Ротавируси и ротавирусни ваксини – публикация на доц. Атанас Мангъров

Ротавируси и ротавирусни ваксини

Доц. Атанас Мангъров

Ротавирусите са най-честата причина за остър гастроентерит водещ до дехидратация при деца под 5 годишна възраст от всякакви социално-икономически групи по цял свят. Годишно се наблюдават над 114 млн. случая на остра диария, като от тях поне 20 млн. са тежки, а 500 – 800000 завършват със смърт, т. е. 1 от 205 заболели деца умира в резултат на ротавирусен гастроентерит. В основната си част смъртните случаи са в развиващите се страни, но дори и в САЩ ротавирусите са причина за над 3 млн. случая на остра диария, с над 735 000 посещения при лекар, над 27000 хоспитализации и 20 – 40 смъртни случая годишно.(20,29) Икономическият ефект възлиза на над 319 млн. щатски долара в преки разходи за медицинско обслужване и наз 893 млн. щатски долара в непреки загуби за обществото.(18) Заразяването става основно по фекално-орален, но също и по въздушно-капков механизъм. В умерения климатичен пояс пикът на хоспитализациите поради дехидратация причинена от ротавирусен гастроентерит е през студените месеци на годината.(28) Впоследствие се установява, че тази сезонност не е така силно изразена и подобни пикове има и през други сезони.(18,19,21,22) Ротавирусите са по-слабо устойчиви във влажна среда, което прави сухото време предпоставка за разпространението им.

До откриването на връзката между ротавирусите и диарийните заболявания при човека повечето случаи на остър гастроентерит при деца остават етиологично неизяснени и понякога са приписвани на бактериални причинители, част от нормалната резидентна флора на червата. Ротавируси са открити първоначално при животните, като през 1973 г. R. Bishop и сътр. в Австралия откриват чрез електронна микроскопия на биопсичен материал от дуоденума на деца с остър гастроентерит вирусни частици, които са морфологично идентични с идентифицираните по-рано в подобен материал от мишки и крави с диария вируси. Те са наречени ротавируси поради това, че изображенията им на електроннен микроскоп наподобяват колела със спици. (16)

Антигенното сходство между човешките и животинските вируси се потвърждава, когато се установява, че антителата в серума на преболедували деца и телета аглутинират ротавирусните частици във фекалиите както на едните, така и на другите. Човешките серуми също така неутрализират патогенните свойства на говежди вируси, отглеждани в клетъчни култури.(17)

Ротавирусите са РНК вируси от рода Rotavirus сем. Reoviridae. Представляват частици с размер около 70 nm без обвивка. Капсидът им има икосаедрална симетрия и е образуван от три концентрични белтъчни слоя: външен, вътрешен капсид и сърцевина. Капсидът е изграден от 6 структурни белтъка, по-важните от които са: VP7 (гликопротеин или G протеин) и VP4 (протеазочувствителен или Р протеин) от външния капсиден слой, определящи съответно G или Р типа на ротавирусите. Тези два протеина индуцират серумни неутрализиращи протективни антитела и са основен обект при разработването на ротавирусни ваксини. VP6 от вътрешния капсиден слой e в най-голямо количество и е мишена на повечето търговски тестове за откриване на ротавирусен антиген.(19)

Ротавирусите се класифицират в 7 големи групи (A-G) на основата на антигенните свойства на протеина VP6. Патогенните за човека се отнасят към групите А, В и С. Представителите на другите групи (D – G) предизвикват заболявания сред животните. Етиологично най-значими са ротавирусите от група А, които са отговорни за над 90% от всички случаи на ротавирусни инфекции при хората и най-вече при децата. От своя страна те се разделят на 4 подгрупи (І,ІІ, І+ІІ, нито І нито ІІ) на базата на разпознаване на антигенни детерминати (епитопи) на протеина VP6 с моноклонални антитела. Групите В и С са свързвани с остри гастроентерити както при деца, така и при възрастни. Група В включва щама ADRV (adult diarrhea rotavirus), установен като причинител на големи епидемии от тежка диария  в Китай.(13) Ротавирусите от група С са идентифицирани като причинители на не толкова тежки гастроентерити при деца и възрастни.(14,15) Вътре в групите ротавирусите се класифицират на базата на различия в протеините VP7 и VP4, като съществува и биномиална  класификация, при която неутрализацията с антитела срещу VP7 определя “G” серотип (от гликопротеинов антиген), а неутрализацията с антитела срещу VP4 определя “Р” серотип (от протеазо-сензитивен антиген) на ротавирусите. (11,12)

