Verschenen op Nature Microbiology. 9 september 2020.
Door: Wen She Lee, Adam K. Wheatley, Stephen J.Kent, en Brandon J. DeKosky
Antibody-dependent enhancement and SARS-CoV-2 vaccines and therapies | Nature Microbiology
Antilichaamafhankelijke versterking en vaccins en therapieën tegen SARS-CoV-2
Op antilichamen gebaseerde geneesmiddelen en vaccins tegen severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) worden versneld in preklinische en klinische ontwikkeling gebracht. Gegevens uit het onderzoek van SARS-CoV en andere respiratoire virussen suggereren dat anti-SARS-CoV-2 antilichamen COVID-19 zouden kunnen verergeren door antilichaam-afhankelijke versterking (ADE). Eerdere studies naar vaccins tegen respiratoir syncytieel virus en knokkelkoortsvirus brachten risico’s voor de klinische veiligheid bij mensen aan het licht die verband hielden met ADE, wat resulteerde in mislukte vaccinexperimenten. Hier beschrijven we de belangrijkste ADE-mechanismen en bespreken we strategieën ter beperking van ADE voor SARS-CoV-2-vaccins en -therapieën die in ontwikkeling zijn. We geven ook een overzicht van recent gepubliceerde gegevens om de risico’s en mogelijkheden van op antilichamen gebaseerde bescherming tegen SARS-CoV-2 te evalueren.
Primair.
Het opduiken en de snelle wereldwijde verspreiding van het severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2), het oorzakelijke agens van coronavirusziekte 2019 (COVID-19), heeft geleid tot een aanzienlijke morbiditeit en mortaliteit in de hele wereld, samen met een wijdverspreide sociale en economische ontwrichting. SARS-CoV-2 is een betacoronavirus dat nauw verwant is aan SARS-CoV (met ~80% sequentie-identiteit), dat de SARS-uitbraak in 2002 veroorzaakte. Het op een na meest verwante humane coronavirus is het aan het Midden-Oosten respiratoir syndroom gerelateerde coronavirus (MERS-CoV; ~54% sequentie-identiteit), dat het Midden-Oosten respiratoir syndroom veroorzaakte in 2012 (refs. 1,2). SARS-CoV-2 is ook genetisch verwant aan andere endemische menselijke coronavirussen die mildere infecties veroorzaken: HCoV-HKU1 (~52% sequentie-identiteit), HCoV-OC43 (~51%), HCoV-NL63 (~49%) en HCoV-229E (~48%)1. SARS-CoV-2 is nog nauwer verwant met coronavirussen die zijn geïdentificeerd bij hoefijzervleermuizen, wat suggereert dat hoefijzervleermuizen het primaire dierlijke reservoir zijn met een mogelijke intermediaire overdracht naar schubdieren 3.
Cellulaire toegang van SARS-CoV-2 wordt gemedieerd door de binding van het virale spike (S) eiwit aan zijn cellulaire receptor, angiotensine-converterend enzyme 2 (ACE2)4,5. Er zijn andere gastheer-entreatiefactoren geïdentificeerd, waaronder neuropiline-1 (refs. 6,7) en TMPRSS2, een transmembraan serine protease dat betrokken is bij de rijping van het S-eiwit4. Het S-eiwit van SARS-CoV-2 bestaat uit de S1-subeenheid, die het receptorbindingsdomein (RBD) bevat, en de S2-subeenheid, die membraanfusie voor virale binnendringing bemiddelt8. Een belangrijk doel van de ontwikkeling van vaccins en therapeutische middelen is het genereren van antilichamen die de toegang van SARS-CoV-2 tot cellen verhinderen door het blokkeren van ACE2-RBD bindingsinteracties of S-gemedieerde membraanfusie.
Een potentiële hindernis voor vaccins en therapeutica op basis van antilichamen is het risico op verergering van de ernst van COVID-19 via antilichaam-afhankelijke versterking (ADE). ADE kan de ernst van meerdere virale infecties vergroten, waaronder andere respiratoire virussen zoals respiratoir syncytieel virus (RSV)9,10 en mazelen11,12. ADE bij luchtweginfecties valt onder een bredere categorie, enhanced respiratory disease (ERD) genoemd, die ook niet-antilichaam-gebaseerde mechanismen omvat, zoals cytokinecascades en celgemedieerde immunopathologie (kader 1). ADE veroorzaakt door versterkte virale replicatie is waargenomen bij andere virussen die macrofagen infecteren, waaronder het denguevirus13,14 en het infectieuze peritonitisvirus (FIPV) bij katachtigen15. Bovendien zijn ADE en ERD zowel in vitro als in vivo gerapporteerd voor SARS-CoV en MERS-CoV. De mate waarin ADE bijdraagt tot de immunopathologie van COVID-19 wordt actief onderzocht.
