Mikrobiyota ve İmmün Sistem

(Mikrobiyotanın Aşı Etkinliğindeki Rolü)

Selim BADUR, PhD

GlaxoSmithKline Vaccines - EM

Gelişmekte Olan Ülkeler

Aşı Bilimsel Danışmanı

Sunum içeriği

• Neden bu konu?

• Mikroorganizma dünyası

• Mikrobiyota / Mikrobiyom - tanım, yerleşim bölgesi, içerik...

- farklı patolojilerde rolü

- metabolitleri ve etki mekanizması

• Bağışıklık sistemi ile ilişkisi - düzenleyici rolü

- doğal bağışık yanıta etkisi

- edinsel bağişık yanıta etkisi

• Aşılar ile etkileşimi

Aşılar konusunda son “Spekülasyonlar”

• Aşıların özgül olmayan etkileri

• Çapraz reaksiyon veren antijenlere bağlı koruma

• Mikrobiyotanın aşı etkinliği üzerine etkisi

JAMA. 2009;301(21):2243-2251

0

20

40

60

80

100

Rotavirus Aşısının Farklı Ülkelerde Etkinliği

1. Vesikari , et al. Lancet 2007; 370: 1757–63; 2. Li, et al. Hum Vacc Immunotherapy 2014; 10: 11–18; 3. Kawamura, et al. Vaccine 2011: 29: 6335–41; 4. Phua, et al. Vaccine 2009; 27: 5936–41; 5. Tregnaghi, et al. Pediatr Infect Dis J 2011; 30: e103–8; 6. Linhares, et al. Lancet 2008: 371:

1181–9; 7. Madhi, et al. N Engl J Med 2010; 362: 289–98.

95.8% 91.6% 96.1% 81.6% 83.1%

61.2%

*Severe RVGE defined as ≥11 on the Vesikari scale (requiring hospitalisation and/or rehydration therapy at a medical facility).

Hong Kong, Taiwan and Singapore4

Europe1 Latin America (OPV vaccine co-admin.)5

Japan3 Latin America6

Malawi and South Africa7

1 year post-vaccination Follow-up over 2 years

72.0%

China2

Vac

cin

e ef

fica

cy a

gain

st

seve

re R

VG

E (9

5%

CI)

Variable levels of vaccine efficacy against severe RVGE* in diverse settings

ROTA Council, Rotavirus Commun, Sever Devasting Preventable Disease Report February, 2016

- Aşı öncesi serumda IgG miktarının aşırı yüksek olması - Diğer enteropatojenlerin varlığı - Maternal antikorların etkisi (IgG ve IgA) - Malnütrisyon sorunu - Diğer ölüm nedenleri (HIV, sıtma, vb..) - Oral aşıların birlikte kullanımına bağlı interferans - MİKROBİYOTA Farkı

Farklı Gelir Düzeyine Sahip Ülkelerde Aşı Etkinliği

«Yanlız» olduğumuz tek dönem fetal yaşam...

Biz «yanlız» değiliz..!

Kabul etmeye hazır mıyız?

• Çok hücreli organizmalar makroskopik konak ve simbiyotik kommensal mikrobiyotadan oluşan meta-organizmalardır.

Cell 2014, 157: 121; Mucosal Immunol 2010;3: 450

- Doğumdan hemen sonra anneden ve çevreden

kazanılan çok sayıda bakteri ile kolonizasyon söz

konusudur; erişkin dönemde vücudun tüm

bölgelerinde trilyonlarca bakteri hücresi yer alır

- Erişkin bağırsağında 1014 kadar bakteri hücresi

bulunur; bu kütle yaklaşık 1.13 kg kadardır ve

insan hücrelerinden 10 kez daha fazla sayıdadır (1013)

- Söz konusu mikroorganizma topluluğu ilk kez

Lederberg

ve Mccray tarafından «mikrobiyom» olarak tanımlanmıştır

Lederberg J, Mccray AT, Scientist 2001;15(7): 8

Bizler «insan»dan çok «bakteriyiz»....

EMBO 2006;7: 688

Trends Genet. 2013 Jan; 29(1): 51–58 Annu Rev Microbiol 2011;65: 411 .

Bağırsak mikrobiyotası: dost mu, düşman mı?

