Jak układ odpornościowy dzieci „uczy się” rozpoznawać paciorkowca A — i co to oznacza dla przyszłej szczepionki

Streptococcus pyogenes – wspomniany paciorkowiec grupy A – wydaje się nieszkodliwym towarzyszem przeziębienia, ale jest odpowiedzialny za zapalenie migdałków, liszajec (ropne zapalenie skóry), szkarlatynę, a w ciężkich przypadkach reumatyczną chorobę serca. Jest on przyczyną około pół miliona zgonów rocznie, a główny ciężar spada na kraje o niskich i średnich dochodach. Szczepionka mogłaby radykalnie zmienić sytuację, ale pojawia się fundamentalne pytanie: jakie naturalne mechanizmy obronne w ogóle powstają u ludzi i jakie bakterie są „celem”?

Zespół badaczy z Gambii odpowiedział na to pytanie w możliwie najbardziej „żywy” sposób: przez rok obserwowali rodziny, regularnie pobierając wymazy z gardła i skóry, a także wykonując badania krwi – od noworodków po osoby starsze. Rezultatem jest rzadki „film” szczegółowo opisujący, jak u ludzi w kontakcie z bakteriami wytwarzana jest odporność humoralna (przeciwciała) i które przeciwciała odpowiadają za rzeczywistą ochronę przed nowymi zakażeniami. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „ Nature Medicine”.

Co dokładnie badano?

Naukowcy przyjrzeli się przeciwciałom skierowanym przeciwko dwóm klasom bakterii docelowych:

1. Konserwatywne antygeny to obszary wspólne dla wielu szczepów:

• SLO (streptolizyna O): toksyna niszcząca krwinki.
• SpyCEP: Enzym, który „wycina” cząsteczki sygnałowe (takie jak IL-8), uniemożliwiając komórkom układu odpornościowego dotarcie do miejsca zakażenia.
• SpyAD: Wielofunkcyjne białko istotne dla adhezji i podziału bakterii.
• GAC: grupa węglowodanów na powierzchni paciorkowców.

Ponadto mierzono poziom DNazy B, często jako „sygnał ostrzegawczy” niedawnego kontaktu z bakteriami.

2. Białko M jest najbardziej „immunogenne” na powierzchni S. pyogenes. Jego wierzchołek znacznie różni się w zależności od szczepu (istnieją ich setki, stąd „typy emm”). Przeciwciała skierowane przeciwko niemu są zazwyczaj specyficzne dla danego typu: bardzo dobrze reagują na „swój” typ, ale gorzej na inne.

Jednocześnie przeprowadzono testy funkcjonalne: czy surowica z wysokim poziomem tych przeciwciał rzeczywiście coś robi – blokuje toksynę, zakłóca działanie enzymu, pomaga komórkom odpornościowym „zjadać” bakterie.

Projekt: od szpitala położniczego do ogrodu

• Kohorta matka-dziecko (94 pary): krew matczyna i pępowinowa przy urodzeniu, następnie kilka punktów w pierwszym roku życia dziecka.
• Gospodarstwa domowe (SpyCATS): 442 osoby w 44 rodzinach, wizyty miesięczne plus wizyty pozaplanowe z powodu objawów. W ciągu 13 miesięcy: 108 epizodów choroby (głównie ropne zapalenie skóry) i 90 epizodów nosicielstwa (obecność bakterii, brak objawów).

To ważne: w Gambii ropne zapalenie skóry i nosicielstwo nie są rzadkością, dzieci często mają styczność z różnymi szczepami chorób dość wcześnie.

Najciekawsze - punkt po punkcie

1) Przeciwciała matczyne są obecne... i szybko znikają

Przez łożysko niemowlęta otrzymują dość przyzwoite poziomy IgG przeciwko SLO/SpyAD/SpyCEP (gorsze – węglowodanowi GAC). Jednak w pierwszych miesiącach te przeciwciała zanikają. W wieku 9–11 miesięcy około co czwarte dziecko (23%) doświadcza serologicznego „skoku” – pewnego znaku pierwszego kontaktu z bakteriami i początku tworzenia własnej odporności.

2) Wzrosty przeciwciał są najsilniejsze u dzieci poniżej 2 roku życia

I to po wszelkich zdarzeniach: zapaleniu migdałków, ropnym zapaleniu skóry, a nawet bezobjawowym nosicielstwie – zarówno w gardle, jak i na skórze. To logiczne: im niższy słupek „podstawowy”, tym wyższa „fala” po zetknięciu z antygenem.

3) Główne ustalenie: Wysoki poziom przeciwciał przeciwko SLO, SpyAD i SpyCEP wiąże się z niższym ryzykiem wystąpienia nowych zdarzeń

Autorzy starannie wykazali, że jeśli poziom IgG dla tych trzech konserwatywnych antygenów przekracza określony próg, prawdopodobieństwo wystąpienia potwierdzonego hodowlą epizodu (choroby lub nosicielstwa) w nadchodzących tygodniach jest niższe. Efekt ten utrzymywał się nawet po uwzględnieniu wieku, płci, liczebności rodziny i… poziomu przeciwciał przeciwko białku M.

Przekład na język ludzki: przeciwciała przeciwko powszechnym celom szczepów to nie tylko ładny wykres. Mają one rzeczywisty związek z praktyczną ochroną.

Co więcej, jeśli kilka z tych przeciwciał było wysokich naraz, ochrona wydawała się silniejsza - niczym warstwy pancerza.