In dit Perspectief bespreken we de mogelijke mechanismen van ADE in SARS-CoV-2 en schetsen we verschillende risicobeperkende principes voor vaccins en therapeutica. We belichten ook welke soorten studies waarschijnlijk de relevantie van ADE in de pathologie van COVID-19 aan het licht zullen brengen en onderzoeken hoe de opkomende gegevens klinische interventies zouden kunnen beïnvloeden.
ADE
ADE kan grofweg in twee verschillende typen worden ingedeeld op basis van de betrokken moleculaire mechanismen:
ADE via versterkte infectie. Een verhoogde infectiesnelheid van doelcellen treedt op bij een antilichaamafhankelijke wijze die gemedieerd wordt door Fc-FcR interacties. ADE via versterkte infectie wordt gewoonlijk gemeten met in vitro-tests waarbij de antilichaamafhankelijke infectie wordt gedetecteerd van cellen die FcγRIIa tot expressie brengen, zoals monocyten en macrofagen. Het verband tussen de resultaten van in vitro ADE-tests en klinische relevantie is vaak eerder impliciet dan direct waargenomen. Dengue-virus is het best gedocumenteerde voorbeeld van klinische ADE via versterkte infectie.
ADE via versterkte immuunactivering. Verhoogde ziekte en immunopathologie worden veroorzaakt door overmatige Fc-gemedieerde effectorfuncties en immuuncomplexvorming op een antilichaam-afhankelijke wijze. De antilichamen die geassocieerd worden met versterkte ziekte zijn vaak niet-neutraliserend. ADE van dit type wordt gewoonlijk in vivo onderzocht door het opsporen van verergerde ziektesymptomen, met inbegrip van immunopathologie en ontstekingsmarkers, en wordt het duidelijkst geassocieerd met virale infecties van de luchtwegen. RSV en mazelen zijn goed gedocumenteerde voorbeelden van ADE veroorzaakt door verhoogde immuunactivering.
ERD en ADE (van het tweede type dat hierboven wordt beschreven) worden vaak geïdentificeerd aan de hand van klinische gegevens, waaronder de prevalentie van symptomen en de ernst van de ziekte, in plaats van aan de hand van de specifieke moleculaire mechanismen die de oorzaak zijn van ernstige ziekte. De aanwezigheid van complexe terugkoppelingslussen tussen verschillende takken van het immuunsysteem maakt het zeer moeilijk (hoewel niet onmogelijk) om de moleculaire mechanismen van ADE en ERD in studies bij mensen en dieren onomstotelijk vast te stellen, ook al zijn de klinische gegevens die ADE en ERD ondersteunen vrij duidelijk. Er worden veel verschillende metingen en assays gebruikt om ADE en ERD op te sporen, die kunnen variëren afhankelijk van het specifieke virus, de preklinische en/of klinische protocollen, de verzamelde biologische monsters en de gebruikte in vitro-technieken.
Respiratoire ADE is een specifieke subgroep van ERD.
Mechanismen van ADE.
Er is aangetoond dat ADE optreedt via twee verschillende mechanismen bij virale infecties: door versterkte antilichaam-gemedieerde virusopname in Fc gamma receptor IIa (FcγRIIa)-expresserende fagocytische cellen die leidt tot verhoogde virale infectie en replicatie, of door overmatige antilichaam Fc-gemedieerde effectorfuncties of immuuncomplexvorming die leidt tot verhoogde ontsteking en immunopathologie (fig. 1, kader 1). Beide ADE-wegen kunnen zich voordoen wanneer niet-neutraliserende antilichamen of antilichamen op sub-neutraliserende niveaus zich aan virale antigenen binden zonder de infectie te blokkeren of op te ruimen. ADE kan op verschillende manieren worden gemeten, onder meer in vitro-tests (die het meest gangbaar zijn voor het eerste mechanisme waarbij FcγRIIa-gemedieerde versterking van infectie in fagocyten optreedt), immunopathologie of longpathologie. ADE via FcγRIIa-gemedieerde endocytose in fagocyterende cellen kan in vitro worden waargenomen en is uitgebreid bestudeerd voor macrofaag-tropische virussen, waaronder denguevirus bij mensen16 en FIPV bij katten15. Bij dit mechanisme binden niet-neutraliserende antilichamen zich aan het viraal oppervlak en worden virionen rechtstreeks naar macrofagen getransporteerd, die vervolgens de virionen internaliseren en productief besmet raken. Aangezien veel antilichamen tegen verschillende dengue-serotypes kruisreactief maar niet-neutraliserend zijn, kunnen secundaire infecties met heterologe stammen resulteren in een verhoogde virale replicatie en ernstigere ziekte, wat leidt tot grote veiligheidsrisico’s zoals gerapporteerd in een recente dengue-vaccintestudie13,14. In andere vaccinstudies hadden katten die waren geïmmuniseerd tegen het S-eiwit van het FIPV of passief waren geïnfundeerd met anti-FIPV-antilichamen een lagere overlevingskans wanneer zij werden uitgedaagd met het FIPV, vergeleken met controlegroepen17. Niet-neutraliserende antilichamen, of antilichamen met een sub-neutraliserend gehalte, versterkten het binnendringen in alveolaire en peritoneale macrofagen18 , waarvan werd aangenomen dat zij de infectie verspreidden en het ziekteverloop verslechterden19.
