ИРН АР13067593 «Исследование роли MDSC в регуляции иммунного ответа на вакцину при старении и разработка фармакологических подходов к повышению эффективности вакцинации»

Актуальность

Многочисленными исследованиями установлено, что вакцинация пожилых людей старше 65 лет в значительной степени неэффективна, причиной чего считают возрастное снижение функциональных возможностей иммунной системы, называемое иммуностарением. Предполагается, что одной из возможных причин возникновения и поддержания иммуностарения в организме являются миелоидные супрессорные клетки (Myeloid-Derived Suppressor Cells, MDSC), представляющие собой гетерогенную популяцию патологически активированных моноцитов и гранулоцитов с уникальным метаболическим и генетическим профилем, которые привлекают особое внимание из-за их способности вызывать системную  и локальную иммуносупрессию и способствовать накоплению других иммуносупрессивных клеток, таких как Т-регуляторные клетки. Негативная роль MDSC в угнетении специфического Т-клеточного противоопухолевого иммунитета убедительно доказана при онкологическом процессе, как в эксперименте, так и в клинике. Стремительно нарастает количество работ, доказывающих участие этих клеток в развитии хронического воспаления, как инфекционной, так и неинфекционной природы. О возможном негативном влиянии MDSC на развитие противоинфекционного адаптивного иммунитета свидетельствует ряд экспериментальных работ. Настоящее исследование посвящено изучению негативной роли MDSC в регуляции адаптивного иммунного ответа на противоинфекционные вакцины в эксперименте на старых животных и разработке подходов к увеличению эффективности вакцинации путем фармакологического подавления иммуносупрессорной активности данных клеток. 

Цель

Целью проекта является оценка роли MDSC в подавлении иммунного ответа на вакцины при старении в эксперименте и разработка фармакологических методов повышения эффективности вакцинации.

Ожидаемые и достигнутые результаты

Ожидается, что в ходе выполнения работ по проекту будет доказано, что: 1) принципиальными регуляторами иммунного ответа, индуцированного вакциной, являются MDSC, уровень которых значительно повышается по мере старения организма. 2) подавление активности MDSC фармпрепаратами приведет к улучшению иммунного ответа на вакцины.

В качестве модели изучения будет использована инбредная мышиная линия BALB/c. В качестве испытуемой вакцины планируется использовать препараты инактивированного цельновирионного SARS-CoV-2, такой выбор обусловлен, в первую очередь, продолжающейся пандемией COVID-19 и необходимостью разработки новых подходов, направленных на улучшение эффективности вакцинации в группе пожилых людей и в других группах риска от COVID-19.

Состав исследовательской группы

В состав исследовательской группы входят высококвалифицированные специалисты в области молекулярной и клеточной иммунологии и иммунобиотехнологии:

Публикации исследовательской группы:

Perfilyeva Y.V., Abdolla N., Ostapchuk Y.O., Tleulieva R., Krasnoshtanov V.K., Perfilyeva A.V., Belyaev N.N. Chronic inflammation contributes to tumor growth: Possible role of L-selectin-expressing myeloid-derived suppressor cells (MDSCs)//Inflammation. – 2018. – V.42(1). – P.276-289. DOI: 10.1007/s10753-018-0892-6.

Perfilyeva Y.V., Ostapchuk Y.O., Abdolla N., Tleulieva R., Krasnoshtanov V.K., Belyaev N.N. Exogenous melatonin up-regulates expression of CD62L by lymphocytes in aged mice under inflammatory and non-inflammatory conditions//Immunological investigations. – 2019.- V.48(6). – P.623-643. DOI: 10.1080/08820139.2019.1586918.

Абдолла Н., Перфильева Ю.В., Тлеулиева Р., Остапчук Е.О., Красноштанов В.К., Тулеуханов С.Т., Беляев Н.Н. Cозылмалы қабыну белсендендірген миелоидты супрессорлық жасушалар(MDSCs) ісіктің өсуін ынталандырады//Вестник КазНМУ.- 2018. — №2. — С.233-236.

