Immunotherapy for infectious diseases: challenges and prospects


Cite item

Full Text

Abstract

The fact that many infectious diseases are not effectively controlled with etiotropic drugs determines the relevance of a search for alternative methods, particularly those based on the modulation of immunity. The review analyzes rational approaches to the immunotherapy of infectious diseases, such as regulation of acquired immunity; correction of the quantitative and qualitative composition of the intestinal microbiota; and modulation of innate immunity. Among the drugs affecting the innate components of an immune response, the derivatives of muramyl dipeptide (MDP), a structural subunit of bacterial cell wall peptidoglycan, stand out in the context of a detailed study of the cellular and molecular mechanisms of action. The fact that it is expedient to clinically apply these immunomodulators in many diseases accompanied by inadequate infection control is beyond question. It is demonstrated that muramyl peptides (MP) may be also used to prevent excessive inflammatory responses. The adjuvant properties of MDP and its analogues can be employed for therapeutic vaccination. The data that the signals transmitted through NOD-like receptors (MP sensors) regulate intestinal homeostasis suggest that there is some potential for the use of MDP derivatives for the correction of dysbiosis and related immune disorders. Whatever the purpose of immunomodulation, the key to its effectiveness is to personalize the choice and regimens of immunotropic drugs.

Full Text

Иммунотерапия инфекционных болезней: проблемы и перспективы. - Аннотация. Отсутствие эффективного контроля над многими инфекционными заболеваниями с помощью этиотропных химиопрепаратов определяет актуальность поиска альтернативных методов, в частности основанных на модуляции иммунитета. В обзоре проанализированы рациональные подходы к иммунотерапии инфекционных болезней: регуляция приобретенного иммунитета, коррекция количественного и качественного состава кишечной микробиоты, а также модуляция врожденного иммунитета. Среди препаратов, действующих на врожденные звенья иммунного ответа, с позиции детальной изученности клеточных и молекулярных механизмов действия выделяются производные мурамилдипептида (МДП) - структурной субъединицы пептидогликана клеточной стенки бактерий. Целесообразность клинического примене­ния этих иммуномодуляторов при многих заболеваниях, сопровождающихся недостаточностью противоинфекционной защиты, не вызывает сомнения. Продемонстрирована возможность использования мурамилпептидов (МП) и для предотвращения избыточных воспалительных реакций. Адъювантные свойства МДП и его аналогов могут использоваться при терапевтической вакцинации. Данные о том, что сигналы, передаваемые через NOD-подобные рецепторы (сенсоры МП), регулируют кишечный гомеостаз, свидетельствуют о потенциальной возможности применения производных МДП для коррекции дисбиоза и связанных с ним иммунных расстройств. Какой бы ни была цель иммуномодуляции, залогом ее эффективности является персонализация выбора и схем использования иммунотропных средств.
×