a. Voor macrofaag-tropische virussen zoals denguevirus en FIPV veroorzaken niet-neutraliserende of subneutraliserende antilichamen een verhoogde virale infectie van monocyten of macrofagen via FcγRIIa-gemedieerde endocytose, wat leidt tot ernstiger ziekte. b. Voor niet-macrofaag-tropische respiratoire virussen zoals RSV en mazelen kunnen niet-neutraliserende antilichamen immuuncomplexen vormen met virale antigenen in het luchtwegweefsel, wat leidt tot de secretie van pro-inflammatoire cytokinen, rekrutering van immuuncellen en activering van de complementcascade in het longweefsel. De ontsteking die hieruit voortvloeit kan leiden tot luchtwegobstructie en kan in ernstige gevallen acuut respiratoir distress syndroom veroorzaken. De studies naar de immunopathologie van COVID-19 zijn nog aan de gang en de recentste beschikbare gegevens suggereren dat menselijke macrofaaginfectie door SARS-CoV-2 niet productief is. Bestaande gegevens suggereren dat de vorming van immuuncomplexen, complementafzetting en lokale immuunactivering de meest waarschijnlijke ADE-mechanismen zijn in de immunopathologie van COVID-19. Figuur gemaakt met BioRender.com.
In het tweede beschreven ADE mechanisme dat het best geïllustreerd wordt door respiratoire pathogenen, kunnen Fc-gemedieerde antilichaam effector functies respiratoire ziekte versterken door het initiëren van een krachtige immuun cascade die resulteert in waarneembare long pathologie20,21. Fc-gemedieerde activatie van lokale en circulerende aangeboren immuuncellen zoals monocyten, macrofagen, neutrofielen, dendritische cellen en natuurlijke killer cellen kunnen leiden tot een ontregelde immuunactivatie ondanks hun potentiële doeltreffendheid bij het opruimen van virus-geïnfecteerde cellen en debris. Voor niet-macrofaag tropische respiratoire virussen zoals RSV en mazelen is aangetoond dat niet-neutraliserende antilichamen ADE en ERD induceren door immuuncomplexen te vormen die neerslaan in luchtwegweefsels en cytokine- en complementwegen activeren, wat leidt tot ontsteking, luchtwegobstructie en, in ernstige gevallen, tot acuut respiratoir distress-syndroom10,11,22,23. Deze eerdere waarnemingen van ADE met RSV en mazelen vertonen veel gelijkenissen met de bekende klinische presentaties van COVID-19. Zo is bijvoorbeeld aangetoond dat overactivering van de complementcascade bijdraagt tot inflammatoire longschade bij COVID-19 en SARS24,25. Twee recente studies ontdekten dat S- en RBD-specifieke immunoglobuline G (IgG) antilichamen in patiënten met COVID-19 lagere niveaus van fucosylering binnen hun Fc-domeinen hebben26,27-een fenotype dat verband houdt met een hogere affiniteit voor FcγRIIIa, een activerende Fc-receptor (FcR) die antilichaam-afhankelijke cellulaire cytotoxiciteit bemiddelt. Hoewel deze hogere affiniteit in sommige gevallen gunstig kan zijn via krachtigere FcγRIIIa-gemedieerde effectorfuncties28,29, werden niet-neutraliserende IgG-antilichamen tegen denguevirus die afucosylated waren, geassocieerd met ernstigere ziekte-uitkomsten30. Larsen et al. tonen verder aan dat S-specifieke IgG bij patiënten met zowel COVID-19 als acuut ademnoodsyndroom lagere fucosyleringsniveaus vertoonden in vergelijking met patiënten die asymptomatische of milde infecties hadden26. Of de lagere fucosyleringsniveaus van SARS-CoV-2-specifieke antilichamen rechtstreeks hebben bijgedragen tot de immunopathologie van COVID-19 moet nog worden bepaald.
