واکسن مالاریا (Malaria Vaccine)

واکسن مالاریا

(Malaria Vaccine)

گردآوری و تألیف: دکتر احمد مردانی

استادیار مؤسسه عالی آموزشی و پژوهشی طب انتقال خون

 

 

Abbreviations:

ADCC (antibody-dependent cellular cytotoxicity)

AMA (apical membrane antigen)

CSP (circamsporozoite protein)

DNA (deoxyribonucleic acid)

GAS (genetically attenuated sporozoites)

HLA (human leukocyte antigen)

LSA (liver stage antigen)

MSP (merozoite surface protein)

RAS (radiation attenuated sporozoites)

SERA (serine-repeat antigen)

TBVs (transmission blocking vaccines)

TRAP (thrombospondin-related adhesive protein)

 

مقدمه

انگل‌های مالاریا (malaria parasites) یا پلاسمودیوم‌ها (Plasmodia) در سیر تکاملی خود دارای مراحل و اشکال مختلف با ویژگی‌های آنتی‌ژنیکی متفاوت می‌باشند. یک واکسن کامل مالاریا بایستی قادر به القای پاسخ‌های ایمنی در قبال تمامی مراحل چرخه زندگی(life cycle)  پلاسمودیوم‌ها باشد؛ بنابراین، در تهیه واکسن سعی می‌شود از آنتی‌ژن‌های اسپوروزوئیتی (sporozoite)، مروزوئیتی (merozoite) و برخی از مراحل اسپوروگونی (sporogony) در پشه‌ها مانند گامت‌ها (gametes) و یا اواوکینت‌ها (ookinete) استفاده شود [1،2].

واکسن تهیه‌ شده علیه اسپوروزوئیت‌ها(sporozoites)  از ابتلای شخص به مالاریا و واکسن ضد مروزوئیت‌های خونی (erythrocyticmerozoites)  از بروز علائم بالینی در انسان جلوگیری می‌کند. با تلقیح واکسن‌های تهیه‌ شده علیه گامت‌ها و یا اواوکینت‌ها به انسان، آنتی‌بادی‌های ضد این مراحل توسط سیستم ایمنی میزبان ساخته می‌شود. با خونخواری پشه آنوفل ماده (female Anopheles)  از بیمار مالاریایی که در خون او گامتوسیت‌های انگل مالاریا(gametocytes)  همراه با آنتی‌بادی‌های ضد آن وجود دارد، آنتی‌بادی‌های مذکور از دوره اسپوروگونی در پشه آنوفل جلوگیری می‌کند و در نتیجه انتقال مالاریا توسط پشه آنوفل انجام نمی‌گیرد.

در چند دهه گذشته کوشش‌های زیادی توسط محقّقین در زمینه تهیه واکسن مالاریا به عمل آمده است که با توجه به تنوع ژنتیکی (genetic diversity)  و تغییر آنتی‌ژنیکی (antigenic variation)  انگل‌های مالاریا، متفاوت بودن سویه‌های پلاسمودیوم‌ها در مناطق مختلف مالاریاخیز و عدم ایجاد مصونیت دائمی و پایدار در افراد بهبودیافته خود‌به‌خودی از بیماری مالاریا، نمی‌توان انتظار داشت که به‌زودی واکسن مؤثر جهانی علیه مالاریا تهیه شود و در مناطق مالاریاخیز در سطح وسیعی به کار رود [2].