Perfilyeva Y.V., Kustova E.А., Urazalieva N.Т., Baisheva S.А., Aubakirova А.Т., Tleulieva R.T., Belyaev N.N., Zakiryanova G.К. Effects of L-Selectin stimulation on the expression of chemokine receptor CXCR4 on NK Cells of healthy donors and tumor patients//Bull. Exp. Biol. Med.–2012.-V.153.-N1.-P. 86-88. DOI: 10.1007/s10517-012-1650-7.

Perfilyeva Y., Ostapchuk Y., Aktas Cetin E., Yilmaz A., Deniz G., Talaeva S., Omarbaeva N, Oskolchenko I., Belyaev N. Hyaluronan-binding T regulatory cells in peripheral blood of breast cancer patients//J. Clin. & Cell Immunol. – 2014. – V.6(1). – e286. DOI:10.4172/2155-9899.1000286.

Ostapchuk Y.O., Actas Cetin E., Perfilyeva Y.V., Yilmaz A., Skiba Y.A., Chirkin A.P., Omarbaeva N.A., Talaeva Sh.G., Belyaev N.N., Deniz G. Peripheral blood NK cells expressing HLA-G, IL-10 and TGF-b in healthy donors and breast cancer patients//Cell. Immunol.-2015.-V.298.-P.37-46. DOI: 10.1016/j.cellimm.2015.09.002.

Ostapchuk E.O., Perfil’eva Yu.V., Talaeva Sh.Zh. , Omarbaeva N.A., Belyaev N.N. Content of HLA-G+ T cells in the peripheral blood from healthy women and breast cancer patients//Bull. Experim. Biol. Med.- 2015.-V.159.-N5.-Р.649-651. DOI: 10.1007/s10517-015-3038-y.

Perfilyeva Y., Abdolla N., Ostapchuk Y.O., Tleulieva R., Krasnoshtanov V.C., Belyaev N.N. Expansion of CD11b+Ly6Ghigh and CD11b+CD49d+ myeloid cells with suppressive potential in mice with chronic inflammation and light-at-night-induced circadian disruption//Inflamm. Res. — 2017. – N66. — P. 711-724. DOI:10.1007/s00011-017-1052-4.

Belyaev N.N., Abdolla N., Perfilyeva Y.V., Ostapchuk Y.O., Krasnoshtanov V.K., Kali A., Tleulieva R. Daunorubicin conjugated with alpha-fetoprotein selectively eliminates myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) and inhibits experimental tumor growth//Cancer Immunology, Immunotherapy. – 2018. — V.67. – P.101-111. DOI: 10.1007/s00262-017-2067-y.

Balabekova M.K., Ostapchuk Y.O., Perfilyeva Y.V., Tokusheva A.N., Nurmuhambetov A., Tuhvatshin R.R., Trubachev V.V., Akhmetov Z.B., Abdolla N., Kairanbayeva G.K., Sulev K., Belyaev N.N. Oral administration of ammonium metavanadate and potassium dichromate distorts the inflammatory reaction induced by turpentine oil injection in male rats//Drug and chemical toxicology, 2019. DOI: 10.1080/01480545.2019.1585446.

Zakiryanova G., Perfilyeva Y., Abdolla N., Kustova E., Urazalieva N., Ostapchuk E., Tleulieva R., Belyaev N. Human CD117-positive and CD117-negative NK cell subsets// Immunology, Special Issue: Abstracts of the Annual Congress of the British Society for Immunology, Liverpool, UK, 5–8 December, 2011.- Immunology. – 2011. — V.135. – Р.90.

Ostapchuk E.O., Perfilyeva Y.V., Kustova E.A., Urazalieva N.T., Omarbaeva N.A., Talaeva S.G., Belyaev N.N. Functional heterogenity of circulating T regulatory cell subsets in breast cancer patients//Breast cancer. – 2018. — V.25(6). – P.687-697. DOI: 10.1007/s12282-018-0874-4. 4 цитрования.

Belyaev N. N., Ostapchuk Y.O., Perfilyeva Y.V. Regulatory NK cells: A potentially negative role in cancer//Chapter in the book Horizons in cancer research. Vol.69. Editor Watanabe H.S., New York, by Nova Science Publishers, Inc., 2018. — P.1-57.

