Journal of microbiology, epidemiology and immunobiologyJournal of microbiology, epidemiology and immunobiologyЖурнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии0372-93112686-7613Central Research Institute for Epidemiology14015ArticlesСтатьиResearch ArticleEFFECT OF ALUMINIUM HYDROXIDE ON INNATE IMMUNITY AND IMMUNOGENICITY OF BACTERIAL AND SYNTHETIC ANTIGENS OF STREPTOCOCCUS PNEUMONIAEДЕЙСТВИЕ ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ НА СИСТЕМУ ВРОЖДЕННОГО ИММУНИТЕТА И ИММУНОГЕННОСТЬ БАКТЕРИАЛЬНЫХ И СИНТЕТИЧЕСКИХ АНТИГЕНОВ STREPTOCOCCUS PNEUMONIAEKurbatovaE. AКурбатоваЕ. АAkhmatovE. AАхматовЭ. АAkhmatovaN. KАхматоваН. КVorobievD. SВоробьевД. СEgorovaN. BЕгороваН. БBaturoA. PБатуроА. ПRomanenkoE. EРоманенкоЭ. ЕTsvetkovYu. EЦветковЮ. ЕSukhovaE. VСуховаЕ. ВYashunskyD. VЯшунскийД. ВNifantievN. EНифантьевН. ЭMechnikov Research Institute of Vaccines and Sera, Moscow, RussiaНИИ вакцин и сывороток им..И.И.МечниковаZelinsky Institute of Organic Chemistry, Moscow, RussiaИнститут органической химии им. Н.Д.ЗелинскогоOrekhovich Research Institute of Biomedical Chemistry, Moscow, RussiaНИИ биомедицинской химии им.В.Н.Ореховича, Москва15122014916NO6 (2014)№6 (2014)596709062023Copyright ©; 2014, Kurbatova E.A., Akhmatov E.A., Akhmatova N.K., Vorobiev D.S., Egorova N.B., Baturo A.P., Romanenko E.E., Tsvetkov Y.E., Sukhova E.V., Yashunsky D.V., Nifantiev N.E.Copyright ©; 2014, Курбатова Е.А., Ахматов Э.А., Ахматова Н.К., Воробьев Д.С., Егорова Н.Б., Батуро А.П., Романенко Э.Е., Цветков Ю.Е., Сухова Е.В., Яшунский Д.В., Нифантьев Н.Э.2014Kurbatova E.A., Akhmatov E.A., Akhmatova N.K., Vorobiev D.S., Egorova N.B., Baturo A.P., Romanenko E.E., Tsvetkov Y.E., Sukhova E.V., Yashunsky D.V., Nifantiev N.E.Курбатова Е.А., Ахматов Э.А., Ахматова Н.К., Воробьев Д.С., Егорова Н.Б., Батуро А.П., Романенко Э.Е., Цветков Ю.Е., Сухова Е.В., Яшунский Д.В., Нифантьев Н.Э.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://microbiol.crie.ru/jour/article/view/14015

Aim. Study the effect of aluminium hydroxide on molecular-cell mechanisms of innate immunity activation and its adjuvant effect on immunogenicity of natural bacterial and synthetic pneumococci antigens. Materials and methods. Surface markers of dendritic cells (DC), mononuclear leukocytes (ML) and cytokine levels were determined by flow cytometry; IgG titers - by EIA. Protective activity was evaluated in experiments with active protection of mice from infection with virulent pneumococci strains. Results. Aluminium hydroxide increased the ML content of mice spleen expressing TLR2 and TLR4. Its addition into the culture of immature DC induced the appearance of a population of cells with mature DC markers - CD83, CD80, CD86, however, the level of undifferentiated cells (CD34) and cells with adhesion molecules (CD11c, CD38) did not change. DC produced IL-ф, IL-5, IL-10, IFNy into the cultivation medium. An increase of cytokine production took place 2 hours after the administration into mice and was retained for the observation period (24 hours). Th1 (IFNy, TNFa) and Th2 (IL-5, IL-10, GM-CSF) cytokine production gave evidence on immune response polarization by Th1/Th2 type. After 2 administrations of aluminium hydroxide into mice the number of ML with CD19+, CD5+, NK1.1+, CD25+, MHCII+ markers increased during decrease of CD3+, CD4+ and CD8+ T-lymphocytes. Adaptive immunity activation was characterized by high IgG titers to pneumococci capsule polysaccharide and protection of 90 - 100% of the mice against infection with lethal doses of S. pneumoniae strains, was detected during 2-fold immunization of mice with conjugates of synthetic pneumococci oligosaccharides with BSA, sorbed onto aluminium hydroxide, whereas natural bacterial antigens provided 90 - 100% survival of animals during immunization without the adjuvant. Conclusion. Data are provided on the effect of aluminium hydroxide on key effectors of innate immunity: DC, ML, TLRs and cytokine production. A reasonable administration of this adjuvant was shown to be in association with conjugates of pneumococci synthetic oligosaccharides with a carrier protein.

