Review paper
Herpes simplex virus vaccines in prophylaxis and treatment

Wstęp
Przedmiotem rozważań niniejszej pracy jest wirus wywołujący opryszczkę – Herpes simplex typu 1, zwany Herpes labilis, oraz typu 2 określany mianem Herpes genitalis [1]. Należy on do rodzaju Simplexvirus w podrodzinie Alphaherpesvirinae wyodrębnionej (obok Betaherpesvirinae oraz Gammaherpesvirinae) w rodzinie Herpesviridae, w rzędzie Caudovirales. Zgodnie z najnowszą systematyką, rodzina ta jest jedną z 20 wśród wszystkich rodzin wirusowych o genomie w postaci dwuniciowego DNA (dsDNA). Występują w niej także ludzkie patogeny, takie jak wirus ospy wietrznej czy cytomegalii [2]. Genom herpeswirusów o wielkości od 125 do ponad 240 kpz występuje w postaci liniowego DNA. Udało się zidentyfikować część białek kodowanych przez Herpes-viridae. I tak, u wirusa H. simplex wykazano, że 6 białek buduje kapsyd, tegument zawiera ich co najmniej 30, a otoczka co najmniej 10. Wirusy zakwalifikowane do tej rodziny charakteryzują się zdolnością do przetrwania w formie utajonej w organizmie gospodarza [2, 3]. Do dywergencji HSV obu typów z pierwotnego wirusa H. simplex doszło prawdopodobnie ok. 8–10 mln lat temu. Rozdzieleniu temu sprzyjała mikrobiologiczna rozdzielność obszarów genitalnych i ust, a specyfikakontaktów (oralno-oralne i genitalno-genitalne) pozwalała minimalizować szanse na mieszanie się wyodrębniających się szczepów. Wirus HSV typu 1 zaadaptował się do obszaru okolic ust, a HSV typu 2 do obszaru narządów płciowych [4].
Podstawowe informacje
Cykl lityczny H. simplex trwa ok. 18 godz., a jego replikacja zachodzi we wszystkich komórkach, które są wrażliwe na zakażenie [5]. Działa on na nie cytopatycznie – powoduje destabilizację i degradację mRNA, co skutkuje zatrzymaniem procesu biosyntezy białka. Warto odnotować, że odpowiedź komórkowa z udziałem limfocytów T-pomocniczych i T-cytotoksycznych oraz cytokin odgrywa kluczową rolę w obronie organizmu przed zakażeniem H. simplex. Upośledzenie odpowiedzi komórkowej zwiększa częstość zakażeń reaktywowanych oraz wpływa na ich cięższy przebieg [4]. Wykryto wiele mechanizmów, dzięki którym HSV opiera się systemowi immunologicznemu gospodarza. Może on syntetyzować białka wpływające na obniżenie zdolności prezentacji antygenów wirusowych przez MHC klasy I, co negatywnie wpływa na ich rozpoznawanie przez limfocyty T-cytotoksyczne. Zdolny jest również do wytwarzania białek hamujących apoptozę komórek, a także białek wiążących składniki dopełniacza oraz fragment Fc IgG [6]. Po wywołaniu pierwotnego zakażenia wirus ten może pozostać w fazie latentnej, umiejscowiony w neuronach czuciowych. Wirusowy materiał genetyczny nie integruje z genomem gospodarza, lecz występuje w pozachromosomalnych elementach komórki. Tylko obszar genomu wirusowego, kodujący tzw. LAT (ang. latency associated transcript), pozostaje aktywny transkrypcyjnie, tworząc dwa transkrypty mRNA, których produkty białkowe prawdopodobnie biorą udział w zakażeniach reaktywowanych. Uważa się także, że LAT wpływa w znacznym stopniu na przeżywalność komórek nerwowych w czasie infekcji (dokładny mechanizm tego procesu nie został jeszcze poznany), a także na ustalenie się fazy latencji [7]. Reaktywację zakażenia może wywołać wiele czynników, takich jak stres, promienie słoneczne czy immunosupresja. W ponad 80% przypadków ostre zachorowania spowodowane przez HSV są następstwem latencji [5]. Herpes simplex poza organizmem gospodarza ginie szybko. Do zakażenia dochodzi na drodze bezpośredniego kontaktu, w obrębie nieciągłości tkanek, z wydzielinami osoby chorej lub nosiciela, u którego przebieg zakażenia jest bezobjawowy. Wirus H. simplex typu 1 jest bardzo rozpowszechniony w populacji, a do zakażenia nim często dochodzi w dzieciństwie [8]. Wywołuje zwykle zmiany na śluzówkach jamy ustnej, oczu i warg. Na