Информация для потенциальных пользователей

С увеличением ожидаемой продолжительности жизни численность населения мира и число людей в возрасте 65 лет и старше, как ожидается, удвоятся к 2050 году, достигнув 1,5 миллиарда человек. Во всем мире доля население в возрасте 65 лет и старше увеличилось с 6 процентов в 1990 году до 9 процентов в 2019 году. Прогнозируется, что эта доля будет расти и достигнет 16 процентов к 2050 году, таким образом, каждый шестой человек в мире будет в возрасте 65 лет или старше. Аналогичная ситуация наблюдается в Казахстане. Тяжесть многих инфекций выше у пожилых людей по сравнению с более молодыми взрослыми, и инфекционные заболевания часто связаны с осложнениями, приводящими к потере трудоспособности и независимости. Это представляет серьезную проблему для систем общественного здравоохранения, и поэтому профилактика инфекционных заболеваний является важной мерой для обеспечения здорового старения и улучшения качества жизни.

Непосредственный социально-экономический эффект от реализации данного проекта имеет отдаленный характер, как и от любого фундаментального исследования. Тем не менее реализация данного проекта предоставит первичные данные о возможных способах повышения иммуногенности вакцинации у пожилых людей, что, в конечном итоге, может привести к снижению смертности пожилых и других групп риска с хроническим воспалением людей от инфекционных заболеваний, улучшению качества жизни данных групп населения, повышению границы социально активного, работоспособного возраста и, в конечном итоге, к повышению экономического потенциала страны и меньшим затратам в здавоохранении.

2023 (1 полугодие)

Исследованы показатели антиген-индуцированного Т и В-клеточного иммунного ответа у старых и молодых мышей в двух моделях. С использованием отработанных в 2022 г. методов проведена оценка антиген-индуцированного иммунного ответа у мышей BALB/c, иммунизированных инактивированным цельноклеточным препаратом SARS-CoV-2. Для этого проведен цитофлуориметрический анализ содержания В-клеток (B220+MHCII+), дендритных клеток (ДК) (СD11b+CD11c+MHCII+), цитотоксических CD8+ Т-клеток с определением доли эффекторных (CD44highCD62L), наивных (CD44-CD62L+), Т-клеток центральной памяти (CD44highCD62Lhigh) и антиген-специфических клеток с фенотипом CD4+CD49d+CD11a+ у старых и молодых мышей до и через 7-21 дней после бустерной иммунизации. Оценена пролиферация клеток и продукция IFNg мононуклеарами, полученными от старых и молодых мышей при совместной инкубации спленоцитов с рекомбинантными белками S1, N (ThermoFisher Scientific) и цельновирионным инактивированным SARS-CoV-2 в различных концентрациях в условиях in vitro. Для контроля иммунизации проведен ИФА для определения титров антител к домену S1 и N-протеину SARS-CoV-2 в сыворотке иммунизированных и неиммунизированных старых и молодых животных . В результате, IgG к домену S1 спайк-белка S и нуклеопротеину N SARS-CoV-2 выявлены в сыворотках всех иммунизированных мышей, достоверных различий в титрах антител между старыми и молодыми мышами не выявлены. Показано снижение относительного содержания CD8+ Т-клеток у старых невакцинированных и вакцинированных мышей по сравнению с молодыми мышами. При этом уровень наивных Т-клеток был значительно снижен у старых мышей по сравнению с молодыми животными, а уровень эффекторных Т-клеток и Т-клеток центральной памяти не изменялся. Показано, что вакцинация приводила к повышению доли В-клеток у молодых и старых мышей. Также, проведена оценка антиген-индуцированного иммунного ответа у старых и молодых мышей аутбредной линии CD1, иммунизированных противогриппозной субъединичной трех-валентной вакциной Influvac (2 мкг/мышь; Abbott Products, Голландия). Контроль иммунизации проводили по оценке содержания специфических IgG в сыворотке крови неиммунизированной и иммунизированной мыши через 14 дней после повторной вакцинации в разведениях. С помощью цитофлуориметрического анализа проведена оценка содержания основных популяций эффекторных иммунных клеток, обозначенных выше с дополнительным анализом экспрессии хемокинового рецептора CXCR5 на В-клетках, ответственного за миграцию клеток во вторичные лимфоидные органы, и ко-стимуляторной молекулы CD28 на CD3+ Т-лимфоцитах. Оценена антиген-специфическая продукция IFNg и TNFа Т-лимфоцитами в культуре спленоцитов в ответ на добавление трех-валентной вакцины Influvac и пула рекомбинантных пептидов PepTivator Influenza A (H1N1) research grade либо контрольных пептидов. Продукцию IFNg и TNFa оценивали на проточнике внутриклеточно, также оценивали содержание IFNg в супернатанте с помощью ИФА.  В результате, показано, что у старых мышей линии CD1 статистически значимо снижена экспрессия CD62L на Т — клетках по сравнению с молодыми мышами. Показано, что у старых мышей антиген-специфический противо-гриппозный цитокиновый ответ опосредован в основном продукцией TNFa. Иммунизация старых мышей вакциной Influvac в выбранной дозе приводила к достаточно высоким титрам антител.  

