Імуногенність препаратів ботулотоксину: потенційні наслідки та шляхи подолання проблеми

Частою проблемою при застосуванні багатьох біологічних препаратів, зокрема препаратів ботулінічного токсину, є розвиток імуногенності. Багаторазове використання засобу може призвести до утворення нейтралізуючих антитіл і погіршення результатів такого лікування. До вашої уваги представлено огляд статті W. W. Carr et al. «Immunogenicity of Botulinum Toxin Formulations: Potential Therapeutic Implications», опублікованої онлайн у виданні Advances in Therapy (13 Sept. 2021; https://doi.org/10.1007/s12325–021–01882–9), у якій автори обговорюють стратегії зниження імуногенності препаратів ботулінічного токсину.

Ботулінічні нейротоксини, або ботулотоксини (БоНТ), — це білки, продуковані бактеріями сімейства Clostridium, які при пероральному прийманні викликають нейропаралітичний синдром (ботулізм). Є сім серотипів БоНТ (A, B, C, D, E, F, G). Зокрема, БоНТ-A і БоНТ-B використовують із терапевтичною ­метою. ­Ін’єкції БоНТ застосовують для лікування хронічних захворювань за різними показаннями. Як і з іншими ­біологічними препа­ратами, після тривалої терапії препаратами БоНТ може виникнути імуногенність, а повторне застосування — спричинити утворення антитіл, що призводить до клінічної нечутливості. Тож ідеальним є підхід, за якого для лікування хронічних станів застосовують форми препаратів БоНТ, які мінімізують стимулювання імунної відповіді пацієнта й водночас дають змогу збалансувати його чутливість до терапії. Імуногенність є клінічним обмеженням у багатьох ситуаціях, коли використовують біологічні препарати. Клінічно значущого зниження імуногенності досягають завдяки ­розробці білкових препаратів менших розмірів та без непотрібних компонентів. Такий підхід сприяє еволюції лікарських форм БоНТ. Управління з конт­ролю за якістю харчових продуктів та лікарських засобів США (FDA) для ­терапевтичного застосування схвалив один препарат БоНТ-B та три препарати БоНТ-A: онаботулотоксин А, абоботулотоксин А, інко­ботулотоксин А. Власне, імуногенність біологічних препаратів є клінічним обмеженням у багатьох ситуаціях, тож спостереження за розвитком інших методів ­лікування може дати уявлення про зниження імуногенності в парадигмах ­лікування БоНТ (van der Veen etal., 2019; Kalden and Schulze-Koops, 2017; Fischer etal., 2017).

Імуногенність і клінічні обмеження застосування біологічних препаратів

Імуногенність — це здатність будь-якої молекули, на­приклад чужорідних білків чи біологічних препаратів, зумовлювати імунну відповідь організму пацієнта (Boehncke and Brembilla, 2018). Будь-який біопрепарат, як-от рекомбінантний терапевтичний протеїн, вектор генної терапії або вакцина, потенційно може стати мішенню для імунної системи, особливо в разі введення повторно або у високих ­дозах (Pichler etal., 2010; Boehncke and Brembilla, 2018).

Ефект вакцин на основі білка — викликати адаптивний імунітет та продукування специфічних антитіл до потенційних патогенів (Pollard and Bijker, 2021). Імуногенність небажана, якщо продукування антитіл до ліків або інші імунні процеси призводять до втрати терапевтичної ефективності біопрепарату через пряму нейтралізацію, а також зміни у фармакокінетиці (Boehncke and Brembilla, 2018).

