ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА ИНФОРМИРОВАННОСТИ И НЕРЕШИТЕЛЬНОСТИ В ВОПРОСАХ ВАКЦИНОПРОФИЛАКТИКИ В ОТЕЧЕСТВЕННОЙ И МИРОВОЙ ПРАКТИКЕ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
Вакцинация – это государственная политика, направленная на предупреждение, а в случае завоза извне - на локализацию и ликвидацию инфекционных заболеваний. Сроки и наименование инфекций, против которых проводятся прививки, утверждаются Правительством Республики Казахстан (постановление Правительства Республики Казахстан «Об утверждении перечня заболеваний, против которых проводятся профилактические прививки, Правил их проведения и групп населения, подлежащих плановым прививкам» от 30.12.2009г. №2295) [4].
Вакцинация населения проводится бесплатно, согласно Национальному календарю прививок против 21 инфекционного заболевания.
Более 70 видов бактерий, вирусов, простейших и грибков являются возбудителями серьезных заболеваний человека. Уже имеются вакцины против некоторых из этих возбудителей, кроме того, ведутся работы по созданию вакцин против почти всех остальных бактерий и вирусов, и против примерно половины простейших. В таблице 1 перечислены инфекции для борьбы с которыми вакцины разрешены к применению или изучались в рамках 3-й фазы клинических испытаний, и поэтому, вероятно, будут разрешены в предстоящие 5-10 лет.
Традиционно, ослабленные вакцины производились путем повторных пассажей возбудителя на тканевой культуре или в организме заражаемых животных, до значительного уменьшения вирулентности при сохраненной иммуногенности. Другим способом подрыва инфекционных свойств была обработка химическими веществами, например, формалином. Более новая методика состоит в использовании фрагментов организма возбудителя, обычно поверхностного антигена в качестве вакцины-субъединицы. В настоящее время вакцины против вирусного гепатита В и болезни Лайма производятся на основе рекомбинантной технологии. Бактериальные токсины обезвреживаются химической обработкой, и полученный анатоксин защищает от возбудителя инфекции. Защиту от некоторых типов бактерий, образующих капсулы, удалось достичь иммунизацией капсулярными олиго- или полисахаридами, но эти антигены, действие которых не зависит от Т-клеток, индуцируют только антитела IgM, работа которых ненадежна в раннем детском возрасте. А вот если связать такие сахара с белком или белковым комплексом, то индуцируется образование антител IgG, потому что Т-клетки распознают комплекс из пептида и молекулы основной системы гистосовместимости на клетке, подающей антиген. Конъюгатные вакцины против Haemophilus influenzae типа b, помимо прочего, индуцируют иммунитет слизистых оболочек, что сокращает трансназальное поступление бактерий. Такие конъюгаты очень эффективно защищают детей [5].
Эффективность некоторых вакцин для детей
В базу данных Центра по профилактике и контролю над заболеваниями (Centers for Disease Control and Prevention - CDC) с 1912 вносятся сообщения о числе случаев инфекционных заболеваний до и после внедрения вакцины. При этом отмечено разительное падение числа заболевших: на 1.00% в случае автохтонного полиомиелита (последний случай в Северной и Южной Америке зафиксирован в 1992 году в Перу), более чем на 99% упала частота случаев дифтерии, кори, свинки и краснухи;более чем на 97% - частота коклюша (вызываемого Bordetella pertussis). Все эти возбудители если и имеют генетическую вариабельность (или изменчивость), то она весьма незначительная, что представляет, по существу, идеальные условия для достижения целей вакцинации.
В Великобритании за 1 год после внедрения в 1999 году конъюгатной вакцины против Neisseria meningitidis серогруппы С, частота менингита снизилась на 92% среди детей младших возрастных групп и на 95% среди подростков (13-19 лет). Конъюгатная вакцина, полученная из Salmonella typhi-Vi (Vi-rEPA) позволила снизить частоту брюшного тифа у детей 2-4 лет более чем на 90%. Оба эти примера показывают чрезвычайную эффективность конъюгатных вакцин.