Belangrijk is dat van SARS-CoV-2 niet is aangetoond dat het macrofagen productief infecteert31,32. Bijgevolg suggereren de beschikbare gegevens dat het meest waarschijnlijke ADE-mechanisme dat relevant is voor de COVID-19-pathologie de vorming is van antilichaam-antigeen immuuncomplexen die leidt tot overmatige activatie van de immuuncascade in het longweefsel (Fig. 1).
Bewijs van ADE bij coronavirusinfecties in vitro
Hoewel ADE in vitro goed is gedocumenteerd voor een aantal virussen, waaronder het humaan immunodeficiëntievirus (HIV)33,34, ebola35,36, influenza37 en flavivirussen38 , blijft de relevantie van in vitro ADE voor humane coronavirussen minder duidelijk. Verschillende studies hebben een verhoogde opname van SARS-CoV- en MERS-CoV-virionen in FcR-expresserende monocyten of macrofagen in vitro32,39,40,41,42 aangetoond. Yip et al. vonden een verhoogde opname van SARS-CoV en S-expresserende pseudovirussen in monocyt-afgeleide macrofagen, gemedieerd door FcγRIIa en anti-S serumantilichamen32. Evenzo toonden Wan et al. aan dat een neutraliserend monoklonaal antilichaam (mAb) tegen de RBD van MERS-CoV de opname van virionen in macrofagen en verschillende cellijnen getransfecteerd met FcγRIIa verhoogde39. Echter, het feit dat antigeenspecifieke antilichamen rijden fagocytische opname is niet verwonderlijk, zoals monocyten en macrofagen kunnen antilichaam-afhankelijke fagocytose mediëren via FcγRIIa voor virale klaring, ook voor influenza43. Belangrijk is dat macrofagen in geïnfecteerde muizen bijdroegen aan de antilichaam-gemedieerde klaring van SARS-CoV44. Terwijl MERS-CoV productief macrofagen blijkt te infecteren45 , is SARS-CoV-infectie van macrofagen abortief en verandert het pro-inflammatoire cytokine-genexpressieprofiel niet na antilichaam-afhankelijke opname41,42. De tot nu toe gedane bevindingen pleiten tegen macrofagen als productieve gastheren van SARS-CoV-2-infectie31,32.
ADE bij menselijke coronavirusinfecties
Er is nog geen definitieve rol vastgesteld voor ADE bij coronavirusziekten bij de mens. Er werd voor het eerst bezorgdheid geuit over ADE bij patiënten met SARS toen bleek dat seroconversie en neutraliserende antilichaamresponsen correleerden met klinische ernst en mortaliteit46. Een soortgelijke bevinding werd gemeld bij patiënten met COVID-19, waarbij hogere antilichaamtiters tegen SARS-CoV-2 werden geassocieerd met ernstiger ziekte47. Een eenvoudige hypothese is dat hogere antilichaamtiters in ernstige COVID-19-gevallen het gevolg zijn van een hogere en meer langdurige blootstelling aan antigenen als gevolg van een hogere virale belasting48,49. Een recente studie toonde echter aan dat virale uitscheiding in de bovenste luchtwegen niet te onderscheiden was tussen patiënten met asymptomatische en symptomatische COVID-19 (ref. 50). Symptomatische patiënten vertoonden hogere anti-SARS-CoV-2 antilichaamtiters en verwijderden het virus sneller uit de bovenste luchtwegen, wat een eenvoudigere hypothese tegenspreekt dat antilichaamtiters gewoon veroorzaakt worden door een hogere virale belasting. Andere studies toonden aan dat anti-SARS-CoV-2 T-celresponsen op hoge niveaus gevonden kunnen worden bij milde en asymptomatische infecties51,52. Alles bij elkaar suggereren de gegevens dat sterke T-celresponsen kunnen worden gevonden bij patiënten met een breed scala aan klinische presentaties, terwijl sterke antilichaamtiters nauwer verbonden zijn met ernstige COVID-19. Een belangrijk voorbehoud is dat virale uitscheiding werd gemeten in de bovenste luchtwegen in plaats van in de onderste luchtwegen50. De onderste luchtwegen zijn waarschijnlijk belangrijker voor ernstige COVID-19 longpathologie, en het is onduidelijk hoe nauw de uitscheiding van SARS-CoV-2-virussen in de bovenste en de onderste luchtwegen correleert gedurende het ziekteverloop.