Поради това, че геномния сегмент кодиращ VP7 точно предсказва G серотипа, генотипизирането се явява практически заместител на серологичното определяне на G серотипа. До момента са идентифицирани поне 15 G серотипа (G1 – G15), от които 5  (G1-4 и G9) са широко разпространени и други 6 (G5-6, G8 и G10-12) се срещат по-рядко.(7,8)

Ротавирусите от серотип G2 на група А преобладават при взривове на ротавирусни гастроентерити при възрастни, което предполага, че кръстосаният имунитет след естествено придобита инфекция е по-слаб при G2 вируси или че този серотип е по-вирулентен при възрастни. (10)

До момента са идентифицирани 14 Р серотипа (като всеки от серотиповете 1, 2, and 5 се разделя на субтипове A и B.

Имунологичните реагенти за определяне на Р серотипа са с ограничени възможности като Р серотипизирането се усложнява  и от наличието на  кръстосана реактивност между Р серотиповете. Поради това за целите на класификацията по-често се използува  генотипизирането на Р антигена. До сега са идентифицирани поне 27 Р генотипа (Р1-Р27 (7,8) За разлика от G серотиповете, при които има съответствие едно към едно с G генотиповете, някои Р серотипове включват повече от един Р генотип. В описанието на щамовете генотипът се поставя в скоби след обозначаването на серотипа. Така че   обозначението G2P1B[4] се отнася за вирус с G серотип 2, P серотип 1B и P генотип 4. Р типовете, за които се знае, че инфектират хора включват P1A[8], P1B[4], P2A[6], P3[9], P4[10], P5A[3], P7[5], P8[11], P11[14], P12[19], and P[25].(7,8)

Типовете G1 – G4, както и Р[4] и   Р[8] са най-честите причинители на ротавирусни заболявания сред хората, като комбинациите G1Р[8],  G2Р[4], G3Р[8], G1Р[8], G4Р[8] съставляват 72% от всички идентифицирани по света щамове. През последните 10 години глобално разпространение получи типът G9, като комбинациите G9Р[8],  G9Р[6] представляват над 2 % от циркулиращите щамове. В нашата страна и региона най-често срещани са G1P[8], G2P[4], G4P[8] and G9P[8]. Поради регионалните вариации характеризирането на типа на циркулиращите ротавирусни щамове има важно епидемиологично значение и е определящо при избора на най-подходящата ротавирусна ваксина.(34,35,36)

Фиг.1  Структура на ротавирус.(20)

Основна причина за леталитета при ротавирусните ентерити е липсата на достъп до лечение. Подобрените санитарно-хигиенни условия имат ограничено въздействие върху разпространението на заболяването. Поради това от най-голямо значение за намаляване на влиянието на тази инфекция е предпазването чрез имунизация. Първата ротавирусна ваксина за хора RotaShield (Wyeth Lederle Vaccines) е одобрена от FDA през 1998 г. и получава препоръката на Advisory Committee on Immunization Practices (ACIP) в САЩ. Тя е четиривалентна реасортна ваксина, при която за имунизация на хора се използува атенюиран маймунски (резус) ротавирусен щам (RRV),  съдържащ генетично VP7 от всеки един от серотиповете G1 – G4. В клиничните проучвания от фаза ІІІ RotaShield се оказва високо ефективна за предотвратяване на умерени до тежки случаи на диария както в развити (САЩ, Финландия), така и в развиващи се страни (Венецуела).(9,25, 26) През 1999 след над 1 милион приложени дози е установена връзка между имунизацията с RotaShield и случаи на чревна инвагинация, което кара производителя доброволно да изтегли ваксината от пазара.(33)  Малко по-късно едно контролирано проучване показва сигнификантно повишена честота на случаите на чревна инвагинация при ваксинирани 3 до 14 дни след прилагането на първата доза и по-незначително повишение след втората доза. (31) Установява се също така увеличаване на относителния риск от инвагинация с увеличаването на възрастта, на която е получена първата доза RotaShield. (32) Впоследствие реанализ на базата данни за общата честота на хоспитализациите за инвагинация след въвеждането на RotaShield показва, че краткия период на повишен риск от инвагинация непосредствено след прилагането на ваксината се последва от компенсаторен период на понижена честота на случаите, което сумарно не дава увеличаване на риска от инвагинация при ваксинирани.(31)

