Применение метода детекции антителозависимого усиления инфекции in vitro на примере вируса Чикунгунья

ВВЕДЕНИЕ. Механизм антителозависимого усиления инфекции (antibody-dependent enhacement, ADE), опосредуемый через Fcγ-рецептор иммунных клеток, принято считать основным. Комплекс вируса со специфическим иммуноглобулином G (IgG) взаимодействует с данным рецептором, обеспечивая вирусу лучшее проникновение в клетку. Развитие ADE возможно и у вакцинированных, что предполагает его изучение при оценке безопасности разрабатываемых вакцин.

ЦЕЛЬ. Применение метода детекции антителозависимого усиления in vitro с использованием клеток линий К562 и Vero, а также штамма вируса Чикунгунья Nika21.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ. В исследовании использовали вирус Чикунгунья (ЧикВ) штамм Nika21 и сыворотки, содержащие cпецифические анти-ЧикВ IgG. Специфические сыворотки использовались в разных разведениях. Для оценки ADE клетки линий К562 и Vero заражали «смесью» ЧикВ со специфическими антителами (АТ). На четвертые сутки после заражения определяли биологический титр ЧикВ и содержание вирусной РНК. Титр ЧикВ определяли с помощью стандартного метода титрования вируса in vitro, а количество РНК — с помощью флуоресцентного метода ПЦР с обратной транскрипцией в режиме реального времени. Наличие ADE считали подтвержденным, если значения биологического титра ЧикВ в присутствии исследуемой сыворотки в данном разведении были >3 SD относительно среднего титра ЧикВ в контроле, который представлял собой «смесь» ЧикВ с сывороткой здорового добровольца.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В клетках линии Vero с помощью обоих методов было отмечено усиление репликации ЧикВ при увеличении разведения иммунных сывороток, которое, однако, не превышало значений титров ЧикВ в контроле. В клетках линии К562 исследуемые сыворотки в одном разведении продемонстрировали статистически достоверное усиление репликации ЧикВ относительно соответствующего контроля. Таким образом, в нашем исследовании ADE было обнаружено в присутствии промежуточных разведений иммунных сывороток с относительно средним или низким титром анти-ЧикВ АТ.

ВЫВОДЫ. Репликация ЧикВ в FcR-негативных клетках линии Vero подтвердила высокую чувствительность данной линии клеток к вирусу и возможность использования ее исключительно для оценки нейтрализующей активности специфических АТ. Клетки FcR-экспрессирующей линии К562 позволили анализировать обе функции АТ: и нейтрализующую вирус, и активирующую инфекцию. Результаты работы подтвердили возможность проведения исследований ADE in vitro, что значительно упрощает исследование феномена ADE при оценке безопасности разрабатываемых вакцин.

1. Halstead SB, O’Rourke EJ. Dengue viruses and mononuclear phagocytes. I. infection enhancement by non-neutralizing antibody. J Exp Med. 1977;146(1):201–17. https://doi.org/10.1084/jem.146.1.201

2. Takada A, Kawaoka Y. Antibody-dependent enhancement of viral infection: molecular mechanisms and in vivo implications. Rev Med Virol. 2003;13(6):387–98. https://doi.org/10.1002/rmv.405

3. Yang X, Zhang X, Zhao X, et al. Antibody-dependent enhancement: “Evil” antibodies favorable for viral infections. Viruses. 2022;14(8):1739. https://doi.org/10.3390/v14081739

4. Graham BS. Vaccines against respiratory syncytial virus: The time has finally come. Vaccine. 2016;34(30):3535–41. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2016.04.083

5. Polack FP. Atypical measles and enhanced respiratory syncytial virus disease (ERD) made simple. Pediatr Res. 2007;62(1):111–5. https://doi.org/1203/PDR.0b013e3180686ce0

6. Langerak T, Mumtaz N, Tolk VI, et al. The possible role of cross-reactive dengue virus antibodies in Zika virus pathogenesis. PLoS Pathog. 2019;15(4):e1007640. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1007640

7. Junqueira C, Crespo Â, Ranjbar S, et al. FcγR-mediated SARS-CoV-2 infection of monocytes activates inflammation. Nature. 2022;606(7914):576–84. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04702-4

8. Kuzmina NA, Younan P, Gilchuk P, et al. Antibody-dependent enhancement of Ebola virus infection by human antibodies isolated from survivors. Cell Rep. 2018;24(7):1802–15.e5. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.07.035

9. Ignatyev GM, Agafonov AP, Streltsova MA, Kashentseva EA. Inactivated Marburg virus elicits a nonprotective immune response in Rhesus monkeys. J Biotechnol. 1996;44(1–3):111–8. https://doi.org/10.1016/0168-1656(95)00104-2