Поучителен пример кори в Соединенных Штатах. В период 1912-1963 гг. число случаев этого заболевания никогда не опускалось ниже 100 000 в год, и часто отмечались эпидемии. После внедрения первой вакцины в 1963 году заболеваемость снизилась и оставалась на очень низком уровне до 1990, когда началась эпидемия, продолжавшаяся 3 года, с числом заболевших почти 28 000, большинство из них были подростками или молодыми взрослыми, которым в возрасте 1-2 года не проведено адекватной вакцинации. Именно неадекватная вакцинация в крупных городах привела к этому возврату болезни. Понимание того, что иммунитет после вакцинации может быть потерян, привело к проведению двухдозной вакцинации, что воспрепятствовало распространению автохтонной коревой инфекции в Соединенных Штатах, Канаде и в Финляндии.
Иногда вакцинация может потерпеть неудачу, что свидетельствует о недостаточности индуцируемой иммунной реакции. Отсутствие или недостаточность иммунной реакции на простую вакцину, например, на вакцину против гепатита В, можно избежать добавлением к вакцине дополнительных эпитопов Т-хелперов. В случае вируса varicellazoster, как и в случае других вирусов, вызывающих латентные инфекции, живая ослабленная вакцина может предотвратить ветрянку, не искоренив вирус из организма.
Безопасность вакцин
Неблагоприятные явления, вызываемые детскими вакцинами, некоторые авторы разделяют на ранние и поздние реакции. К реакциям, развивающимся в первые 24 часа, относятся эритема и отек в месте инъекции, лихорадка, длительный плач, синкопе, судороги и, редко, эпизоды гипотонии, гипореактивность и анафилаксия. В первые несколько недель после вакцинации могут развиваться такие реакции, как энцефалит и энцефалопатия, которые в некоторых случаях приводят к клинически значимому повреждению головного мозга [6].
В 1970-е годы в Великобритании использование цельно-клеточной вакцины против коклюша снизилось примерно на 30% из-за опасений, что эта вакцина вызывала повреждение головного мозга. Две последующие вспышки коклюша явились причиной более 30 смертей, и у многих инфицированных детей отмечалось повреждение головного мозга . При разборе конкретных случаев не удалось доказать наличие связи между вакциной и повреждением головного мозга.
Случаи побочных эффектов вакцин могут фиксироваться лишь при условии, если вакцина прошла лицензирование. Именно так и было в случае вакцины против ротавирусной инфекции в Соединенных Штатах, которая недопустимо часто вызывала инвагинацию. Демиелинизирующая энцефалопатия отмечается примерно в одном из миллиона случаев применения вакцины против кори, а частота этого осложнения после инфекции натуральной кори составляет 1 на 1000. Частота подострого склерозирующего энцефалита, в развитии которого прямо участвует вирус кори, сократилась, по меньшей мере, на 90% вслед за широким распространением вакцинации. Синдром Guillain-Barre развивается примерно у одного из миллиона реципиентов вакцины против гриппа.
Пероральная вакцина против полиомиелита искоренила это заболевание в Северной и Южной Америке, но вакцина вызывала паралич у реципиента или у лица, непосредственно контактировавшего с ним, с частотой 1 случай на миллион доз вакцины, как результат повторного появления вирулентности у 3-го типа того штамма вируса, применявшегося для производства вакцины. Консультативным советом CDC по практике иммунизации и Американской академией педиатрии издана рекомендация по использованию только инактивированной вакцины против полиомиелита после 1 января 2000 г.
В общем, нет твердых теоретических или клинических доказательств того, что введение какой-либо вакцины вызывает специфическую аллергию, астму, аутизм, рассеянный склероз или синдром внезапной смерти младенцев. В широко цитируемом сообщении заявлялось о связи между вакцинацией против кори (обычно проводимой с помощью вакцины корь-свинка-краснуха) и последующим развитием воспалительного заболевания толстой кишки или аутизма. Однако, по меньшей мере, 10 последующих исследований не выявили данных в пользу такой связи [7].
