne ikke titrene for vaccinerede, der var blevet vaccineret i det foregående år. Selvom hukommelsesgenkaldelsesresponset synes at være begrænset hos gentagne vaccinerede med høje allerede eksisterende krydsreaktive antistoftitre, udelukker dette ikke muligheden for, at nye stammespecifikke antistofspecificiteter fremkaldes ved vaccination. Da størrelsen af ​​nye antistofspecificiteter afledt af naive B-celler sandsynligvis ville være af signifikant lavere titre sammenlignet med de høje eksisterende krydsreaktive antistoftitere, øger dette muligvis ikke de samlede titere dramatisk, men kan stadig være immunologisk relevant i tilfælde af en viral udfordring. Selvom der er en stærk negativ korrelation mellem allerede eksisterende antistoftitre og størrelsen af ​​boostet af krydsreaktive antistoftitre, kan der være en udvidelse af nye antistofspecificiteter i germinale centre. Gentagen vaccination kan således påvirke og opdatere det samlede immunrepertoire. Den begrænsede boostning af HA-stamreaktive antistoffer efter sekundær H5-vaccination og af antistoftitere hos gentagne vaccinerede rejser spørgsmål vedrørende grænserne for at booste krydsreaktive antistoffer. Epitopmaskeringsmodellen forudsiger, at en forøgelse af antigendosis kan overvinde den begrænsede boostning af antistoffer på grund af maskeringen af ​​epitoper på antigenet af allerede eksisterende antistoffer (Zarnitsyna et al. 2016). Yderligere strategier såsom inkludering af adjuvanser, nye vaccineplatforme eller nye immunogener vil sandsynligvis være nødvendige for yderligere at booste bredt krydsreaktive antistoftitere.

REFERENCER

Albrecht P, Ennis FA, Saltzman EJ, Krugman S. 1977. Persistens af moderantistof hos spædbørn ud over 12 måneder: mekanisme for mæslingevaccinesvigt. J Pediatr 91: 715-718. doi:10.1016/S0022-3476(77)81021-4

Bodewes R, de Mutsert G, van der Klis FR, Ventresca M, Wilks S, Smith DJ, Koopmans M, Fouchier RA, Osterhaus AD, Rimmelzwaan GF. 2011. Forekomst af antistoffer mod sæsoninfluenza A- og B-virus hos børn i Holland. Clin Vaccine Immunol 18: 469-476. doi:10.1128/CVI.00396-10

Caton AJ, Brownlee GG, Yewdell JW, Gerhard W. 1982. Den antigene struktur af influenzavirus A/PR/8/34 hæmagglutinin (H1 subtype). Celle 31: 417-427. doi:10.1016/ 0092-8674(82)90135-0

Centers for Disease Control and Prevention (CDC). 2009. Serum krydsreaktivt antistofrespons på en ny influenza A (H1N1) virus efter vaccination med sæsonbestemt influenzavaccine. MMWR Morb Mortal Wkly Rep 58: 521-524.

Das SR, Hensley SE, Ince WL, Brooke CB, Subba A, Delboy MG, Russ G, Gibbs JS, Bennink JR, Yewdell JW. 2013. Definition af influenza A virus hæmagglutinin antigen drift ved sekventiel monoklonal antistof selektion. Cell Host Microbe 13: 314-323. doi:10.1016/j.chom.2013.02.008

Davis CW, Jackson KJL, McCausland MM, Darce J, Chang C, Linderman SL, Chennareddy C, Gerkin R, Brown SJ, Wrammert J, et al. 2020. Influenzavaccine-inducerede humane knoglemarvsplasmaceller falder inden for et år efter vaccination. Videnskab (i pressen).

Doud MB, Bloom JD. 2016. Nøjagtig måling af virkningerne af alle aminosyremutationer på influenzahæmagglutinin. Virus 8: 155.

