Early protection against influenza by pandemic live attenuated influenza vaccines

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Live attenuated cold-adapted (ca) influenza vaccine (LAIV) is an effective tool for the control of influenza, most likely due to their ability to induce both humoral and cellular immune responses, easy application and relatively low manufacturing costs. Attenuated cold-adapted vaccine strains that have achieved a satisfactory balance between restricted replication and high immunogenicity are desirable. The immunogenicity of live attenuated vaccines may depend upon the interplay between its ability to induce pro-inflammatory cytokine responses and the relative sensitivity of the attenuated vaccine strain to an antiviral effect of these cytokines. To better understand the relationship between attenuation and induction of innate immunity as well as contribution of the early cytokine response to the relative immunogenicity of LAIVs, we have studied early protection induced by LAIV in vivo as well as early cytokine response in human cells macrophage origin in response to infection with vaccine strains or epidemic virus.

The aim of this study was to investigate the early immune response and protective activity in female CBA mice intranasally immunized with cold-adapted influenza vaccine strains of different genome compositions of 5:3 or 6:2. For experimental infection pandemic influenza viruses A/South Africa/3626/13 (H1N1)pdm09 and A/New York/61/15 (H1N1)pdm09 were used to be administered to animals at a dose of 106 EID50 at day 3 after immunization (challenge infection). Although challenge viruses replicate at mice lungs at various, extend, on day 10 after immunization mice were protected from death from 60 up to 80%. Reassortants LAIV did not differ statistically on these levels.

Study of the expression of IFN-α and IFN-β genes in human lung macrophage line cells THP-1 in vitro have shown that macrophages stimulated with vaccine strains with the genome formula 6:2 and 5:3, had a sufficient level of expression of these genes, comparable to that, as in infection with wild virus type A/South Africa/3626/13 (H1N1)pdm09. These data may indicate that surface proteins of influenza A virus are involved in the process of stimulation of the IFN-α and IFN-β genes.

About the authors

Andrey R. Rekstin

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: arekstin@yandex.ru

PhD, Leader Scientist, Department of Virology

Russian Federation, Saint Petersburg

Julia A. Desheva

Institute of Experimental Medicine

Email: desheva@mail.ru

Doctor of Medical Science, Associate Professor, Leader Scientist, Department of Virology

Russian Federation, Saint Petersburg

Irina V. Kiseleva

Institute of Experimental Medicine

Email: irina.v.kiseleva@mail.ru

Doctor of Biological Sciences, Professor, Head of the Laboratory, Department of Virology

