Non-specific immune stimulation in the treatment and prevention of viral infections. Highlights of 2022

Okres pandemii wirusa SARS-CoV-2 przyniósł światu naukowemu bezprecedensowe zainteresowanie zagadnieniami wirusologii, epidemiologii oraz immunologii. Badacze w większości ośrodków na świecie rozpoczęli wyścig, mający początkowo na celu identyfikcję genomu wirusa, następnie jego biologii i specyfiki odpowiedzi immunologicznej gospodarza, aż wreszcie – wynalezienie skutecznej, bezpiecznej i immunogennej szczepionki przeciwko pandemicznemu wirusowi.
W tym samym czasie starano się zrozumieć istotę śluzówkowej odpowiedzi immunologicznej na wirusa SARS-CoV-2, jak również na inne sezonowe wirusy oddechowe, co zaowocowało odkryciem defektu odporności nieswoistej w obrębie szlaku zależnego od interferonów typu I i III, jako kluczowego czynnika ryzyka w ciężkim przebiegu zakażenia SARS-CoV-2 [1].
W niniejszym artykule przedstawię najważniejsze odkrycia z dziedziny immunologii ostatnich 2 lat oraz perspektywy stosowania nieswoistych stymulatorów odporności w celu ochrony przed wirusami oddechowymi, w tym sezonowymi rinowirusami, adenowirusami, wirusami paragrypy i grypy, RSV, a także wirusem SARS-CoV-2.
Struktura i funkcja układu odpornościowego związanego z błonami śluzowymi Budowa i funkcja układu odpornościowego związanego z błonami śluzowymi opiera się na trzech filarach [2], które stanowią:
• integralność mechanicznej bariery nabłonkowej, dodatkowo wzmocnionej przez śluz zawierający immunoglobuliny IgA i inne cząsteczki antybakteryjne,
• rozbudowana sieć komórek odporności nieswoistej, złożonej z komórek zdolnych do eliminacji zakażeń (komórki NK, makrofagi, neutrofile, eozynofile), komórek wydzielających mediatory (komórki tuczne, bazofile, eozynofile) oraz komórek prezentujących antygen (komórki dendrytyczne i makrofagi),
• odporność swoista, będąca efektem skojarzonej operacji odporności komórkowej i humoralnej z udziałem limfocytów T i B, swoistych dla danego drobnoustroju.
Odporność nieswoista, do niedawna uważana za mniej skuteczną, stanowi pierwszą linię obrony i jej rola została dostrzeżona w obliczu zakażenia wirusem SARS-CoV-2. Dowiedziono bowiem, że dla skutecznej obrony przed zakażeniem wystarczą sprawne mechanizmy odporności nieswoistej, w szczególności szlak wydzielania interferonów typu I i III. Elementy odporności nieswoistej (wrodzonej), takie jak na przykład komórki dendrytyczne i makrofagi, rozpoznają patogeny za pomocą receptorów na powierzchni komórek. Prowadzi to do uruchomienia kaskad sygnalizacyjnych, których efektem jest odpowiedź zapalna prowadząca do eliminacji patogenu [3].
Mechanizmy odporności nieswoistej są wspomagane przez odporność swoistą (adaptacyjną), która korzysta z wcześniejszych sygnałów dostarczanych przez układ odporności nieswoistej [4]. Wskutek tego dochodzi do stopniowej aktywacji odpowiedzi immunologicznej swoistej, co wymaga czasu i znaczącego zaangażowania komórek obecnych w węzłach chłonnych. Odporność swoista charakteryzuje się nie tylko ogromną zdolnością rozpoznania i eliminacji każdego patogenu, jaki kiedykolwiek zetknie się z ludzkim układem odporności, ale przede wszystkim zdolnością do pamięci immunologicznej [5].