През 2000 г. в Китай лиценз получава  жива-атенюирана орална ваксина от агнешки ротавирус(G10 P[12]), с която до момента са имунизирани над 5 млн. деца. Липсват данни за плацебо контролирани проучвания фаза ІІІ. Данните за нейната безопасност и ефикасност са оскъдни. (30)

Неясният механизъм на връзката между инвагинацията и имунизацията в съчетание с невъзможността това да бъде уловено в предлицензионните клинични проучвания при RotaShield налага увеличаване на обема  и съответно оскъпяване на клиничните проучвания от фаза ІІІ при появилите се впоследствие две живи атенюирани ротавирусни ваксини. И при двете съществуващи в момента такива ваксини причинно-следствена връзка между тяхното прилагане и инвагинацията не е установена, както при клиничните проучвания до получаването на разрешение за употреба – Rotarix (GSK) – 2006 (ЕС) и 2008 (САЩ)  и Rotateq (MSD) – 2006 (ЕС, САЩ), така и при многобройните проучвания след това.(24,4)

Rotarix е перорална жива-атенюирана ваксина получена от човешки ротавирус щам 89-12; G1P[8]), атенюиран чрез серийни пасажи в клетъчни култури. (24) Поради това, че е моновалентна за обхвата на покритието се разчита на кръстосан имунитет между серотиповете, така както това се наблюдава след естествена ротавирусна инфекция.(1)  В различни клинични проучвания в Европа и Латинска Америка ваксината показва 84.7% – 90.4% ефикасност срещу тежък ротавирусен гастроентерит независимо от вирусния тип. При щамове съдържащи P[8] VP4 ефективността е 87.3%, а при такива с тип VP4 и VP7 (G1) – 91.8%.(24) При проучвания в ЕС ефективността на Rotarix при тежка диария причинена от G2P[4] щамове е 85.5%.(2,3, 24) Ефективността на ваксината по отношение на предотвратяване на хоспитализация вследствие на ротавирусен гастроентерит е 96.0%(83.8—99.5; p<0.0001), а по отношение необходимостта от медицинска помощ във връзка с ротавирусен гастроентерит -83.8% (76.8—88.9; p<0.0001). Като цяло ваксината осигурява статистически значима защита срещу ротавирусни гастроентерити от циркулиращи щамове G1, G2, G3, G4 и G9.(2) Препоръчва се имунизацията с Rotarix да става на 2 и 4 мес възраст като първата доза се даде преди 15 седмична възраст. (4)  Недоносените деца следва да бъдат имунизирани с Rotarix  възможно най-рано. Въпрос на време е разширяването на възрастовата граница за пропуснатите да бъдат имунизирани до 6-тия месец. Необходимо е да се има предвид и това, че при естествени условия един епизод на ротавирусен гастроентерит, независимо от тежестта му осигурява защита срещу повторно заболяване в 87% от случаите, а два епизода осигуряват защита от повторно заболяване в 100 %.(1) Rotarix е регистрирана у нас  и е в списъка на препоръчителните имунизации от 2010 г.

Другата ротавирусна ваксина RotaTeq е петвалентна, орално прилагана модифицирана Дженеров-тип ваксина. Петте щама в RotaTeq са реасортирани с говежди ротавирус (щам WC3). Всеки от тях съдържа VP7 от един от 4-те преобладаващи човешки ротавирус G серотипове (G1, G2, G3, и G4) или говежди G серотип (G6) комбиниран с VP4 от разпространения човешки Р генотип, P[8] или говежди ротавирусен Р генотип.(27)

Клиничните проучвания показват висока ефикасност на RotaTeq (>98% защита) срещу тежък ротавирусен гастроентерит, както и много добра ефикасност срещу диария причинена от G1 или G2 ротавируси( защита съответно 74.9%  и 63.4%.(6)

Ваксината се прилага на три приема, през интервал от 2 месеца като първата доза се дава не по късно от 15-та седмица след раждането. Не е установена връзка между приложението ѝ и увеличаване на честотата на случаите на инвагинация. У нас ваксината няма регистрация и не се използува.