Nature Rev Immunol 2009;9: 313

• Obezite • Tip 1 diyabet • Astım • Inflamatuvar

bağırsak hastalığı • Kolon kanseri • İmmün yetmezlik • Anksiyete • Solunum sistemi

enfeksiyonları Janoff, Edward N., Claire Gustafson, and Daniel Frank. "The world within: living with our microbial guests and guides." Translational Research (2012).

http://www.sciencemag.org/content/326/5960/1694.abstract

Bazı patolojilerde insan vücüdundaki bakterilerin dengesinde bozulma gözlenmektedir:

Sci Trans Med 2015;7: 271ps1

Clin Microbiol Infect 2013;19: 305

Nature 2011;472: 58

Curr Opinion Organ Transplant 2015;20:1

Trends Endocrin Metabolism 2014;

Cell 2013;155: 1446

Curr Opinion Insect Sci 2014;3: 6

Curr Opin Virol 2015;15: 97

Clin Infect Dis 2014;58: 541

Ochsner J 2014;14: 538

Nature Med 2016;22: 1079

- Mikrobiyota, besinlerle alınan molekülleri, sinyal metabolitlerine dönüştürürler

- Mikrobiyota içeriğindeki, çeşitliliğindeki ve türeyen metabolitlerindeki değişim, vücuttaki farklı organlara etki ederek hastalıklara neden olur

Mikrobiyota farklı sistemleri nasıl etkiler?

Curr Opinion Microbiol 2017;35: 8

Mikrobiyota Tarafından Üretilen & Değişime Uğratılan Metabolitler ve Bunların İmmün Yanıt Üzerine Etkileri

HDAC: histon deasetilaz inhibitörü AHR: Aril hidrokarbon inhibitörü FXR: Farnesoid X reseptörü

Curr Opinion Immunol 2014;30: 54

Örnek: Kısa zincirli yağ asitlerinin (SCFAs) immünomodülatör etkisi

YAPISAL ve GELİŞİMSEL

Mikrobiyotanın bilinen işlevleri

METABOLİK

İMMÜNOLOJİK

H Abacıoğlu’nun iziniyle

Bağırsak mikrobiyotası immün sistemin bir dizi işlevi üzerine etki etmektedir

- İmmün sistemin gelişimi ve olgunlaşması - İmmün yanıtın işleyişi * Doğal bağışık yanıt * Edinsel bağışık yanıt

Nature Rev Microbiol 2013;11: 227

Sindirim Sisteminin Gelişiminde Mikrobiyotanın Rolü

Bäckhed F, 2012

Morphology of intestinal villus

Villi are longer and thinner

Less complex vascular network

Intestinal crypts are less deep

Fewer stem cells Few lymphoid follicules Immature Peyer’s patches Immature mesenteric lymph nodes

Nature 2012;489: 231

Bağırsak Epitelinin Bariyer İşlevi

Nat. Rev. Endocrinol. doi:10.1038/nrendo.2015.211

• Mikrobiyota epitel tabakasını etkiler: mikrobiyotanın yapısal molekülleri ve metabolitleri IEC’leri ve ILC’lere etki eder; immün homeostazı düzenlemede ve bariyer bütünlüğünün sağlanmasında rol oynar

• Mikrobiyotanın etkisi ile oluşacak SCFA’lar mikrobiyota-IEC’ler arası diyalogda rol oynar

• Mikrobiyotanın etkisi ile oluşacak PAMP’ler, mikrobiyota-epitel tabakası arasındaki fiziksel ayırımı sağlayan bazı AMP’lerin salgılanmasında rol oynarlar

Mikrobiyotanın «tight junction» proteinlerine etkisi

Bağırsak mikrobiyotası immün sistemin bir dizi işlevi üzerine etki etmektedir

- İmmün sistemin gelişimi ve olgunlaşması - İmmün yanıtın işleyişi * Doğal bağışık yanıt * Edinsel bağışık yanıt

Mikrobiyota Doğal Bağışık Yanıtı uyarır...