skutek przeniesienia podczas kontaktów oralno-genitalnych bywa także przyczyną zmian w obrębie błon śluzowych narządów płciowych. Zmiany w tym obszarze wywoływane są jednak głównie przez HSV typu 2 (80% przypadków) [3, 9]. Zakażenie H. simplex obu typów jest najczęstszą chorobą przenoszoną płciowo. Zainfekowane są jednak głównie kobiety, co jest najprawdopodobniej wynikiem większej powierzchni błon śluzowych w obrębie genitaliów [3]. Szczególnie niebezpieczne może być zakażenie HSV dla kobiet w ciąży – śmiertelność matki i dziecka jest bliska 50%. Przeniesienie wirusa z matki na dziecko może wystąpić w czasie ciąży (5–8%), akcji porodowej (75–85%) lub bezpośrednio po niej (8–10%) [9–11]. Może ono doprowadzić do opóźnienia rozwoju płodu, jego zakażenia lub też przedwczesnego porodu. Zakażenie dzieci na tak wczesnym etapie życia może powodować patologiczne zmiany, takie jak opryszczkowe zapalenie skóry, oczu, jamy ustnej, zapalenie mózgu, lub też może przybrać postać wielonarządową [1]. Obecnie w leczeniu opryszczki standardowo używa się acyklowiru ze względu na dużą skuteczność i bezpieczeństwo stosowania. Działa on przez hamowanie syntezy wirusowego DNA. Powikłania w zakażeniu opryszczką występują rzadko, może jednak dojść do zapalenia mózgu i opon mózgowo-rdzeniowych [1]. Seropozytywność względem wirusa H. simplex typu 2 okazuje się zróżnicowana w różnych częściach świata, jednak – uogólniając – można stwierdzić, że jest ona wyższa w Ameryce Północnej niż w Europie. W obrębie Starego Kontynentu także występuje spore zróżnicowanie – w krajach północnych zakażenia wirusem HSV typu 2 są powszechniejsze niż w krajach południowoeuropejskich. Wart odnotowania jest także fakt, że liczba infekcji gwałtownie wzrasta we wczesnej dorosłości, co powinno zostać uwzględnione w działaniach profilaktycznych obok zjawiska wydzielania wirusa przez nosicieli bezobjawowych [3, 10]. Tylko w samych Stanach Zjednoczonych Ameryki Północnej przybywa rocznie milion nowych zakażeń wirusem HSV typu 2 [12]. Opryszczka narządów płciowych jest obciążeniem zarówno w wymiarze społecznym, zdrowotnym, jak i ekonomicznym [10]. Mimo dużej skuteczności terapii acyklowirem nie zapewnia on powstrzymania rozprzestrzeniania się wirusa w populacji. Dlatego też szczepionka przeciw HSV jest produktem tak bardzo pożądanym.
Szczepionki przeciw HSV
Prace nad skuteczną szczepionką przeciwko H. simplex trwają już od lat 20. poprzedniego stulecia. Cele stawiane temu preparatowi są nieco inne od standardowych. Wymaga się bowiem, aby nie tylko zabezpieczał przed pierwotnym zakażeniem, ale także skutecznie stabilizował stan latencji, zapobiegając zakażeniom reaktywowanym, oraz zapobiegał wydzielaniu wirusa przez nosicieli bezobjawowych [12]. Idealne byłoby uzyskanie szczepionki, która powodowałaby taką immunizację organizmu, dzięki której wirus eliminowany byłby po zetknięciu z błoną śluzową, zanim rozpocząłby proces replikacji oraz przed wtargnięciem do wnętrza organizmu. Wydaje się jednak, że wyprodukowanie takiego preparatu jest jeszcze poza zasięgiem możliwości współczesnej nauki. Dlatego w praktyce skonstruowanie preparatu, który zmniejszałby liczbę i ostrość zmian, a także wydzielanie wirusa oraz skracał czas leczenia byłoby niewątpliwie wielkim sukcesem. Nie można – oczywiście – pominąć faktu, że bezpieczeństwo stosowania musi być celem nadrzędnym [13]. Początkowo starano się wyprodukować szczepionki z całego wirusa inaktywowanego promieniowaniem ultrafioletowym, wysoką temperaturą lub środkami chemicznymi. Okazywały się one jednak nieskuteczne lub immunizowały ludzki organizm w niewielkim stopniu. Współczesne szczepionki przeciw HSV, nawet jeśli mają potwierdzoną skuteczność w testach na zwierzętach, nie są efektywne w przypadku człowieka [13]. W przygotowywaniu szczepionek można wyróżnić poniższe strategie.