About the authors

A V Karaulov

O V Kaliuzhin

Email: kalyuzhin@list.ru

References

  1. Treating infectious diseases in a microbial world: Report of two workshops on novel antimicrobial therapeutics. Washington: National Academies Press; 2006.
  2. Караулов А.В., Калюжин О.В. Иммунотропные препараты: принципы применения и клиническая эффективность. М.: МЦФЭР; 2007.
  3. Караулов А.В., Сокуренко С.И., Калюжин О.В., Евсегнеева И.В. Направленная регуляция иммунных реакций в профилактике и лечении заболеваний человека. Иммунопатология, аллергология, инфектология 2000; 1: 7-13.
  4. Сильвестров В.П., Караулов А.В. Антибактериальная и иммуномодулирующая терапия заболеваний органов дыхания. Тер арх 1983; 3: 3-9.
  5. Janeway C., Travers P., Walport M., Shlomchik M. Immunobiology: The Immune System in Health and Disease, 5th ed. New York: Garland Publishing; 2001.
  6. Casadevall A., Pirofski L.-A. The damage-response framework of microbial pathogenesis. Nat Rev Microbiol 2003; 1: 17-24.
  7. Correa R.G., Milutinovic S., Reed J.C. Roles of NOD1 (NLRC1) and NOD2 (NLRC2) in innate immunity and inflammatory diseases. Biosci Rep 2012; 32: 597-608.
  8. Bellanti F., Vendemiale G., Altomare E., Serviddio G. The impact of interferon lambda 3 gene polymorphism on natural course and treatment of hepatitis C. Clin Dev Immunol 2012; 2012: Art 849373. doi: 10.1155/2012/849373.
  9. Калюжин О.В. Возможности использования пробиотиков для укрепления противоинфекционной защиты в свете иммуногомеостатической роли микробиоты. Эффективная фармакотерапия: Аллергология и иммунология 2013; 2 (27/2013): 12-25.
  10. Couturier-Maillard A., Secher T., Rehman A. NOD2-mediated dysbiosis predisposes mice to transmissible colitis and colorectal cancer. J Clin Invest 2013; 123 (2): 700-711. doi: 10.1172/JCI62236.
  11. Biswas A., Petnicki-Ocwieja T., Kobayashi K.S. Nod2: a key regulator linking microbiota to intestinal mucosal immunity. J Mol Med (Berl) 2012; 90 (1): 15-24. doi: 10.1007/s00109-011-0802-y.
  12. Hirota S.A., Ng J., Lueng A. The NLRP3 inflammasome plays key role in the regulation of intestinal homeostasis. Inflamm Bowel Dis 2011; 17 (6): 1359-1372. doi: 10.1002/ibd.21478.
  13. Калюжин О.В. Пробиотики как современные средства укрепления противоинфекционной защиты: миф или реальность? Русс мед журн 2012; 28: 1395-1401.
  14. Penders J., Stobberingh E.E., Savelkoul P.H.M., Wolffs P.F.G. The human microbiome as a reservoir of antimicrobial resistance. Front Microbiol 2013; 4: Art 87. doi: 10.3389/fmicb.2013.00087.
  15. Tayal V., Kalra B.S. Cytokines and anti-cytokines as therapeutics - An update. Eur J Pharmacol 2008; 579 (1-3): 1-12. doi: 10.1016/j.ejphar.2007.10.049.
  16. Asselah T., Marcellin P. Interferon free therapy with direct acting antivirals for HCV. Liver Int 2013; 33 (Suppl 1): 93-104. doi: 10.1111/liv.12076.
  17. Clark V.C., Peter J.A., Nelson D.R. New therapeutic strategies in HCV: second-generation protease inhibitors. Liver Int. 2013; 33 (Suppl 1): 80-84. doi: 10.1111/liv.12061.
  18. Donnelly R.P., Dickensheets H., O'Brien T.R. Interferon-lambda and therapy for chronic hepatitis C virus infection. Trends Immunol 2011; 32 (9): 443-450. doi: 10.1016/j.it.2011.07.002.
  19. Decker W.K., Safdar A. Cytokine adjuvants for vaccine therapy of neoplastic and infectious disease. Cytokine Growth Factor Rev 2011; 22: 177-187. doi: 10.1016/j.cytogfr.2011.07.001.