Trenowana odporność nieswoista

Największym odkryciem w immunologii ostatnich dwóch lat jest niewątpliwie odkrycie zjawiska trenowanej odporności nieswoistej [6]. Jest to zjawisko, w którym powtarzający się kontakt komórek odporności nieswoistej (komórek NK, makrofagów, komórek wielojądrzastych itd.) z antygenami wirusowymi lub bakteryjnymi nawet przy braku zakażenia prowadzi do długotrwałego przeprogramowania metabolicznego tych komórek i przełączenia ich w stan „wyższej aktywności” (ryc. 1). Nie oznacza to automatycznie reakcji i odpowiedzi immunologicznej, ale stan „przedalarmowy”, w którym pobudzone komórki łatwiej poradzą sobie z ewentualną przyszłą inwazją. Trenowana odporność wrodzona jest więc w pewnym sensie podobna do zjawiska pamięci immunologicznej odporności swoistej, z tą niewielką różnicą, że stan przeprogramowania może trwać kilka, kilkanaście tygodni [3]. W świetle aktualnych badań wytrenowana odporność wrodzona może również pomóc w ochronie przed nawracającymi infekcjami i w zmniejszeniu stanu zapalnego podczas prawdziwego zakażenia.
Rola wytrenowanej odporności wrodzonej została zauważona w kontekście pandemii COVID-19, gdzie zaobserwowano, że u niektórych osób, w szczególności dzieci, wirus jest łatwo eliminowany w obrębie śluzówek dzięki pobudzonym mechanizmom odporności wrodzonej. Następnie okazało się, w badaniach in vitro, że eliminacja wirusa SARS-CoV-2 z zakażonych komórek przebiega sprawniej i skuteczniej po uprzedniej aktywacji komórek odporności nieswoistej [7]. Odkrycia te wprawdzie dzisiaj nie budzą już takich emocji w kontekście posiadania przez nas skutecznych szczepionek przeciwko COVID-19, jednakże wiedza na ten temat znacząco zmienia układ sił w walce z sezonowymi wirusami oddechowymi przy użyciu na przykład lizatów bakteryjnych.

