Proteinbasert vaksine mot gruppe A meningokokksjukdom

Gunnstein Norheim
Centre for Clinical Vaccinology and Tropical Medicine, 
Department of Medicine, University of Oxford
E-post: gunnstein.norheim@paediatrics.ox.ac.uk

HENSIKT
I Afrika vert eit område som strekkjer seg sør for Sahara frå Senegal i vest til Etiopia i aust kalla «meningittbeltet», sjå figur 1. Her er det kvart år utbrot av smittsam hjernehinnebetennelse (meningitt) i perioden januar til april, med ein topp av antal tilfeller i slutten av mars. I meningittbeltet bur det ca. 350 millionar innbyggjarar, og tørke, sandstormar og kor tett folk bur spelar inn som risikofaktorar for utbrot. Med 8–10 års mellomrom ser ein store epidemiar spreie seg på tvers av grensene, slik som til dømes i 1996 då det vart observert over 200 000 tilfelle. Fem til tjue prosent av dei som vert sjuke døyr, og ca. 11–19 prosent av dei overlevande får nevrologiske seinskader som til dømes det å verte døv. I tillegg kan ein miste armar og bein som følge av vevsdød.

Dei aller fleste tilfella i meningittbeltet vert forårsaka av meningokokkbakteriar (Neisseria meningitidis) av serogruppe A. Desse kan delast inn i slekter ved hjelp av ein metode kalla multi-lokus sekvenstyping (MLST). Sekvensar frå sju ulike gener vert då samanlikna med ei referansesamling og gitt den sekvenstype (ST) og gruppe av ST (ST-kompleks) dei tilhøyrer. Blant serogruppe A-stammane har nokre få, men svært utbreidde ST vore årsak til tre bølger av utbrot (pandemiar) dei siste 40 åra. Meningokokkane frå desse ST-ane er svært like, og små forskjellar mellom desse kan påverke evna til å spreie seg.

Den eksisterande vaksinen mot serogruppe A meningokokkar er basert på polysakkaridkapselen som dekker overflata på meningokokken. Vaksinen har vore brukt for å stoppe epidemiar i Afrika sidan 1970-talet, og gjev 95 prosent vern minst eitt år etter immunisering. Usemje i forskarmiljøa kring varigheita av vernet (estimert til tre år) og antal dosar som er naudsynt for å immunisere born under to år førte til at Verdas helseorganisasjon (WHO) på slutten av nittitalet oppfordra til forsking på forbetra vaksiner.

Saman med seniorforskar Einar Rosenqvist ved Nasjonalt folkehelseinstitutt (FHI) studerte difor Gunnstein Norheim ein vaksine basert på yttermembranantigena hjå meningokokken, dei som ligg innanfor polysakkaridkapselen. Som del i utviklinga var det også naudsynt å kartlegge bakterievariasjonen og å undersøke kva antistoffvern gruppe A meningokokk-pasientar danna etter sjukdom. Dette vart utført i samarbeid med forskarar frå FHI og frå Etiopia. Etiopia vart vald for ein slik pasientstudie, sidan utbrot av serogruppe A meningokokksjukdom førekjem ofte der. Ved hjelp av professorane Morten Harboe og Gunnar Bjune ved Universitetet i Oslo vart eit samarbeid innleia med Armauer Hansen Research Institute (AHRI) og sjukehus i Etiopia.

MATERIALE OG METODER
Ein studie av 95 pasientar mistenkt for bakteriell meningitt vart organisert ved sjukehusa i Yirgalem og Gonder i Etiopia i 2001–2003. Pasientane vart inkludert etter informert samtykke, og etisk godkjenning innvilga frå «Ethiopian Science and Technology Commission» og frå Regional etisk komité (REK) III i Noreg. Det vart teke prøve av spinalvæska ved innlegging. Denne vart sendt i transportmedia til AHRI og FHI for påvising av meningokokkar. Det vart også teke blodprøve i akutt fase samt ved 10–21 dagar og 3–12 månader etter symptomstart.

Meningokokkar vart påvist ved dyrkning av spinalvæske eller ved PCR, og 40 stammar vart isolert. Desse inngjekk blant dei 357 stammane frå 13 land i meningittbeltetsom vart samla inn ved dei to WHO «Collaborating Centre for Reference and Research on Meningococci» i Oslo og Marseille i perioden 1988–2003. Stammane vart karakterisert fenotypisk ved monoklonale antistoff mot spesifikke antigen, og genetisk ved MLST. I tillegg undersøkte ein variasjon i enkelt-gener som er assosiert med overflate-eksponerte antigen på meningokokken.

Pilotvaksiner av representative stammar vart framstilt ved liknande metodar som for den norske serogruppe B yttermembranvesikkelvaksinen MenBvac (Frasch et al. 2001), og immunisert i mus. Sera frå immuniserte mus og frå etiopiske meningokokkpasientar vart analysert for mengde antistoff danna mot ulike antigen og for kva antigen dei var retta mot. Evna til desse antistoffa til å mediere bakteriedrap (baktericidi) og til å medføre opptak i fagocyttar i nærvær av komplement vart målt.

HOVEDFUNN
Kartlegging av bakterievariasjon
Pasientstudien i Etiopia viste at 71 av 95 dei inkluderte pasientane hadde gjennomgått meningokokksjukdom. Alle meningokokk-stammane var av serogruppe A, og hovudproteina i yttermembranen var svært like blant desse stammane. Ved å samanlikne dei nye stammane (ST-7) med etiopiske serogruppe A-stammar frå 1989 (ST-5), synte det seg at mindre endringar var introdusert i nokre få yttermembran-proteina blant dei nye stammane.