Trends in Immunology, 2014, 35: 507-517

1-

Immunity 2017;46: 344

Cell 2016;166: 1231

Doğal Lenfoid Hücreler: Innate lymphoid cells (ILC )

Common lymphoid progenitor (CLP),

Helper-like ILCs

Cell 2016;166: 1231

In the case of altered microbiota in mice, the proportion of ILCs subsets change

Mikrobiyotası Değişime uğramış Farelerde dağılım

Nature 2016;535: 65

Doğal Lenfoid Hücreler (ILC) Üzerine Mikrobiyotanın Etkisi

Science 2014;345 (6202): 1310

Segmented filamentous bacteria

(Fut2: fucosyltranspherase 2 LT: lymphotoxin)

ILC3 epitel glikozilasyonunu düzenler

Bağırsak mikrobiyotası immün sistemin bir dizi işlevi üzerine etki etmektedir

- İmmün sistemin gelişimi ve olgunlaşması - İmmün yanıtın işleyişi * Doğal bağışık yanıt * Edinsel bağışık yanıt (örnek: IgA, Th17, Treg...)

Mikrobiyotanın Edinsel İmmün Yanıt Üzerine Etkisi

1-

2- 3-

Nature 2016;535: 75

Mikrobiyotanın IgA Sentezindeki Rolü

AID: Activation-induced cytidine deaminase BAFF: B-cell activating factor

Nature Rev Immunol 2013;13. 321

Mikrobiyotanın Th17/Treg Oluşumundaki Rolü

Science 2010;330: 1768

Th17 ve Treg Hücreleri arasında Denge...

Nature Rev Immunol 2009;9: 313

Örnek: B. fragilis’ in, H. hepaticus ’un Neden Olacağı Hastalıktan Koruma Mekanizması

Aşı Geliştirilirken, Mikrobiyota dikkate alınmalı (mı?)

• Mikrobiyota-immün yanıt ilişkisi biliniyor

• Yıllar içinde inflamatuvar, otoimmün, metabolik, neoplastik ve nörodejeneratif hastalıklar gibi bir dizi mültifaktoriyel patolojide, bağırsak disbiozisinin etkili olduğu gösterilmiştir

• Aynı kommensal mikroorganizmaların aşı etkinliğinde de rol oynayıp oynamadıkları sorgulanmaktadır

PLoS Path 2010;6: e1001190; Human Vaccines Immunother 2015;11: 2329

• «Germ free» ya da antibiyotik verilen deney hayvanlarında immün yanıt aksamaktadır

• Bu tip durumlarda Influenza A ya karşı farelerde doğal immün yanıt ciddi biçimde aksar; mikrobiyotaları «onarıldığında» yanıt geri döner

• Mikrobiyota ayrıca edinsel yanıta da etki eder : antikor çeşitliliği, miktarı, B/T hücre gelişimi , Treg/Th17 yanıtında değişim gibi...

• İmmün yanıta bu tip etkiler gösterdiğinden mikrobiyotanın

aşı antijenlerine yanıtını da etkilemesi beklenir....

Gerekçeler-1....

• Mikrobiyota, immün sistemin yapılanmasında rol oynuyor: bu durumda aşıya yanıtı etkilemesi de doğal...

• RV, OPV, Kolera ve Shigella aşıları, gelişmekte olan ülke çocuklarında daha düşük immünojenite gösteriyor

• Gelişmekte olan ülkelerdeki çocukların bağırsak mikrobiyotasında yer alan bakterilerin sayı/çeşitlilik zenginliği aşılara düşük yanıtın kaynağı

• Sonuçta: beslenme-mikrobiyota-immün yanıt arasında ilişki, aşı konusunda da gündeme geliyor

Gerekçeler-2....

Cell 2016;165,: 842

• Finlandiya & Estonya (otoimmün hastalıkların yaygın olduğu ülkeler) ve Rusya’da (otoimmün hastalıkların daha ender görüldüğü ülke) çocukların bağırsak mikrobiyotası incelenmiş • Bacteroides türlerinin Rus çocuklarda az, Finli & Estonyalı çocuklarda fazla olduğu gösterimiş •Bacteroides LPS’i, doğal bağışıklık sinyallerini baskılıyor

1-

Harris VC, J Infect Dis, 2017;215: 34

- RV aşısına yanıt veren ve vermeyen Gana’lı çocukların mikrobiyota içerikleri, aşılanmamış ancak aşıya yanıt vermesi beklenen sağlıklı Hollandalı çocukların mikrobiyotası ile kıyaslanmış - Aşıya yanıt veren ve vermeyenlerin mikrobiyotaları farklı olup, yanıt veren Gana’lı çocukların mikrobiyotaları, Hollandalı çocuklarınkine benziyor - Yanıt verenlerde: S. bovis artmış Bacteroidetes filumu azalmıştır