بسیاری از افرادی که در مناطق مالاریاخیز با اندمیسیته بالا (high endemicity) زندگی می‌کنند، درجاتی از ایمنی را در مقابل پلاسمودیوم‌ها دارا هستند. ایجاد ایمنی نسبی بیش از 10 سال به طول می‌انجامد و این مدت زمان با شدت انتقال انگل رابطه عکس دارد. این ایمنی معمولاً خاص یک گونه بوده و نیاز به یادآوری مکرّر از طریق عفونت مجدّد و منظّم دارد. واکسنی که آنتی‌ژن‌های مراحل خونی غیرجنسی را مورد هدف قرار می‌دهد، همانند ایمنی اکتسابی است که از طریق عفونت مکرّر در افراد ساکن مناطق اندمیک(endemic)  ایجاد می‌شود. استفاده از این نوع واکسن‌ها باعث کاهش شدت علائم بالینی مالاریا می‌گردد و برای ایمن‌سازی کودکان در مناطق اندمیک مناسب هستند. این نوع واکسن‌ها برای ایمن‌سازی افرادی که قصد مسافرت به مناطق اندمیک مالاریا را دارند، مناسب نیست. در این افراد بایستی از واکسن‌هایی که مراحل ماقبل گلبولی را مورد هدف قرار می‌دهند، استفاده شود. این واکسن‌ها با جلوگیری از ایجاد مروزوئیت‌ها، مانع از بروز و ظهور علائم بالینی می‌شوند. واکسن‌هایی که مراحل جنسی انگل مالاریا را در پشه آنوفل مورد هدف قرار می‌دهند، از انتقال بیماری به میزبان واسطه (انسان) دیگری جلوگیری می‌کنند. این نوع واکسن‌ها را واکسن‌های بلوکه‌کننده انتقال یا TBVs می‌نامند. واکسن‌های بلوکه‌کننده انتقال برای گیرنده واکسن هیچگونه مصونیتی ایجاد نمی‌کنند، امّا از انتشار بیماری از طریق قطع چرخه زندگی انگل جلوگیری می‌نمایند [3]. اغلب واکسن‌های ضد مالاریایی مراحل خاصی از سیر تکاملی انگل مالاریا را مورد هدف قرار می‌دهند که به اختصار به تشریح آنها می‌پردازیم.

 

الف. واکسن‌های مراحل خارج گلبولی

انتقال سرم افراد بالغ دارای ایمنی اکتسابی در مقابل مالاریا قادر است میزان پارازیتمی (parasitemia)  را در کودکان آلوده کاهش دهد [4]. واکسنی که مراحل خارج گلبولی (exo-erythrocytic stages)  پلاسمودیوم را مورد هدف قرار می‌دهد، تنها واکسنی است که قادر به پیشگیری از علائم بالینی مالاریا می‌باشد. این نوع واکسن برای افرادی مفید است که قبلاً در معرض انگل قرار نگرفته‌اند و مستعد ابتلا به مالاریا هستند. پاسخ ایمنی موردنیاز برای نابود کردن اسپوروزوئیت‌ها، اختصاصی بوده و متفاوت از پاسخ‌هایی است که برای تخریب سایر مراحل انگل مورد استفاده قرار می‌گیرد.

واکسن‌های مراحل خارج گلبولی باید توانایی تخریب همه اسپوروزوئیت‌ها را داشته باشند، زیرا هر یک از اسپوروزوئیت‌ها ظرفیت تبدیل شدن به 10 تا 20 هزار مروزوئیت را دارد. از آنجاییکه اسپوروزوئیت‌ها فقط برای چند دقیقه در جریان خون حضور دارند، دستیابی به این نتیجه تا حدی مشکل است و بایستی عیار آنتی‌بادی‌های اختصاصی ضد اسپوروزوئیتی بالا باشد [4،5]. اسپوروزوئیت‌هایی که داخل هپاتوسیت‌ها (hepatocytes)  قرار دارند، در برابر سیستم ایمنی مقاوم‌ترند و تخریب آنها مشکل‌تر می‌باشد. نابودی و حذف این مرحله از انگل نیازمند ایمنی سلولی است. لنفوسیت‌های CD4 و CD8 مثبت، پروتئین‌های انگلی را از طریق آنتی‌ژن‌های HLA کلاس یک و دو موجود بر روی هپاتوسیت‌های آلوده به انگل شناسایی کرده و آنها را تخریب می‌کنند [7-5].

در بررسی‌های انجام شده با استفاده از اسپوروزوئیت‌های اشعه‌دیده مشخص گردید که آنتی‌ژن‌های سطحی اسپوروزوئیت‌ها با تحریک سیستم ایمنی و تولید آنتی‌بادی‌های اختصاصی، بدن را در مقابل عفونت‌های بعدی محافظت می‌نمایند و مانع از تکامل انگل به مراحل خونی غیرجنسی می‌شوند. با توجه به مشکل بودن کشت انگل‌های پلاسمودیوم و ایجاد اسپوروزوئیت، امکان استفاده از اسپوروزوئیت‌های اشعه‌دیده به‌عنوان واکسن در سطح وسیعی فراهم نبود. این واکسن را RAS نامیدند. در بررسی دیگری، از پروتئین‌های سطحی اسپوروزوئیت برای ساخت واکسن علیه مراحل خارج گلبولی استفاده شد و برای رسیدن به موفقیت کامل سیستم ایمنی میزبان را نیز تحریک کردند. مولر (Mueller) و همکاران از اسپوروزوئیت کامل پلاسمودیوم برگه‌ای (Plasmodium berghei) که به طریق ژنتیکی تضعیف شده بود، به‌عنوان واکسن برای ایمن‌سازی موش استفاده نمودند. واکسن بکار رفته توانست موش‌ها را در مقابل اسپوروزوئیت‌های وحشی پلاسمودیوم برگه‌ای محافظت نماید. این واکسن به اسپوروزوئیت‌های تضعیف‌شده به طریق ژنتیکی (GAS) مشهور است [5].