Trenowana odporność nieswoista w modelu mysiego koronawirusa

Początkowe badania nad immunologią zakażenia wirusem SARS-CoV-2 i testowanie nowych układów terapeutycznych przeprowadzano w modelach zwierzęcych. Takim modelem jest model mysiego beta-koronawirusa, który podobnie jak u ludzi namnaża się w drogach oddechowych, wywołując u myszy śmiertelne zapalenie płuc (ryc. 2) [8]. W eksperymentalnej pracy Salzmanna i wsp. badano, w jaki sposób podawanie zwierzętom lizatu bakteryjnego (w tym wypadku użyto lizatu OM-85) odbije się na wrodzonej odpowiedzi immunologicznej w płucach oraz stopniu namnażania się koronawirusa. Przebieg zakażenia u myszy analizowano 2., 4. i 10. dnia po zakażeniu, stwierdzając znaczące spowolnienie replikacji beta-koronawirusa u zwierząt, które otrzymały 10 dni przed zakażeniem doustne leczenie lizatem bakteryjnym. Zniszczenie tkanki płucnej, badane jako rozmiar apoptozy, czyli programowanej śmierci komórki, było znacząco mniejsze u leczonych zwierząt, a za korzystny efekt odpowiadał mechanizm odporności nieswoistej, w szczególności inteferon typu I i aktywowane przez niego makrofagi. Wyniki te wskazują na to, że korzystny efekt przeciwwirusowy był zupełnie nieswoisty dla konkretnego typu wirusa, ale spowodowany był treningiem i aktywacją mechanizmów odporności nieswoistej, zależnych od interferonu I (ryc. 2).
Niemal jednocześnie ukazuje się inna praca, w podobnym modelu zakażenia dróg oddechowych – mysiej grypy A oraz w modelu dożylnego zakażenia drożdżakiem Candida albicans. W tym wypadku jednakże użyto innego lizatu bakteryjnego – MV130 – porównując go z leczeniem placebo. Badacze podawali lizat przez 3 kolejne tygodnie, a zakażenie wywołano dopiero w 4. tygodniu [9]. Stwierdzono znaczącą różnicę w stanie klinicznym i śmiertelności zwierząt w grupie leczonej lizatem. Mało tego, za korzystny efekt odpowiadały mechanizmy odporności nieswoistej, wzmożona produkcja nieswoistych cytokin (IL-1, IL-6, TNF-), a przede wszystkim aktywacja i przeprogramowanie metaboliczne makrofagów. Badanie to zostało bardzo starannie zaplanowane i przeprowadzone z użyciem wielu kontroli potwierdzających postawioną hipotezę [9].
Reasumując, lizaty bakteryjne wykazują korzystny nieswoisty efekt przeciwwirusowy, zależny od trenowanej odporności nieswoistej, w szczególności aktywnych makrofagów. Lizat bakteryjny i ekspresja receptorów dla SARS-CoV-2 oraz innych wirusów We wcześniejszych badaniach wykazano, że lizaty bakteryjne charakteryzują się zmniejszeniem ryzyka zakażenia wirusowego w obrębie nabłonka [10]. Efekt ten był zależny od zmniejszenia ilości (ekspresji) receptora ICAM-1 na komórkach nabłonka, będącego receptorem wejścia dla rinowirusa. Warto zauważyć, że mechanizm ten obrazuje uruchomienie funkcji obronnych samego nabłonka, co jest dodatkowym mechanizmem uzupełniającym immunomodulacyjne działanie lizatów bakteryjnych [10].
W eksperymentach, jakie przeprowadzono w minionym roku, analizowano ponownie funkcje obronne nabłonka polegające na unikaniu wnikania wirusa przez receptor powierzchniowy, tyle że w odniesieniu do wirusa SARS-CoV-2. W tym celu badacze szwajcarscy wykonali eksperymenty w hodowlach ludzkich komórek nabłonka oskrzeli, które były eksponowane na wirusa SARS-CoV-2, a jednocześnie do hodowli dodano lizat bakteryjny i porównano z hodowlą, gdzie lizatu nie było [11]. Wyniki opublikowano na łamach czasopisma „Biomedicines”, ukazując, że komórki poddane działaniu lizatu bakteryjnego OM-85 produkują mniej receptora ACE2 (to główny receptor dla koronawirusa SARS-CoV-2) na powierzchni komórek oraz receptora wtórnego DPP4. Ponadto odnotowano zwiększone uwalnianie cząsteczek ADAM17 i sACE2, które pozakomórkowo wiążą wirusa, co sprzyja ochronie osób przyjmujących lizat, oraz obniżoną aktywność enzymów biorących udział w internalizacji, czyli „wciąganiu” wirusa do wnętrza komórki. Są to TMPRSS2 i siarczan heparyny.
Następnie naukowcy sprawdzili w układzie doświadczalnym, czy obserwowane zmiany na poziomie molekularnym, subkomórkowym przekładają się na zmniejszoną zakaźność wirusa w hodowli komórkowej. W tym celu użyto podobnego wirusa, którym był lentiwirus – posiadający również białko S i posługujący się tym samym narzędziem przy atakowaniu komórki. Badacze wykazali spektakularnie mniejszą zakaźność tego wirusa w obecności lizatu OM-85 (ryc. 3), co oznacza, że komórki nabłonka nabywały znaczącej „odporności” na atak wirusa [11].
Identycznymi wynikami mogli poszczycić się badacze z zespołu Donaty Vercelli z Uniwersytetu Arizony w Tucson [12]. Obserwowali oni komórki pierwotne nabłonka dróg oddechowych poddanych działaniu lizatu OM-85. Poza znaczącym spadkiem transkrypcji stężenia receptora ACE2 i enzymu TMPRSS2 (transmembranowej proteazy serynowej, ułatwiającej wejście wirusa do wnętrza komórki) odnotowano także znaczące obniżenie ilości komórek posiadających choćby jedną kopię tego receptora, co przekładało się na znacząco mniejszą zakaźność eksperymentalnego lentiwirusa [12].
Reasumując: oba powyższe badania sugerują, że lizat bakteryjny OM-85 wykazuje zdolność do zmniejszonego zakażania komórek nabłonka koronawirusem SARS-CoV-2 przez mechanizmy zależne od regulacji obecności białka ACE2 i innych enzymów biorących udział w inwazji koronawirusowej.