2023 (2 полугодие)

Оценена способность MDSC подавлять антиген-специфический Т-клеточный ответ у старых мышей в условиях in vitro.  Проведены эксперименты по оценке способности MDSC подавлять антиген-специфический Т-клеточный ответ у старых мышей после иммунизации инактивированным цельноклеточным препаратом SARS-CoV-2 и вакциной противогриппозной субъединичной инактивированной трех-валентной Influvac. В модели с использованием инактивированного цельноклеточного препарата SARS-CoV-2 обнаружено, что при добавлении MDSC к культуре клеток спленоцитов, в соотношении супрессор:мишень равном 1:5, MDSC были способны подавлять антиген-специфическую продукцию IFNg как CD4+, так и CD8+ Т-клетками. В свою очередь, деплеция MDSC значительно увеличивала продукцию IFNg, продуцируемых CD4+ и CD8+ Т-клетками, полученными из селезенки старых мышей, иммунизированных инактивированным вирусом SARs-CoV-2. Также показана негативная корреляция между уровнем селезеночных CD11b+Gr1+ MDSC и уровнем CD8+ Т-клеток и экспрессией маркера CD62L на CD8+ Т-клетках у старых и молодых мышей. В модели с использованием противогриппозной вакцины Influvac также показано дозозависимое подавление антиген-специфической Т-клеточной  продукции цитокинов IFNg и TNFа Gr1+ клетками, полученными от старых мышей. Полученные данные предполагает роль MDSC в подавлении антиген-специфической активности Т-клеток. 

2024 (1 полугодие)

Проведен анализ данных научной литературы для определения оптимальных дозировок введения активного метаболита витамина D. Составлен протокол и план исследования. Проведена рандомизация старых животных в группы исследования. Проведены работы по иммунизации первой партии животных и введению витамина D согласно разработанному плану. Проведен цитофлуориметрический анализ содержания и фенотипических и функциональных характеристик MDSC (в частности, оценена экспрессия CD115, CD244, рецепторов ингибиторного типа группы В7: PD-L2 и CD80, а также продукция активных форм кислорода) и содержания основных популяций эффекторных иммунных клеток (В-клеток (B220+MHCII+), дендритных клеток  (СD11b+CD11c+MHCII+), цитотоксических CD8+ Т-клеток с определением доли эффекторных (CD44highCD62L), наивных (CD44-CD62L+), Т-клеток центральной памяти (CD44highCD62Lhigh)) у контрольной группы животных (0,05 мл носителя (минерального масла) + 0,25 мл PBS два раза в неделю) и первой экспериментальной группы животных (0,025 мкг кальцитриола в 0,05 мл носителя + 0,25 мл PBS два раза в неделю). Отработан дополнительный метод оценки антиген-специфической активности Т-клеток с помощью ELISPOT-анализа. Проведены эксперименты по оценке антиген-специфической продукции IFNg и TNFа Т-клетками, полученными от контрольной и экспериментальной группы мышей. Проведены дополнительные эксперименты по оценке способности MDSC, полученных от старых животных, ингибировать антиген-специфический Т-клеточный ответ.