Eberhardt CS, Wieland A, Nasti TH, Grifoni A, Wilson E, Schmid DS, Pulendran B, Sette A, Waller EK, Rouphael N, et al. 2020. Persistens af varicella-zoster virus-specifikke plasmaceller i voksen human knoglemarv efter børnevaccination. J Virol 94. doi:10.1128/JVI .02127-19

Eisen HN, Little JR, Steiner LA, Simms ES, Gray W. 1969. Degeneration i det sekundære immunrespons: stimulering af antistofdannelse ved krydsreagerende antigener. Isr J Med Sci 5: 338-351.

Ellebedy AH, Krammer F, Li GM, Miller MS, Chiu C, Wrammert J, Chang CY, Davis CW, McCausland M, Elbein R, et al. 2014. Induktion af bredt krydsreaktive antistofresponser på influenza HA-stamregionen efter H5N1-vaccination hos mennesker. Proc Natl Acad Sci 111: 13133– 13138. doi:10.1073/pnas.1414070111

Ellebedy AH, Jackson KJL, Kissick HT, Nakaya HI, Davis CW, Roskin KM, McElroy AK, Oshansky CM, Elbein R, Thomas S, et al. 2016. Definition af antigenspecifikke plasmablast- og hukommelses-B-celleundergrupper i blod efter virusinfektion og vaccination af mennesker. Nat Immunol 17: 1226-1234.

Ellebedy AH, Nachbagauer R, Jackson KJL, Dai YN, Han J, Alsoussi WB, Davis CW, Stadlbauer D, Rouphael N, Chromikova V, et al. 2020. Adjuveret H5N1-influenzavaccine forbedrer både krydsreaktive hukommelses B-celle- og stammespecifikke naive B-celleresponser hos mennesker. Proc Natl Acad Sci 117: 17957–17964. doi:10.1073/pnas .1906613117

Francis T Jr. 1955. Den aktuelle status for bekæmpelse af influenza. Ann Intern Med 43: 534–538. doi:10.7326/ 0003-4819-43-3-534

Francis T. 1960. Om doktrinen om den oprindelige antigene synd. Proc Am Philos Soc 104: 572–578.

Gnostic KM, Ambrose M, Worobey M, Lloyd-Smith JO. 2016. Potent beskyttelse mod H5N1 og H7N9 influenza via hæmagglutininprægning i barndommen. Science 354: 722– 726. doi:10.1126/science.aag1322

Gnostic KM, Bridge R, Brady S, Viboud C, Worobey M, Lloyd-Smith JO. 2019. Barndomsimmunprægning mod influenza A former fødselsårsspecifik risiko under sæsonbestemte H1N1- og H3N2-epidemier. PLoS Pathog 15: e1008109. doi:10.1371/journal.ppat.1008109

Halasa NB, Gerber MA, Chen Q, Wright PF, Edwards KM. 2008. Sikkerhed og immunogenicitet af trivalent inaktiveret influenzavaccine hos spædbørn. J Infect Dis 197: 1448-1454. doi:10.1086/587643

Hancock K, Veguilla V, Lu X, Zhong W, Butler EN, Sun H, Liu F, Dong L, DeVos JR, Gargiullo PM, et al. 2009. Krydsreaktive antistofreaktioner på den pandemiske H1N1-influenzavirus i 2009. N Engl J Med 361: 1945–1952. doi:10 .1056/NEJMoa0906453

Impagliazzo A, Milder F, Kuipers H, Wagner MV, Zhu X, Hoffman RM, van Meersbergen R, Huizingh J, Wanningen P, Verspuij J, et al. 2015. En stabil trimer influenzahæmagglutininstamme som et bredt beskyttende immunogen. Science 349: 1301-1306. doi:10.1126/science.aac7263

Kanekiyo M, Wei CJ, Yassine HM, McTamney PM, Boyington JC, Whittle JR, Rao SS, Kong WP, Wang L, Nabel GJ. 2013. Selvsamlende influenza-nanopartikelvacciner fremkalder bredt neutraliserende H1N1-antistoffer. Natur 499: 102–106. doi:10.1038/nature12202

Krammer F, Pica N, Hai R, Margine I, Palese P. 2013. Kimæriske hæmagglutinin-influenzavirus-vaccinekonstruktioner fremkalder bredt beskyttende stilkspecifikke antistoffer. J Virol 87: 6542-6550. doi:10.1128/JVI.00641-13