Ein breit neutralisierender humaner monoklonaler Antikörper gegen das Hämagglutinin des aviären Influenzavirus H7N9
Einleitung
Das aviäre Influenzavirus A (H7N9), das erstmals im März 2013 gemeldet wurde, hat sporadisch menschliche Infektionen verursacht, hauptsächlich durch den Kontakt mit Geflügel. Von März 2013 bis Februar 2017 wurden in China insgesamt 1.258 laborbestätigte Fälle von H7N9-Infektionen beim Menschen gemeldet, mit einer Mortalitätsrate von 41 %. Das H7N9-Virus ist antigenisch von anderen zirkulierenden saisonalen Influenzaviren unterschiedlich, was die Standardimpfstoffe gegen saisonale Influenza unwirksam macht. Obwohl H7N9-Viren in der Regel empfindlich gegenüber Neuraminidasehemmern oder M2-Ionenkanalblockern sind, sind resistente Varianten aufgetreten, was den dringenden Bedarf an alternativen Behandlungen unterstreicht. Die passive Immunisierung mit Antikörpern stellt eine vielversprechende Strategie zur Bekämpfung der H7N9-Influenza dar, insbesondere für Hochrisikopopulationen wie immungeschwächte oder ältere Personen.
Das Influenza-Hämagglutinin (HA) ist ein primäres antigenisches Ziel für die humorale Immunantwort. Antikörper mit hämagglutinationshemmender (HAI) Aktivität gegen die globuläre Domäne von HA sind entscheidend für den Immunschutz. Die meisten neutralisierenden Antikörper richten sich jedoch gegen immunodominante, variable Epitope auf der globulären Kopfregion von HA, was aufgrund der Hypervariabilität dieser Region zu einem engen Stammenschutz führt. Diese Studie berichtet über die Entwicklung eines neuartigen humanen monoklonalen Antikörpers (mAb), der zirkulierende H7N9-Stämme breit erkennt und sowohl in vitro als auch in vivo eine potente neutralisierende Aktivität zeigt.
Materialien und Methoden
Die ethische Genehmigung für diese Studie wurde von der Ethikkommission der Jiangsu Provincial Center for Disease Control and Prevention eingeholt. Von jedem Patienten wurde vor der Blutentnahme eine schriftliche Einwilligungserklärung eingeholt. Tierexperimente wurden gemäß den chinesischen nationalen Richtlinien für die Pflege von Labortieren durchgeführt und vom Institutional Animal Care and Use Committee des Institute of Laboratory Animal Science der Peking Union Medical College genehmigt.
Von März bis Dezember 2013 wurden Patienten mit bestätigter H7N9-Infektion in der Provinz Jiangsu als potenzielle Spender nachverfolgt. Blutproben wurden von drei Patienten entnommen, die sich erholt hatten und eine starke neutralisierende Antikörperantwort gegen das H7N9-Virus zeigten. H7 HA-spezifische B-Zellen wurden aus peripheren Blutplasmazellen mittels Durchflusszytometrie isoliert. Humane mAbs wurden durch Amplifikation und Klonierung dieser HA-spezifischen B-Zellen erzeugt. Die exprimierten humanen mAbs wurden zunächst mittels ELISA auf Bindungsaktivität gescreent. Diejenigen, die eine starke Erkennung von H7 HAs zeigten, wurden weiter in HAI- und Mikroneutralisationsassays in vitro bewertet. Der führende mAb-Kandidat wurde ausgewählt und gegen die letale Herausforderung mit dem H7N9-Virus in Mausmodellen getestet.
Ergebnisse
Isolierung und Charakterisierung des H7N9 HA-spezifischen mAb In Vitro
Der mAb 6-137, der aus H7 HA-spezifischen humanen B-Zellen isoliert wurde, zeigte eine hohe Affinität für eine Reihe von H7 HAs, einschließlich solcher aus aviären und Umweltquellen. Er band jedoch nicht an HAs von H1N1- oder H3N2-Stämmen. Der mAb 6-137 hemmte effizient die HA-Aktivität in inaktiviertem H7N9-Virus und neutralisierte 100 Gewebekulturinfektionsdosen 50 (TCID50) des H7N9-Virus in vitro, mit einer neutralisierenden Aktivität von bis zu 78 ng/mL. Der mAb 6-137 zeigte auch Kreuzreaktivität mit einer breiten Palette von H7-Viren, was auf konservierte antigene Stellen auf H7 HA hinweist.
Prophylaktische Wirksamkeit des humanen mAb In Vivo
Die Schutzwirkung von mAb 6-137 wurde in letal mit H7N9 Influenza A/Anhui/1-YK_RG25/2013 infizierten Mäusen evaluiert. Die prophylaktische Verabreichung von mAb 6-137 in Dosen von 5 und 10 mg/kg führte zu einer 100%igen Überlebensrate bei den Mäusen, während Kontrollmäuse, die mit einem irrelevanten mAb 3-2 behandelt wurden, nicht überlebten. Nach der Herausforderung wurde bei den prophylaktischen Gruppen, insbesondere bei der 10 mg/kg-Dosis, ein moderater, aber vorübergehender Gewichtsverlust beobachtet. Die Viruslast in der Lunge war in den prophylaktischen Gruppen erheblich reduziert, was das Potenzial von mAb 6-137 als prophylaktische Behandlung unterstreicht.