Високата цена на ротавирусните ваксини все още затруднява въвеждането им в националния имунизационен календар на която и да е страна. В места със затруднен достъп до медицинска помощ те биха спасили живота на стотици хиляди деца. Прилагането им в страни като нашата има огромно значение за предотвратяване на макар и редките смъртни случаи, редуциране на хоспитализациите и подобряване на качеството на живот на децата и техните родители. За отделния индивид това е по-важно от подробните анализи цена/ефективност.

Доц. Атанас Мангъров,

Управител на “Лаборатория – Медицински решения” ООД

Член на Клъстер „Иновативни решения за здраве“

amangarov@gmail.com

Библиография:

1.   Velazquez FR, Matson DO, Calva JJ, et al. Rotavirus infections in infants as protection against subsequent infections. N Engl J

Med. 1996;335:1022-1028.

2.   Vesikari T, Karvonen A, Prymula R, et al. Efficacy of human rotavirus vaccine against rotavirus gastorenteritis during the

first 2 years of life in European infants: randomised, doubleblind controlled study. Lancet. 2007;370:1757-1763.

3.  Bernstein DI, Sack DA, Reisinger K, et al. Second-year follow-up evaluation of live, attenuated human rotavirus vaccine 89-12 in

healthy infants. J Infect Dis. 2002;186:1487-1489.

4.  Cortese MM, Parashar UD. Centers for Disease Control and Prevention. Prevention of rotavirus gastroenteritis among

infants and children: recommendations of the Advisory Committeeon Immunization Practices (ACIP). MMWR Recomm

Rep. 2009;58:1-25.

5.  Clark HF, Offit PA, Ellis RW, et al. The development of multivalent bovine rotavirus (strain WC3) reassortant vaccine for infants. J Infect Dis. 1996;174:S73-S80.

6.  Vesikari T, Matson DO, Dennehy P, et al. Safety and efficacy of a pentavalent human-bovine (WC3) reassortant rotavirus vaccine. New Engl J Med. 2006;354:23-33.

7.  Santos N, Honma S, Timenetsky M do C, et al. Development of a microtiter plate hybridization-based PCR-enzyme-linked

immunosorbent assay for identification of clinically relevant human group A rotavirus G and P genotypes. J Clin Micro. 2008;46:462-469

8.  Santos N, Hoshino Y. Global distribution of rotavirus serotypes/genotypes and its implication for the development and implementation of an effective rotavirus vaccine. Rev Med Virol.2005;15:29-56.

9.     Rennels MB, Glass RI, Dennehy PH, et al. Safety and efficacy of high-dose rhesus-human reassortant rotavirus vaccines: report of the National Multicenter Trial. United States Rotavirus Vaccine Efficacy Group. Pediatrics. 1996;97:7-13.

10.   Griffin DD, Fletcher M, Levy ME, et al. Outbreaks of adult gastroenteritis traced to a single genotype of rotavirus. J Infect

Dis. 2002;185:1502-1505.

11.   Mackow ER, Shaw RD, Matsui SM, et al. The rhesus rotavirus gene encoding protein VP3: location of amino acids involved in

homologous and heterologous rotavirus neutralization and identification of a putative fusion region. PNAS. 1988;85:

645-649.

12.  Mackow ER, Shaw RD, Matsui SM, et al. Characterization of homotypic and heterotypic VP7 neutralization sites of rhesus

rotavirus. Virology. 1988;165:511-517.

13.   Hung T, Chen GM, Wang CG, et al. Waterborne outbreak of rotavirus diarrhoea in adults in China caused by a novel rotavirus.

Lancet. 1984;1:1139-1142.

14.  Nilsson M, Svenungsson B, Hedlund KO, et al. Incidence and

genetic diversity of group C rotavirus among adults. J Infect Dis.

2000;182:678-684.