Russian Federation, Saint Petersburg

Irina N. Isakova-Sivak

Institute of Experimental Medicine

Email: isakova.sivak@gmail.com

Doctor of Biological Sciences, Head of the Laboratory, Department of Virology

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. World Health Organization. Influenza Seasonal [Internet]. WHO; 2019 [cited 2018 November 6]. Available from: http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs211/en/index.html.
  2. WHO/IVB/06.13. Global influenza pandemic action plan to increase vaccine supply [Internet]. Geneva: WHO; 2006. Available from: http://whqlibdoc.who.int/hq/2006/WHO_IVB_06.13_eng.pdf.
  3. Julkunen I, Sareneva T, Pirhonen J, et al. Molecular pathogenesis of influenza A virus infection and virus-induced regulation of cytokine gene expression. J Cytokine Growth Factor Rev. 2001;12(2-3):171-180. https://doi.org/10.1016/S1359-6101(00)00026-5.
  4. Kreijtz JH, Fouchier RA, Rimmelzwaan GF. Immune responses to influenza virus infection. Virus Research. 2011;162(1-2):19-30. https://doi.org/10.1016/j.virusres.2011.09.022.
  5. Hopkins SJ. The pathophysiological role of cytokines. Leg Med (Tokyo). 2003;5 Suppl 1:S45-57. https://doi.org/10.1016/S1344-6223(02)00088-3.
  6. Feghali CA, Wright TM. Cytokines in acute and chronic inflammation. Front Biosci. 1997;2(4):d12-26. https://doi.org/10.2741/a171.
  7. Rudenko LG, Alexandrova GI. Current strategies for the prevention of influenza by the Russian cold-adapted live influenza vaccine among different populations. International Congress Series. 2001;1219:945-950. https://doi.org/10.1016/S0531-5131(01)00661-6.
  8. Nichol KL. Live attenuated influenza virus vaccines: new options for the prevention of influenza. Vaccine. 2001;19(31):4373-4377. https://doi.org/10.1016/S0264-410X(01)00143-8.
  9. Rudenko LG, Arden NH, Grigorieva E, et al. Immunogenicity and efficacy of Russian live attenuated and US inactivated influenza vaccines used alone and in combination in nursing home residents. Vaccine. 2000;19(2-3):308-318. https://doi.org/10.1016/S0264-410X(00)00153-5.
  10. Isakova-Sivak I, Rudenko L. Safety, immunogenicity and infectivity of new live attenuated influenza vaccines. Expert Rev Vaccines. 2015;14(10):1313-1329. https://doi.org/10.1586/14760584.2015.1075883.
  11. Isakova-Sivak I. Live attenuated Influenza vaccines against highly pathogenic H5N1 avian influenza: development and preclinical characterization. Journal of Vaccines and Vaccination. 2013;4(8):40. https://doi.org/10.4172/2157-7560.1000208.
  12. Klimov AI, Cox NJ, Yotov WV, et al. Sequence changes in the live attenuated, cold-adapted variants of influenza A/Leningrad/134/57 (H2N2) virus. Virology. 1992;186(2):795-797. https://doi.org/10.1016/0042-6822(92)90050-Y.
  13. Isakova-Sivak I, Chen LM, Matsuoka Y, et al. Genetic bases of the temperature-sensitive phenotype of a master donor virus used in live attenuated influenza vaccines: A/Leningrad/134/17/57 (H2N2). Virology. 2011;412(2):297-305. https://doi.org/10.1016/j.virol.2011.01.004.
  14. Kiseleva IV, Voeten JT, Teley LC, et al. PB2 and PA genes control the expression of the temperature-sensitive phenotype of cold-adapted B/USSR/60/69 influenza master donor virus. J Gen Virol. 2010;91(Pt 4):931-937. https://doi.org/10.1099/vir.0.017996-0.
  15. Klimov AI, Kiseleva IV, Alexandrova GI, Cox NJ. Genes coding for polymeraze proteins are essential for attenuation of the cold-adapted A/Leningrad/134/17/57 (H2N2) influenza virus. International Congress Series. 2001;1219:955-959. https://doi.org/10.1016/S0531-5131(01)00369-7.
  16. Rudenko LG, Kiseleva IV, Larionova NV, et al. Analysis of some factors influencing immunogenicity of live cold-adapted reassortant influenza vaccines. International Congress Series. 2004;1263:542-546. https://doi.org/10.1016/ j.ics.2004.02.046.
  17. Rekstin AR, Kiseleva IV, Klimov AI, et al. Interferon and other proinflamatory cytokine responses in vitro following infection with wild-type and cold-adapted reassortant influenza viruses. Vaccine. 2006;24(44-46):6581-6584. https://doi.org/10.1016.vaccine.2006.05.091.
  18. Conn CA, McClellan JL, Maassab HF, et al. Cytokines and the acute phase response to influenza virus in mice. Am J Physiol. 1995;268(1 Pt 2):R78-84. https://doi.org/10.1152/ajpregu.1995.268.1.R78.
  19. Ramakrishnan A, Althoff KN, Lopez JA, et al. Differential serum cytokine responses to inactivated and live attenuated seasonal influenza vaccines. Cytokine. 2012;60(3):661-666. https://doi.org/10.1016/j.cyto.2012.08.004.