  20. Медуницын Н.В., Покровский В.И. Основы иммунопрофилактики и иммунотерапии инфекционных болезней. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2005.
  21. Buchwald U.K., Pirofski L. Immune therapy for infectious diseases at the dawn of the 21st century: the past, present and future role of antibody therapy, therapeutic vaccination and biological response modifiers. Curr Pharm Des 2003; 9: 945-968.
  22. Casadevall A. Passive antibody therapies: progress and continuing challenges. Clin Immunol 1999; 93 (1): 5-15.
  23. Saylor C., Dadachova E., Casadevall A. Monoclonal antibody-based therapies for microbial diseases. Vaccine 2009; 27(Suppl 6): G38-G46. doi: 10.1016/j.vaccine.2009.09.105.
  24. Reichert J.M. Marketed therapeutic antibodies compendium. MAbs 2012; 4: 413-415.
  25. Casadevall A., Pirofski L.-А. A new synthesis for antibody-mediated immunity. Nat Immunol 2012; 13 (1): 21-28. doi: 10.1038/ni.2184.
  26. Flego M., Ascione A., Cianfriglia M., Vella S. Clinical development of monoclonal antibody based drugs in HIV and HCV diseases. BMC Medicine 2013; 11: Art 4. http://www.biomedcentral.com/1741-7015/11/4.
  27. Chow S.-K., Casadevall A. Monoclonal antibodies and toxins - a perspective on function and isotype. Toxins 2012; 4: 430-454. doi: 10.3390/toxins4060430.
  28. Rueckert C., Guzma´n C.A. Vaccines: from empirical development to rational design. PLoS Pathog 2012; 8 (11): Art e1003001. doi: 10.1371/journal.ppat.1003001.
  29. Ferraro B., Morrow M.P., Hutnick N.A. et al. Clinical applications of DNA vaccines: current progress. Clin Infect Dis 2011; 53(3): 296-302. doi: 10.1093/cid/cir334.
  30. Bagarazzi M.L., Yan J., Morrow M.P. et al. Immunotherapy against HPV16/18 generates potent TH1 and cytotoxic cellular immune responses. Sci Transl Med 2012; 4 (155): Art 155ra138. doi: 10.1126/scitranslmed.3004414.
  31. Robinson J.A. Max Bergmann lecture Protein epitope mimetics in the age of structural vaccinology. J Pept Sci 2013; 19: 127-140. doi: 10.1002/psc.2482.
  32. Dormitzer P.R., Grandi G., Rappuoli R. Structural vaccinology starts to deliver. Nat Rev Microbiol 2012; 10: 807-813.
  33. Sayers S., Ulysse G., Xiang Z., He Y. Vaxjo: A web-based vaccine adjuvant database and its application for analysis of vaccine adjuvants and their uses in vaccine development. J Biomed Biotechnol 2012; 2012: Art 831486. doi: 10.1155/2012/831486.
  34. Steinhagen F., Kinjo T., Bode C., Klinman D.M. TLR-based immune adjuvants. Vaccine 2010; 29: 3341-3355.
  35. Chuai X., Chen H., Wang W. et al. Poly(I:C)/Alum mixed adjuvant priming enhances HBV subunit vaccine-induced immunity in mice when combined with recombinant adenoviral-based HBV vaccine boosting. PLoS ONE 2013; 8 (1): Art e54126. doi: 10.1371/journal.pone.0054126.
  36. Yoo Y.C., Yoshimatsu K., Koike Y. et al. Adjuvant activity of muramyl dipeptide derivatives to enhance immunogenicity of a hantavirus-inactivated vaccine. Vaccine 1998; 16 (2-3): 216-24.
  37. Ellouz F., Adam A., Ciobaru R., Lederer E. Minimal strustural requirements for adjuvant activity of bacterial peptidoglycan derivatives. Biochem Biophys Res Commun 1974; 59: 1317-1325.
  38. Gregory A.E., Titball R., Williamson D. Vaccine delivery using nanoparticles. Front Cell Infect Microbiol 2013; 3: Art 13. doi: 10.3389/fcimb.2013.00013.