Цель. Исследование действия гидроксида алюминия на молекулярно-клеточные механизмы активации врожденного иммунитета и его адъювантное действие на иммуногенность природных бактериальных и синтетических антигенов пневмококка. Материалы и методы. Определяли поверхностные маркеры дендритных клеток (ДК), мононуклеарных лейкоцитов (МЛ) и уровень цитокинов методом проточной цитометрии; титр IgG - методом ИФА. Протективную активность оценивали в опытах активной защиты мышей от заражения вирулентными штаммами пневмококка. Результаты. Гидроксид алюминия повышал содержание МЛ селезенки мышей, экспрессирующих TLR2 и TLR4. Прибавление его в культуру незрелых ДК индуцировало появление популяции клеток с маркерами зрелых ДК - CD83, CD80, CD86, хотя уровень недифференцированных клеток (CD34) и клеток с молекулами адгезии (CD11^ CD38) не изменялся. ДК продуцировали в среду культивирования IL-ф, IL-5, IL-10, IFNy. Увеличение продукции цитокинов происходило через 2 ч после однократного введения мышам и сохранялось в течение срока наблюдения (24 ч). Выработка Th1 (IFNy, TNFa) и Th2 (IL-5, IL-10, GM-CSF) цитокинов свидетельствовала о поляризации иммунного ответа по Th1/ Th2 типу После двукратного введения гидроксида алюминия мышам повышалось число МЛ с маркерами CD19+, CD5+, NK1.1+, CD25+, MHCII+ при снижении CD3+, CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов. Активация адаптивного иммунитета характеризовалась высоким титром IgG к капсульному полисахариду пневмококка и защитой 90 - 100% мышей от заражения летальными дозами штаммов S. pneumoniae, выявлена при двукратной иммунизации мышей конъюгатами синтетических олигосахаридов пневмококка с БСА, сорбированными на гидрооксиде алюминия, тогда как природные бактериальные антигены обеспечивали 90 - 100% выживаемость животных при иммунизации без адъюванта. Заключение. Представлены данные о действии гидроксида алюминия на ключевые эффекторы врожденного иммунитета: ДК, NK, TLRs и продукцию цитокинов. Показано, что этот адъювант целесообразно вводить в ассоциации с конъюгатами синтетических олигосахаридов пневмококка с белком-носителем.