Імуногенність у відповідь на біологічні препарати

Розпізнавання біопрепаратів та індукція імунної відпо­віді опосередковується мережею імунних клітин, зокрема антиген-презентуючих (АПК) Т- та В-клітин (рис. 1) (Leach etal., 2014). Дендритні клітини — це тип АПК, які поглинають чужорідні білки, зокрема й біопрепарати, за допомогою їх захоплення через різні ­рецептори клітинної поверхні, ­як-от Toll-подібні, Fc-рецептори та представники сімейства лектинів типу С. У процесі поглинання біопрепарати зв’язуються з різними рецеп­то­рами клітинної поверхні, піддаються процесингу й презен­туються у вигляді пептидних фрагментів на поверхні клітини за допомогою головного комплексу гістосумісності (ГКГС) (Sethu etal., 2012; Boehn­cke and Brembilla, 2018). Комплекси пептид-ГКГС презентується для розпізнавання Т-клітинами, які стимулюють В-клітини до клонування й посиленого продукування антигенспецифічних антитіл. Повна активація Т-клітин потребує костимуляції цито­кінами. А подальше зростання кількості В-клітин призводить до тривалого та інтенсивного продукування антитіл (Sethu etal., 2012; Leach etal., 2014). Акти­вація Т-­клітин також залежить від наявності та зв’язування костимулюючих молекул, ­зокрема цитокінів. Останні утворюються, коли АПК активуються стимуляцією поверхневих рецепторів (наприклад, Toll-подібних). Натомість подальша активація та експансія В-клітин може призвести до тривалого та інтенсивного ­продукування антитіл В-клітинами пам’яті або плазматичними клітинами, що є відмінною рисою адаптивного імунітету (Sethu etal., 2012; Leach etal., 2014). Синтез антитіл проти біопрепаратів може відбуватися за допомогою Т-клітинних незалежних шляхів, коли агрегати біопрепарату безпосередньо зв’язуються і стимулюють В-клітини до продукування антитіл (Sethu etal., 2012; Vaisman-Mentesh etal., 2020). Деякі з антитіл, що виробляються як у залежний, так і незалежний від Т-клітин спосіб, є нейтралізуючими анти­тілами, які можуть інгібувати активність біопрепарату і зводити нанівець його терапевтичний ефект (Boehncke and Brembilla, 2018). На імуногенність можуть мати вплив ­кілька ключових чинників, такі як: молекулярна маса, складна ­будова, посттрансляційні модифікації та особливості аміно­кислотної послідовності (Boehncke and Brembilla, 2018; Doevendans and Schellekens, 2019). Проте менші молекули, які не можуть бути імуногенними поодинці, здатні зв’язуватися з більшими ­ендогенними білками і бути ­розпізнаними імунною системою, що призводить до активації дендритних клітин та адаптивної імунної відповіді (Faulkner etal., 2014).

Рисунок 1. Імуногенність у відповідь на введення біопрепарату

Біопрепарати, які утворюють великі агрегати, також можуть бути здатними до взаємодії та активації В-клітин (Crit­chfield, 2002; Sethu etal., 2012). Інші ­компоненти біо­логічних препаратів, як-от допоміжні речовини (поверхнево-­активні) та контамінанти (­білки клітин-господарів, зокрема бактеріальний флагелін), наявні в ін’єкційному препараті, можуть ­стимулювати ­імунну систему і призводити до збільшення нейтралізуючих антитіл через непередбачуваний ад’ювантний ефект (Singh, 2011; Fischer etal., 2017). Є припущення, що цей ефект ініціює вроджену імунну відповідь ­після ­впливу флагеліну через Toll-подібний рецептор-5 (Mizel and Bates, 2010; Naumann etal., 2013).

Після початкової підготовки адаптивної імунної ­відповіді повторний вплив антигену може призвести до швидшої та сильнішої реакції (Murphy, 2012; Leach etal., 2014). У разі терапії біопрепаратами, зокрема й БоНТ, повторне ­введення потенційно може спровокувати постійну ­імунну відповідь та утворення нейтралізуючих антитіл, що призведе до недостатніх клінічних результатів, або резистентності (Herr­mann etal., 2000; Lange etal., 2009; Sethu etal., 2012; Fer­reira etal., 2012; Przydacz etal., 2019). Загальні ознаки клінічної резистентності включають: необхідність збільшення ­частоти введення / дозування ­препарату для отримання результату, повну або ­часткову відсутність відповіді (рис. 2) (Lan­ge etal., 2009; Kalden and Schulze-Koops, 2017; Samadzadeh etal., 2020).

Рисунок 2. Імунологічна резистентність як наслідок імуногенності

Клінічні виклики імуногенності біологічних препаратів

Біопрепарати призвели до революції в лікуванні багатьох ­захворювань у всіх напрямах медицини (Kalden and Schulze-Koops, 2017). Втім, імуногенність є ключовою клінічною ­проблемою, пов’язаною із застосуванням багатьох біологічних препаратів (Leach etal., 2014).