  39. Kamphuis T., Meijerhof T., Stegmann T. et al. Immunogenicity and protective capacity of a virosomal respiratory syncytial virus vaccine adjuvanted with monophosphoryl lipid A in mice. PLoS One 2012; 7 (5): Art e36812. doi: 10.1371/journal.pone.0036812.
  40. Stegmann T., Kamphuis T., Meijerhof T. et al. Lipopeptide-adjuvanted respiratory syncytial virus virosomes: A safe and immunogenic non-replicating vaccine formulation. Vaccine 2010; 28: 5543-5550. doi: 10.1016/j.vaccine.2010.06.041.
  41. Shafique M., Wilschut J., de Haan A. Induction of mucosal and systemic immunity against respiratory syncytial virus by inactivated virus supplemented with TLR9 and NOD2 ligands. Vaccine 2012; 30: 597-606.
  42. Fujkuyama Y., Tokuhara D., Kataoka K. et al. Novel vaccine development strategies for inducing mucosal immunity. Expert Rev Vaccines 2012; 11 (3): 367-379. doi: 10.1586/erv.11.196.
  43. Zaman M., Chandrudu S., Toth I. Strategies for intranasal delivery of vaccines. Drug Deliv Transl Res 2013; 3: 100-109. doi: 10.1007/s13346-012-0085-z.
  44. Shafique M., Meijerhof T., Wilschut J., de Haan A. Evaluation of an intranasal virosomal vaccine against respiratory syncytial virus in mice: effect of TLR2 and NOD2 ligands on induction of systemic and mucosal immune responses. PLoS One 2013; 8 (4): Art e61287. doi: 10.1371/journal.pone.0061287.
  45. Qin J., Li R., Raes J. et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature 2010; 464 (7285): 59-65. doi: 10.1038/nature08821.
  46. Smith P.M., Garrett W.S. The gut microbiota and mucosal T cells. Front Microbiol 2011; 2: Art 111. doi: 10.3389/fmicb.2011.00111
  47. Taverniti V., Guglielmetti S. The immunomodulatory properties of probiotic microorganisms beyond their viability (ghost probiotics: proposal of paraprobiotic concept). Genes Nutr 2011; 6 (3): 261-274. doi: 10.1007/s12263-011-0218-x.
  48. Cong Y., Feng T., Fujihashi K. et al. A dominant, coordinated T regulatory cell-IgA response to the intestinal microbiota. Proc Natl Acad Sci USA 2009; 106 (46): 19256-19261. doi: 10.1073/pnas.0812681106.
  49. Shinkai K., McCalmont T.H., Leslie K.S. Cryopyrin-associated periodic syndromes and autoinflammation. Clin Exp Dermatol 2008; 33: 1-9.
  50. Beutler B.A. TLRs and innate immunity. Blood 2009; 113: 1399-1407.
  51. Gee M.L., Burton M., Grevis-James A. Imaging the action of antimicrobial peptides on living bacterial cells. Sci Rep 2013; 3: Art 1557. doi: 10.1038/srep01557.
  52. Mangoni M.L. Host-defense peptides: from biology to therapeutic strategies. Cell Mol Life Sci 2011; 68 (13): 2157-2159.
  53. Kang S.J., Kim D.H., Mishig-Ochir T., Lee B.J. Antimicrobial peptides: their physicochemical properties and therapeutic application. Arch Pharm Res 2012; 35 (3): 409-413.
  54. Scorciapino M.A., Rinaldi A.C. Antimicrobial peptidomimetics: reinterpreting nature to deliver innovative therapeutics. Front Immunol 2012; 3: Art 171. doi: 10.3389/fimmu.2012.00171.
  55. Андронова Т.М., Пинегин Б.В. Мурамилдипептиды - иммунотропные лекарственные средства нового поколения. Венеролог 2006; 6: 11-15.
  56. Калюжин О.В. Производные мурамилдипептида в эксперименте и клинике. Журн микробиол 1998; 1: 104-108.
  57. Пинегин Б.В., Андронова Т.М., Карсонова М.И. Препараты мурамилдипептидового ряда - иммунотропные лекарственные средства нового поколения. Int J Immunorehabilitation 1997; 6: 27-34.
