Potensi bahayanya respons antibodi COVID-19 yang suboptimal

Ada kebutuhan yang sangat mendesak akan terapi dan vaksin yang efektif untuk SARS-CoV-2 untuk mengurangi krisis ekonomi yang berkembang yang terjadi akibat Pembatasan Sosial Berskala Besar (PSBB).  Vaksin dikembangkan dengan kecepatan yang belum pernah terjadi sebelumnya dan sudah dalam uji klinis, tanpa pengujian praklinis untuk baik keamanannya maupun efikasinya. Namun demikian, evaluasi keamanan calon vaksin tidak boleh diabaikan.

Dalam pencarian pengobatan untuk COVID-19, banyak peneliti memusatkan perhatian mereka pada protein spesifik yang memungkinkan virus menginfeksi sel manusia. Disebut sebagai enzim pengubah angiotensin 2, atau “reseptor” angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), protein tersebut menyediakan titik masuk bagi virus corona untuk masuk dan menginfeksi berbagai macam sel manusia.

 

SARS-CoV-2 dan SARS-CoV berbagi identitas sekuens 79,6%, menggunakan reseptor ACE2 dan menyebabkan sindrom pernapasan akut yang serupa.  Dengan demikian, wawasan utama dari studi tentang tanggapan kekebalan terhadap SARS-CoV harus dipertimbangkan ketika mengembangkan vaksin untuk SARS-CoV-2. Yang terpenting, meskipun titer antibodi umumnya digunakan sebagai korelasi perlindungan, titer antibodi yang tinggi dan serokonversi dini dilaporkan berkorelasi dengan tingkat keparahan penyakit pada pasien SARS ¹ .

 

Kualitas dan kuantitas respons antibodi menentukan hasil fungsional. Antibodi afinitas tinggi dapat menimbulkan netralisasi dengan mengenali epitop virus tertentu.  Antibodi penetral didefinisikan secara in vitro berdasarkan kemampuannya untuk memblokir masuknya virus, fusi atau keluarnya virus. In vivo, antibodi penetral dapat berfungsi tanpa mediator tambahan, meskipun daerah Fc diperlukan untuk netralisasi virus influenza ² .  Dalam kasus SARS-CoV, viral docking pada ACE2 pada sel inang diblokir saat menetralkan antibodi, misalnya, mengenali reseptor-binding domain (RBD) pada spike (S) protein ³ . Fusi virus yang dimediasi protein S dapat diblokir dengan antibodi penetral yang menargetkan domain heptad repeat 2 (HR2) ³ . Selain itu, antibodi penetral dapat berinteraksi dengan komponen kekebalan lainnya, termasuk komplemen, fagosit, dan sel pembunuh alami.  Respons efektor ini dapat membantu pembersihan patogen, dengan keterlibatan fagosit yang terbukti meningkatkan pembersihan SARS-CoV ⁴  yang dimediasi oleh antibodi.  Namun, dalam kasus yang jarang terjadi, antibodi spesifik patogen dapat meningkatkan patologi, menghasilkan fenomena yang dikenal sebagai antibody dependent enhanchment (ADE).

 

ANTIBODY-DEPENDENT ENHANCEMENT (ADE)

 

Meskipun antibodi umumnya bersifat protektif dan bermanfaat, fenomena ADE didokumentasikan untuk virus dengue dan virus lainnya. Pada infeksi SARS-CoV, ADE dimediasi oleh keterlibatan reseptor Fc (FcRs) yang diekspresikan pada sel kekebalan yang berbeda, termasuk monosit, makrofag, dan sel B ^5 , 6 . Antibodi spesifik SARS-CoV yang sudah ada sebelumnya dapat mendorong masuknya virus ke dalam sel pengekspres FcR. Proses ini tidak bergantung pada ekspresi ACE2 dan pH dan protease endosom, menunjukkan jalur seluler yang berbeda dari entri virus yang dimediasi ACE2 dan FcR ⁶ . Tidak ada bukti bahwa ADE memfasilitasi penyebaran SARS-CoV pada Inang (host) yang terinfeksi. Faktanya, infeksi makrofag melalui ADE tidak menghasilkan replikasi dan pelepasan virus yang produktif ⁷ . Sebaliknya, internalisasi kompleks imun antibodi virus dapat meningkatkan inflamasi dan kerusakan jaringan dengan mengaktifkan sel myeloid melalui FcRs ⁵ . Virus yang dimasukkan ke dalam endosom melalui jalur ini kemungkinan akan melibatkan reseptor RNA-sensing Toll-like receptor (TLR) TLR3, TLR7 dan TLR8.  Penyerapan dari SARS-CoV melalui ADE di makrofag menyebabkan produksi peningkatan TNF dan IL-6 (ref. ⁵ ).  Pada tikus yang terinfeksi SARS-CoV, ADE dikaitkan dengan penurunan kadar sitokin antiinflamasi IL-10 dan TGFβ dan peningkatan kadar pro-inflammatory chemokines CCL2 dan CCL3 (ref. ⁸ ).  Selain itu, imunisasi primata non-manusia dengan virus modified vaccinia Ankara (MVA) pengkodean full-length S protein dari SARS-CoV dipromosikan aktivasi makrofag alveolar, menyebabkan cedera paru akut ⁹ .