10. Stiasny K, Medits I, Roßbacher L, Heinz FX. Impact of structural dynamics on biological functions of flaviviruses. FEBS J. 2023;290(8):1973–85. https://doi.org/10.1111/febs.16419

11. Hawkes RA. Enhancement of the infectivity of arboviruses by specific antisera produced in domestic fowls. Aust J Exp Biol Med Sci. 1964;42:465–82. https://doi.org/10.1038/icb.1964.44

12. Halstead SB, Chow JS, Marchette NJ. Immunological enhancement of dengue virus replication. Nat New Biol. 1973;243(122):24–6. PMID: 17319077

13. Peiris JS, Gordon S, Unkeless JC, Porterfield JS. Monoclonal anti-Fc receptor IgG blocks antibody enhancement of viral replication in macrophages. Nature. 1981;289(5794):189–91. https://doi.org/10.1038/289189a0

14. Halstead SB, Mahalingam S, Marovich MA, et al. Intrinsic antibody-dependent enhancement of microbial infection in macrophages: disease regulation by immune complexes. Lancet Infect Dis. 2010;10(10):712–22. https://doi.org/10.1016/S1473-3099(10)70166-3

15. Thomas S, Smatti MK, Ouhtit A, et al. Antibody-dependent enhancement (ADE) and the role of complement system in disease pathogenesis. Mol Immunol. 2022;152:172–82. https://doi.org/10.1016/j.molimm.2022.11.010

16. Burton DR. Antiviral neutralizing antibodies: from in vitro to in vivo activity. Nat Rev Immunol. 2023;23(11):720–34. https://doi.org/10.1038/s41577-023-00858-w

17. Bournazos S, Gupta A, Ravetch JV. The role of IgG Fc receptors in antibody-dependent enhancement. Nat Rev Immunol. 2020; 20(10):633–43. https://doi.org/10.1038/s41577-020-00410-0

18. Xu L, Ma Z, Li Y, et al. Antibody dependent enhancement: Unavoidable problems in vaccine development. Adv Immunol. 2021;151:99–133. https://doi.org/10.1016/bs.ai.2021.08.003

19. Mader K, Dustin LB. Beyond bNAbs: Uses, risks, and opportunities for therapeutic application of non-neutralising antibodies in viral infection. Antibodies (Basel). 2024;13(2):28. https://doi.org/10.3390/antib13020028

20. Barba-Spaeth G, Dejnirattisai W, Rouvinski A, et al. Structural basis of potent Zika-dengue virus antibody cross-neutralization. Nature. 2016;536(7614):48–53. https://doi.org/10.1038/nature18938

21. Sawant J, Patil A, Kurle S. A review: Understanding molecular mechanisms of antibody-dependent enhancement in viral infections. Vaccines (Basel). 2023;11(7):1240. https://doi.org/10.3390/vaccines11071240

22. Moi ML, Lim CK, Kotaki A, et al. Development of an antibody-dependent enhancement assay for dengue virus using stable BHK-21 cell lines expressing Fc gammaRIIA. J Virol Methods. 2010;163(2):205–9. https://doi.org/10.1016/j.jviromet.2009.09.018

23. Konishi E, Tabuchi Y, Yamanaka A. A simple assay system for infection-enhancing and -neutralizing antibodies to dengue type 2 virus using layers of semi-adherent K562 cells. J Virol Methods. 2010;163(2):360–7. https://doi.org/10.1016/j.jviromet.2009.10.026

24. Yamanaka A, Rattanaamnuaychai P, Matsuda M, et al. Development of a rapid assay system for detecting antibody-dependent enhancement of dengue virus infection. J Virol Methods. 2023;311:114641. https://doi.org/10.1016/j.jviromet.2022.114641

25. Huang X, Yue Y, Li D, et al. Antibody-dependent enhancement of dengue virus infection inhibits RLR-mediated type-I IFN-independent signalling through upregulation of cellular autophagy. Sci Rep. 2016;6:22303. https://doi.org/10.1038/srep22303

26. Lum FM, Couderc T, Chia BS, et al. Antibody-mediated enhancement aggravates chikungunya virus infection and disease severity. Sci Rep. 2018;8(1):1860. https://doi.org/10.1038/s41598-018-20305-4

27. Boonnak K, Dambach KM, Donofrio GC, et al. Cell type specificity and host genetic polymorphisms influence antibody-dependent enhancement of dengue virus infection. J Virol. 2011;85(4):1671–83. https://doi.org/10.1128/JVI.00220-10

28. Chotiwan N, Roehrig JT, Schlesinger JJ, et al. Molecular determinants of dengue virus 2 envelope protein important for virus entry in FcγRIIA-mediated antibody-dependent enhancement of infection. Virology. 2014;456–457:238–46. https://doi.org/10.1016/j.virol.2014.03.031