پروتئین CSP توسط اسپوروزوئیت‌ها در غدد بزاقی پشه ساخته می‌شود. این پروتئین در همه مراحل خارج گلبولی ابراز شده و باعث تحریک سیستم ایمنی هومورال و سلولی میزبان می‌گردد. استفاده از کل پروتئین CSP و یا بخشی از آن و همچنین همراه با اجوانت‌هایی نظیر آلوم (alum) و یا مجموعه اجوانت AS02 و آنتی‌ژن سطحی ویروس هپاتیت B(HBs-Ag)، از جمله بررسی‌هایی است که توسط محقّقین برای دستیابی به واکسن مؤثرتر انجام شده است. گروهی از دانشمندان گزارش کردند که پاسخ لنفوسیت‌های T به آنتی‌ژن CSP و یا بخش‌هایی از آن در بیماران مالاریایی متفاوت می‌باشد، به‌طوریکه در تعدادی از بیماران اینترلوکین-4 (IL-4) و در تعدادی دیگر گاما اینترفرون پاسخ غالب بود [8].

آنتی‌ژن LSA-1 پس از گذشت مدت زمان کوتاهی از حمله اسپوروزوئیت‌ها به هپاتوسیت‌ها ساخته شده و به‌وفور در سطح مروزوئیت‌های نسجی(tissue merozoites)  بیان می‌گردد. این آنتی‌ژن با داشتن توالی یکسان در همه سویه‌های پلاسمودیوم فالسی‌پاروم (Plasmodium falciparum)، نشان می‌دهد که در تکامل انگل نقش دارد؛ بنابراین، LSA-1 می‌تواند به‌عنوان یکی از اجزای واکسن مؤثر علیه مالاریای فالسی‌پاروم مطرح باشد [3].

 

ب. واکسن‌های ضد مروزوئیتی

ساخت واکسنی که بتواند سیستم ایمنی میزبان را تحریک نماید و پاسخ ایمنی در برابر گلبول‌های قرمز آلوده به انگل ایجاد کند، مشکل است. دلیل اصلی این امر نداشتن دانش کافی درباره چگونگی برخورد سیستم ایمنی با سلول‌های آلوده به انگل و همچنین فقدان آنتی‌ژن‌های HLA کلاس یک (HLA-1) در سطح گلبول‌های قرمز می‌باشد. به نظر می‌رسد سایتوتوکسیسیتی سلولی وابسته به آنتی‌بادی (ADCC) و تخریب کمپلمانی در نابود کردن گلبول‌های قرمز آلوده به مروزوئیت‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است [3].

پروتئین MSP-1 از جمله آنتی‌ژن‌های سطحی مروزوئیتی است که احتمالاً در تهاجم انگل به اریتروسیت‌ها نقش دارد. ایمن‌سازی با ناحیه C انتهایی این پروتئین توانسته موش را در مقابل مقادیر کشنده طبیعی پلاسمودیوم فالسی‌پاروم محافظت نماید. این پروتئین قادر است تکثیر لنفوسیت‌های B و T را تحریک کند. در بررسی‌های انجام‌شده مشخص گردید که ایمن‌سازی با MSP-1 مشتق‌شده از انگل و یا پروتئین‌های نوترکیبی با پایه MSP-1 قادر به ایجاد پاسخ‌های ایمنی می‌باشد. وجود آنتی‌بادی‌های ضد MSP-1 و لنفوسیت‌های T که قادر به شناسایی این آنتی‌ژن می‌باشند، در مبتلایان به مالاریای فالسی‌پاروم به اثبات رسیده است. پروتئین‌های MSP-2 و MSP-4 از دیگر کاندیداهای احتمالی واکسن مالاریا هستند. در بیش از 94 درصد از افراد مورد بررسی در منطقه‌ای با اندمیسیته بالا، آنتی‌بادی‌های ضد این آنتی‌ژن‌ها شناسایی شده‌اند [7].