Глобальное обеспечение вакцинами
Для успеха программы искоренения болезни с помощью вакцины требуется наличие 4-х условий: инфекция должна поражать только людей, не должно быть резервуара среди животных; в случае вирусных инфекций должно быть минимальное число разных его штаммов в сочетании с устойчивостью антигенных свойств; вирус не должен персистировать в пораженном организме; должна быть в наличии эффективная вакцина. В 1966 году оценочное число случаев натуральной оспы во всем мире составляло 20 миллионов. Последний эндемический случай натуральной оспы отмечен в 1977 году, а в 1980 году объявлено об искоренении этого заболевания. Полиомиелит стал следующей мишенью для ликвидации, которую планировалось осуществить с помощью пероральной вакцины полиомиелита. Эта задача оказалась более трудной, из-за термолабильности вакцины, необходимости применения нескольких доз, вероятности (хотя и очень малой), что вакцина может сама вызвать паралич, и, кроме того, в отличие от натуральной оспы, нет простого теста, указывающего на успешность вакцинации. Автохтонный полиомиелит уже ликвидирован в Северной и в Южной Америке, в Европе, в западной части Тихоокеанского региона и в Юго-Восточной Азии, но понадобится еще несколько лет, чтобы добиться ликвидации этой болезни в глобальном масштабе.
Корь обладает самой высокой контагиозностью среди инфекций человека, и она вызывает 30% от общего числа смертей в результате заболеваний, которые можно предотвратить вакцинацией. В странах с очень высоким охватом вакцинации против кори (а именно, в Северной и в Южной Америке) удается прерывать распространение этой инфекции, что является шагом на пути ликвидации кори [8].
Расширенная Программа иммунизации Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) увеличила охват населения вакцинацией против столбняка, дифтерии, коклюша, туберкулеза, кори и полиомиелита в развивающихся странах с 5% в 1974 году до среднего уровня в 80% к началу 1980 годов, с тех пор частота вакцинаций сохраняется примерно на том же уровне. Новая влиятельная группа "Глобальный альянс в поддержку вакцинации и иммунизации" имеет следующие цели: искоренить полиомиелит, повысить уровень вакцинированности детей до 90% во всем мире, включив при этом в обязательный список вакцину против гепатита В и вакцину против Н. Influenzae типа b.
В отчете ВОЗ "Здоровье мира в 1998 году" отмечается, что за 1 год фиксируется около 5 миллиардов случаев заболеваний, причем 6-7 миллионов человек умирают от детской диареи, вызываемой, в числе прочих возбудителей, ротавирусами, или от острой инфекции дыхательных путей, особенно если в качестве возбудителя выступает респираторный синтициальный вирус. Инфекции, вызываемые 1-м типом вируса иммунодефицита человека (ВИЧ-1), туберкулез и малярия приводят к смерти 7-8 миллионов человек ежегодно, главным образом, в развивающихся странах. В этих странах неуклонно растет частота заболеваний, передающихся половым путем. Вакцинация предоставляет наиболее реальный шанс уменьшить эти страшные потери. Основная задача при практическом применении вакцин заключается в индуцировании мощной реакции в виде образования антител, способных помешать развитию инфекционного заболевания, но в отношении многих распространенных заболеваний до сих пор не удалось создать вакцины такого традиционного типа. Очень нужны новые вакцины, которые не просто обладали бы большей силой, но индуцировали, преимущественно, гуморальную или клеточно-опосредованную иммунную реакцию [9].
Иммунные реакции и сдерживание инфекций
Имеется 2 типа развития инфекций. Все вирусы, некоторые бактерии и простейшие являются облигатными внутриклеточными организмами, которые могут жить и размножаться только внутри клеток. Другие виды бактерий и простейших живут и размножаются внеклеточно. Кроме того, инфекции бывают острыми, либо персистирующими. Инфекция считается острой, если сублетальная доза возбудителя сдерживается и быстро устраняется иммунной системой; большинство современных вакцин направлено против таких инфекций. Инфекция становится персистирующей в тех случаях, когда возбудителю удается избежать контакта с элементами иммунной системы или разрушить их.
Функция различных классов антител - IgM, IgE, IgA и подклассов IgG в борьбе организма с инфекцией состоит в предотвращении или ограничении начальной инфекции и последующей виремии или бактериемии, а также в умерщвлении инфицированных клеток через клеточную цитотоксичность, зависящую от наличия антител, или через комплемент-опосредованный лизис. В случае внеклеточной инфекции, специфическому антителу требуется мощная поддержка Т-лифоцитами-хелперами 1-го типа CD4+ (Тh1) [10].