Szczepionki pozyskane z wirusów o inaktywowanym wirionie
Szczepionki uzyskiwane zgodnie z tą strategią powstają przez deaktywację wirusa otrzymanego z hodowli komórkowej. Były one już wielokrotnie badane na zwierzętach z bardzo dobrymi rezultatami. Zawodzą jednak w badaniach klinicznych, nie wykazując skuteczności w immunizacji. Oprócz kłopotów z uzyskaniem efektywnej szczepionki, trzeba zmierzyć się z problemami, takimi jak trudności w uzyskaniu zgodnej koncentracji immunogenów oraz wysokie koszty produkcji. Obecnie ten kierunek tworzenia szczepionki przeciw HSV nie jest rozwijany przez żadną z wiodących firm ze Stanów Zjednoczonych czy też Europy Zachodniej [13].
Szczepionki skonstruowane z podjednostek wirusowych
Rozwój badań w tym kierunku miał na celu eliminację wprowadzenia do organizmu człowieka wirusowego DNA oraz eliminację ewentualnego zanieczyszczenia preparatu żywymi wirusami. Do niewątpliwych zalet szczepionek skonstruowanych z podjednostek należy bezpieczeństwo stosowania, selektywność oraz niskie koszty produkcji, do wad natomiast mniejsza liczba antygenów w porównaniu z preparatami zawierającymi całe cząstki wirusowe, a także indukowanie mniejszej odpowiedzi komórkowej. Wiele szczepionek przygotowanych zgodnie z tą strategią potwierdziło skuteczność w badaniach przeprowadzonych na zwierzętach. Większość z nich wykorzystuje powierzchniowe glikoproteiny jako immunogenny, ponieważ przeciw nim głównie produkowane są przeciwciała. Glikoproteiny B i D wykazują bardzo duże podobieństwo zarówno w HSV typu 1, jak i 2, więc mogą wywoływać ochronny efekt wobec H. simplex obu typów [12, 13]. Korporacje Chiron oraz SmithKline Beecham Biologicals prowadziły intensywne badania w celu stworzenia własnej szczepionki z podjednostek. Pierwsza z nich w konstrukcji preparatu użyła mieszanki glikoprotein B i D z adjuwantem MF59, a druga tylko glikoproteiny D z adjuwantem MPL (ang. monophosporyl lipid A). Obie uzyskały bardzo dobre wyniki w testach na świnkach morskich, jednak zawodziły w testach klinicznych u ludzi [14]. W innych badaniach na modelach zwierzęcych szczepionki okazywały się skuteczne w przeciwdziałaniu widocznym objawom zakażenia, jednak nie chroniły przed zainfekowaniem. Wyniki badań wskazują na duży wpływ adjuwantów na skuteczność szczepionek tego typu. Ze względu na niemożność uzyskania zgodnie z tą strategią szczepionki, która zarówno leczyłaby chorobę, jak i chroniła przed infekcją, dalsze badania w tej dziedzinie będą skupiały się na osiągnięciu tych celów oddzielnie, ze szczególnym uwzględnieniem ochrony przed zainfekowaniem [15, 16].
Szczepionki z wirusów atenuowanych genetycznie
Szczepionki zawierające wirusy atenuowane są bardzo powszechne. Jednak w przypadku HSV ich otrzymanie jest niezwykle trudne ze względu na problemy z uzyskaniem stałego efektu osłabienia zjadliwości. Dlatego starano się stworzyć mutanta pozbawionego genów zaangażowanych w wirulencję, utrzymywanie stanu latencji i reaktywację. Obecnie naukowcy skupiają się na stworzeniu mutanta pozbawionego genu gamma 34.5, uważanego za jeden z determinujących wirulencję. Przypuszczalnie delecja powyższego genu nie będzie jednak pozbawiać zdolności do przejścia w fazę latencji i późniejszej reaktywacji, chociaż badania na zwierzętach wykazały efektywność tak skonstruowanego preparatu oraz bezpieczeństwo stosowania [13, 17].