  58. Половкина В.С., Марков Е.Ю. Иммуноадъювантные свойства мурамилдипептида. Бюллетень ВСНЦ СО РАМН 2012; 1 (83): 149-153.
  59. Bahr G.M., Chedid L. Immunological activities of muramyl peptides. Federat Proc 1986; 45 (11): 2541-2544.
  60. Kotani S., Azuma I., Tacada H. et al. Muramyl dipeptides: prospect for cancer treatment and immunostimulation. In: Klein Т., Specter S., Freldman H., Szentlvanyl A., eds. Biological response modifiers in human oncology and immunology. N.Y.: Plenum; 1983, 117-158.
  61. Kotani S., Tsujimoto M., Koga T. et al. Chemical structure and biological activity relationship of bacterial cell walls and muramyl peptides. Federat Proc 1986; 45 (11): 2534-2540.
  62. Ogawa C., Liu Y.-J., Kobayashi K.S. Muramyl dipeptide and its derivatives: peptide adjuvant in immunological disorders and cancer therapy. Curr Bioact Compd 2011; 7 (3): 180-197. doi: 10.2174/157340711796817913.
  63. Adam A., Lederer E. Muramyl peptides: immunomodulators, sleep factors, and vitamins. In: Stevens D.G., ed. Medical research reviews. Vol. 4. N.Y.: Wiley and Sons; 1984, 111-152.
  64. Windheim M., Lang C., Peggie M. et al. Molecular mechanisms involved in the regulation of cytokine production by muramyl dipeptide. Biochem J 2007; 404 (Pt 2): 179-190. doi: 10.1042/BJ20061704.
  65. Chang Foreman H.-C., Van Scoy S., Cheng T.-F., Reich N.C. Activation of interferon regulatory factor 5 by site specific phosphorylation. PLoS ONE 2012; 7 (3): Art e33098. doi: 10.1371/journal.pone.0033098.
  66. Girardin S.E., Boneca I.G., Carneiro L.A. et al. Nod1 detects a unique muropeptide from Gram-negative bacterial peptidoglycan. Science 2003; 300 (5625): 1584-1587.
  67. Fitzgerald K.A. NLR-containing inflammasomes: Central mediators of host defense and inflammation. Eur J Immunol 2010; 40 (3): 595-598. doi: 10.1002/eji.201040331.
  68. Hsu L.-C., Ali S.R., McGillivray S. et al. A NOD2-NALP1 complex mediates caspase-1-dependent IL-1Β secretion in response to Bacillus anthracis infection and muramyl dipeptide. Proc Natl Acad Sci USA 2008; 105 (22): 7803-7808.
  69. Cooney R., Baker J., Brain O. et al. NOD2 stimulation induces autophagy in dendritic cells influencing bacterial handling and antigen presentation. Nat Med 2010; 16: 90-97.
  70. Travassos L.H., Carneiro L.A., Ramjeet M. et al. NOD1 and NOD2 direct autophagy by recruiting ATG16L1 to the plasma membrane at the site of bacterial entry. Nat Immunol 2010; 11: 55-62.
  71. Калюжин О.В. Иммуномодулирующая активность гликозидных производных N-ацетилмурамил-L-аланил-D-изоглут­амина. Вестн нов мед технол 2003; 1-2: 28-32.
  72. Караулов А.В., Калюжин О.В., Земляков А.Е. Биологическая активность гликозидных производных N-ацетилмурамил-L-аланил-D-изоглутамина. Росс биотер журн 2002; 1: 14-24.
  73. Андронова Т.М., Пинегин Б.В., Козлов И.Г. Ликопид (ГМДП) - современные представления. 5-е изд., доп. и перераб. М.; 2009.
  74. Иванов В.Т., Андронова Т.М., Несмеянов В.А. и др. Механизм действия и клиническая эффективность иммуномодулятора глюкозаминилмурамил дипептида (ликопида). Клин мед 1997; 3: 11-15.
  75. Земляков А.Е., Цикалов В.В., Калюжин О.В и др. Гликозиды N-ацетилмурамил-L-аланил-D-изоглутамина. Влияние кон­фигурации гликозидного центра и природы агликона на биологическую активность. Биоорган хим 2003; 3: 316-322.