При внутриклеточных инфекциях образованию антимикробных антител в достаточной концентрации должны предшествовать ключевые события с участием Т-клеток. Снижение числа возбудителей совпадает с повышением активности цитотоксических Т-клеток. Например, у людей, инфицированных ВИЧ-1, снижение содержания вируса-возбудителя в крови происходит при появлении вирус-специфичных цитотоксических Т-лимфоцитов, -задолго до прихода нейтрализирующих антилел. Данные эффекторные Т-клетки ответственны, прежде всего, за сдерживание и, в некоторых случаях, за устранение различных внутриклеточных инфекций, что детально описано на примере многих заболеваний.
Цитотоксические Т-клетки CD8+, с функцией, ограниченной I классом антигенов
Ввиду того, что в клетках всех типов, за исключением гамет, нейронов, эритроцитов и трофобластов, имеет место экспрессия антигенов класса I из системы МНС, большинство клеток могут быть распознаны Т-лимфоцитами. Инфицированные клетки меняются так, что их могут лизировать цитотоксические Т-клетки гораздо раньше выделения вирусных тел, тем самым эффекторные Т-клетки имеют время, чтобы найти и разрушить инфицированные клетки до начала прогении. Кроме прямого участия в сдерживании инфекции путем уничтожения ин фицированных клеток, цитотоксические клетки секретируют мощные цитокины, которые обладают противовирусным действием и активируют макрофаги. Примерами таких цитокинов являются интерферон у и фактор некроза опухолей [11].
Есть четыре группы людей, инфицированных ВИЧ-1, и не получавших противовирусное лечение, у которых анализы на наличие вируса и антител против него отрицательны, но при этом у них обнаруживаются CD8+ цитотоксичные Т-клетки, специфичные в отношении ВИЧ-1, либо у-интерферон, вырабатываемый такими клетками: это малыши, родившиеся от инфицированных матерей; лица, длительно поддерживающие половую связь с инфицированными; некоторые работники здравоохранения, с однократным попаданием вируса в организм. Кстати, интересно, что введение обезьянам высокоактивной сыворотки против CD8 до и вскоре после их инфицирования вирусом иммунодефицита обезьян (SIV) вызывало значительное транзиент-ное повышение числа вирусов и уменьшение числа Т-клеток типа CD-8.
Регионарный иммунитет
Общая площадь слизистых оболочек значительно превышает площадь поверхности кожи. Слизистые имеют тыл в виде развитой системы лимфатических коллекторов. Исключением является влагалище, нормальная флора которого включает порядка шести разных видов бактерий, поддерживающих среду, неблагоприятную для колонизации другими бактериями. Имеется единая для организма система слизистых, поэтому иммунизация в одной зоне этой системы может обеспечить защиту для другой зоны. Так, вакцина против аденовирусов принимается внутрь, но защищает против инфекций дыхательных путей. У мышей и обезьян иммунизация через дыхательные пути является эффективным способом вызвать сильную иммунную реакцию со стороны полового тракта, и этот факт может быть использован при разработке вакцин против заболеваний, передающихся половым путем. Попадание на слизистую возбудителей инфекции или вакцины не только вызывает выработку секреторных IgA, но, кроме того, может стимулировать миграцию цитотоксических Т-клеток в данный очаг. Например, специфические цитотоксические Т-клетки обнаруживаются в материале для цитологического исследования, взятого щеточкой с шейки матки некоторых женщин, инфицированных ВИЧ-1.
Как внутриклеточные инфекции обходят, подавляют и сводят на нет иммунные реакции
Микробы сводят действие гуморального иммунитета на нет, главным образом, с помощью варьирования последовательностей поверхностных антигенов. Другие тактики заключаются в заведомо слабой иммуногенности и в закрытости эпитопов, по которым поверхностные антигены распознаются нейтрализующими антителами и которые связываются с антителами с образованием комплекса микроб-антитело, что повышает вероятность появления инфицированных клеток, например, макрофагов, с экспрессией рецепторов к Fc или комплементу. ВИЧ-1 применяет все три перечисленные тактики.
