Прорывы и проблемы в разработке противогрибковых вакцин
В октябре 2022 года Всемирная организация здравоохранения опубликовала список приоритетных грибковых патогенов, чтобы подчеркнуть недостаток исследований и политики в области общественного здравоохранения, необходимых для решения проблемы грибковых заболеваний как растущей глобальной проблемы.
Три первых грибковых патогена в этом списке (Candida auris, Aspergillus fumigatus и Cryptococcus neoformans) вызывают серьезную озабоченность. C. auris - это опасный дрожжевой грибок, резистентный к противогрибковым препаратам, который может появляться на разных участках тела и становится смертельно опасным, если попадает в кровь (системный кандидоз). В то же время грибковые патогены A. fumigatus и C. neoformans могут вызывать тяжелые легочные грибковые инфекции, приводящие к инвазивному аспергиллезу или криптококковому менингиту, соответственно, у носителей с ослабленным иммунитетом.
Рост резистентности к противогрибковым препаратам, иммуносупрессивные биомедицинские вмешательства и ограниченность противогрибковых препаратов делают клиническое лечение этих грибковых заболеваний все более сложным. Только в США прямые медицинские затраты на лечение грибковых инфекций оцениваются в 6,7-7,5 миллиардов долларов в год. Хотя поиск лекарственных препаратов имеет решающее значение для лечения грибковых инфекций, он также является сложной задачей, учитывая, что грибки и люди имеют схожие клеточные механизмы, в отличие от бактерий или вирусов. Разработка вакцин - одна из основных тем исследований в контексте вирусных и бактериальных заболеваний, однако в настоящее время нет ни одной противогрибковой вакцины, одобренной Федеральным управлением по контролю качества лекарственных средств (FDA) США и доступной для клинического использования. Что же необходимо для создания грибковой вакцины?
Одним из самых больших препятствий, которые необходимо преодолеть при создании противогрибковой вакцины, является необходимость вызывать защиту в условиях иммунодефицита. У людей с ослабленным иммунитетом (например, реципиентов стволовых клеток или органов, пациентов, получающих химиотерапию, людей с ВИЧ, принимающих иммунодепрессанты и т. д.) значительно повышен риск заражения тяжелой грибковой инфекцией. Повышенный риск и предрасположенность к тяжелой инфекции делают эти группы населения целевой демографической группой для противогрибковой вакцины.
Чтобы вызвать правильный иммунный ответ против грибков, необходимы различные лейкоциты (включая макрофаги, нейтрофилы и моноциты), которые активируют адаптивный иммунный ответ для долгосрочной защиты. Для эффективного долгосрочного противогрибкового ответа также требуются различные лимфоциты, в зависимости от грибкового патогена и места инфекции. Например, при слизисто-кожном кандидозе, когда Candida поражает кожу и слизистые оболочки хозяина, для борьбы с инфекцией необходимы лимфоциты (TH17, CD8+, ILC3 и γδ T-клетки), вырабатывающие цитокины (IL-17 и IL-22).
Миелоидные фагоциты (нейтрофилы, макрофаги, моноциты) необходимы для защиты от системной инфекции Candida (инвазивного кандидоза). При криптококкозе, когда вдыхаемые споры Cryptococcus задерживаются в легких и распространяются до гематоэнцефалического барьера, TH1 CD4+ T-клетки являются производителями ключевых защитных цитокинов (т.е. IFNγ, IL-12, IL-2), которые привлекают и активируют фагоциты для внутриклеточного уничтожения фагоцитированных криптококков в ходе инфекции. Однако при аспергиллезе, инфекции легких, вызванной Aspergillus (обычно A. fumigatus), участие CD4+ T-клеток является резервом, а основная защита опосредуется перекрестным взаимодействием миелоидных клеток (нейтрофилов, CCR2+ моноцитов, плазмацитоидных дендритных клеток) в легких.