Naast de gastheerrespons op nieuwe SARS-CoV-2-infecties, is de mogelijkheid van reeds bestaande antilichamen tegen andere menselijke coronavirusstammen om ADE te mediëren bij patiënten met COVID-19 een ander mogelijk punt van zorg53. Antilichamen opgewekt door coronavirusstammen die endemisch zijn in menselijke populaties (zoals HKU1, OC43, NL63 en 229E) zouden theoretisch ADE kunnen mediëren door kruisreactieve herkenning van SARS-CoV-2 te vergemakkelijken in afwezigheid van virusneutralisatie. Uit voorlopige gegevens blijkt dat antilichamen van SARS-CoV-2-naïeve donoren met een hoge reactiviteit voor seizoensgebonden humane coronavirusstammen een lage kruisreactiviteit vertoonden tegen de nucleocapside en de S2-subeenheid van SARS-CoV-2 (ref. 54). Of dergelijke kruisreactieve antilichamen kunnen bijdragen tot klinische ADE van SARS-COV-2 moet nog worden onderzocht.
Risico op ERD voor SARS-CoV-2-vaccins
De bezorgdheid over de veiligheid van SARS-CoV-2-vaccins werd aanvankelijk gevoed door studies in muizen die een verhoogde immunopathologie, of ERD, aantoonden bij dieren die na een virale uitdaging met SARS-CoV waren gevaccineerd55,56,57,58. De waargenomen immunopathologie werd geassocieerd met Th2-cel-gestoorde reacties55 en was grotendeels gericht tegen het nucleocapsideproteïne56,58. Belangrijk is dat de immunopathologie niet werd waargenomen in uitgedaagde muizen na de passieve overdracht van nucleocapsid-specifiek immuunserum56, wat bevestigt dat de versterkte ziekte niet kon worden gerepliceerd met behulp van de overgedragen serumvolumes. Gelijkaardige studies met geïnactiveerde hele virussen of viralevector-gebaseerde vaccins voor SARS-CoV of MERS-CoV resulteerden in immunopathologie na virale challenge59,60,61, die in verband werden gebracht met Th2-cytokine-gebaseerde responsen55 en/of overmatige eosinofiele infiltratie in de longen57. Rationele selectie van hulpstoffen zorgt ervoor dat Th1-cel-gestoorde reacties deze met vaccins geassocieerde ERD-risico’s aanzienlijk kunnen verminderen. Bij kandidaat-vaccins tegen SARS-CoV, geformuleerd met aluin, CpG of Advax (een op delta-inuline gebaseerde hulpstof), bleek dat de met aluin geassocieerde Th2-gestoorde reacties leidden tot eosinofiele immunopathologie in de longen bij muizen, terwijl Advax bescherming zonder immunopathologie en een evenwichtigere Th1/Th2-respons opwekte62. Hashem et al. toonden aan dat muizen die gevaccineerd waren met een adenovirus 5 virale vector die MERS-CoV S1 tot expressie bracht, pulmonale pathologie vertoonden na virale challenge, ondanks het feit dat zij bescherming genoten. Belangrijk is dat de toevoeging van CD40L als een moleculaire adjuvans de Th1-responsen versterkte en de vaccin-gerelateerde immunopathologie verhinderde63.
Indien ERD veroorzaakt door menselijke vaccins zou voorkomen, zal dit eerst worden waargenomen in grotere fase II en/of fase III werkzaamheidsproeven die voldoende infectiegevallen bevatten voor statistische vergelijkingen tussen de geïmmuniseerde en placebo-controle studie-armen. Veiligheidsprofielen van COVID-19 vaccins moeten nauwlettend in real time worden gevolgd tijdens werkzaamheidsproeven bij mensen, vooral voor vaccins die een hoger theoretisch potentieel hebben om immunopathologie te veroorzaken (zoals geïnactiveerde hele-virusformuleringen of virale vectoren)64,65.