Ein studie av dei 357 meningokokkstammane frå meningittbeltet viste at dei aller fleste tilhøyrde serogruppe A (78 prosent) og serogruppe W-135 (17 prosent) (Nicolas et al. 2005). Dei aller fleste stammane kunne grupperast til å tilhøyre ST-5 komplekset eller ST-11 komplekset. Imidlertid vart ein ny type ST påvist blant serogruppe A meningokokkane, og fleire tilfeller av serogruppene X og B.

Studiar av antistoffrespons i pasientar
Analysar av serumantistoff frå dei same etiopiske pasientane viste at det allereie var høge antistoffnivå i akutt fase av sjukdommen og i kontrollar, men at desse ikkje nødvendigvis gav vern. Etter gjennomgått sjukdom hadde derimot dei aller fleste pasientane danna funksjonelle antistoff, målt som evne til å drepe meningokokkar i nærvær av komplement. Korrelasjonsanalysar viste at det observerte bakeriedrapet kunne tilskrivast både dei antistoffa som var retta mot polysakkaridkapselen og dei som var retta mot yttermembranantigen.

Utvikling av ein ny vaksine
Meningokokkstammar som var representative for meningittbeltet vart dyrka opp og brukt til å framstille pilotvaksiner. Immunisering av mus førte til danning av antistoff som var baktericide mot ulike serogruppe A meningokokkar. Antistoffa var også i stand til å medføre opptak av meningokokkar i fagocyttar. Til slutt vart dei einskilde antigena som bidrog til å danne dei vernande antistoffa identifisert; særleg dei to yttermembranproteina PorA og NadA peika seg ut.

TOLKNING
For å kunne utvikle vaksiner i tide i forhold til epidemiologiske endringar, er det viktig å overvake meningokokkar som er årsak til utbrot. FHI utfører slik overvaking på vegne av WHO, og har særleg fokus på landa i meningittbeltet. Studien frå utbrota i Etiopia viste at serogruppe A meningokokkar var årsak til flesteparten av tilfella. Dette er i samsvar med tidlegare studiar i Etiopia, og er eit bidrag til epidemiologisk overvaking. Funnet av endringar i enkelte protein mellom eldre og nyare etiopiske meningokokkar er interessant fordi slike endringar kan hjelpe bakterien å unngå immunforsvaret, og er avgjerande for evna til å spreieseg.

Å identifisere bakteriekomponentar som kan gje opphav til funksjonelle antistoff er ei sentral oppgåve i vaksineforsking. Studien av etiopiske pasientar sin antistoffrespons viste at infeksjon medførte danning av funksjonelle antistoff, og at antistoffa retta mot yttermembran-antigen kan vere i stand til å vere baktericide. Baktericidi-testen er ein surrogattest som korrelerer med immunologisk vern mot meningokokksjukdom i menneske.

Dei prekliniske forsøka med serogruppe A yttermembranvesikkelvaksine førte til danning av bactericide antistoff. Dette er i samsvar med prekliniske og kliniske forsøk med liknande serogruppe B-vaksiner i Noreg, på Cuba og i New Zealand. Yttermembranvesikkelvaksiner er i dag det mest lovande prinsippet innan immunisering mot serogruppe B sjukdom, anten aleine eller i kombinasjon med rekombinante protein (Giuliani et al. 2006), og har vist seg effektive i ein epidemiologisk situasjon der variasjonen av hovudproteina er låg. Dette er tilfellet i meningittbeltet.

Det er i dei siste fem åra utvikla ein rimeleg, monovalent konjugatvaksine mot serogruppe A vaksine med hjelp av midlar frå Bill and Melinda Gates Foundation (www.meningvax.org). Denne vaksinen har vist seg lovande i kliniske forsøk. Det er diverre i dei siste åra sett epidemiar og utbrot også av serogruppe W-135 og X i meningitt-beltet. Det er difor på lengre sikt behov for ein breidspektra vaksine (serogruppe A, C, W-135 og X) som også er rimeleg. Det er i denne samanhengen sannsynleg at vaksiner basert på yttermembranprotein kan nyttast som ein breidspektra vaksine mot meningokokkar av dei dominerande serogrupper i meningittbeltet, og vere eit alternativ til dei vanlegvis kostbare konjugatvaksinene.

KONKLUSJON
Ein vaksine mot serogruppe A meningokokksjukdom basert på yttermembranvesiklar viste lovande resultat i prekliniske forsøk. Den låge variasjonen i hovudproteina blant serogruppe A meningokokkane, samt danning av vernande antistoff retta mot yttermembranantigen etter serogruppe A sjukdom talar også til fordel for eit slikt prinsipp.

Referansar

1. Frasch C.E., van Alphen L., Holst J.F. et al. 2001. Outer membrane protein vesicle vaccines for meningococcal disease. In Pollard A.J., and Maiden M.C. (eds.) Methods in molecular medicine. Meningococcal vaccines. Methods and protocols. Humana Press. Totowa, N.J., U.S.A.
2. Giuliani M., Adu-Bobie, J., Comanducci M. et al. A universal vaccine for serogroup B meningococcus. Proc Natl Acad Sci U.S.A. 2006;10310834–39.
3. Nicolas P., Norheim G., Garnotel E. et al. Molecular epidemiology of Neisseria meningitidis isolated in the African Meningitis Belt between 1988 and 2003 shows dominance of sequence type 5 (ST-5) and ST-11 complexes. J Clin Microbiol 2005;10:5129–35.
4. Norheim G., Aase A., Caugant D.A. et al. Development of outer membrane vesicle vaccines against serogroup A Neisseria meningitidis. Vaccine 2005;23:3762–74.

(Publisert i NFT nr. 1/2008 side 26–27.)