 

ج. واکسن‌های بلوکه‌کننده انتقال (TBVs)

این واکسن‌ها برای جلوگیری از رشد انگل‌های مالاریا در میزبان نهایی (پشه آنوفل ماده) از طریق مقابله با مراحل جنسی انگل ساخته شده‌اند. تجارب حاصله با مالاریای پرندگان و سایر حیوانات نشان داد که ایمن‌سازی میزبان واسطه با آنتی‌ژن‌هایی از مراحل جنسی انگل‌های مالاریا می‌تواند به‌طور مؤثر انتقال مالاریا را بلوکه نماید. این نوع ایمنی به‌واسطه آنتی‌بادی‌هایی است که در بدن میزبان واسطه (انسان) تولید شده و با خون‌خواری به معده پشه انتقال یافته‌اند و قادر به واکنش با آنتی‌ژن‌های موجود در سطح گامتوسیت‌ها هستند. بایستی توجه داشت که گامتوسیت‌های موجود در داخل اریتروسیت‌های میزبان واسطه ایمن‌شده، تحت تأثیر آنتی‌بادی‌های مذکور قرار نمی‌گیرند. این آنتی‌بادی‌ها یا از لقاح گامت نر و ماده (تشکیل زیگوت) جلوگیری می‌کنند و یا گامت‌ها و زیگوت‌ها (zygotes) را طی پنج تا 10 دقیقه پس از ورود به معده پشه از بین می‌برند. آنتی‌بادی‌های ضد اواوکینت طی 14-13 ساعت بعد، وارد عمل می‌شوند و از خروج اواوکینت‌ها از دیواره معده پشه و نهایتاً تشکیل اواوسیست‌ها (oocystes) و اسپوروزوئیت‌ها جلوگیری می‌نمایند [7].

آنتی‌ژن‌های Pfs230 و Pfs48/45 از جمله آنتی‌ژن‌های قبل از باروری انگل مالاریا می‌باشند که در سطح گامت‌های نر و ماده وجود دارند. آنتی‌بادی منوکلنال ضد این آنتی‌ژن‌ها قادر به جلوگیری از انتقال انگل در شرایط برون‌تنی (in-vitro) می‌باشد. این آنتی‌ژن‌ها طی عفونت طبیعی در میزبان واسطه، در سطح گامتوسیت‌ها (gametocytes)  بیان می‌شوند و در افراد واکسینه‌شده نقش یادآور طبیعی را ایفا می‌کنند.

آنتی‌ژن‌های بعد از باروری انگل مالاریا، آنتی‌ژن‌هایی هستند که تنها در سطح زیگوت‌ها و یا اواوکینت‌ها قرار دارند. آنتی‌ژن‌های Pfs25 و Pfs28 در این گروه جای داشته و کاندیداتوری آنها به‌عنوان واکسن در حال بررسی است. به نظر می‌رسد این آنتی‌ژن‌ها با تحریک سیستم ایمنی میزبان و تولید آنتی‌بادی، مانع از بلوغ اواوکینت و تشکیل اواوسیست می‌شوند [9].

بعد از خون‌خواری و ورود خون به معده پشه، سلول‌های اپی‌تلیال معده با ترشح کیتین (chitin)  گلوله غذایی را همانند پوسته‌ای احاطه می‌کنند. انگل مالاریا برای عبور از این سد، آنزیم کیتیناز (chitinase) ترشح می‌کند. البته بایستی توجه داشت که آنزیم کیتیناز توسط سلول‌های اپی‌تلیال معده پشه نیز ترشح می‌شود که ضخامت و نفوذپذیری پوسته ایجادشده را تنظیم می‌نماید. با تولید آنتی‌بادی ضد کیتیناز و سخت شدن پوسته می‌توان از خروج انگل مالاریا جلوگیری کرد. بررسی‌های تجربی با استفاده از کیتیناز به‌عنوان آنتی‌ژن بلوکه‌کننده انتقال در حال افزایش است [7].

تا به امروز واکسن‌های ضد مالاریای زیادی با استفاده از آنتی‌ژن‌های مراحل مختلف انگل‌های مالاریا ساخته شده است که تعدادی از آنها از کارایی مطلوبی در برخی مناطق و گروه‌های سنی برخوردار بودند. در اینجا به دو واکسن ضد مالاریایی شناخته شده به اختصار اشاره می‌نماییم‌.