Risico op ADE voor vaccins tegen SARS-CoV-2
Het bewijs voor door vaccinatie veroorzaakte ADE in diermodellen van SARS-CoV is tegenstrijdig en geeft aanleiding tot potentiële bezorgdheid over de veiligheid. Liu et al. ontdekten dat, hoewel makaken geïmmuniseerd met een gemodificeerde vaccinia Ankara virale vector die het SARS-CoV S-eiwit tot expressie brengt, de virale replicatie na blootstelling verminderde, anti-S IgG ook de pulmonale infiltratie van ontstekingsmacrofagen versterkte en resulteerde in ernstiger longletsel in vergelijking met niet-gevaccineerde dieren66. Zij toonden verder aan dat de aanwezigheid van anti-S IgG voorafgaand aan de virale klaring de wondhelende respons van macrofagen verstoorde in een pro-inflammatoire respons. In een andere studie immuniseerden Wang et al. makaken met vier B-cel peptide epitopen van het SARS-CoV S-eiwit en toonden aan dat terwijl drie peptiden antilichamen opwekten die makaken beschermden tegen virusuitbraak, één van de peptidevaccins antilichamen induceerde die de infectie in vitro versterkten en in vivo leidden tot ernstigere longpathologie67.
Om daarentegen te bepalen of lage titers van neutraliserende antilichamen de infectie in vivo konden versterken, werden resusmakaken door Luo et al. negen weken na immunisatie met een geïnactiveerd vaccin met SARS-CoV uitgedaagd, toen de neutraliserende antilichaamtiters tot onder het beschermende niveau waren gedaald68. Hoewel de meeste geïmmuniseerde makaken besmet raakten na blootstelling aan het virus, hadden zij lagere virustiters in vergelijking met placebo-controles en vertoonden zij geen hogere niveaus van longpathologie. Evenzo toonden Qin et al. aan dat een geïnactiveerd SARS-CoV-vaccin cynomolgusmakaken beschermde tegen virale blootstelling en niet resulteerde in een verhoogde immunopathologie van de longen, zelfs bij makaken met lage neutraliserende antilichaamtiters69. Een studie bij hamsters toonde aan dat ondanks verhoogde in vitro virale toegang tot B-cellen via FcγRII, dieren gevaccineerd met het recombinante SARS-CoV S-eiwit beschermd waren en geen verhoogde longpathologie vertoonden na virale blootstelling70.
SARS-CoV-immunisatiestudies in diermodellen hebben dus resultaten opgeleverd die sterk variëren in termen van beschermende werkzaamheid, immunopathologie en potentiële ADE, afhankelijk van de gebruikte vaccinstrategie. Desondanks beschermen vaccins die neutraliserende antilichamen tegen het S-eiwit opwekken, dieren op betrouwbare wijze tegen blootstelling aan SARS-CoV zonder aanwijzingen voor versterking van infectie of ziekte71,72,73. Deze gegevens suggereren dat humane immunisatiestrategieën voor SARS-CoV-2 die hoge neutraliserende antilichaamtiters uitlokken een grote kans op succes hebben met een minimaal risico op ADE. Zo zouden subunitvaccins die S-specifieke neutraliserende antilichamen kunnen opwekken een lager ADE-risico moeten hebben (vooral tegen S dat in de prefusieconformatie is gestabiliseerd, om de presentatie van niet-neutraliserende epitopen te verminderen8). Deze moderne immunogene ontwerpbenaderingen zouden de potentiële immunopathologie geassocieerd met niet-neutraliserende antilichamen moeten verminderen.
Tot de vaccins met een hoog theoretisch risico op het induceren van pathologische ADE of ERD behoren geïnactiveerde virale vaccins, die niet-neutraliserende antigeendoelwitten en/of het S-eiwit in niet-neutraliserende conformaties kunnen bevatten, waardoor een veelheid van niet-beschermende doelwitten voor antilichamen ontstaat die extra ontsteking zouden kunnen veroorzaken via de welbeschreven mechanismen die voor andere respiratoire pathogenen zijn waargenomen. Het is echter bemoedigend dat een recente beoordeling van een geïnactiveerd SARS-CoV-2-vaccin sterke neutraliserende antilichamen heeft opgewekt bij muizen, ratten en resusmakaken, en dosis-afhankelijke bescherming heeft geboden zonder aanwijzingen voor verhoogde pathologie bij resusmakaken74. In de toekomst kunnen meer vaccinstudies in het Syrische hamstermodel cruciale preklinische gegevens opleveren, aangezien de Syrische hamster de menselijke COVID-19 immunopathologie beter lijkt te repliceren dan resusmakaakmodellen75.
ADE en interventies met recombinante antilichamen.