Различия в иммунологическом ответе на грибковые патогены усугубляются тем, что у людей, наиболее подверженных риску грибковых заболеваний, отсутствует один или другой компонент иммунитета (врожденный или адаптивный). Это делает создание противогрибковой вакцины для каждого из них или для всех вместе взятых ("пангрибковой"), которая может действовать при нескольких типах иммунокомпрометированных условий, довольно сложной задачей. На данный момент создание вакцины-кандидата, способной усилить слаборазвитые звенья иммунитета хозяина в условиях дефицита иммунитета или активировать защиту с высокой специфичностью к общему грибковому антигену, имеет решающее значение.
Клеточная стенка грибков является ключевым аспектом и отличной мишенью для разработки противогрибковых вакцин, так как ее структура/функции уникальны для грибковых клеток. Клеточная стенка почти всех грибковых организмов представляет собой комплекс сшитых углеводных полимеров β-глюканов, маннопротеинов и хитина, расположенных поверх плазматической мембраны. Таким образом, эти компоненты клеточной стенки могут выступать в качестве жизнеспособных иммуногенов, стимулирующих иммунный ответ хозяина. Перспективные кандидаты в вакцины против Candida, Cryptococcus, Aspergillus и других грибковых патогенов сосредоточены на антигенах клеточной стенки грибков, которые могут обладать повышенной иммуногенностью при сочетании с адъювантами, сверхэкспрессии в клетках или выделении и синтезе в виде пептидов. Для инкапсулированных дрожжей (например, Cryptococcus) липополисахаридная капсула, состоящая из галактоксиломаннана (Gal-XM) и глюкуроноксиломаннана (GXM), маскирует грибковые антигены клеточной стенки, вызывая при этом выработку антител.
Другими потенциальными мишенями грибковых вакцин являются секретируемые грибковые внеклеточные везикулы (EVs). Грибковые EV состоят из бислойных фосфолипидных мембран, которые переносят различные белки и нуклеиновые кислоты за пределы клетки, где они могут способствовать реструктуризации клеточной стенки грибка в различных стрессовых условиях, изменять реакцию хозяина и модифицировать формирование биопленки.
Живая аттенуированная или термически убитая цельноклеточная вакцина
Многие кандидаты в грибковые вакцины продемонстрировали эффективность на мышиных моделях, но редко доходили до клинических испытаний. Живые аттенуированные или термически убитые цельноклеточные вакцины - это методы вакцинации, которые были протестированы против множества видов грибков. По сути, эти платформы работают за счет введения патогенов, которые были ослаблены или убиты и не способны вызывать инфекцию. Эти штаммы по-прежнему экспрессируют иммуногенные антигены, присутствующие на родительских вирулентных штаммах или выделяемые ими, и вызывают защитный иммунный ответ хозяина при последующем вызове.
В моделях вакцин против C. neoformans было получено множество цельноклеточных вакцин, эффективно защищающих от криптококкозной инфекции как в иммунокомпетентных, так и в ослабленных условиях. Например, аттенуированный и цельноклеточный мутантный штамм Cryptococcus chitin deacetylase (Cda1Δ2Δ3Δ) может обеспечить защиту от гетерологичного заражения криптококком путем воздействия на образование хитозана - процесс, необходимый для поддержания структуры клеточной стенки. Несмотря на перспективность и успешность применения на животных моделях, основная проблема, связанная с использованием живых или даже термически ослабленных цельноклеточных вакцин, заключается в риске инфицирования иммунокомпрометированных хозяев и/или гиперинфекционной иммунной активации в аутоиммунных средах. Эти опасения до сих пор препятствовали их тестированию в клинических испытаниях и усиливали поиск альтернативных методов вакцинации.
