Is vaccine efficacy regulated by the gut microbiome?

Abstract

Candida albicans é uma levedura presente no trato gastrointestinal humano, que se mantém maioritariamente num estado comensal, devido ao papel que o restante microbioma tem em controlar a sua colonização e invasão. Porém, alterações na homeostasia intestinal levam a que esta espécie tenha um crescimento descontrolado, revelando o seu potencial de patogénico oportunista. O risco de desenvolver uma candidíase sistémica torna-se particularmente preocupante em pacientes sob o tratamento com antibióticos, pois estes levam a alterações dramáticas no microbiota do trato gastrointestinal. Uma estratégia antifúngica promissora são os sistemas lipossomais. Estudos mostraram que lipossomas catiónicos preparados com DODAB:MO (1:2) carregados com proteínas da parede celular de C. albicans (CWSPs) eram estáveis, não citotóxicos e avidamente fagocitados por macrófagos. Através da indução de uma resposta humoral forte e uma resposta Th1/Th17 específica, esta formulação foi capaz de induzir proteção contra uma infeção sistémica letal por C. albicans. Neste estudo, o objetivo foi avaliar o efeito do tratamento com antibióticos na eficácia da vacinação. Os lipossomas preparados, DODAB:MO incubados com CWSP, induziram uma resposta humoral mais baixa e uma tendência para uma resposta celular tipo Th2, conhecida como não-protetora contra infeções sistémicas por C. albicans. Contudo, a administração de antibióticos durante a imunização pareceu reduzir esta polarização inicial das células T, protegendo os ratinhos, e levando a uma maior percentagem de sobrevivência neste grupo. Como os lipossomas preparados provaram ser diferentes dos previamente obtidos, analisámos o seu método de preparação, bem como o uso de um único antigénio, Cht3p, na modelação da resposta imune. Os resultados indicaram que alterar o método de preparação dos lipossomas levou à obtenção de lipossomas mais pequenos, que desviou a resposta imune de Th2 para Th1/Th17, e levou a um aumento significativo nos níveis de anticorpos específicos para CWSP. A utilização da Cht3p manteve os tamanhos, mas alterou a carga superficial dos lipossomas, algo que não alterou o tipo de resposta imune, verificando-se a mesma polarização para Th1/Th17. Ainda que Cht3p deva ser encapsulada para induzir uma resposta mais específica, a imunização com DODAB:MO CWSP foi capaz de induzir a melhor resposta humoral, possivelmente devido à presença de várias proteínas que poderiam ajudar a impulsionar o desenvolvimento de anticorpos específicos para a Cht3p. Em suma, a modulação do microbioma pelo uso de antibióticos desencadeou uma resposta protetora e um controlo melhorado da infeção, sugerindo que a vacinação em pacientes sob o tratamento com antibióticos de largo espectro, em risco de desenvolver infeção sistémica, não é prejudicial e pode até ser benéfica. Além disso, com este sistema lipossomal, o método de preparação tem um grande impactona resposta imune, com o tamanho a ter um papel mais importante no desvio da resposta por parte das células T do que propriamente a carga superficial.

Candida albicans is a normal colonizer of the human healthy gastrointestinal (GI) tract, persisting in a harmless state most of the time, due to the role of the GI microbiome in controlling its colonization and invasion. However, alterations in the intestinal homeostasis allows this species to overgrow, becoming one of the most important opportunistic pathogens. The risk of developing systemic candidiasis is particularly worrisome in patients undergoing antibiotic treatment, since it will change dramatically the gut microbiome. A promising antifungal strategy is the use of liposomal vaccine delivery systems. Previous studies reported that cationic liposomes prepared with DODAB:MO (1:2) and loaded with C. albicans cell wall surface proteins (CWSPs) were stable, non-cytotoxic and avidly phagocytized by macrophages. By inducing a strong humoral response and a specific Th1/Th17, this formulation induced protection against a lethal systemic infection with C. albicans. In this study, our aim was to evaluate the effect of antibiotic treatment in vaccine efficacy. The liposomes prepared, DODAB:MO incubated with CWSP, induced an overall lower humoral response and a bias towards a Th2 response, non-protective against C. albicans infections. However, administration of antibiotics during the immunization procedure seems to have reduced this initial T-cell polarization, which protected mice, leading to a higher percentage of survival in this group. Since the liposomes prepared were quite different from the previously reported, we analysed the liposome preparation method and the use of a single antigen, Cht3p in modulating the immune response. Results indicated that changing the liposome preparation method led to smaller liposomes, and this decrease shifted the immune response from a Th2 to a Th1/Th17 response, along with a significant increase in CWSP-specific antibodies. The shift to Cht3p, however, maintained the liposomes size, but changed their surface charge, which did not change the type of immune response, showing the same polarization towards Th1/Th17. It was evident that Cht3p must be encapsulated to induce a better immune response. Nevertheless, immunization with DODAB:MO CWSP still induced the best humoral response, possibly due to the presence of several proteins that could help boost the development of Cht3p-specific antibodies. In conclusion, microbiome modulation through antibiotic treatment prompted a protective response and an improved control of infection, suggesting that vaccination in patients undergoing broad spectrum antibiotic treatment, that are at risk of developing systemic candidiasis, is not detrimental and could be beneficial. In addition, with this liposome system, preparation method has a huge impact in the immune response, with liposome size having a more prominent role on shifting the T-cell response, rather than surface charge.