De ontdekking van mAbs tegen het SARS-CoV-2 S-eiwit vordert snel. Recente vorderingen bij de screening van B-cellen en de ontdekking van antilichamen hebben de snelle isolatie van krachtige SARS-CoV-2-neutraliserende antilichamen uit herstellende menselijke donoren76,77 en geïmmuniseerde diermodellen78 mogelijk gemaakt, alsook door re-engineering van eerder geïdentificeerde SARS-CoV-antilichamen79. In de komende weken en maanden zullen nog veel meer sterk neutraliserende antilichamen worden geïdentificeerd en in juli 2020 zijn verschillende klinische proeven bij mensen aan de gang. De proeven bij mensen zullen zowel profylactische als therapeutische toepassingen omvatten, zowel voor afzonderlijke mAbs als voor cocktails. In sommige klinische proeven bij mensen worden ook FcR-knockoutmutaties ingebouwd om het risico op ADE’s verder te verminderen80. Preklinische gegevens wijzen op een laag risico van ADE voor krachtig neutraliserende mAbs bij doses die aanzienlijk hoger liggen dan de drempel voor neutralisatie, die muizen en Syrische hamsters beschermden tegen SARS-CoV-2 challenge zonder versterking van infectie of ziekte81,82. ADE-risico’s kunnen toenemen in de periode waarin mAb-concentraties beneden een drempel voor bescherming zijn gedaald (wat analoog is aan de historische moeder-infant gegevens die belangrijke klinische bewijzen voor ADE in dengue leverden83). Het sub-beschermende concentratiebereik zal waarschijnlijk enkele weken of maanden na mAb toediening optreden, wanneer een groot deel van de initiële dosis van het geneesmiddel het lichaam heeft verlaten. Syrische hamsters die lage doses van een RBD-specifiek neutraliserend mAb toegediend kregen vóór blootstelling aan SARS-CoV-2 vertoonden een tendens tot groter gewichtsverlies dan controledieren82 , hoewel de verschillen niet statistisch significant waren en de dieren met lage doses lagere virale ladingen in de longen hadden in vergelijking met controledieren. Niet-neutraliserende mAbs tegen SARS-CoV-2 konden ook voor of na infectie in een hamstermodel worden toegediend om te bepalen of niet-neutraliserende antilichamen de ziekte versterken. Passieve overdracht van mAbs op verschillende tijdstippen na infectie (bijvoorbeeld in aanwezigheid van hoge virale ladingen tijdens de piekinfectie) zou ook de vraag kunnen beantwoorden of de vorming en afzetting van immuuncomplexen resulteert in de versterking van de ziekte en de immunopathologie van de longen. Als ADE van neutraliserende of niet-neutraliserende mAbs een punt van zorg is, zou het Fc-gedeelte van deze antilichamen kunnen worden gemanipuleerd met mutaties die de FcR binding opheffen80. Dierstudies kunnen helpen om te weten of Fc-gemedieerde effectorfuncties cruciaal zijn in het voorkomen, behandelen of verergeren van SARS-CoV-2 infectie, op een gelijkaardige manier als eerdere studies van influenza A en B infectie in muizen84,85 en simian-HIV infectie in makaken86,87. Een belangrijk voorbehoud voor het testen van menselijke mAbs in diermodellen is dat menselijke antilichaam Fc regio’s kunnen niet interageren met dierlijke FcRs op dezelfde manier als menselijke FcRs88. Waar mogelijk zullen antilichamen die gebruikt worden voor preklinische ADE-studies soortspecifieke Fc-regio’s vereisen om de Fc-effectorfunctie op gepaste wijze te modelleren.
ADE en herstelplasma-interventies.
Convalescent plasma (CP)-therapie is tijdens vele virale uitbraken gebruikt voor de behandeling van patiënten met ernstige ziekte bij gebrek aan doeltreffende antivirale therapeutica. Het kan een snelle oplossing bieden voor therapieën totdat moleculair gedefinieerde geneesmiddelen kunnen worden ontdekt, geëvalueerd en op grote schaal geproduceerd. Hoewel er een theoretisch risico bestaat dat CP-antilichamen de ziekte kunnen versterken via ADE, is uit case reports bij uitbraken van SARS-CoV en MERS-CoV gebleken dat CP-therapie veilig was en gepaard ging met betere klinische resultaten89,90. Een van de grootste studies tijdens de SARS-uitbraak meldde de behandeling van 80 patiënten met SARS in Hongkong91. Hoewel er geen placebo-controlegroep was, werden er geen met CP geassocieerde bijwerkingen vastgesteld en was er een hoger ontslagpercentage bij patiënten die eerder in de infectie werden behandeld. Verschillende kleine studies van personen met ernstige COVID-19-ziekte en een studie van 5.000 patiënten met COVID-19 hebben aangetoond dat CP-therapie veilig lijkt en de ziekte-uitkomsten kan verbeteren92,93,94,95,96, hoewel de voordelen mild lijken te zijn97. Het is echter moeilijk te bepalen of CP-therapie heeft bijgedragen tot herstel, aangezien de meeste studies tot nu toe ongecontroleerd waren en veel patiënten ook werden behandeld met andere geneesmiddelen, waaronder antivirale middelen en corticosteroïden. De potentiële voordelen van CP-therapie bij patiënten met ernstige COVID-19 is ook onduidelijk, aangezien patiënten met ernstige ziekte mogelijk al hoge antilichaamtiters tegen SARS-CoV-2 hebben ontwikkeld (refs. 47,98). CP is voorgesteld voor profylactisch gebruik bij hoogrisicopopulaties, waaronder mensen met onderliggende risicofactoren, eerstelijnsgezondheidswerkers en mensen met blootstelling aan bevestigde COVID-19-gevallen99. CP voor profylactisch gebruik kan een nog lager ADE-risico inhouden in vergelijking met het therapeutisch gebruik ervan, aangezien er een lagere antigene lading geassocieerd is met vroege virale overdracht in vergelijking met gevestigde respiratoire infectie. Zoals wij hierboven hebben benadrukt met recombinante mAbs, en zoals is aangetoond in historische gegevens over het denguevirus moeder-kind, is het theoretische risico van ADE’s bij profylaxe met CP het hoogst in de weken na de transfusie, wanneer de serumneutralisatietiters van antilichamen dalen tot subbeschermende niveaus. ADE-risico’s in CP-studies zullen moeilijker te kwantificeren zijn dan in recombinant mAb-studies omdat de precieze CP-samenstelling sterk varieert naar gelang van de behandelde patiënten en behandelingsprotocollen, vooral in CP-studies die worden uitgevoerd als één-op-één patiënt-receptiënt-protocollen zonder plasmapooling.
Om potentiële ADE-risico’s bij CP-therapie en -profylaxe te beperken, kunnen plasmadonoren vooraf worden gescreend op hoge neutralisatietiters. Anti-S- of anti-RBD-antilichamen kunnen ook uit gedoneerd CP worden gezuiverd om te verrijken voor neutraliserende antilichamen en om de risico’s van ADE te vermijden die worden veroorzaakt door niet-neutraliserende antilichamen tegen andere SARS-CoV-2-antigenen. Passieve infusiestudies in diermodellen helpen om de risico’s van CP in een goed gecontroleerde omgeving op te helderen, zowel voor profylactisch als voor therapeutisch gebruik. Belangrijke dierstudies (vooral bij Syrische hamsters, en idealiter met van hamsters afgeleid CP voor gematchte Fc-gebieden van antilichamen) en klinische resultaten bij de mens over de veiligheid en werkzaamheid van CP komen nu gelijktijdig aan het licht. Deze preklinische en klinische gegevens zullen nuttig zijn om de risicoprofielen voor ADE te bepalen ten opzichte van andere bekende ernstige bijwerkingen die kunnen optreden met CP bij de mens, waaronder acute longschade als gevolg van transfusie96,100.
Conclusie.
ADE zijn waargenomen bij SARS, MERS en andere menselijke respiratoire virusinfecties, waaronder RSV en mazelen, wat duidt op een reëel risico van ADE voor SARS-CoV-2-vaccins en op antilichamen gebaseerde interventies. Klinische gegevens hebben echter nog niet volledig aangetoond dat ADE een rol speelt in de pathologie van COVID-19 bij de mens. Stappen om de risico’s van ADE van immunotherapieën te verminderen omvatten de inductie of toediening van hoge doses krachtige neutraliserende antilichamen, in plaats van lagere concentraties niet-neutraliserende antilichamen die meer kans zouden hebben om ADE te veroorzaken.
In de toekomst zal het van cruciaal belang zijn om dierlijke en klinische datasets te evalueren op tekenen van ADE, en om ADE-gerelateerde veiligheidsrisico’s af te wegen tegen de werkzaamheid van interventie indien klinische ADE wordt waargenomen. Lopende klinische studies bij dieren en mensen zullen belangrijke inzichten verschaffen in de mechanismen van ADE in COVID-19. Dergelijk bewijsmateriaal is hard nodig om de productveiligheid te verzekeren in de grootschalige medische interventies die waarschijnlijk nodig zijn om de wereldwijde last van COVID-19 te verminderen.
Referenties:
Antibody-dependent enhancement and SARS-CoV-2 vaccines and therapies | Nature Microbiology
*** Vertaald met http://www.DeepL.com/Translator (gratis versie) ***
Quo Vadis 