 

ANTIBODI PELINDUNG VERSUS ANTIBODI PATOGEN

Berbagai faktor menentukan apakah antibodi menetralkan virus dan melindungi inang atau menyebabkan ADE dan peradangan akut. Ini termasuk spesifisitas, konsentrasi, afinitas dan isotipe antibodi. Vaksin vektor virus SARS-CoV yang mengkode protein Spike (S) dan protein nukleokapsid (N) memprovokasi IgG anti-S dan anti-N pada tikus yang diimunisasi, pada tingkat yang sama.  Namun, setelah ditantang ulang, tikus yang diimunisasi protein N menunjukkan peningkatan regulasi yang signifikan dari sekresi sitokin proinflamasi, peningkatan infiltrasi paru neutrofil dan eosinofil, dan patologi paru yang lebih parah ⁸ .  Demikian pula, antibodi yang menargetkan epitop berbeda pada protein S dapat bervariasi dalam potensinya untuk menginduksi netralisasi atau ADE. Misalnya, antibodi yang reaktif terhadap domain RBD atau domain HR2 dari protein S menginduksi respons antibodi pelindung yang lebih baik pada primata non-manusia, sedangkan antibodi khusus untuk epitop protein S lainnya dapat menginduksi ADE ¹⁰ . Data in vitro menunjukkan bahwa untuk sel yang mengekspresikan FcR, ADE terjadi ketika antibodi ada pada konsentrasi rendah tetapi meredam pada kisaran konsentrasi tinggi.  Sementara itu, peningkatan konsentrasi antibodi mendorong netralisasi SARS-CoV dengan memblokir masuknya virus ke dalam sel inang ⁶ .  Untuk virus lain, antibodi afinitas tinggi yang mampu memblokir pengikatan reseptor cenderung tidak menimbulkan ADE.

 

a. Dalam netralisasi virus yang dimediasi antibodi, antibodi penawar yang mengikat domain pengikat reseptor (RBD) dari protein lonjakan virus, serta domain lainnya, mencegah virus menempel ke reseptor masuknya, ACE2.

 

b. Dalam peningkatan infeksi yang bergantung pada antibodi, antibodi non-neutralizing berkualitas rendah, kuantitas rendah mengikat partikel virus melalui domain Fab. Reseptor Fc (FcRs) yang diekspresikan pada monosit atau makrofag mengikat domain Fc dari antibodi dan memfasilitasi masuknya virus dan infeksi.

 

c. Dalam peningkatan kekebalan yang dimediasi antibodi, kualitas rendah, kuantitas rendah, antibodi non-neutralizing mengikat partikel virus.  Setelah keterlibatan oleh domain Fc pada antibodi, mengaktifkan FcR dengan ITAM memulai pensinyalan untuk meningkatkan sitokin pro-inflamasi dan menurunkan regulasi sitokin anti-inflamasi.  Kompleks kekebalan dan RNA virus dalam endosom dapat memberi sinyal melalui Toll-like receptor 3 (TLR3), TLR7 dan / atau TLR8 untuk mengaktifkan sel inang, menghasilkan imunopatologi.

 

Dalam model netralisasi 'serangan ganda', efek pemblokiran virus berkorelasi dengan jumlah antibodi yang melapisi virion, yang secara kolektif dipengaruhi oleh konsentrasi dan afinitas antibodi ¹¹ .  Antibodi monoklonal dengan afinitas yang lebih tinggi untuk protein envelope (E) dari West Nile Virus (WNV) menginduksi perlindungan yang lebih baik pada tikus yang menerima dosis mematikan WNV ¹¹ .  Untuk konsentrasi antibodi tertentu dan domain penargetan tertentu, stoikiometri keterlibatan antibodi pada virion bergantung pada kekuatan interaksi antara antibodi dan antigen.  ADE diinduksi ketika stoikiometri di bawah ambang batas netralisasi.  Oleh karena itu, antibodi afinitas yang lebih tinggi dapat mencapai ambang tersebut pada konsentrasi yang lebih rendah dan memediasi perlindungan yang lebih baik ¹¹ .

Isotipe antibodi mengontrol fungsi efektornya.  IgM dianggap lebih pro-inflamasi karena mengaktifkan komplemen secara efisien.  Subkelas IgG memodulasi respon imun melalui keterlibatan FcR yang berbeda.  Sebagian besar sinyal Fc signal R melalui ITAM, tetapi FcγRIIb mengandung ITIM pada ekor sitoplasma yang memediasi respons anti-inflamasi.  Ekspresi ektopik FcγRIIa dan FcγRIIb, tetapi tidak dari FcγRI atau FcγRIIIa, menginduksi ADE infeksi SARS-CoV ⁶ .  Polimorfisme alelik pada FcγRIIa berhubungan dengan patologi SARS, dan individu dengan isoform FcγRIIa yang terikat pada IgG1 dan IgG2 ditemukan mengembangkan penyakit yang lebih parah daripada individu dengan FcγRIIa yang hanya berikatan dengan IgG2 (ref. ¹² ).

 

PENDEKATAN VAKSIN

Sangat penting untuk menentukan vaksin dan adjuvan mana yang dapat menimbulkan respons antibodi pelindung terhadap SARS-CoV-2. Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa imunisasi tikus dengan seluruh SARS-CoV ¹³  yang tidak aktif, imunisasi rhesus macaques ⁹ dengan protein S berkode MVA dan imunisasi tikus dengan vaksin DNA yang mengkode protein S panjang penuh ¹⁴ dapat menginduksi ADE atau eosinofil- imunopatologi yang dimediasi sampai batas tertentu, mungkin karena kualitas dan kuantitas produksi antibodi yang rendah. Selain itu, kita perlu mempertimbangkan apakah suatu vaksin aman dan efektif pada inang yang sudah tua. Misalnya, vaksin SARS-CoV yang dilemahkan ganda gagal memicu respons antibodi penawar pada tikus berusia tua ¹³.  Lebih jauh lagi, meskipun vaksin SARS-CoV yang dilemahkan ganda yang mengandung tawas menimbulkan titer antibodi yang lebih tinggi pada tikus tua, vaksin ini mengarahkan subkelas IgG ke arah IgG1 daripada IgG2, yang dikaitkan dengan respons imun tipe T helper 2 (T _H 2), peningkatan eosinofilia dan patologi paru ¹³ . Sebaliknya, penelitian pada tikus menunjukkan bahwa subunit atau vaksin peptida yang memfokuskan respons antibodi terhadap epitop spesifik dalam RBD protein S memberikan respons antibodi pelindung ³ . Selain itu, vaksin SARS-CoV hidup yang dilemahkan menginduksi respons imun pelindung pada tikus berusia tua ¹⁵ .  Rute pemberian vaksin selanjutnya dapat mempengaruhi efikasi vaksin.  Dibandingkan dengan rute intramuskular, pemberian vaksin virus rekombinan terkait adeno rekombinan yang mengkode SARS-CoV RBD secara intranasal menginduksi titer IgA mukosa paru-paru yang lebih tinggi secara signifikan dan mengurangi patologi paru setelah tantangan dengan SARS-CoV ³ .

 

KESIMPULAN

Saat ini terdapat beberapa kandidat vaksin (termasuk vaksin asam nukleat, vaksin vektor virus, dan vaksin subunit) dalam tahap uji praklinis dan klinis saat para peneliti dan lembaga dari seluruh dunia berkumpul untuk mempercepat pengembangan vaksin SARS-CoV-2. Studi terbaru tentang respons antibodi pada pasien dengan COVID-19 telah menghubungkan titer anti-N IgM dan IgG yang lebih tinggi pada semua titik-titik waktu setelah timbulnya gejala dengan hasil penyakit yang lebih buruk ¹⁶ .  Selain itu, titer anti-S dan anti-N IgG dan IgM yang lebih tinggi berkorelasi dengan pembacaan klinis yang lebih buruk dan usia yang lebih tua ¹⁷ , menunjukkan efek yang berpotensi merusak dari antibodi pada beberapa pasien.  Namun, 70% pasien yang pulih dari COVID-19 ringan memiliki antibodi penetral terukur yang bertahan saat kembali ke rumah sakit ¹⁸ .  Jadi, wawasan yang diperoleh dari mempelajari fitur antibodi yang berkorelasi dengan pemulihan sebagai lawan dari memburuknya penyakit akan menginformasikan jenis antibodi untuk dinilai dalam studi vaksin.  Kami berpendapat bahwa ADE harus diberikan pertimbangan penuh dalam evaluasi keamanan calon vaksin yang muncul untuk SARS-CoV-2.  Selain pendekatan vaksin, antibodi monoklonal dapat digunakan untuk mengatasi virus ini.  Tidak seperti antibodi yang diinduksi oleh vaksin, antibodi monoklonal dapat direkayasa dengan presisi molekuler.  Antibodi penetral yang aman dan efektif dapat diproduksi dalam skala massal untuk dikirimkan ke populasi di seluruh dunia dalam beberapa bulan mendatang.