Инфекция обычно становится персистирующей тогда, когда клеточно-опосредованная реакция подавляется или прекращается. ВИЧ-1 использует целый арсенал механизмов: латентная инфекция;развитие инфекции в местах, недоступных действию иммунных реакций; разрушение Т-клеток типа CD-4+; подавление экспрессии молекул класса I системы МНС; мутации, меняющие последовательности в вирусных пептидах и делающие, тем самым, эффекторные Т-клетки неэффективными; ингибирование активности цитотоксических Т-клеток. Создание вакцины, побеждающей поползновения ВИЧ-1, будет нелегким, но существующие трудности можно преодолеть принципиально новыми вакцинными технологиями.
Новые подходы к вакцинации
Получение антигенов и антител в трансгенных растениях
Существуют способы производства вирусных и бактериальных антигенов с помощью трансгенных растений. Поверхностный антиген вируса гепатита В, энтеротоксин кишечной палочки и гликопротеин вируса бешенства, выработанные трансгенными растениями, индуцируют синтез антител IgG с адекватной антигенной специфичностью после перорального введения мышам. Например, у мышей, которых покормили картофельными клубнями с одним или несколькими чужеродными антигенами, появлялись мукозные IgA и сывороточные IgG, специфичные в отношении данных антигенов. У свиней, накормленных трансгенным картофелем с экспрессией защитного белка, специфичного для вируса инфекционного гастроэнтерита, отмечалось существенное сокращение заболеваемости и смертности при контакте с этой инфекцией. Такой подход обладает потенциальными преимуществами, такими как низкая стоимость и возможность проведения вакцинации простым принятием в пищу той части трансгенного растения, которой человек отдаст предпочтение.
Помимо вакцинных антигенов, в растениях удалось синтезировать специфические антитела ("фитоте-ла"). Антитело против Streptococcus mutans, участвующего в развитии кариеса зубов, вводилось в специально обработанную полость рта у добровольцев, тем самым обеспечивалась защита от реколонизации этим микробом на 4 месяца. К настоящему времени получено много таких антител.
Чрескожная иммунизация
Чрескожная иммунизация подразумевает нанесение антигена вместе с адъювантным токсином (часто это холерный токсин) на интактную кожу, предварительно вымытую для облегчения пенетрации. У мышей активные вещества проникают в эпидермис, где они входят в контакт с клетками Лангерганса (разновидность дендритных клеток) и захватываются ими. Затем эти клетки мигрируют через дерму по афферентным лимфатическим сосудам и попадают в регионарные лимфатические узлы, на этом пути дендритные клетки созревают и приобретают способность эффективно представлять антигены иммунной системе. В лимфатическом узле они контактируют с Т-клетками и активируют их, таким образом запуская мощную реакцию с участием антител в ответ на такие антигены, как дифтерийный анатоксин [11].
Производство вакцин
Пептиды, субъединицы и адъюванты
Применение пептидов, которые являются лишь частями антигенов, имеет многие преимущества, но не лишена недостатков. К преимуществам относится наше знание о химическом составе продукта, кроме того, такой продукт стабилен, безопасен и содержит только важные эпитопы, реагирующие в Т-и В-лимфоцитами. Слабые стороны данного подхода связаны со следующими обстоятельствами: трудность воспроизведения конформаиии антигенных полимеров, которая характерна для многих вирусов; некоторые эпитопы В-клеток, распознаваемые нейтрализующими антителами, на самом деле, иногда состоят из несвязанных друг с другом фрагментов; пептиды легко подвергаются протеолизу. Может потребоваться несколько введений, обычно с адъювантом. Конъюгация пептидного эпитопа с белком-носителем, например, с анатоксином, может улучшить выработку антител. Первая простая пептидная вакцина, составленная из последовательностей протеинов малярийного плазмодия, дала разочаровывающие результаты у маленьких детей в странах, где малярия эндемична. Эпитопы цитотоксических Т-клеток (которые обычно являются нонамерами) могут связываться с молекулами класса I системы МНС, располагающимися на поверхности дендритных клеток. Ввиду того, что дендритные клетки могут, помимо прочего, экс-прессировать костимулирующие молекулы, эти клетки могут непосредственно взаимодействовать с Т-клетками типа CD-8+ и активировать их. Данный механизм применяется в настоящее время в иммунотерапии рака, как описано ниже.
