мРНК-вакцины работают не так, как считалось

Для силы иммунного ответа важно не только какой антиген закодирован в мРНК, но и в каких клетках эта мРНК действительно переводится в белок. Причём результат оказался контринтуитивным: прямое производство антигена в дендритных клетках — классических «дирижёрах» Т-клеточного иммунитета — оказалось не обязательным, мышцы помогали ответу сильнее, чем ожидалось, а печень, наоборот, могла этот ответ приглушать.

Обычно мРНК-вакцину представляют так: липидная наночастица доставляет мРНК в клетки, клетки временно производят антиген, иммунная система его видит и обучается. Но липидные наночастицы не попадают строго в один тип клеток. После внутримышечного введения антиген могут производить клетки мышцы, иммунные клетки, клетки лимфоузлов; после внутривенного введения большая доля наночастиц охотно уходит в печень, особенно в гепатоциты. Авторы публикации в Nature Biotechnology сформулировали следующий вопрос: а какие именно клетки должны производить антиген, чтобы вакцина сработала лучше?

Для этого учёные использовали хитрый молекулярный приём. В мРНК вставляли участки-мишени для определённых микроРНК. МикроРНК — это короткие регуляторные молекулы, которые в клетке могут связываться с мРНК и мешать ей работать. У разных типов клеток есть свои характерные микроРНК: например, miR-122 типична для гепатоцитов печени, miR-142 — для кроветворных и профессиональных антиген-презентирующих клеток, miR-133 и miR-206 — для мышечных волокон. Если в вакцинную мРНК добавить соответствующую мишень, то в нужном типе клеток она будет выключаться. Получается нечто вроде адресного запрета: липидная наночастица может попасть в разные ткани, но сама мРНК будет производить белок только там, где ей это разрешено.

Сначала авторы доказали, что система действительно работает. Например, мРНК с мишенями для miR-122 почти полностью переставала давать экспрессию GFP в гепатоцитах: в клеточных опытах число GFP-положительных клеток снижалось более чем на 95%, а у мышей после внутривенного введения — примерно в 150 раз. При этом другие клетки печени, например макрофаги и эндотелиальные клетки, всё ещё могли экспрессировать белок. То есть это было не грубое «мРНК не дошла до печени», а именно точечное выключение в гепатоцитах.

Дальше начались самые интересные иммунологические результаты. Казалось бы, для сильного Т-клеточного ответа мРНК должна попасть в дендритные клетки: именно они показывают антиген Т-клеткам и запускают иммунную реакцию. Но когда исследователи выключили экспрессию в антиген-презентирующих клетках, иммунный ответ не рухнул. На модели GFP CD8+ T-клеточный ответ снизился, но сохранился. На модели Spike SARS-CoV-2 значимой разницы в Spike-специфичных CD8+ T-клетках вообще не нашли. Это значит, что дендритным клеткам не обязательно самим производить антиген из мРНК. Они могут захватывать антиген, произведённый другими клетками, и затем предъявлять его иммунной системе. То есть важнее не столько доставить мРНК прямо в дендритную клетку, сколько обеспечить правильную передачу антигена в систему презентации.

Неожиданно важной оказалась мышца. Обычно место внутримышечного укола воспринимают почти как удобное депо: туда ввели вакцину, оттуда началась иммунная реакция. Но авторы показали, что мышечные волокна могут быть активным участником ответа. Когда они выключали экспрессию мРНК именно в миоцитах с помощью мишеней для miR-133/206, антительный ответ на Spike оставался сопоставимым, а вот после бустера Spike-специфичных CD8+ T-клеток становилось примерно на 30% меньше. Другими словами, мышечные клетки – важный источник антигена для формирования клеточного иммунитета. Возможно, они производят антиген, который затем подхватывают дендритные клетки; авторы также нашли признаки повышения экспрессии MHC-I в мышце после введения мРНК-вакцины.

Ещё одна практически важная находка связана с печенью. Липидные наночастицы, особенно при внутривенном введении, часто попадают в печень. Для некоторых мРНК-терапий это удобно, но для вакцин, особенно противоопухолевых, может быть проблемой. Когда антиген производился в гепатоцитах, CD8+ T-клеточный ответ был слабее. Когда экспрессию в гепатоцитах выключали, ответ усиливался. В модели лимфомы A20 с GFP как опухолевым антигеном обычная мРНК-вакцина уже тормозила рост опухоли, но вариант с «отключением» печени работал лучше: опухолевая нагрузка снижалась ещё более чем на 50%, а в опухоли и селезёнке было больше специфичных CD8+ T-клеток. Эти клетки выглядели функционально активнее и менее истощёнными: меньше PD1 и TIM3, больше IFNγ и гранзима B.

Вероятное объяснение — иммунологическая особенность печени. Печень постоянно сталкивается с множеством антигенов из кишечника и поэтому склонна поддерживать толерантность, а не агрессивное воспаление. В этой работе важным оказался путь PD1/PDL1: когда животным давали анти-PD1-антитело, преимущество мРНК с выключением в гепатоцитах исчезало. Но авторы не сводят всё к одному механизму: печёночная толерантность сложна, и в ней могут участвовать гепатоциты, эндотелиальные клетки синусоидов и профессиональные антиген-презентирующие клетки.

Ещё один важный результат касается безопасности. Если гепатоциты начинают производить белок, против которого уже есть специфичные T-клетки, печень может стать мишенью иммунной атаки. В опытах обычная GFP-мРНК вызывала инфильтрацию CD8+ T-клеток в печень и повышение АЛТ/AСT — маркеров повреждения гепатоцитов. А мРНК, выключенная в гепатоцитах, давала меньше признаков повреждения печени и при этом более сильную T-клеточную экспансию в селезёнке. Похожий защитный эффект авторы получили и в модели CAR-T.

Материал подготовлен редакцией Remedium при участии журнала «Медицинский совет».