Последовательности пептидов или рекомбинантных белковых субъединиц
Субъединичные пептидные последовательности - это интересная методология вакцинации, которая может проложить путь к будущей противогрибковой вакцинации. В этой методологии очищенный иммуногенный грибковый антиген может быть введен хозяину в сочетании с адъювантом для усиления иммунной активации. Этот метод обычно считается более безопасным подходом к вакцинации пациентов с ослабленным иммунитетом по сравнению с живыми аттенуированными вакцинами, поскольку в нем нет патогена, который может стать причиной заражения.
NDV-3A, кандидат в вакцины против кандидоза, проходящий II фазу клинических испытаний, представляет собой рекомбинантную субъединичную вакцину, состоящую из агглютининоподобной последовательности 3 (Alsp3) в сочетании с альгидрогелевым адъювантом, который запускает активацию Т-клеток через выработку IFNγ и IL-17 и инициирует антитело-опосредованный ответ против Candida. Кроме того, благодаря структурному сходству между Alsp3 и поверхностными белками Staphylococcus aureus, эта вакцина оказалась защитной против инфекции S. aureus. Будущие субъединичные вакцины, вероятно, будут нацелены на возможность иммунизации сразу против нескольких штаммов из-за антигенных вариаций.
Вакцины на основе антител
До сих пор подходы к вакцинации были направлены в основном на стимуляцию Т-клеточной активации иммунного ответа, поскольку Т-клеточно-опосредованный иммунитет является преобладающей формой защиты от множества грибковых патогенов. Некоторые вакцины на основе антител в комбинации с адъювантами и рекомбинантными субъединичными грибковыми антигенами показали хорошие результаты, однако их защита оказалась скромной. Этот метод основан на генерировании и выделении моноклональных антител против специфических эпитопов антигена и сочетании их с адъювантами для усиления первоначального иммунного ответа при вакцинации. В одной из моделей вакцинации против криптококкоза моноклональные антитела Mab28 против частиц β-глюкана смогли уменьшить грибковое бремя и продлить выживание в моделях инфекции, но не вызвали долгосрочной защиты.
Для того чтобы вакцина против грибковых заболеваний стала реальностью, необходимы инвестиции. Одной из самых больших проблем (и потенциальных барьеров) для привлечения интереса со стороны биотехнологической промышленности является высокая стоимость исследований для продукта, который будет предназначен для небольшого процента населения (и заболеваний, которые в основном затрагивают страны с низким уровнем дохода).
Вскоре ситуация может измениться, поскольку грибки распространяются в новые среды из-за изменения климата и распространения резистентности к противогрибковым препаратам (в частности, у C. auris). Расходы, связанные с лечением грибковых инфекций и последующей госпитализацией, подчеркивают необходимость государственных инвестиций в исследования противогрибковых вакцин, и без вмешательства экономическое бремя будет только увеличиваться.
Грибковые патогены - это глобальная проблема здравоохранения, которая будет постоянно ухудшаться, если мы не будем вкладывать средства и не продолжим разработку противогрибковых вакцин. Чтобы вывести этот важнейший инструмент на рынок, необходимо решить следующие три задачи:
- Активация эффективного противогрибкового иммунного ответа в группах риска с ослабленным иммунитетом при одновременном снижении нежелательных побочных эффектов.
- Привлечение государственных органов к стимулированию инвестиций в исследования и коммерциализацию противогрибковых вакцин в качестве политической инициативы в области здравоохранения.
- Освещение необходимости разработки противогрибковой вакцины в качестве профилактической меры против грибковых инфекций, поскольку изменение климата выдвигает грибки на передний план в области охраны здоровья окружающей среды.
Нельзя недооценивать важность дальнейшего повышения эффективности существующих противогрибковых вакцин и открытия новых кандидатов. Были проведены значительные исследования, но отсутствие заинтересованности правительств и биотехнологий в коммерциализации является серьезным препятствием в достижении цели создания безопасной и эффективной противогрибковой вакцины. Мы можем изменить ход войны с патогенными грибками, только ясно обозначив приоритет разработки эффективной вакцины против них.