Субъединичные вакцины нередко вырабатываются с применением рекомбинантной ДНК. Иммуногенность может быть усилена, и иммунная реакция направлена на индуцирование как клеточно-опосредованного, так и гуморального реагирования, с помощью агрегатов (вырабатываемых в разных условиях), таких как иммуностимулирующие комплексы, вирусоподобные частицы, носители с антигенным покрытием и антигены в липидной капсуле. В настоящее время испытываются и агрегаты соединенных пептидов. Так, проводятся клинические испытания вакцины против ревматизма, представляющей собой полимерный препарат соединенных пептидов из стрептококков группы А. Испытывается и полимер из плазмодийных пептидов, в который добавлен липопептид для стимуляции взаимодействия между клетками, тем самым намереваются вызвать мощную иммунную реакцию против малярии.
Вакцины самых простых типов нередко вводятся с адъювантными веществами для усиления иммуногенности. В качестве адъювантных веществ чаще всего применяются квасцы, которые замедляют высвобождение антигена, например, при вакцинации против гепатита В, и стимулируют образование антител. Список других веществ, используемых с этой целью, очень широк. Некоторые из них в настоящее время проходят клинические испытания. В ходе первой фазы клинических испытаний вакцины против малярии показано, что квасцы и QS21 значительно увеличивали выработку антител [8].
Живые вакцины как векторы антигенов других вакцин
Высок интерес к применению вакцин, в состав которых входят ослабленные вирусы или бактерии, выступающие в качестве носителей (векторов) иных антигенов. В 1982 году была впервые описана методика встраивания ДНК, кодирующей антиген другого возбудителя, в вирус вакцины. При инфицировании химерным вирусом вакцины, в клеточных культурах, а также в организме подопытного животного происходила экспрессия чужеродной ДНК, и при этом животное получало защиту от инфекции, вызываемой микробом-источником данной ДНК.
Экспериментально в качестве векторов используется более 20 различных ДНК-вирусов, РНК-вирусов и бактерий. Наиболее часто используются вирусы вакцины, особенно значительно ослабленный штамм Анкара, а также вирусы fowlpox и саnаryрох, которые инфицируют клетки человека но не размножаются в них. Примерно 10% большого генома поксвирусов может быть заменено чужеродной ДНК, следовательно, эти векторы могут послужить для создания поливалентной вакцины. Аденовирус и Sal. typhi могут быть использованы в качестве векторов, если целью является реакция со стороны слизистых.
Данный подход получил новое измерение, благодаря тому, что удалось встроить ДНК, кодирующую интерлейкин-2, в химерный поксвирусный вектор. Цитокины, применяемые таким способом, позволяют направлять иммунную реакцию преимущественно в сторону гуморальной или в сторону клеточной иммунной реакции. Однако, у этого подхода, вероятно, имеются недостатки. Инфицирование вирусом mousepox (вирус ectromelia) с экспрессией интелейкина-4 приводило к высокой смертности среди мышей, генетически устойчивых к вирусу ectromelia. Даже если эти мыши были предварительно иммунизированы, у них сохранялась значительная смертность от инфицирования вирусом ectromelia с экспрессией интерлейкина-4 [8].
ДНК-иммунизация
Интересно, что ДНК, которая кодирует чужеродные антигены, может быть встроена с подходящим промотером в бактериальный плазмид. Внутримышечное введение этого комплекса подопытной мыши вызывает у нее иммунную реакцию против антигена, кодируемого данной ДНК. Кстати, реакция эта очень сильна, так как бактериальная ДНК, в отличие от ДНК позвоночных, оценивается позвоночными как чужеродная, благодаря высокому содержанию в ней неметилированных фрагментов CpG, а именно, фрагмент GACGTT распознается мышью, a GTCGTT - человеком. Такие фрагменты, распознанные белком млекопитающего (колоколобразный рецептор 9), который экс-прессируется различными клетками врожденной иммунной системы, стимулируют образование, активацию и созревание дендритных клеток.