Szczepionki zawierające mutanty o ograniczonej replikacji
Szczepionki tego typu uzyskuje się w drodze mutacji genu wirusa, który jest niezbędny do prawidłowego zajścia procesu replikacji. Wprowadzenie takich mutantów do organizmu zwierzęcego nie powoduje infekcji (wirus nie jest zdolny do namnażania), ale wywołuje odpowiedź humoralną i komórkową. Próby kliniczne przeprowadzone na ochotnikach wskazywały na bezpieczeństwo i immunogenność takich preparatów. Szczególnie obiecujące wydają się wyniki badań na myszach z użyciem mutanta HSV 2 dl 5-29. Ten wirus o limitowanej replikacji okazał się skuteczny zarówno w profilaktyce, jak i leczeniu infekcji – zmniejszał ilości latentnego wirusa oraz chronił przed zmianami na śluzówkach. Konieczne jednak są dalsze badania kliniczne, które potwierdzą skuteczność preparatu na organizmie ludzkim oraz bezpieczeństwo stosowania [18]. Szczepionki wykorzystujące żywe wektory Szczepionki te konstruowane są przez wprowadzenie genu kodującego odpowiednio dobrany gen wirusowy do niepatogenicznego wektora. W wektorze gen ten ulega ekspresji, wywołując odpowiedź humoralną i komórkową. Nie wiadomo, czy szczepionki te będą stosowane, ze względu na bezpieczeństwo [13, 19, 20]. Szczepionki z nagiego DNA Pomysł szczepionki DNA jest jednym z najnowszych, wykreowanych przez naukowców. W 1992 r. Tag i Johnson donieśli, że wprowadzenie do organizmu myszy genu ludzkiego hormonu wzrostu w kasecie ekspresyjnej skutkowało produkcją tego hormonu na wykrywalnym poziomie. U zwierząt poddanych eksperymentowi pojawiła się ponadto odpowiedź immunologiczna [19]. Pomysł tej immunizacji genetycznej został wykorzystany przy konstruowaniu szczepionek. Polega on na wszczepieniu, najczęściej domięśniowo, plazmidu zawierającego geny kodujące antygeny HSV. W organizmie człowieka dochodzi do ekspresji pożądanych białek (w tym wypadku antygenów), które powodowałyby powstanie odpowiedzi humoralnej i komórkowej. Niewątpliwą zaletą szczepionek tego typu jest ich trwałość, prostota konstrukcji, brak konieczności dodawania adjuwantów oraz wywoływanie silnej odpowiedzi immunologicznej. Niestety, istnieją pewne zagrożenia dotyczące bezpieczeństwa stosowania. Występuje ryzyko integracji plazmidu z genomem gospodarza. Badania przeprowadzone na świnkach morskich dowodzą, że szczepionki DNA były skuteczne zarówno w ochronie przed chorobą, jak i zmniejszały liczbę wirusa w stanie latencji [19].
Podsumowanie
Przyglądając się powyższym strategiom przygotowywania szczepionek, można zapytać, dlaczego nie udało się stworzyć w pełni skutecznego preparatu? Należy pamiętać, że H. simplex nie tylko wykazuje bierny stan latencji, ale także w sposób czynny umyka odpowiedzi immunologicznej. Stosuje różne mechanizmy, takie jak inhibicja prezentacji antygenów czy też uniemożliwienie wywołania odpowiedzi przy udziale interferonu (chociaż jest na niego bardzo wrażliwy). Zebrane przez naukowców dowody wskazują także, że w skutecznej ochronie przed HSV pośredniczy odpowiedź komórkowa, a nie tylko humoralna. Poznanie dokładnych wyznaczników mechanizmów obronnych wydaje się być niezbędne dla stworzenia skutecznej szczepionki [21, 22]. Mimo rozczarowujących wyników – testowane na ludziach szczepionki powodują zmiany w układzie immunologicznym, skutkujące produkcją dużej liczby przeciwciał, które jednak nie przekładają się na efekt ochronny przeciw HSV – należy spojrzeć na tworzenie efektywnego preparatu z dużym optymizmem. Trwają wciąż badania z zastosowaniem nowych strategii, a wiele z nich wydaje się obiecujących. Wiele rezultatów badawczych wskazuje także na znaczącą rolę adjuwantów w wyzwoleniu odpowiedniej immunizacji organizmu. Być może jesteśmy już o krok od przełomowego momentu w walce z HSV [21, 22].