aluminium hydroxideinnate immunitydendritic cellscytokinesadjuvant effectconjugatesynthetic oligosaccharidespneumococcusгидроксид алюминияврожденный иммунитетдендритные клеткицитокиныадъювантное действиеконъюгатсинтетические олигосахаридыпневмококкВоробьев Д.С., Семенова И.Б., Волох Ю.В., Кудряшов А.В., Маркова М.Е., Романенко Э.Е., Батуро А.П., Михайлова Н.А. Изучение протективной активности белоксодержащего комплекса антигенов Streptococcus pneumoniae в гомологичной системе. Журн. микрбиол. 2013, 1: 21-26.Курбатова Е.А., Воробьев Д.С., Егорова Н.Б., Батуро А.П., Романенко Э.Е., Маркова М.Е., Елкина С.И., Волох Ю.В., Цветков Ю.Е., Сухова Е.В., Яшунский Д.В., Нифантьев Н.Э., Михайлова Н.А. Штаммовые различия внутривидовой иммуногенной активности антигенных компонентов Streptococcus pneumoniae. Журн. микробиол. 2013, 5: 60-69.Allison A.C., Byars N.E. Immunological adjuvants: desirable properties and side-effects. Mol. Immunol. 1991, 28: 279-84.Franchi L., NMez G. The NLRP3 Inflammasome is critical for alum-mediated IL-1 Psecretion but dispensable for adjuvant activity. Eur. J. Immunol. 2008, 38 (8): 2085-2089.Glenny A.T., Pope C.G., Waddington H., Wallace V. The antigenic value of toxoid precipitated by potassium-alum. J. Path. Bact. 1926, 29: 38-45.Johnson A.G., Gaines S., Landy M. Studies on the O-antigen of Salmonella typhosa. V Enhancement of antibody response to protein antigens by the purified lipopolysaccharide. J. Exp. Med. 1956, 103: 225-246.Kensil C.R. Saponins as vaccine adjuvants. Crit. Rev. Ther. Drug. Carrier Syst. 1996, 13: 1-55.Kool M., Soullie T., van Nimwegen M. et al. Alum adjuvant boosts adaptive immunity by inducing uric acid and activating inflammatory dendritic cells. J. Exp. Med. 2008, 205: 869-882.Kool M., Edge C. Alum adjuvant stimulates inflammatory dendritic cells through activation of the NALP3 inflammasome. J. Immunol. 2008, 181: 3755-3759.Li H., Nookala S., Re F. Aluminum hydroxide adjuvants activate caspase-1 and induce IL-1beta and IL-18 release. J. Immunol. 2007, 178: 5271-5276.Li H., Willingham S.B., Ting J. P-Y. et al. Inflammasome activation by Alum and Alum’s adjuvant effect are mediated by NLRP3. J. Immunol. 2008, 181 (1): 17-21.Lindblad E.B. Aluminium compounds for use in vaccines. Immunol. Cell. Biol. 2004, 82: 497-505.Lindblad E. B. Are mineral adjuvants triggering TLR2/TLR4 on dendritic cells by a secondary cascade reaction in vivo through the action of heat shock proteins and danger signals? Vaccine. 2006, 24: 697-698.Lore K. et al. Novel adjuvants for B cell immune responses. Curr. Opin. HIV AIDS. 2009, 4 (5): 441-446.Mannhalter J.W., Neychev H.O., Zlabinger G.J. et al. Modulation of the human immune response by the non-toxic and non-pyrogenic adjuvant aluminium hydroxide: effect on antigen uptake and antigen presentation. Clin. Exp. Immunol. 1985, 61: 143-151.Ramon G. Precedes pour accroitre la production des antitoxins. Ann. Inst. Pasteur. 1926, 40: 1-10.Ramon G. Sur l’augmentation anormale de l’antitoxine chez les chevaux producteurs de serum antidiphterique. Bull. Soc. Centr. Med. Vet. 1925, 101: 227-234.Snodgrass R.G., Huang S., Choi I.W. et al. Inflammasome-mediated secretion of IL-10 in human monocytes through TLR2 activation; modulation by dietary fatty acids. J. Immunol. 2013, 191 (8):4337-4347.Sokolovska A., Hem S.L. et al. Activation of dendritic cells and induction of CD4(+) T cell differentiation by aluminum-containing adjuvants. Vaccine. 2007, 25: 4575-4585.Sun H., Pollock K.G., Brewer J.M. Analysis of the role of vaccine adjuvants in modulating dendritic cell activation and antigen presentation in vitro. Vaccine. 2003, 21: 849-855.Vogel F.R., Powell M.F. A summary compendium of vaccine adjuvants and excipients. New York, Plenum Publishing Corp., 1995.Wang Y., Rahman D., Lehner T. A comparative study of stress-mediated immunological functions with the adjuvanticity of alum. J. Biol. Chemistry. 2012, 287 (21): 17152-17160.Williams A., Flavell R.A., Eisenbarth S.C. The role ofNOD-like Receptors in shaping adaptive immunity. Curr. Opin. Immunol. 2010, 22 (1): 34-40.