Enhanced and Enduring Protection against Tuberculosis by Recombinant BCG-Ag85C and Its Association with Modulation of Cytokine Profile in Lung

• DOI: 10.1371/journal.pone.0003869
• Publication Date: 2008-12-03T22:57:54Z
• Authors: Ruchi Jain; Bappaditya Dey; Neeraj Dhar; Vivek Rao; Ramandeep Singh; Umesh D. Gupta; V. M. Katoch; V. D. Ramanathan; Anil K. Tyagi
• Keywords: 0301 basic medicine; Science; Recombinant Fusion Proteins; Guinea Pigs; Immunology; Trained Immunity in Health and Disease; FOS: Health sciences; 03 medical and health sciences; Pathological; Virology; Health Sciences; Tuberculosis vaccines; Pathology; Animals; Tuberculosis; Lung; Cytokine; BCG vaccine; Interferon gamma; Immunology and Microbiology; FOS: Clinical medicine; Genetic Basis of Primary Immunodeficiency Disorders; Q; Vaccination; R; Life Sciences; Mycobacterium tuberculosis; Immunohistochemistry; Mycobacterium bovis; 3. Good health; Infectious Diseases; Antigen; BCG Vaccine; Cytokines; Medicine; Female; BCG Vaccination; Research Article

La eficacia variable (0-80%) de la vacuna Mycobacterium bovis Bacille Calmette Guréin (BCG) contra la tuberculosis (TB) en adultos requiere el desarrollo de vacunas alternativas candidatas. El desarrollo de BCG recombinante (rBCG) que sobreexpresa antígenos inmunodominantes prometedores de M. tuberculosis representa uno de los enfoques potenciales para el desarrollo de vacunas contra TB. Se evaluó una cepa recombinante de BCG - rBCG85C, que sobreexpresa el antígeno 85C, una proteína inmunodominante secretora de M. tuberculosis, por su eficacia protectora en cobayas contra la exposición a M. tuberculosis por vía de aerosol. La inmunización con rBCG85C dio como resultado una reducción sustancial en la carga bacilar del pulmón (1.87 log(10), p<0.01) y el bazo (2.36 log(10), p<0.001) con una reducción proporcional en el daño patológico, en comparación con los animales inmunizados con la cepa BCG original a las 10 semanas posteriores a la infección. rBCG85C continuó proporcionando una protección superior a BCG incluso cuando el período posterior a la exposición se prolongó a 16 semanas. El perfil de citocinas de los granulomas pulmonares reveló que la protección superior impartida por rBCG85C se asoció con los niveles reducidos de citocinas proinflamatorias - interleucina (IL)-12, interferón (IFN)-gamma, factor de necrosis tumoral (TNF)-alfa, niveles moderados de citocina antiinflamatoria - factor de crecimiento transformante (TGF)-beta junto con la regulación positiva de la óxido nítrico sintasa inducible (iNOS). Además, se encontró que la modulación inducida por la vacuna rBCG85C de los niveles de citocinas estaba asociada con una reducción de la fibrosis y la carga de antígeno acompañada por la restauración de la arquitectura pulmonar normal. Estos resultados indican claramente la superioridad de rBCG85C sobre BCG como una vacuna profiláctica prometedora contra la TB. La protección duradera observada en este estudio da suficientes razones para postular que si se lleva a cabo un estudio abierto con dosis bajas de infección, la vacuna rBCG85C con toda probabilidad mostraría una mayor supervivencia de los conejillos de indias.<br/>The variable efficacy (0-80%) of Mycobacterium bovis Bacille Calmette Guréin (BCG) vaccine against adult tuberculosis (TB) necessitates development of alternative vaccine candidates. Development of recombinant BCG (rBCG) over-expressing promising immunodominant antigens of M. tuberculosis represents one of the potential approaches for the development of vaccines against TB.A recombinant strain of BCG - rBCG85C, over expressing the antigen 85C, a secretory immuno-dominant protein of M. tuberculosis, was evaluated for its protective efficacy in guinea pigs against M. tuberculosis challenge by aerosol route. Immunization with rBCG85C resulted in a substantial reduction in the lung (1.87 log(10), p<0.01) and spleen (2.36 log(10), p<0.001) bacillary load with a commensurate reduction in pathological damage, when compared to the animals immunized with the parent BCG strain at 10 weeks post-infection. rBCG85C continued to provide superior protection over BCG even when post-challenge period was prolonged to 16 weeks. The cytokine profile of pulmonary granulomas revealed that the superior protection imparted by rBCG85C was associated with the reduced levels of pro-inflammatory cytokines - interleukin (IL)-12, interferon (IFN)-gamma, tumor necrosis factor (TNF)-alpha, moderate levels of anti-inflammatory cytokine - transforming growth factor (TGF)-beta along with up-regulation of inducible nitric oxide synthase (iNOS). In addition, the rBCG85C vaccine induced modulation of the cytokine levels was found to be associated with reduced fibrosis and antigen load accompanied by the restoration of normal lung architecture.These results clearly indicate the superiority of rBCG85C over BCG as a promising prophylactic vaccine against TB. The enduring protection observed in this study gives enough reason to postulate that if an open-ended study is carried out with low dose of infection, rBCG85C vaccine in all likelihood would show enhanced survival of guinea pigs.<br/>تتطلب الفعالية المتغيرة (0-80 ٪) للقاح المتفطرة البقرية عصية كالميت جورين (BCG) ضد السل لدى البالغين تطوير لقاحات بديلة مرشحة. يمثل تطور لقاح بي سي جي المؤتلف (rBCG) الإفراط في التعبير عن المستضدات المناعية المهيمنة الواعدة لمرض السل أحد الأساليب المحتملة لتطوير لقاحات ضد السل. تم تقييم سلالة مؤتلفة من لقاح بي سي جي - rBCG85C، أكثر من التعبير عن المستضد 85C، وهو بروتين مهيمن مناعي إفرازي لمرض السل، لفعاليته الوقائية في خنازير غينيا ضد تحدي مرض السل عن طريق الهباء الجوي. أدى التحصين بـ rBCG85C إلى انخفاض كبير في الرئة (1.87 سجل(10)، p<0.01) والطحال (2.36 سجل(10)، p<0.001) الحمل العصوي مع انخفاض متناسب في الضرر المرضي، عند مقارنته بالحيوانات المحصنة بسلالة BCG الأم في 10 أسابيع بعد العدوى. استمر rBCG85C في توفير حماية فائقة على BCG حتى عندما تم تمديد فترة ما بعد التحدي إلى 16 أسبوعًا. كشف ملف تعريف السيتوكين للأورام الحبيبية الرئوية أن الحماية الفائقة التي يوفرها rBCG85C ارتبطت بانخفاض مستويات السيتوكينات المؤيدة للالتهابات - الإنترلوكين (IL)-12، الإنترفيرون (IFN) - غاما، عامل نخر الورم (TNF) - ألفا، مستويات معتدلة من السيتوكين المضاد للالتهابات - عامل النمو المحول (TGF) - بيتا جنبًا إلى جنب مع زيادة تنظيم سينثاز أكسيد النيتريك المحرض (iNOS). بالإضافة إلى ذلك، وجد أن التعديل المستحث بلقاح rBCG85C لمستويات السيتوكين يرتبط بانخفاض التليف وحمل المستضد المصحوب باستعادة بنية الرئة الطبيعية. وتشير هذه النتائج بوضوح إلى تفوق rBCG85C على لقاح BCG باعتباره لقاحًا وقائيًا واعدًا ضد السل. تعطي الحماية الدائمة التي لوحظت في هذه الدراسة سببًا كافيًا لافتراض أنه إذا تم إجراء دراسة مفتوحة بجرعة منخفضة من العدوى، فإن لقاح rBCG85C على الأرجح سيظهر تعزيز بقاء خنازير غينيا.<br/>L'efficacité variable (0-80%) du vaccin Mycobacterium bovis Bacille Calmette Guréin (BCG) contre la tuberculose adulte (TB) nécessite le développement de candidats vaccins alternatifs. Le développement de BCG recombinant (rBCG) surexprimant des antigènes immunodominants prometteurs de M. tuberculosis représente l'une des approches potentielles pour le développement de vaccins contre la tuberculose. Une souche recombinante de BCG - rBCG85C, surexprimant l'antigène 85C, une protéine immunodominante sécrétoire de M. tuberculosis, a été évaluée pour son efficacité protectrice chez les cobayes contre la provocation de M. tuberculosis par voie aérosol. L'immunisation avec le rBCG85C a entraîné une réduction substantielle de la charge bacillaire du poumon (1,87 log(10), p<0,01) et de la rate (2,36 log(10), p<0,001) avec une réduction proportionnelle des dommages pathologiques, par rapport aux animaux immunisés avec la souche parentale de BCG 10 semaines après l'infection. Le rBCG85C a continué à fournir une protection supérieure au BCG même lorsque la période post-défi a été prolongée à 16 semaines. Le profil des cytokines des granulomes pulmonaires a révélé que la protection supérieure conférée par le rBCG85C était associée aux niveaux réduits de cytokines pro-inflammatoires - interleukine (IL)-12, interféron (IFN)-gamma, facteur de nécrose tumorale (TNF)-alpha, niveaux modérés de cytokine anti-inflammatoire - facteur de croissance transformant (TGF)-bêta ainsi qu'à la régulation positive de l'oxyde nitrique synthase inductible (iNOS). De plus, la modulation des taux de cytokines induite par le vaccin rBCG85C s'est avérée associée à une réduction de la fibrose et de la charge antigénique accompagnée de la restauration de l'architecture pulmonaire normale. Ces résultats indiquent clairement la supériorité du rBCG85C sur le BCG en tant que vaccin prophylactique prometteur contre la tuberculose. La protection durable observée dans cette étude donne suffisamment de raisons de postuler que si une étude ouverte est menée avec une faible dose d'infection, le vaccin rBCG85C montrerait selon toute probabilité une survie accrue des cobayes.<br/>