Aktywacja trenowanej odporności przy użyciu lizatów bakteryjnych sprzyja zmniejszeniu niepotrzebnej antybiotykoterapii

Powyższe wyniki w wirusowych układach eksperymentalnych upoważniają do rozważań nad kliniczną przydatnością stosowania lizatu OM-85 w zapobieganiu innym zakażeniom wirusowym górnych dróg oddechowych oraz ich powikłaniom, w tym antybiotykoterapii. Warto w tym kontekście podkreślić, że nadmierna i niepotrzebna antybiotykoterapia stanowi poważny problem medyczny, przyczyniający się do zjawiska antybiotykooporności, poważnego problemu zdrowia publicznego.
Dlatego warto odnotować fakt, że w minionym roku ukazał się przegląd systematyczny z metaanalizą 14 badań oceniających konieczność podjęcia antybiotykoterapii u dzieci z nawracającymi zakażeniami dróg oddechowych, które przyjmowały lizat bakteryjny OM-85 (n = 890), w porównaniu z placebo (n = 969) (ryc. 4) [13]. Badanie wykazało korzystny wpływ przyjmowania OM-85 w celu zmniejszenia nasilenia nawracających zakażeń dróg oddechowych (średnia różnica MD, –1,16; 95% CI, –1,66 do –0,65, P < 0,001).
Ponadto udowodniono krótszy czas trwania infekcji dróg oddechowych (MD, –19,51; P < 0,001), mniejszą częstość występowania infekcji dróg oddechowych (OR, 0,40; P = 0,006), mniejszą liczbę kursów antybiotyków (MD, –1,40; P = 0,03) oraz mniejsze zużycie antybiotyków (OR, 0,38; P < 0,001), przy braku istotnych działań niepożądanych (ryc. 5). Badacze podsumowują, że przyjmowanie OM-85 w celu zapobiegania nawracającym zakażeniom dróg oddechowych może mieć duże znaczenie jako narzędzie zwiększające odporność dzieci, co może być pomocne w sytuacjach kryzysowych, np. podczas pandemii.

Wnioski końcowe

W minionym roku odnotowaliśmy ogromną aktywność naukową w zakresie możliwych strategii immunomodulacyjnych w odniesieniu do wirusów oddechowych. Wynikało to głównie z zainteresowania możliwymi drogami pokonania wirusa SARS-CoV-2. W świetle pokazanych powyżej badań widzimy, jak wielką rolę w początkowej fazie zakażenia odgrywa sprawna odporność nieswoista, zdolna do wczesnej eliminacji koronawirusa.
Jednocześnie wykazano, że odporność nieswoista może być stymulowana przy użyciu antygenów bakteryjnych przyjmowanych drogą doustną, na przykład zawartych w lizacie bakteryjnym. Leki z tej grupy wykazywały aktywność przeciwwirusową, także wobec wirusa SARS-CoV-2, w kilku różnych układach eksperymentalnych. Niestety, na chwilę obecną brakuje stosownych badań klinicznych. Niemniej przeciwwirusowy efekt immunostymulujący przekłada się na kliniczną skuteczność lizatów bakteryjnych w innych badaniach, w szczególności takich, które oceniają użycie antybiotyków w infekcjach dróg oddechowych.

Piśmiennictwo