Утворення нейтра­лізуючих антитіл та антитіл проти конта­мінантів у складі препарату спостерігали зокрема при лікуванні хвороби Фабрі, ревмато­їдного артриту, інсулінозалежного діабету, бронхіальної астми, запальних захворювань кишківника, псоріазу та псоріа­тичного артриту (Schern­thaner, 1993; Fisher etal., 2017; Kal­­­den and Schulze-Koops, 2017; van der Veen etal., 2019).

Формування нейтралізуючих антитіл є загальною проб­лемою у пацієнтів із ревматоїдним артритом, які отримують біологічні інгібітори фактора некрозу пухлин α (ФНП-α), а вторинна втрата відповіді може потребувати пере­ходу на препарати з альтернативним механізмом дії (Kalden and Schulze-Koops, 2017; Rubbert-Roth etal., 2019). Так, 30–40 % пацієнтів припиняють використання біологічних інгібі­торів ФНП-α саме через брак відповіді або непереносимість ліку­вання, а ризик розвитку нейтралізуючих анти­тіл може варіювати залежно від конкретних інгібіторів ФНП-α, част­ково через відмінності в структурі антитіл.

Зменшення імуногенності було досягнуто завдяки створенню менших за розміром і більш прицільних гібридних білків, а не використання великих химерних або повністю гуманізованих антитіл (Tracey etal., 2008; van Schouwenburg etal., 2013; Kalden and Schulze-Koops, 2017). Імуногенність як загальна клінічна перешкода для терапії багатьма біологічними препаратами позначається на еволюції біологічної терапії різних захворювань. Деякі ­загальні стратегії ­зниження імуногенності та поширеності нейтралізуючих ­антитіл включають розроблення білкових молекул ­меншого ­розміру та зменшення контамінантів або компонентів препарату, що не є потрібними (Sethu etal., 2012).

Імуногенність та еволюція біологічної терапії ботулінічними нейротоксинами

Будова та функція ботулонейротоксинів

Ключовий компонент нейротоксину утворений важким (100 кДа) і легким (50 кДа) ланцюгами, з’єднаними дисульфідним зв’язком (Benefield etal., 2013; Kutschenko etal., 2019). Роль важкого ланцюга полягає в тому, що він зв’язу­ється з пресинаптичними холінергічними закінченнями в нервово-м’язовому синапсі, щоб отримати доступ до клітини й опосередкувати транслокацію дисоційованого легкого ланцюга в цитоплазму. Легкий ланцюг — це ­цинкова металопротеїназа, яка розщеплює комплекс специфічних цільових розчинних транспортних білків (SNARE), запобігаючи злиттю везикул і подальшому вивільненню ацетил­холіну, результатом чого є атонічний параліч (Benefield etal., 2013). Сім серотипів БоНТ розщеплюють різні компоненти комплексу SNARE для досягнення цього ефекту. БоНТ-A та БоНТ-E — синаптосомально-асоційований білок 25 (SNAP-25); БоНТ-B, БоНТ-D, БоНТ-F і БоНТ-G — синаптобревін; БоНТ-C — і SNAP-25, і синтаксин (Aoki and Guyer, 2001). Блокування вивільнення ацетилхоліну — меха­нізм дії терапевтичних препаратів БоНТ, а серотипи ботуло­токсину БоНТ-А і БоНТ-В використовують у клінічній практиці.

Імуногенність та еволюція складу препаратів ботулонейротоксинів: неклінічні дані

Імуногенність додаткових білків

У складі препаратів БоНТ додаткові білки відіграють нетерапевтичну роль і швидко дисоціюють від нейротоксину за нейтрального рН (Eisele etal., 2011; Kut­schenko etal., 2019; Kerscher etal., 2019). Відносну імуно­генність кожного препарату БоНТ може визначати ­загальне наванта­ження клостридіальними білками (додаткові білки й ключовий компо­нент нейротоксину) та їхній склад (Frevert, 2015).