- LPS, güçlü bir doğal immün yanıt uyarıcısıdır - Farklı bakteri cinsleri arasında gözlenen LPS’in yapısal farklılıkları, immünostimülatör özelliğinin de değişimine neden olur

-Bacteroidetes filumunca eksprese edilen LPS, farklıdır ve immünostimülatör özelliği yoktur

- Aşıya yanıt vermeyenlerde inflamatuvar sitokinleri uyarma kapasitelerinin kısıtlı olduğu / olmadığı gösterilmiştir

Harris VC, J Infect Dis, 2017;215: 34

- Yanıt verenlerde Enterobacteria / Bacteroides oranı belirgin biçimde artmıştır - İnhibitör özellikte LPS’e sahip bakteriler canlı-atenüe RV aşısına yanıtı baskılar

Gut Microbes 2017; Sept.

Trends Immunol 2014;35: 526

2-

- Sadece beslenme alışkanlığı değil, uygun olmayan sanitasyon koşulları da (POOR SANITATION)

daha erken dönemde fekal-oral bakteri teması olasılığını Arttır ve sonuçta oral aşıların immünojenitesi baskılanır - Subklinik kronik inflamasyon koşulu: ENVIRONMENTAL ENTEROPATHY (EE)’nin bu gelişmeden sorumlu olduğu kabul edilmektedir

Mikrobiyota, immün yanıt üzerine etki eder Bu durumda aşıya yanıtı da etkilemesi DOĞALDIR

Mikrobiota

Immün yanıt

Beslenme / Yetersiz beslenme

Metabolitler, örneğin LPS, güçlü bir immünomodülatördür ve bakteri cinsine göre yapısındaki farklılaşma bu etkiyi değiştirir

1- 2- Zayıf Sanitasyon koşulları EE Kronik inflamatuvar koşullar İmmün sistem mikrobiyota ile ilgilenmekten, aşıya yönelmeye imkan bulamıyor !!!

Front Microbiol 2011;2: article228; Dig Dis Sci 2007;52: 1253

Farelerde bağırsak mikrobiyotasının aşı/enfeksiyon sonrası oluşacak antikor

yanıtına etki mekanizmaları

J Leuk Biol 2018;103 (in press)

Probiyotikler ile bağırsak mikrobiyotasının değiştirilmesi ve konağın immün yanıtının yeniden düzenlenmesi

• Makaklarda probiyotik tedavisi ile mukozal IgA ve IgA üreten B hücrelerinin sayısı arttırılmış

• Probiyotik uygulaması ile RV enfeksiyonlarında diarenin şiddeti ve süresi azaltılmış

• Probiyotik kullanımı ile RV aşılaması sonrasında elde edilen serokonversiyon düzeyi arttırılmış (Finlandiya)

• Probiyotik ve çinko verilmesi sonucunda RV aşılaması sonrası oluşan IgA serokonversiyonu oranı artmış (Hindistan)......

J Immunol 2016;196: 2401; Vaccine 1995;13: 310; Phil Trans R Soc London Series B, Biol Sci 2015;370: 20140144

Vaccine 2012;30: 4336

Sonuç: Mikrobiyotanın immün yanıt üzerine farklı aşamalarda etkisi var

- Epitel tabakası * Mikrobiyotanın yapısal elementleri ve metabolitleri IEC ve ILC’ler üzerine etki eder * Mikrobiyota etkisi ile oluşan SCFA’ler mikrobiyota-IEC etkileşiminde ve inflamasyondan korunmada rol oynarlar; PAMP’lar, AMP (örnek RegIII ɣ) üretimini düzenler ve mikrobiyota-epitel tabakası arasındaki fşiziksel ayırımı dengeler - Doğal bağışıklık hücreleri * triptofan aracılığı ile ILC’lere; SCFA aracılığı ile miyeloid hücrelere etki eder - Edinsel bağışıklık hücreleri * SFB’ler bağırsak epiteline etki eder, IL-23 ve SAA aracılığı ile, Th17’leri uyarır * IgA sentezini ve salgılanmasını uyarır * B. fragilis Th1 ve Th2 dengeyi etkiler, Treg gelişimini destekler

MİKROBİYOTA İÇERİĞİ, AŞI ETKİNLİĞİNİ DEĞİŞTİREBİLİR (Mİ) !

İlginize teşekkür ederim...