Therapeutische Wirksamkeit des humanen mAb In Vivo
Die therapeutische Verabreichung von mAb 6-137 in Dosen von 10 und 20 mg/kg bot einen vollständigen Überlebensschutz bei Mäusen, wenn sie 2 Stunden nach der Herausforderung verabreicht wurde. Bei der 5 mg/kg-Dosis wurde kein spezifischer Schutz beobachtet. Kontrollmäuse, die mit mAb 3-2 behandelt wurden, starben oder wurden aufgrund eines 30%igen Körpergewichtsverlusts innerhalb von 11 Tagen nach der Herausforderung eingeschläfert. Mäuse, die mit 20 mg/kg mAb 6-137 behandelt wurden, erholten sich allmählich ihr Körpergewicht, und die pulmonale Viruslast war bis zum 4. Tag nach der Herausforderung erheblich gehemmt. Die therapeutische Wirksamkeit nahm jedoch ab, wenn mAb 6-137 6 Stunden nach der Herausforderung verabreicht wurde, und war 24 Stunden nach der Herausforderung nicht mehr nachweisbar.
Charakterisierung des Keimbahnantikörpers des humanen mAb
Die Keimbahnversion von mAb 6-137 (H-GL oder/und L-GL) erkannte H7 HA, jedoch mit viel geringerer Effizienz im Vergleich zum reifen mAb. Somatische Mutationen im schweren Ketten-Gen (VH) trugen signifikant zur hohen Bindungsaffinität von mAb 6-137 bei, was eine optimale Evolution und Reifung der viralen Sequenzen in der Natur demonstriert. Der mAb 6-137 erkannte die Rezeptorregion auf H7 HA1, wie durch eine ähnliche Bindungsaffinität zu H7 HA1 und trimerem HA angezeigt.
Diskussion
H7N9-Viren sind antigenisch von anderen zirkulierenden saisonalen Influenzaviren unterschiedlich, und die menschliche Bevölkerung ist weitgehend immunologisch naiv gegenüber H7-Subtypen. Das H7N9-Virus stellt ein erhebliches Pandemierisiko dar, mit hohen Mortalitätsraten und langen Krankenhausaufenthalten, die mit einem schweren Krankheitsverlauf verbunden sind. Die Entwicklung wirksamer Impfstoffe und Behandlungen ist entscheidend für die Kontrolle von H7N9-Infektionen.
Der humane mAb 6-137, der von genesenen H7N9-Patienten generiert wurde, zeigte eine breite Erkennung zirkulierender H7N9-Stämme und eine potente neutralisierende Aktivität. Der mAb 6-137 zielt auf ein konserviertes Epitop in der Nähe der Rezeptorbindungsdomäne (RBD) auf HA1 ab, wie durch seine HAI-Aktivität angezeigt. Die prophylaktische und therapeutische Wirksamkeit von mAb 6-137 in Mausmodellen unterstreicht sein Potenzial als biologische Behandlung bei H7N9-Exposition oder -Infektion. Der mAb 6-137 bot einen signifikanten Schutz, wenn er früh im Infektionsprozess verabreicht wurde, was die Bedeutung eines zeitnahen Eingreifens unterstreicht.
Der humane Ursprung von mAb 6-137 deutet auf ein überlegenes Sicherheitsprofil im Vergleich zu mausbasierten mAbs hin, da er weniger wahrscheinlich eine Immunantwort beim Menschen auslöst. Die Identifizierung von mAb 6-137 und anderen humanen neutralisierenden Antikörpern gegen H7N9 liefert wertvolle Einblicke für die Entwicklung passiver Immunisierungsstrategien im Falle einer H7N9-Pandemie. Weitere Studien mit zusätzlichen Tiermodellen sind notwendig, um das volle Potenzial und die Nützlichkeit von mAb 6-137 beim Menschen zu bestimmen.
Schlussfolgerung
Der humane mAb 6-137, der von genesenen H7N9-Patienten isoliert wurde, zeigt eine breite Erkennung zirkulierender H7N9-Stämme und eine potente neutralisierende Aktivität in vitro und in vivo. Der mAb 6-137 zielt auf ein konserviertes Epitop auf der globulären Kopfregion von HA1 ab und bietet einen signifikanten prophylaktischen und therapeutischen Schutz gegen H7N9-Infektionen in Mausmodellen. Der humane Ursprung von mAb 6-137 deutet auf ein günstiges Sicherheitsprofil hin, was ihn zu einem vielversprechenden Kandidaten für die weitere Entwicklung als prophylaktische oder therapeutische biologische Behandlung bei H7N9-Exposition oder -Infektion macht. Weitere Studien sind erforderlich, um die Wirksamkeit und Nützlichkeit von mAb 6-137 in anderen Tiermodellen und letztendlich beim Menschen zu bewerten.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000002001