2024 (2 полугодие)

Проведены работы по изучению влияния введения активного метаболита витамина D на продукцию специфических антител у старых мышей. Проведена оценка уровней 1,25 (ОН)2D, S100A9, PGE2 в сыворотке старых и молодых вакцинированных и невакцинированных мышей, а также у старых животных, получающих активный метаболит витамина D. Проведены работы по иммунизации второй экспериментальной группы животных и введению витамина D согласно разработанному ранее плану (0,05 мкг кальцитриола в 0,05 мл носителя + 0,25 мл PBS два раза в неделю). Проведен цитофлуориметрический анализ содержания и фенотипических и функциональных характеристик MDSC (в частности, оценена экспрессия CD115, CD244, рецепторов ингибиторного типа группы В7: PD-L2 и CD80, а также продукция активных форм кислорода) и содержания основных популяций эффекторных иммунных клеток (В-клеток (B220+MHCII+), дендритных клеток (СD11b+CD11c+MHCII+), цитотоксических CD8+ и CD4+ Т-клеток с определением доли эффекторных (CD44highCD62L), наивных (CD44-CD62L+), Т-клеток центральной памяти (CD44highCD62Lhigh)) у второй экспериментальной группы животных. Проведена оценка антиген-специфической продукции цитокинов Т-клетками у старых животных в контрольной и экспериментальной (получающих кальцитриол) группах. Проведена оценка супрессорной активности MDSC, полученных от мышей из экспериментальной группы, в отношении аутологичных Т-клеток. Проведен анализ данных цитофлуориметрического анализа и статистическая обработка результатов.

Показано, что введение кальцитриола не влияло на продукцию специфических антител у старых вакцинированных животных, что может свидетельствовать о том, что витамин D не влияет на способность мышей вырабатывать антительный ответ на антигенный стимул. Однако у животных, получающих кальцитриол, отмечен тренд к повышению антиген-специфической продукции IFNgТ-клетками в ответ на стимуляцию иммуногеном in vitro. Отмечено, что введение кальцитриола значительно повышало содержание F4/80-экспрессирующих CD11b+Gr1+-клеток у старых мышей, что предполагает поляризацию миелоидных клеток в сторону макрофагов.

На повторном рецензировании находится 1 (одна) статья в рецензируемом научном издании по научному направлению проекта, входящем во 2 (второй) квартиль по импакт-фактору в базе Web of Science:

1. Perfilyeva Y, Aquino A., Borodin M., Kali A., Abdolla N., Ostapchuk Y., Tleulieva R, Perfilyeva A, Jainakbayev N., Sharipov K., Belyaev N. Can interventions targeting MDSCs improve the outcome of vaccination in vulnerable populations?/International Reviews of Immunology. – 2024. – на повторном рецензировании с сентября 2024 г. (JIF QUARTILE — Q2 (Immunology); JIF PERCENTILE – 58.1 (Immunology) Web of Science; CiteScore 2023 = 11, Immunology and Allergy 82% Scopus).)

Публикации по проекту:

1.Ostapchuk Y., Lushova A., Kan S., Abdolla N., Kali A., Tleulieva R., Perfilyeva A., Perfilyeva Y. Long-term changes in the phenotype and cytokine production of monocytes in COVID-19 recovered and vaccinated individuals //Infection and Immunity.– 2024. – N.92: e00216-24.https://doi.org/10.1128/iai.00216-24. (JCI QUARTILE — Q2 (Infectious diseases); JCI PERCENTILE – 50.78 (Infectious diseases) Web of Science; CiteScore 2023 = 6, Parasitology 82% Scopus).

2. Перфильева Ю.В., Абдолла Н., Кали А., Тлеулиева Р.Т., Әбен Д.С., Абдусаттарова Ю.Р., Лушова А.В., Остапчук Е.О., Каральник Б.В., Беляев Н.Н. Миелоидные супрессорные клетки (MDSC) регулируют Т-клеточный ответ у старых мышей, иммунизированных цельновирионной вакциной SARS-CoV-2. Eurasian Journal of Applied Biotechnology. – 2024, – Vol. 1. — C. 53-61. doi: 10.11134/btp.1.2024.5. (журнал рекомендован КОКСНВО МНВО РК).