Naukowcy wyjaśniają, jak szczepionka przeciw gruźlicy chroni przed innymi chorobami

W artykule opublikowanym w czasopiśmie »Cell Reports« naukowcy wykazują, że szerokie spektrum oddziaływania szczepionki BCG (Bacillus Calmette-Guérin) może być warunkowane zmianami metabolicznymi i epigenetycznymi białych krwinek, czyli monocytów, w procesie zwanym „wyćwiczoną odpornością”. Odkrycie może otworzyć drogę do opracowania strategii łączących stymulację immunologiczną i metaboliczną w celu podwyższenia skuteczności szczepionek i terapii nowotworowych.

„Znaczenie tych wyników jest podwójne: z jednej strony odkryliśmy nowe interakcje biologiczne łączące metabolizm komórkowy z reakcjami immunologicznymi, a z drugiej strony otworzyliśmy ścieżkę ku nowym podejściom terapeutycznym, w których modulatory metabolizmu kształtują wrodzone reakcje immunologiczne, które mogą posłużyć jako potencjalnie nowatorskie immunoterapie” – zauważa naczelny autor artykułu, Mihai Netea. „Należy jednakże mieć świadomość, że to dopiero początek procesu przenoszenia tego rozwiązania do praktyki klinicznej i potrzebne są dalsze prace badawcze”.

Wiele badań pokazuje zdolność szczepionki BCG do chronienia przed infekcjami innymi niż gruźlica – na przykład wczesne szczepienie obniża śmiertelność wśród dzieci głównie dzięki ograniczeniu infekcji dolnych dróg oddechowych i szkodliwych reakcji immunologicznych w odpowiedzi na infekcje. Szczepionka BCG znajduje także zastosowanie w przypadkach nowotworu pęcherza moczowego oraz wykazuje obiecujące wyniki w walce z innymi chorobami, jak astma czy choroby pasożytnicze. Jednak to dlaczego BCG jest skuteczna w zwalczaniu innych chorób stanowiło tajemnicę.

W celu rozwikłania zagadki Netea wraz ze swoim zespołem zbadał zmiany metaboliczne powodowane przez BCG w naturalnie występujących komórkach układu immunologicznego zwanych monocytami. Badacze stwierdzili, że podanie szczepionki wywoływało silny, długotrwały wzrost glikolizy oraz, w mniejszym zakresie, metabolizmu glutaminy zarówno u myszy, jak i ludzi. Owo przesunięcie metabolizmu glukozy w stronę glikolizy było konieczne do uruchomienia wyćwiczonej odporności.

Proces ten opiera się na zmianach epigenetycznych, które oddziałują na aktywność genu bez zmieniania sekwencji DNA, aby zwiększyć zdolność komórek układu immunologicznego do rozpoznawania wcześniej napotkanych patogenów i skuteczniejszego reagowania na nie.

Bardziej konkretnie, zmiany metaboliczne wywołane przez BCG były potrzebne do indukowania modyfikacji w białkach zwanych histonami, które pełnią funkcję rusztowań dla owijającego się wokół nich DNA. W kohortach ludzkich wariancje pojedynczych nukleotydów w genach kodujących enzymy glikolizy wpłynęły na indukcję wyćwiczonej odporności w monocytach. Zebrane razem, wyniki te pokazują, że przeprogramowanie metabolizmu komórkowego jest kluczowym procesem wyćwiczonej odporności indukowanej przez BCG.

„Te wnioski zmieniają koncepcje, wedle której wrodzony układ immunologiczny nie jest zdolny do długofalowej adaptacji po infekcji lub szczepieniu” – mówi Netea. „Cała koncepcja, wedle której funkcja wrodzonych komórek układu immunologicznego może się w sposób stabilny zmieniać, na przykład dzięki doskonaleniu przez pewne szczepionki takie jak BCG, stanowi przesunięcie paradygmatu w immunologii, bo jeszcze do niedawna zakładano, że tylko adaptacyjny układ immunologiczny jest w stanie dostosować się do wcześniejszych infekcji lub szczepionek”.

Następnym krokiem będzie przeprowadzenie zakrojonej na większą skalę i szerszej analizy krążących monocytów po zaszczepieniu BCG osób narażonych na infekcję. „Przyszłe, szerzej zakrojone badania powinny zanalizować wariancję międzyosobniczą tych reakcji po to, aby określić czynniki wpływające na reakcje poszczepienne na poziomie jednostki” – wnioskuje Netea. „Ostatecznie lepsze zrozumienie wyćwiczonej odporności indukowanej przez BCG może zaowocować opracowaniem strategii zmieniających ścieżki metabolizmu komórkowego w celu poprawy mechanizmów obronnych organizmu człowieka oraz podniesienia skuteczności szczepień i immunoterapii wśród pacjentów”.

Prace nad projektem MENTORINGTREGS, dofinansowanym ze środków UE na kwotę 1,5 mln EUR, potrwają do kwietnia 2018 r. Projekt SYSBIOFUN otrzymał niewiele mniejsze wsparcie unijne i będzie realizowany do grudnia 2017.

Więcej informacji:
strona projektu MENTORINGTREGS w serwisie CORDIS
strona projektu SYSBIOFUN w serwisie CORDIS