29. He RT, Innis BL, Nisalak A, et al. Antibodies that block virus attachment to Vero cells are a major component of the human neutralizing antibody response against dengue virus type 2. J Med Virol. 1995;45(4):451–61. https://doi.org/10.1002/jmv.1890450417

30. Guy B, Chanthavanich P, Gimenez S, et al. Evaluation by flow cytometry of antibody-dependent enhancement (ADE) of dengue infection by sera from Thai children immunized with a live-attenuated tetravalent dengue vaccine. Vaccine. 2004;22(27–28):3563–74. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2004.03.042

31. Отрашевская ЕВ, Казакова ЕВ, Жиренкина ЕН и др. Ретроспективный серологический анализ распространения флавивирусных лихорадок и лихорадки Чикунгунья в Никарагуа — авидность специфических антител как инструмент дифференциальной диагностики. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2022;99(2):215–24. https://doi.org/10.36233/0372-9311-196

32. Chusri S, Siripaitoon P, Silpapojakul K, et al. Kinetics of chikungunya infections during an outbreak in Southern Thailand, 2008–2009. Am J Trop Med Hyg. 2014;90(3):410–17. https://doi.org/10.4269/ajtmh.12-0681

33. Игнатьев ГМ, Каа КВ, Оксанич АС и др. Индикация и идентификация вирусов денге и Чикунгунья в комарах рода Aedes spp., отловленных в Центральной Америке. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2020;97(3):227–32. https://doi.org/10.36233/0372-9311-2020-97-3-4

34. Оксанич АС, Самарцева ТГ, Каа КВ и др. Молекулярно-генетические методы контроля качества инактивированных вакцин на модели вируса Чикунгунья: подлинность штамма и полнота инактивации вируса. БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2024;24(3):279–93. https://doi.org/10.30895/2221-996X-2024-24-3-279-293

35. Moi ML, Takasaki T, Kurane I. Detection of virus-antibody immune complexes in secondary Dengue virus infection. Methods Mol Biol. 2018;1604:331–7. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-6981-4_25

36. Moi ML, Lim CK, Kotaki A, et al. Detection of higher levels of dengue viremia using FcγR-expressing BHK-21 cells than FcγR-negative cells in secondary infection but not in primary infection. J Infect Dis. 2011;203(10):1405–14. https://doi.org/10.1093/infdis/jir053

37. Taraphdar D, Singh B, Pattanayak S, et al. Comodulation of Dengue and Chikungunya virus infection during a coinfection scenario in human cell lines. Front Cell Infect Microbiol. 2022;12:821061. https://doi.org/10.3389/fcimb.2022.821061

38. Moi ML, Takasaki T, Saijo M, Kurane I. Determination of antibody concentration as the main parameter in a dengue virus antibody-dependent enhancement assay using FcγR-expressing BHK cells. Arch Virol. 2014;159(1):103–16. https://doi.org/10.1007/s00705-013-1787-3

39. Halstead SB. Dengue antibody-dependent enhancement: Knowns and unknowns. Microbiol Spectr. 2014;2(6). https://doi.org/10.1128/microbiolspec.AID-0022-2014

40. Tirado SM, Yoon KJ. Antibody-dependent enhancement of virus infection and disease. Viral Immunol. 2003;16(1):69–86. https://doi.org/10.1089/088282403763635465

41. Sallie R. Replicative homeostasis: A fundamental mechanism mediating selective viral replication and escape mutation. Virol J. 2005;2:10. https://doi.org/10.1186/1743-422X-2-10

42. Linn ML, Aaskov JG, Suhrbier A. Antibody-dependent enhancement and persistence in macrophages of an arbovirus associated with arthritis. J Gen Virol. 1996;77(Pt 3):407–11. https://doi.org/10.1099/0022-1317-77-3-407

43. Atella MO, Carvalho AS, Da Poian AT. Role of macrophages in the onset, maintenance, or control of arthritis caused by alphaviruses. Exp Biol Med (Maywood). 2023;248(22):2039–44. https://doi.org/10.1177/15353702231214261

44. Katzelnick LC, Gresh L, Halloran ME, et al. Antibody-dependent enhancement of severe dengue disease in humans. Science. 2017;358(6365):929–32. https://doi.org/10.1126/science.aan6836

45. Chaichana P, Okabayashi T, Puiprom O, et al. Low levels of antibody-dependent enhancement in vitro using viruses and plasma from dengue patients. PLoS One. 2014;9(3):e92173. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0092173

46. Hadinegoro SR, Arredondo-García JL, Capeding MR, et al. Efficacy and long-term safety of a Dengue vaccine in regions of endemic disease. N Engl J Med. 2015;373(13):1195–206. https://doi.org/10.1056/NEJMoa1506223

47. Миронов АН, Супотницкий МВ, Лебединская ЕВ. Феномен антитело-зависимого усиления инфекции у вакцинированных и переболевших. БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2013;(3):12–25. EDN: RDXVHD