Додаткові клостридіальні білки, ­зокрема НА-1, діють як ад’юванти імунної відповіді; така активація імунної системи може призводити до розвитку терапевтично значущих нейтралізуючих антитіл проти нейро­токсину ядра БоНТ (Sayadmanesh etal., 2013; Bryant etal., 2013; Wang etal., 2014; Frevert, 2015; Frevert etal., 2016).

Крім того, додаткові ­білки можуть зумовлювати інші імуно­опосередковані ефекти. За даними досліджень in vitro, додаткові ­білки препаратів БоНТ чинять вплив на нейронні клітини і збільшують синтез запальних цитокінів, як-от інтер­лейкіну ІЛ-6 та ФНП-α. ­

Також вони зв’язуються з ­багатьма типами клітин, ­зокрема фібробластами, лімфобластами та клітинами скелетних ­м’язів. І навпаки, основний нейротоксин не зв’язується з не нейронними типами клітин і не індукує вивільнення цитокінів (Wang etal., 2014). Характерис­тики сучасних препаратів БоНТ, зокрема щодо вмісту в них додаткових ­білків, наведено в таблиці 1 та на рисунку 3.

Таблиця 1. Характеристика сучасних препаратів ботулінічного нейротоксину А першого та другого поколінь

Рисунок 3. Загальний вміст клостридіальних білків та активного нейротоксину в препаратах БоНТ-A

Дані про імуногенність препаратів БоНТ

Продукування нейтралізуючих антитіл можливе за використання всіх препаратів БоНТ, проте швидкість їх появи та розвиток клінічної резистентності, принаймні частково, залежать від будови препарату БоНТ і корелюють із вмістом білка у його складі (Samadzadeh etal., 2020). Частота випадків змінюється залежно від показань. За даними основних досліджень, на підставі яких FDA схвалив ­препарати БоНТ для клінічного застосування, нейтралізуючі анти­тіла були виявлені у пацієнтів, які отримували римаБоНТ-В, абоБоНТ-А, онаБоНТ-А або інкоБоНТ-А (усі пацієнти попередньо отримували онаБоНТ-A чи абоБоНТ-A; табл. 2).

Таблиця 2. Частота розвитку нейтралізуючих антитіл та імунологічної резистентності при застосуванні сучасних препаратів БоНТ

Відмінності у відносній чутливості аналізів, які використовують виробники БоНТ для виявлення наявності нейтралізуючих антитіл, можуть ускладнити ­проведення ­прямих порівнянь препаратів (Frevert etal., 2016). У ключо­вих дослід­жен­нях, за даними яких FDA схвалило ­препарати онаботулотоксину A, абоботулотоксину A та римаботуло­токсину B, використовували тест летальності мишей (MPA).

На відміну від цього, у більшості досліджень інкоботуло­токсину A застосовували мишачий ­гемідіафрагмальний тест (MHDA), який принаймні ­вп’ятеро чутливіший за MPA. Тест виявив найнижчі ­показники ­утворення нейтра­лізуючих антитіл (табл. 2) (Frevert etal., 2016; Samadzadeh etal., 2020). Доведено, що зменшення ­вмісту ­нейтралізуючих антитіл в осіб, які отримували інко­ботулотоксин A, — ­спостерігається в дослідженнях реальної клініч­ної практики з тривалим подальшим аналізом (Fabbri etal., 2016; Walter etal., 2020; Rahman etal., 2021).

За даними ретро­спективного метааналізу, вищий вміст нейтра­лізуючих анти­тіл мали ­пацієнти, які ­отримували онаботулотоксин A (~1,5 %) та абоботулотоксин A (~1,7 %) проти інкоботуло­токсину A (0,5 %). Хоча загальна ­частота ­розвитку нейтра­лізуючих анти­тіл низька, вона була ­значно вищою ­серед пацієнтів із ­вторинною ­імунологічною резистентністю: 32,5 і 56,7 % в осіб, які ­отримували онаботу­лотоксин А та абоботулотоксин А відповідно. Жоден із пацієнтів, які отримували інкоботулотоксин А, не демонстрували вторинної імунологічної ­резистентності (Fabbri etal., 2016).