4) Czy te przeciwciała faktycznie „działają”?

Tak. Tam, gdzie poziom „wiążącego” IgG był wyższy:

• surowica lepiej zapobiegała hemolizie wywołanej przez toksynę SLO,
• silniej zakłócał zdolność enzymu SpyCEP do „cięcia” IL-8,
• znacznie zwiększona opsonifagocytoza (komórki układu odpornościowego łatwiej „pakują” cele) - zarówno w przypadku cząsteczek, jak i całych bakterii emm1.

5) A co z przeciwciałami przeciwko białku M?

Rosną również po zdarzeniach – ale, zgodnie z oczekiwaniami, silniej w stosunku do „swojego” typu (homologicznego), słabiej w stosunku do „krewnych” w obrębie klastra i prawie wcale w stosunku do „obcych”. Wyższe miano przeciwciał „istotnych dla klastra” przeciwko białku M również wiązało się ze spadkiem ryzyka. Ale – i to jest ważne – nawet biorąc pod uwagę przeciwciała anty-M, związek ochrony z przeciwciałami przeciwko SLO/SpyAD/SpyCEP pozostał niezależny.

Dlaczego jest to duży krok dla szczepionki

Istnieją dwie główne strategie:

• Szczepionki multiwalentne oparte na białku M: dają „koktajl” najpopularniejszych typów emm i dają nadzieję na ochronę krzyżową w obrębie „klastrów”. Problem polega na tym, że w krajach takich jak Gambia szczepy są niezwykle zróżnicowane i trudno jest „przebić się do czołówki”.
• Szczepionki przeciwko antygenom konserwatywnym (SLO, SpyCEP, SpyAD, GAC itp.): teoretycznie „szeroki parasol” chroniący przed wieloma szczepami.

Nowością tego badania jest to, że zostało ono wykazane w praktyce: wysoki poziom przeciwciał przeciwko SLO/SpyAD/SpyCEP świadczy o ochronie. Nie tylko u myszy i w probówce. To poważny argument przemawiający za włączeniem tych celów do kandydackich szczepionek, zwłaszcza w regionach o zróżnicowanym „zoo” typów emm.

Kiedy szczepić?

Dane sugerują dwa scenariusze:

• Wczesne: w wieku 11 miesięcy znaczna część dzieci jest już zaznajomiona z paciorkowcami, a w wieku 2 lat następuje intensywne „dostrajanie” układu odpornościowego. Wczesne szczepienie może zapobiec pierwotnym i nawracającym epizodom, które mogą „zaostrzyć” niebezpieczne konsekwencje autoimmunologiczne (reumatyzm).
• A później jest to przydatne: nawet nastolatki i dorośli nie wszyscy mają przeciwciała przeciwko antygenom konserwatywnym „na tym poziomie”, więc efekt przypominający szczepionki też nie jest zbędny.

Dokładną strategię dostosowaną do wieku należy ustalić na podstawie badań klinicznych i modelowania obciążenia chorobą.

A co z ropnym zapaleniem skóry i zapaleniem migdałków?

Naukowcy zaobserwowali najsilniejszy sygnał ochronny dla nosicielstwa w gardle. W przypadku epizodów skórnych, wpływ środowiska (mikrourazy skóry, higiena, ciepło/wilgotność) może „osłabić” rolę przeciwciał. Jest to istotne dla planowania badań: punktami końcowymi są zapalenie gardła i ropne zapalenie skóry, ale nie należy oczekiwać takiego samego efektu.

Ograniczenia, aby nie przeceniać

• Kultura jest mniej wrażliwa niż PCR: niektóre epizody mogły zostać przeoczone.
• Miesięczna przerwa w odwiedzinach nie obejmuje krótkich serii wizyt.
• Testy na niektóre peptydy M miały ograniczoną swoistość (autorzy przeprowadzili czułe testy, aby to uwzględnić).
• Zabrakło mocy, aby oddzielić „progi ochrony” dla choroby i stanu nosicielstwa.

Jednakże ustalenia te są wiarygodne, ponieważ:

• analiza była przeprowadzana w wielu punktach w ciągu roku,
• zastosowano testy funkcjonalne (nie tylko „przeciwciała Indiax”),
• Pod uwagę brano wiek, płeć, wielkość rodziny i poziom przeciwciał anty-M.

Co dalej?

• Badania kliniczne szczepionek SLO/SpyAD/SpyCEP (i potencjalnie GAC) w krajach o dużym zagrożeniu – w tym u dzieci poniżej 2 roku życia.
• Standaryzacja testów serologicznych, aby można było porównywać „progi ochrony” między ośrodkami.
• Dłuższe obserwacje kohortowe w celu zrozumienia czasu trwania ochrony i jego związku ze specyficznymi punktami końcowymi badań klinicznych (dławica piersiowa, ropne zapalenie skóry, reumatyzm).

Najważniejsze w jednym akapicie

W środowiskach wysoce endemicznych dzieci są narażone na kontakt z paciorkowcem A bardzo wcześnie i często. Najsilniejsza odpowiedź przeciwciał występuje u niemowląt poniżej 2. roku życia. Wysoki poziom przeciwciał przeciwko SLO, SpyAD i SpyCEP u ludzi wiąże się z niższym ryzykiem nowych epizodów infekcji, a przeciwciała te działają funkcjonalnie. Jest to mocny argument za strategiami szczepień ukierunkowanymi na konserwatywne antygeny (oprócz białka M) i za rozważeniem wczesnego rozpoczęcia szczepień.