 

1: SPf66

با دستیابی به تکنولوژی‌های جدید از قبیل تولید آنتی‌بادی منوکلنال و DNA نوترکیب، امکان شناسایی ژن‌های کدکننده آنتی‌ژن‌های اختصاصی انگل‌ها فراهم گردیده است. با کلون ژن‌های موردنظر در سلول‌های دیگر توانسته‌اند آنتی‌ژن‌های نوترکیب را سنتز نمایند و با ترکیب چندین جزء از آنتی‌ژن‌های انگلی، واکسن‌هایی را تهیه کنند. یکی از این واکسن‌ها، واکسن SPf66 یا واکسن کلمبیایی است. واکسن SPf66، واکسنی است چندجزئی با 45 اسیدآمینه منومر سنتتیک که به‌صورت مولکول بزرگتری پلیمریزه شده و سپس با آلوم (هیدروکسید آلومینیوم) به‌عنوان اجوانت ترکیب شده است. در بررسی‌های اولیه مشخص گردید که SPf66 بر روی میمون‌های جغدی (owl monkies) قادر به محافظت می‌باشد. این واکسن، اولین واکسن چندجزئی مرحله خونی است که به‌طور گسترده در آمریکای جنوبی، آفریقا و آسیای جنوب شرقی بر روی انسان مورد بررسی قرار گرفت. واکسن SPf66 در کلمبیا توانست محافظتی بسیار مطلوب ایجاد کند، امّا نتایج بررسی در گامبیا و تایلند نشان داد که محافظتی در مقابل مالاریای فصلی در کودکان شش تا 11 ماهه و کودکان دو تا 15 ساله  ایجاد نکرده است. به نظر می‌رسد یکی از پیامدهای بررسی‌های انجام گرفته این باشد که واکسن مذکور به دلیل تفاوت‌های سویه‌ای و عوامل میزبانی در برخی مناطق مالاریاخیز مؤثر و در دیگر نواحی مورد بررسی از کارایی لازم و مطلوب برخوردار نبوده است [10].

 

2: NYVAC-Pf7

این واکسن چندمرحله‌ای (multi-stage) از طریق مهندسی ژنتیک و با استفاده از ویروس تضعیف‌شده واکسینیا (vaccinia attenuated virus) تولید شد. آنتی‌ژن Pfs25 به‌عنوان بلوکه‌کننده انتقال همراه با شش آنتی‌ژن دیگر شامل سه پروتئین از مراحل خارج گلبولی CSP)، TRAP و (LSA-1 و سه پروتئین از مراحل خونی غیرجنسی AMA-1)، MSP-1 و (SERA اجزای انگلی تشکیل‌دهنده واکسن NYVAC-Pf7 بودند. در بررسی‌های اولیه علیرغم ایجاد پاسخ ایمنی قابل‌توجه، قادر به محافظت انسان‌های داوطلب در مقابل پلاسمودیوم فالسی‌پاروم نبود [3].

 

 

منابع (References):

1. صائبی اسماعیل. بیماری‌های انگلی در ایران- تک‌یاختگان. انتشارات آییژ، چاپ اول، زمستان 1384
2. ادریسیان غـلامحسین، رضائیان مصطفی، قربانی مهـدی، کشاورز حسین، محب‌علی مهـدی. تک‌یاخته‌شناسی پزشکی. انتشارات دانشگاه علوم پزشکی تهران، چاپ اول، 1386
3. Ammor SA, Surgey EG, Cadwgan AM. Malaria vaccines: where are we and where are going? Lancet Infect Dis 2002; 2:737-743.
4. Okie S. Betting on a malaria vaccine. N Eng J Med 2005; 353:1877-1880.
5. Waters AP, Mota M, Van Dijk MR. Malaria vaccines: back to future. Science 2005; 307:528-530.
6. Engwerda CR, Good MF. Interactions between malaria parasites and the host immune system.CurrOpinImmunol 2005; 17:381-387.
7. Moorthy V, Hill Avs. Malaria vaccine. The British Medical Bulletin 2002; 62:59-72.
8. Greenwood BM, Bojang K, Whitty CJ. Malaria. Lancet 2005; 365:1487-1498.
9. Engers HD, Godal T. Malaria vaccine development: current status. Parasitol Today 1998; 14:56-64.
10. Carvalho LJ, Daniel CT, Goto H. Malaria vaccine. Scand J Immunol 2002; 56:327-343. 

طبقه‌بندی انواع واکسن‌ها

مروری کوتاه بر روش‌های تشخیص آزمایشگاهی عفونت مالاریا

نگاهی اجمالی بر روش‌های تشخیص آزمایشگاهی مالاریا

تاریخچه مالاریا (malaria)

روش جدید تشخیص سرطان با آزمایش خون

برای دانلود فایل pdf  بر روی لینک زیر کلیک کنید