Оцінка імуногенності як ключового чинника при виборі препарату ботулонейротоксину

При застосуванні БоНТ із часом може спостерігатися накопичувальний імуногенний ефект у ­пацієнтів із захворюваннями, що потребують такого лікування протягом усього ­життя, як-от дистонія м’язів шиї, а також у тих, які отримують множинні дози препаратів БоНТ за різними ­показаннями (як естетичними, так і терапев­тичними) (Niet  al., 2018; Hefter etal., 2019). FDA і Європей­ське агентство з лікарських засобів (EMA) рекомендують оцінювати неспри­ятливі імунологічні реакції, пов’язані з терапевтичними білковими продуктами, та сприяти зменшенню й зниженню ризику їх розвитку (FDA, 2014; EMA, 2017). Тому за порівнянної ефективності й безпеки препаратів БоНТ слід розглядати як терапію першої лінії засіб, що потенційно рідше спричинятиме імуногенність (Hefter etal., 2020; Samadzadeh etal., 2020). Дані клінічних досліджень із порівняння онаботулотоксину А та інкоботулотоксину А демонструють подібну ефективність та безпеку в разі їх застосування в однакових дозах за низкою показань (Wabbels etal., 2011 Saad and Gourdeau, 2014 Castelаo etal., 2017 Park etal., 2020). Початок ­лікування БоНТ-A ­другого покоління, що має меншу потенційну імуно­генність (інко­ботулотоксин А), може ­зменшити ризик ­продукування нейтра­лізуючих антитіл та запобігти терапевтичній ­невдачі в майбутньому (Hefter etal., 2020; Park etal., 2020).

Для пацієнтів, які розпочали лікування більш імуногенним препаратом БоНТ (онаботулотоксином А чи абоботулотоксином А), перехід на менш імуногенний засіб може стати відповідним вибором, оскільки процес розвитку нейтралізуючих антитіл може розпочатися дуже рано — ще до появи ­очевидних ­клінічних ознак резистентності (Santamato etal., 2012; Hefter etal., 2014, 2021; ­Gros­set etal., 2015; Dressler etal., 2018; Samadzadeh etal., 2020). ­Важливо вчасно ­розпізнавати ознаки клінічної резистентності, як-от потребу в ­збільшенні дози та скороченні інтервалів між введеннями препарату (Lange etal., 2009; Hefter etal., 2014; Samadzadeh etal., 2020).

Пере­хід на менш ­імуногенну форму є виправданим і в ­ідеалі має відбуватися досить рано, щоб бути ефективним для віднов­лення оптимальної клінічної відповіді (Santamato etal., 2012; Shinn etal., 2019). Із ­погляду ­імунології ­переведення на препарати БоНТ-B ­небажане, ­оскільки вони мають вищу імуногенність за препарати БоНТ-A (табл. 2) (Jankovic etal., 2006; Bentivoglio etal., 2015). В осіб, які пере­ходять із БоНТ-A на БоНТ-B, згодом спостерігали знижену відповідь і на БоНТ-B, а упродовж кількох циклів ­лікування може розвинутися резистентність (Bentivoglio etal., 2015; Hefter etal., 2020). За браком можливості комерцій­ного тесту­вання на нейтралізуючі ­антитіла, як зазначають ­дослідники, для прийняття ­відповідних ­рішень слід користуватися ­наявними доказами щодо ­відмінностей в імуногенному потенціалі між ­препаратами БоНТ і змін клінічної відповіді упродовж часу. Нині бракує даних довго­строкових досліджень у ­педіатричних ­пацієнтів, які мають отримувати таке лікування протягом життя; це зумовлює більший ризик розвитку хронічного запалення та інших потенційних ускладнень через повторювану ­стимуляцію імунної системи.

Висновки

Імуногенність є загальним клінічним бар’єром при застосуванні багатьох біологічних препаратів. Повторний вплив біологічної терапії, зокрема препаратами БоНТ, може спровокувати постійну імунну відповідь, яка призводить до утворення нейтралізуючих антитіл і зниження ефективності (чи до неефективності) лікування.

Стратегією зменшення імуногенності є розробка препаратів зі зниженим вмістом додаткових білків та інших потенційних ад’ювантів. Препарат БоНТ другого покоління інкоботулотоксин A містить лише терапевтичний нейротоксин, що зумовлює його клінічну ефективність і ­безпеку та низьку імуногенність.

Підготувала Наталія Купко