Improved childhood vaccination and preparedness against seasonal and pandemic influenza: prospects for cellular immunity

Antistoffer mot influensa beskytter mot etablering av infeksjon (målt i form av HI titre), mens nyere kunnskap indikerer at celle-mediert immunitet (CMI: CD4; T hjelper celler og CD8; T cytotoksiske celler) spiller en viktig rolle for å redusere sykdommens alvorlighetsgrad. CMI retter seg mot konserverte områder av influensaviruset, dvs induserer immunitet på tvers av virusstammer, i motsetning til antistoffer, som er rettet mot de variable overflatemolekylene, og bare er effektive mot den spesifikke stammen de ble indusert av. Kartlegging av nye immunresponser som korrelerer til beskyttelse er avgjørende for utvikling av universelle influensavaksiner. Ved bruk av bioinformatiske verktøy har vi først selektert optimaliserte paneler av peptider som representerer konserverte T-celle epitoper, for deretter å benytte disse som universelle biomarkører for å kartlegge CMI i et unikt humant biobank-materiale fra 1) vaksineforsøk med sesong- eller eksperimentelle vaksiner, 2) gravide kvinner og deres barn under 2009 pandemien og 3) ikke-vaksinerte etiopiske barn. 1)Universelle biomarkører for måling av kryssbeskyttende CD4 og CD8 T-celle responser Biblioteker av optimaliserte CD4 og CD8 T-celle epitoper ble selektert fra sesong og pandemiske influensastammer(1934-2009) fra Immune Epitope Database. Stimulering av celler med disse peptid- panelene induserte signifikante CD4 og CD8 T-celleresponser i friske donorer. Dette indikerer at disse peptidene evner å indusere universelle kryssreagerende immunresponser, og er derfor gode kandidater for bruk i universelle influensavaksiner. 2)Sesong, pandemiske og eksperimentelle vaksiner a) Betydning av gjentatt versus enkelt vaksinering med trivalent inaktivert vaksine (TIV) i helsearbeidere: Spesifikke antistoff- og T-celleresponser varte opp til 4 år etter pandemisk vaksinering i friske voksne. Gjentatt årlig influensa opprettholdt kryss-reaktive IFN-g+CD4+ og multicytokin-utskillende responser. Kryssreaktive IFN-g+CD8+T-celler ble opprettholdt til tross for gjentatt vaksinering. b) Pandemisk H5N1 og H7N1 vaksine: Pandemisk H5 eller H7 vaksinering induserte kryssreaktive stilk-antistoffer og økt CD4 T-hjelper cytokine responser etter en dose, mens responsen økte ikke ytterligere etter andre dose. Dette indikerer at en dose av disse pandemiske vaksinene er lovende kandidater for priming av universelle vaksiner. c) Universelle NA-vaksiner: Vaksinering med rekombinant neuraminidase (NA), et annet influensaoverflateantigen, induserte både homolog og heterolog beskyttelse. Dette indikerer at inkludering av NA i en universell vaksine kan gi økt beskyttelse mot flere influensastammer. d) Levende attenuert influensavaksine (LAIV): 151 personer (2-59 år) ble rekruttert. LAIV induserte slimhinne IgA og hukommelses B-celler I barn som ikke tidligere hadde vært eksponert for influenza infeksjon. LAIV indusere langvarige hukommelses T- og B- celleresponser i barn, som varte minst ett år etter vaksinasjon. Videre, LAIV induserte kryssbeskyttende T-celler I barn, som bade kryss-reagerte med gamle og nyue stammer. 3) Beskyttende immunresponser i gravide kvinner i løpet av 2009-pandemien: Den norske influensakohorten (NorFlu), etablert i løpet av 2009-pandemien, inkluderer 2600 mor-barn par med biologiske prøver, spørreskjemadata og koplinger til registerdata for eksponeringer og utfall. Ved å studere assosiasjonen mellom CMI og symptomatisk influensa-liknende sykdom (ILI), fant vi at ILI-symptomer korrelerte inverst med høyere frekvenser av CD8+ T-hukommelsesceller og myulti-cytokinutskillende CD4+ T-celler, og økte frekvenser av NK-celler, sammenliknet med asymptomatiske infiserte og controller. Virusspesifikke og funksjonelt distinkte T- og NK-cellepopulasjoner kan dermed tjene som cellulære korrelater til beskyttelse mot kliniske utfall av pandemisk influensasykdom I gravide kvinner ? informasjon some r viktig for framtidig universell influesavaksine design. 4) Etiopiske barn 103 friske barn (2-5 år) rekruttert fra Addis Ababa, Etiopia, ble fulgt i ett år. Blodprøver ble tatt ved to tidspunkt, og kliniske data samlet. 96 % av barna var seropositive for influenza ved starten av studien, og CMI mot kryssreagerende konserverte virusantigener økne med gjentatt eksponering. Av de 70 oppfølgingsdeltakerne fikk 40 en ny ifluensainfeksjon i løpet av observasjonsperioden. Av disse ble 20 alvorlig syke, hvorav 9 med bakterielle infeksjoner. På den annen side, 36 av de 70 ble alvorlig syke ila observasjonsperioden, hvorav 15 med bakteriell infeksjon. De syke barna hadde signfikant lavere vitamin D nivå, og virale infeksjoner kan se ut til å pre-disponere for alvorlighetsgrad av bakterielle infeksjoner. Samlet representerer disse resultatene viktige bidrag for etablering av en framtidig universell kryssbeskyttende influensavaksine.

Seasonal influenza is a major contributor to childhood pneumonia in low-income countries, possibly by paving the way for bacterial pathogens. A cheap and broadly protective influenza vaccine might therefore be a better choice than the expensive conjugated pneumococcal vaccines to protect children against lethal pneumonia. While antibody-mediated immunity against influenza is primarily restricted to protect against the same viral strain as used for vaccination, T cell responses are directed against conserved antigens common to a wide range of both seasonal and pandemic influenza strains. This cross-protective immunity provides the basis for development of universal influenza vaccines. We will develop bio-informatic tools for prediction and use of synthetic peptides representing conserved T cell epitopes, allowing efficient measures of cross-reactivity against a broad panel of relevant influenza strains after vaccination without handling pathogenic viruses. In addition, this tool will be used to evaluate preparedness against new and emerging strains in children from a low income country (Ethiopia). High throughput assays for measuring cross-protective cellular immunity (granzyme B assay, multi parameter flow cytomety, and multiplex cytokine detection) have recently been introduced by partners of the consortium, and provides the methodological basis. We will analyse cross-reactive cellular immunity induced by live attenuated and inactivated whole virus vaccines given by the intranasal route compared with parenteral split and virosomal vaccines. Moreover, cellular immunity induced after pandemic vaccination (pH1N1) in pregnancy will be compared to non-pregnant controls with respect to the same immune parameters. The strength of this project is related to the introduction of novel methods for evaluating cellular immunity, and the utilization of clinical material from several vaccine trials, in addition to biological material from clinically ill and healthy individuals. This enables us to define correlates of cross-protective immunity (universal) that is highly relevant for improved preparedness against seasonal and pandemic influenza.