Одним из способов защититься от заражения коронавирусом SARS-CoV-2 является вакцинация. Однако внутримышечное введение вакцины не создает в слизистой оболочке дыхательных путей необходимой концентрации антител, чтобы предотвратить заражение. Но бустерная интраназальная вакцинация даже без каких-либо адъювантов вызывает сильный защитный иммунный ответ в дыхательных путях. Однако оставались неизвестными механизмы, посредством которых один только антиген создает мукозальный иммунитет.
Ученые из университетов Гарварда и Йейля (США) выявили механизмы, объясняющие эффективность бустерной интраназальной иммунизации. Исследование проводилось на мышах с использование вакцин от вируса SARS-CoV-2.
Было установлено, что бустерная интраназальная вакцинация трансформирует системный иммунитет, сформированный после первой иммунизации, в локальный иммунитет дыхательных путей.
Трансформация осуществляется по следующей схеме:
- После первой внутримышечной вакцинации в лимфатических узлах формируются В-клетки памяти, натренированные на обнаружение патогена.
- Во время бустерной назальной иммунизации Т-лимфоциты эпителия, обнаруживающие патоген, синтезируют сигнальные белки. Эти сигнальные белки распространяются по организму, информируя о вирусной атаке через эпителий.
- Под воздействием сигнальных белков начинается быстрая миграция В-клеток памяти, сформированных после первой иммунизации, в эпителий дыхательных путей. В эту миграцию также вовлекаются циркулирующие Т-лимфоциты.
- В-клетки, достигая дыхательного эпителия, преобразуются в плазматические клетки, вырабатывающие большое количество антител IgA. А Т-лимфоциты начинают синтезировать новые сигнальные белки, которые продолжают привлекать в эту область В-клетки и Т-лимфоциты.
- Таким образом, в эпителии верхних и нижних дыхательных путей создается высокая концентрация антител IgA, которые эффективно препятствуют заражению.
Анализируя полученные результаты, ученые также смогли ответить на вопрос, почему бустерная интраназальная вакцина показала свою эффективность и без дополнительного адъюванта. Оказалось, что для нее естественным адъювантом стали Т-лимфоциты эпителия дыхательных путей.
Детали исследования
В первой серии экспериментов ученые исследовали динамику антител IgA после бустерной вакцинации. Сначала мышам сделали внутримышечную первичную вакцинацию. А на 14 день провели вторую – интраназальную. Начиная со второго дня после бустерной иммунизации в слизистой оболочке легких наблюдался взрывной рост количества антител IgA. Причем пиковое значение было на 7 день. Однако даже через 2 недели количество IgA в эпителии дыхательных путей было значительно выше, чем только после внутримышечной иммунизации:
Источник изображения: https://www.nature.com/articles/s41590-025-02156-0/figures/1
Затем ученые сравнили влияние разных видов бустерной вакцинации на изменение иммунного ландшафта мышей. Для этого была проведена бустерная вакцинация внутримышечно, внутрибрюшинно, внутритрахеально и интраназально. Было установлено, что количество антител значительно повышается только при интраназальной и внутритрахеальной вакцинации. Данный результат наблюдался вне зависимости от пола мышей – для самцов и самок он был сопоставимым. Ученые сделали вывод, что ключевое значение при бустерной вакцинации имеет доставка антигена непосредственно в слизистую оболочку дыхательных путей.
В следующей серии экспериментов ученые сравнили иммунный ландшафт эпителия для двух групп мышей:
- Первая группа получила только внутримышечную иммунизацию.
- Вторая – получила дополнительно бустерную интраназальную вакцинацию.
Сначала внутримышечная вакцинация в обеих группах мышей привела к активации в лимфатических узлах В-клеток памяти, натренированных на обнаружение патогена. Причем В-клетки были обнаружены через 7 день после иммунизации только в паховых лимфатических узлах.
Затем ученые наблюдали трансформацию иммунного ландшафта мышей, получивших бустерную вакцинацию. Ученые создали карты миграции активированных В-клеток из лимфатических узлов в эпителий дыхательных путей. Хотя они смогли проследить судьбу не всех В-клеток, однако более 80% из них, достигнув эпителия, стали плазматическими клетками, способными вырабатывать антитела IgA в больших количествах. Таким образом, продуцентами антител в эпителии явились В-клетки, сформировавшиеся во время первичной внутримышечной иммунизации, а не после бустерной иммунизации.
Сравнивая обе группы мышей, ученые обнаружили, что в эпителии животных, получивших только внутримышечную иммунизацию, отсутствуют и В-клетки, и плазматические клетки. Ученые сделали вывод, что B-клетки памяти, сформировавшиеся в лимфатических узлах во время первичной вакцинации, играют критическую роль в IgA-ответах слизистой оболочки.
В следующих экспериментах ученые обнаружили механизм, вызывающий миграцию В-клеток из лимфатических узлов в эпителий после бустерной иммунизации. Оказалось, что бустерная иммунизация инициировала привлечение в легкие циркулирующих иммунных клеток: Т-лимфоцитов, NK-клеток и других клеток врожденного иммунитета. Затем ученые проанализировали геномы привлеченных клеток и выяснили, что на второй день после бустерной вакцинации повышалась активность генов, связанных с воспалительной реакцией, презентацией антигена и защитной реакцией на вирус.
Также были измерены уровни сигнальных белков, которые вырабатываются Т-лимфоцитами. На второй день после бустерной иммунизации была значительно увеличена выработка сигнальных белков, а на 4 день она быстро снизилась. Ученые проанализировали типы этих сигнальных белков. Вырабатывались как раз те белки, которые наиболее активно привлекают В-клетки и циркулирующие Т-лимфоциты в места обнаружения патогена – эпителий дыхательных путей.
Затем ученые проверили степень влияния Т-лимфоцитов на эффективность бустерной иммунизации. Для этого мышей обрабатывали специальным веществом, истощающим Т-лимфоциты в эпителии дыхательных путей. В результате бустерная иммунизация привела к выработке значительно меньшего числа антител IgA. Причем системные уровни антител – в сыворотке крови – остались без изменения. Таким образом ученые доказали, что Т-лимфоциты при бустерной иммунизации являются естественным адъювантом.
В финальном эксперименте ученые оценили эффективность еще одной дополнительной бустерной иммунизации. Оказалось, что вторая интраназальная бустерная доза дополнительно увеличивает концентрацию антител IgA как в верхних, так и в нижних дыхательных путях. Этот результат особенно важен, поскольку слизистая носа является входными воротами инфекции и первой подвергается вирусной атаке.
Ученые сделали практический вывод о том, что результат их исследования может быть ценен и при отсутствии бустерной интраназальной вакцинации. Ее может заменить периодическое вдыхание неинфекционных доз вируса из окружающей среды. Это позволит поддержать в эпителиальных клетках носа высокий уровень антител и память иммунных клеток для распознавания патогена.
Вывод
Вакцинация является одним из способов защиты от коронавируса SARS-CoV-2. Но внутримышечной вакцинации недостаточно для формирования защитного иммунитета в эпителии дыхательных путей. Бустерная интраназальная вакцинация трансформирует иммунный ландшафт, сформированный после первой вакцинации, и значительно повышает концентрацию антител в эпителии нижних и верхних дыхательных путей.