  20. Tamura S. Studies on the usefulness of intranasal inactivated influenza vaccines. Vaccine. 2010;28(38):6393-6397. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2010.05.019.
  21. Lanthier PA, Huston GE, Moquin A, et al. Live attenuated influenza vaccine (LAIV) impacts innate and adaptive immune responses. Vaccine. 2011;29(44):7849-7856. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2011.07.093.
  22. Klimov AI, Cox NJ. PCR restriction analysis of genome composition and stability of cold-adapted reassortant live influenza vaccines. J Virol Methods. 1995;52(1-2):41-49. https://doi.org/10.1016/0166-0934(94)00133-2.
  23. Reed LJ, Muench H. A simple method of estimating fifty percent endpoints. Am J Epidemiol. 1938;27(3):493-497. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.aje.a118408.
  24. Desheva YA, Leontieva GF, Kramskaya TA, et al. Factors of early protective action of live influenza vaccine combined with recombinant bacterial polypeptides against homologous and heterologous influenza infection. Heliyon. 2019;5(2):e01154. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e01154.
  25. Rodgers BC, Mims CA. Influenza virus replication in human alveolar macrophages. J Med Virol. 1982;9(3):177-184. https://doi.org/10.1002/jmv.1890090304.
  26. Shim JM, Kim J, Tenson T, et al. Influenza virus infection, interferon response, viral counter-response, and apoptosis. Viruses. 2017;9(8). pii: E223. https://doi.org/10.3390/v9080223.
  27. McNab F, Mayer-Barber K, Sher A, et al. Type I interferons in infectious disease. Nat Rev Immunol. 2015;15(2):87-103. https://doi.org/10.1038/nri3787.
  28. Киселева И.В., Крутикова Е.В., Рекстин А.Р., и др. Мыши как модель для изучения степени аттенуации холодоадаптированных штаммов вируса гриппа // Медицинский академический журнал. – 2017. – Т. 17. – № 2. – С. 67–75. [Kiseleva IV, Krutikova EV, Rekstin AR, et al. Mouse model for the study of attenuation of cold-adapted influenza viruses. Medical academic journal. 2017;17(2):67-75. (In Russ.)]
  29. Rekstin A, Isakova-Sivak I, Petukhova G, et al. Immunogenicity and cross protection in mice afforded by pandemic H1N1 live attenuated influenza vaccine containing wild-type nucleoprotein. Biomed Res Int. 2017;2017:9359276. https://doi.org/10.1155/2017/9359276.
  30. Jin H, Subbarao K. Live attenuated influenza vaccine. Curr Top Microbiol Immunol. 2015;386:181-204. https://doi.org/10.1007/82_2014_410.
  31. Cate TR, Couch RB, Parker D, Baxter B. Reactogenicity, immunogenicity, and antibody persistence in adults given inactivated influenza virus vaccines – 1978. Rev Infect Dis. 1983;5(4):737-747. https://doi.org/10.1093/clinids/5.4.737.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Replication of H1N1 LAIVs, Len/17 MDS and wild-type influenza viruses in the upper and lower respiratory tract of mice and neuroinvasion: a — on day 3 after infection; b — on day 6 after infection. White bars — lungs; grey bars — nasal turbinates; black bars — brain. Averaged data on 5 mice ± SEM were presented. The significance of differences was determined by the method of univariate analysis of variance (ANOVA). * p < 0.05 compared to replication of pandemic influenza virus type A/South Africa/3626/13 (H1N1)pdm09 in mouse lungs; # p < 0.05 compared to replication of pandemic influenza virus type A/South Africa/3626/13 (H1N1)pdm09 in nasal turbinates of mice

Download (118KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Reproduction of pandemic influenza A viruses in the lungs on day 6 after immunization: a — mice challenged with A/South Africa/3626/13 (H1N1)pdm; b — mice challenged with A/New York/61/15 (H1N1)pdm. Averaged data for 5 mice ± SEM are presented. The significance of the differences was determined by univariate analysis of variance (ANOVA). * p < 0.05 compared to replication of pandemic influenza virus A/South Africa/3626/13 (H1N1)pdm09 in the lungs of control unimmunized mice. # p < 0.05 compared to replication pandemic influenza virus A/New York/61/15 (H1N1)pdm09 in the lungs of control non-unimmunized mice

Download (91KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Level of expression of IFN-α and IFN-β genes in human lung macrophage cell line THP-1 after infection with attenuated or wild-type influenza A viruses. Mean data on 4 experiments ± SEM are presented

Download (93KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2019 Rekstin A.R., Desheva J.A., Kiseleva I.V., Isakova-Sivak I.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».