Piśmiennictwo
1. Figlerowicz M. Pierwotne i wtórne zakażenia wirusami Herpes simplex – problemy kliniczne i terapia. Zakażenia 2004; 6: 64-7. 2. Van Regenmortel MH, Fauquet CM, Bishop DH, et al (red.). Virus Taxonomy. Seventh Report of the International Committee on Taxonomy of Viruses 2000. New York, San Diego: Academic Press. Available at: www.virustaxonomyonline.com. 3. Wysocki J, Salamon-Słowińska D. Zakażenia wirusami Herpes simplex – postacie kliniczne i ich leczenie. Zakażenia 2003; 3: 62-7. 4. Walkowiak B, Namysł J, Prokop J, Żaba R. Opryszczka narządów płciowych – klinika i epidemiologia. Post Dermatol Alergol 2007; 24: 194-201. 5. Szaradkiewicz A, Jopek A, Bogaczyńska-Staniewicz. Aterogenność herpeswirusów. Nowiny Lekarskie 1997; 66: 32-7. 6. Młynarczyk B, Majewski S. Zakażenia wirusami Herpes simplex i Varicella zoster – patogeneza i leczenie. Przegl Dermatol 2002; 2: 133-8. 7. Kent JR, Kang W, Miller CG, Fraser NW. Herpes simplex virus latency-associated transcript gene function. J Neurovirol 2003; 9: 285-9. 8. Umene K, Kawana T. Molecular epidemiology of Herpes simplex virus type 1 genital infection in association with clinical manifestations. Arch Virol 2000; 145: 505-22. 9. Rostalski T, Kaszuba A, Seneczko M i wsp. Etiologia i klinika nierzeżączkowych zapaleń narządu moczowo-płciowego. Nowa Klinika 2003; 10: 1175-81. 10. Trzcińska A. Zakażenie seksualne i wrodzone wywołane przez herpeswirusy. Przegl Epidemiol 2001; 55 (Supl. 1): 41-6. 11. Malkin JE. Epidemiology of genital Herpes simplex virus infection in developed countries. Herpes 2004; 11 (Suppl 1): 2A-23A. 12. Hosken NA. Development of a therapeutic vaccine for HSV-2. Vaccine 2005; 23: 2395-8. 13. Bernstein DI, Stanberry LR. Herpes simplex virus vaccines. Vaccine 1999; 17: 1681-9. 14. Cunningham AL, Mikloska Z. The holy grail: immune control of human Herpes simplex virus infection and disease. Herpes 2001; 8 (Suppl 1): 6A-10A. 15. Aurelian L. Herpes simplex virus type 2 vacciens: new ground for optimism? Clin Diag Lab Immunol 2004; 11: 437-45. 16. Brittle EE, Friedman HM. Current Herpes simplex virus vaccine approaches – a short review. US Infectious disease 2006; 13-16. 17. Whitley RJ, Roizman B. Herpes simplex viruses: is a vaccine tenable? J Clin Invest 2002; 110: 145-51. 18. van Lint AL, Torres-Lopez E, Knipe DM. Immunization with a replication-defective Herpes simplex virus 2 mutant reduces Herpes simplex virus 1 infection and prevent ocular diseases. Virology 2007; 368: 227-31. 19. Rajèáni J, Moško T, Režuchová I. Current developments in viral DNA vaccines: shall they solve the unsolved? Rev Med Virol 2005; 15: 303-25. 20. Koprowski H, Weiner DB (red.). DNA Vaccination/Genetic Vaccination. Current Topics in Microbiology and Immunology Series 1998, 226. Heidelberg: Springer-Verlag. 21. Rajèáni J, Ïurmanowá V. Development in Herpes simplex virus vaccines: old problems and new chalenges. Folia Microbiol 2006; 51: 67-85. 22. Stanberry LR. Clinical trials of prophylactic and therapeutic Herpes simplex virus vaccines. Herpes 2004; 11 (Suppl 3): 161A-9A.