15.  Jiang B, Dennehy PH, Spangenberger S, et al. First detection of group C rotavirus in fecal specimens of children with diarrhea

in the United States. J Infect Dis. 1995;172:45-50.

16.  Bishop RF, Davidson GP, Holmes IH, et al. Virus particles in epithelial cells of duodenal mucosa from children with acute non-bacterial gastroenteritis. Lancet. 1973;2:1281-1283.

17.  Flewett TH, Bryden AS, Davies H, et al. Relation between viruses from acute gastroenteritis of children and newborn calves.

Lancet. 1974;2:61-63

18.    Widdowson M-A, Meltzer MI, Zhang X, et al. Cost-effectiveness and potential impact of rotavirus vaccination in the United States. Pediatrics. 2007;119:684-697.

19.   Корсун. Н., З. Младенова Ротавируси. В: Клинична вирусология под ред. на Ст. Дундаров, Мед. и физкултура София 20091 128-131.

20.   http://www.eurorota.net/burden.php

21.  Тихолова М. Ротавирусни гастроентерити. Състояние на заболеваемостта и възможности за специфична профилактика. Мединфо 2012, 11, 39-40

22.   Корсун Н., З. Младенова, М. Тихолова, Н. Найденова, А. Мангъров и др. Ротавирусни гастроентерити сред хоспитализирани деца в България през 2005-2009 г. Педиатрия. 2010, 4, 46-49.

23.   Dennehy P et al. Comparative Evaluation of Safety and Immunogenicity of Two Dosages of an Oral Live Attenuated Human Rotavirus Vaccine PIDJ, 2005; 24(6): 481-488

24.   Ruiz-Palacios GM, Perez-Schael I, Velazquez FR, et al. Safety and efficacy of an attenuated vaccine against severe rotavirus gastroenteritis. N Engl J Med. 2006;354:11-22.

25.   Perez-Schael I, Guntinas MJ, Perez M, et al. Efficacy of the rhesus rotavirus-based quadrivalent vaccine in infants and young children in Venezuela. N Engl J Med. 1997;337:1181-1187.

26.  Joensuu J, Koskenniemi E, Vesikari T. Prolonged efficacy of rhesus-human reassortant rotavirus vaccine. Pediatr Infect Dis J. 1998;17: 427-429.

27.   Clark HF, Offit PA, Ellis RW, et al. The development of multivalent bovine rotavirus (strain WC3) reassortant vaccine for infants. J Infect Dis. 1996;174:S73-S80.

28.  Cook SM, Glass RI, LeBaron CW, et al. Global seasonality of rotavirus infections. Bull World Health Organ. 1990;68:171-177.

29.   Parashar UD, Gibson CJ, Bresee JS, et al. Rotavirus and severe childhood diarrhea. Emerg Infect Dis. 2006;12:304-306.

30.  Fu C, Wang M, Liang J, et al. Effectiveness of Lanzhou lamb rotavirus vaccine against rotavirus requiring hospitalization: a

matched case-control study. Vaccine. 2007;25:8756-8761

31.   Murphy BR, Morens DM, Simonsen L, et al. Reappraisal of the association of intussusception with the licensed live rotavirus

vaccine challenges initial conclusions. J Infect Dis. 2003;187:1301-1308.

32.   Simonsen L, Viboud C, Elixhauser A, et al. More on RotaShield and intussusception: the role of age at the time of vaccination.

J Infect Dis. 2005;192:S36-S43.

33.   Intussusception among recipients of rotavirus vaccine—UnitedStates, 1998-1999. MMWR. 1999;48:577-581.

34.   Mladenova Z, Korsun N, Cherveniakova T, et al. [Trends in the epidemiology of rotavirus gastroenteritis in Bulgaria] Тенденции в епидемиологията на ротавирусните гастроентерити в България. Педиатрия 2011;3:27-29.

35. Mladenova Z, Iturriza-Gomara M, Esona MD, et al. Genetic characterization of Bulgarian rotavirus isolates and detection of rotavirus variants: challenges for the rotavirus vaccine program? J Med Virol 2011;83:348-56.

36. Mladenova Z, Korsun N, Geonova T, et al. Molecular epidemiology of rotaviruses in Bulgaria: annual shift of the predominant genotype. Eur J Clin Microbiol Infect Dis 2010;29:555-62.