  76. Калюжин О.В., Фукс Б.Б. Влияние гидро-липофильного баланса производных мурамилдипептида на их взаимодействие с биомембранами и включение в клетки. Бюл экспер биол мед 1996; 12: 658-661.
  77. Калюжин О.В., Фукс Б.Б., Бовин Н.В. и др. Иммуномодулирующая активность новых производных мурамилдипептида in vitro. Бюл экспер биол мед 1994; 5: 510-513.
  78. Kalyuzhin O.V., Zemlyakov A.E., Fuchs B.B. Distinctive immunomodulating properties and interactivity with model membranes and cells of two homologous muramyl dipeptide derivatives. Int J Immunopharmacol 1996; 18 (11): 651-659.
  79. Турьянов М.Х., Калюжин О.В., Нелюбов М.В. и др. Комплексная противовирусная терапия гепатита С. Учебно-методическая разработка. М.: РМАПО; 2004.
  80. Пащенков М.В., Будихина А.С., Голублева Н.М. Результаты II/III фазы клинических испытаний иммуномодулятора полимурамил при гнойной инфекции. Иммунология 2012; 4: 199-203.
  81. Пащенков М.В., Попилюк С.Ф., Алхазова Б.И. и др. Влияние муропептидов, содержащих остаток мезодиаминопимелиновой кислоты, на макрофаги и дендритные клетки человека. Цитокины и воспаление 2012; 1: 33-41.
  82. Zidek Z., Masek K., Sedivy F. Anti-inflammatory effects of muramyl dipeptide in experimental models of acute inflammation. Agents Actions 1984; 14: 72-75.
  83. Zunic M., Bahr G.M., Mudde G.C. et al. MDP(Lysyl)GDP, a nontoxic muramyl dipeptide derivative, inhibits cytokine production by activated macrophages and protects mice from phorbol ester- and oxazolone-induced inflammation. J Invest Dermatol 1998; 111 (1): 77-82.
  84. Wardowska A., Dzierzbicka K., Szaryńska M. et al. Analogues of muramyl dipeptide (MDP) and tuftsin limit infection and inflammation in murine model of sepsis. Vaccine 2009; 27 (3): 369-374. doi: 10.1016/j.vaccine.2008.11.017.
  85. Lee K.-H., Liu Y.-J., Biswas A. et al. A novel aminosaccharide compound blocks immune responses by Toll-like receptors and nucleotide-binding domain, leucine-rich repeat proteins. J Biol Chem 2011; 286 (7): 5727-5735.
  86. Михайлова Л.П., Макарова О.В., Калюжин О.В. и др. Влияние глимурида на продукцию цитокинов спленоцитами мышей С57ВL/6 и ВАLB/c. Иммунология 2004; 3: 152-154.
  87. Понежева Ж.Б., Обернихин С.С., Данилова И.Г., Калюжин О.В. Динамика морфологических и иммунологических проявлений Кон А-индуцированного гепатита у мышей Balb/c при профилактическом и лечебном введении глимурида. Вестн урал мед академ науки 2010; 2 (30): 108-109.
  88. Понежева Ж.Б., Обернихин С.С., Калюжин О.В., Караулов А.В. Влияние Β-гептилгликозида мурамилдипептида на альтеративные изменения печени и пролиферацию спленоцитов и тимоцитов мышей с гепатитом, индуцированным конканавалином А. Рос иммунол журн 2010; 3: 243-247.
  89. Coulombe F., Fiola S., Akira S. et al. Muramyl dipeptide induces NOD2-dependent Ly6C(high) monocyte recruitment to the lungs and protects against influenza virus infection. PLoS One 2012; 7 (5): Art e36734. doi: 10.1371/journal.pone.0036734.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2013 Consilium Medicum

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

Address of the Editorial Office:

  • Alabyan Street, 13/1, Moscow, 127055, Russian Federation

Correspondence address:

  • Alabyan Street, 13/1, Moscow, 127055, Russian Federation

Managing Editor:

  • Tel.: +7 (926) 905-41-26
  • E-mail: e.gorbacheva@ter-arkhiv.ru

 

 © 2018-2021 "Consilium Medicum" Publishing house


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies