Comparison of the CD4+ T cell and antibody responses to different Influenza vaccination regimens and to infection in naive and pre-exposed mice

Seasonal epidemics and the threat of a pandemic of influenza virus are a significant burden to public health, and therefore, improved vaccines that induce a broader and more potent immune response are needed to provide better protection. Formulation of vaccines with potent adjuvants is an attractive approach for enhancing the performance of vaccines composed of subunit antigens. In the present study we evaluated different adjuvants (MF59, CpG, E6020 and IC31) alone and in combinations for their ability to enhance and modulate antibody and CD4+ T cell responses induced by subunit influenza vaccines. As individual adjuvant, MF59 induces optimal cellular and humoral responses, whereas none of the tested immune-potentiators (CpG, E6020 or IC31) when administered as single adjuvant with the influenza vaccine are able to induce as high CD4+ T cell or antibody responses as MF59 does. On the other hand, MF59 is not able to induce effective Th1 responses, which could be achieved by the addition of an immune-potentiator. The addition of CpG to MF59 allows the induction of a potent Th1 response; also the combination of MF59 with E6020 and IC31 immune-potentiators results in a shift of the immune responses from a Th2- toward a more pronounced Th1-type, but in these cases the shift is less marked, maintaining a more balanced immunity. Thus, choosing the appropriate adjuvant combinations opens the possibility to drive and modulate the quality of the immune response into a desired direction. Further investigations on the protective capacity of a Th2 vs. a Th1 promoting Flu vaccine (adjuvanted respectively with MF59 adjuvant and MF59 + CpG) demonstrated that both types of adjuvanted vaccines induce levels of neutralizing antibody titres higher than those generated by exposure to sublethal doses of influenza virus, and both provide protection from lethal challenge with homologous influenza virus. However, pre-exposed mice exhibit minor weight loss than mice immunized with adjuvanted vaccines when challenged with a lethal dose of virus. Finally, the immune responses induced by different vaccine formulations in naïve mice were compared with those induced in mice previously infected with influenza virus, a situation more similar to that found in humans. In contrast to naïve mice, mice pre-exposed to influenza virus showed a clear Th1 response to MF59, suggesting that the pre-established immune status influences the outcome of vaccination. Our investigations have significant implications for the development of new and improved Flu vaccines against pandemic and inter-pandemic influenza virus strains. They offer the opportunity to establish which type of immune response is more effective in the protection against viral infection and open the possibility to drive it into a desired direction by choosing appropriate combinations of adjuvants.

Le epidemie stagionali e la minaccia di una pandemia causata dal virus dell'influenza sono un onere significativo per la salute pubblica, quindi vaccini potenziati in modo da indurre una più ampia e più potente risposta immunitaria sono necessari per garantire una migliore protezione. La formulazione dei vaccini con potenti adiuvanti è un approccio interessante per aumentare le prestazioni dei vaccini composti da antigeni di superficie purificati. In questo studio abbiamo valutato diversi adiuvanti (MF59, CpG, E6020 e IC31) somministrati da soli o in diverse combinazioni per la loro capacità di migliorare e modulare le risposte anticorpali e dei linfociti T CD4+ indotte dai vaccini antinfluenzali. Come singolo adiuvante, MF59 promuove ottime risposte cellulari e umorali, mentre nessuno degli immunopotenziatori testati (CpG, E6020 o IC31), quando somministrato come unico adiuvante con il vaccino antinfluenzale, è in grado di indurre elevate risposte cellulari o anticorpali come MF59. D'altra parte MF59 non è in grado di promuovere un'efficace risposta Th1, che potrebbe essere ottenuta con la contemporanea somministrazione di un immunopotenziatore. L'aggiunta di CpG a MF59 permette l'induzione di una potente risposta Th1; anche la combinazione di MF59 con E6020 e IC31 comporta il cambiamento del profilo della risposta immunitaria da un tipo Th2 verso uno più marcatamente Th1, ma in questi casi il passaggio è meno netto e viene mantenuta una risposta qualitativamente più bilanciata. Quindi, la scelta delle opportune combinazioni di adiuvanti offre la possibilità di modulare e indirizzare la qualità della risposta immunitaria verso una determinata direzione. Ulteriori indagini sulla capacità protettiva di un vaccino antinfluenzale che promuove una risposta Th2 rispetto ad uno che ne promuove una di tipo Th1 (adiuvati, rispettivamente, con l'adiuvante MF59 e con MF59 + CpG) hanno dimostrato che entrambi i tipi di vaccino inducono titoli di anticorpi neutralizzanti superiori a quelli generati a seguito dell’esposizione a dosi subletali di virus dell'influenza; entrambi, inoltre, conferiscono protezione nei confronti del challenge con una dose letale del virus dell'influenza. Tuttavia, dopo il challenge i topi pre-esposti al virus manifestano una minor perdita di peso rispetto ai topi immunizzati con vaccini adiuvati. Infine, le risposte immunitarie indotte dalle diverse formulazioni vacciniche in topi naive sono state confrontate con quelle indotte in topi precedentemente infettati con il virus dell'influenza, una situazione questa che meglio rispecchia quella riscontrata negli esseri umani. A differenza dei topi naive, i topi pre-esposti al virus mostrano una netta risposta Th1 dopo la somministrazione del vaccino con MF59, suggerendo che lo “stato immunitario” pre-esistente influenzi il risultato della vaccinazione. Le nostre indagini hanno implicazioni significative per lo sviluppo di nuovi e migliori vaccini contro l'influenza pandemica ed inter-pandemica. Questi studi offrono la possibilità di stabilire quale tipo di risposta immunitaria sia più efficace nella protezione contro le infezioni virali e la possibilità di dirigerla verso una determinata direzione, attraverso la scelta delle opportune combinazioni di adiuvanti.