 

DAFTAR PUSTAKA

1.Lee, N. et al. Anti-SARS-CoV IgG response in relation to disease severity of severe acute respiratory syndrome. J. Clin. Virol. 35, 179–184 (2006). 

2.DiLillo, D. J. et al. Broadly neutralizing anti-influenza antibodies require Fc receptor engagement for in vivo protection. J. Clin. Invest. 126, 605–610 (2016). 

3.Du, L. et al. The spike protein of SARS-CoV — a target for vaccine and therapeutic development. Nat. Rev. Microbiol. 7, 226–236 (2009). 

4.Yasui, F. et al. Phagocytic cells contribute to the antibody-mediated elimination of pulmonary-infected SARS coronavirus. Virology 454, 157–168 (2014). 

5.Wang, S. F. et al. Antibody-dependent SARS coronavirus infection is mediated by antibodies against spike proteins. Biochem. Biophys. Res. Commun. 451, 208–214 (2014). 

6.Jaume, M. et al. Anti-severe acute respiratory syndrome coronavirus spike antibodies trigger infection of human immune cells via a pH- and cysteine protease-independent FcγR pathway. J. Virol. 85, 10582–10597 (2011). 

7.Yip, M. S. et al. Antibody-dependent enhancement of SARS coronavirus infection and its role in the pathogenesis of SARS. Hong Kong Med. J. 22, 25–31 (2016). 

8.Yasui, F. et al. Prior immunization with severe acute respiratory syndrome (SARS)-associated coronavirus (SARS-CoV) nucleocapsid protein causes severe pneumonia in mice infected with SARS-CoV. J. Immunol. 181, 6337–6348 (2008). 

9.Liu, L. et al. Anti-spike IgG causes severe acute lung injury by skewing macrophage responses during acute SARS-CoV infection. JCI Insight 4, e123158 (2019). 

10.Wang, Q. et al. Immunodominant SARS coronavirus epitopes in humans elicited both enhancing and neutralizing effects on infection in non-human primates. ACS Infect. Dis. 2, 361–376 (2016). 

11.Pierson, T. C. et al. Structural insights into the mechanisms of antibody-mediated neutralization of flavivirus infection: implications for vaccine development. Cell Host Microbe 4, 229–238 (2008). 

12.Yuan, F. F. et al. Influence of FcγRIIA and MBL polymorphisms on severe acute respiratory syndrome. Tissue Antigens 66, 291–296 (2005). 

13. Bolles, M. et al. A double-inactivated severe acute respiratory syndrome coronavirus vaccine provides incomplete protection in mice and induces increased eosinophilic proinflammatory pulmonary response upon challenge. J. Virol. 85, 12201–12215 (2011). 

14.Yang, Z.-y. et al. Evasion of antibody neutralization in emerging severe acute respiratory syndrome coronaviruses. Proc. Natl Acad. Sci. USA 102, 797 (2005). 

15.Graham, R. L. et al. A live, impaired-fidelity coronavirus vaccine protects in an aged, immunocompromised mouse model of lethal disease. Nat. Med. 18, 1820–1826 (2012). 

16.Tan, W. et al. Viral kinetics and antibody responses in patients with COVID-19. Preprint at medRxiv https://doi.org/10.1101/ 2020.03.24.20042382 (2020). 

17. Jiang, H.-w. et al. Global profiling of SARS-CoV-2 specific IgG/IgM responses of convalescents using a proteome microarray. Preprint at medRxiv https://doi.org/ 10.1101/2020.03.20.20039495 (2020). 

18. Wu, F. et al. Neutralizing antibody responses to SARS-CoV-2 in a COVID-19 recovered patient cohort and their implications. Preprint at medRxiv https://doi.org/10.1101/2020.03.30. 20047365 (2020).

 

Sumber:

Akiko Iwasaki and Yexin Yang. 2020.  The potential danger of suboptimal antibody responses in COVID-19.  Nature Review Immunol. 20, 339-341 (2020).