Sex differences in vaccine induced immunity and protection against Mycobacterium tuberculosis

Lade...
Vorschaubild

Datum

2025-01-24

Zeitschriftentitel

ISSN der Zeitschrift

Bandtitel

Verlag

Zusammenfassung

Tuberculosis (TB), a disease killing over a million people per annum, shows a strong male preponderance in disease development. Although increased male affliction for TB has long been known from an epidemiological perspective, the mechanistic understanding of those differences is relatively recent. The only approved vaccine for TB, Bacillus Calmette Guérin (BCG), shows high variability in its protective efficacy – necessitating the development of effective vaccine candidates. However, whether the male-biased susceptibility to TB also applies to the efficacy of the BCG vaccine, has been scarcely explored. In the current study, a male specific failure of BCG is demonstrated in the C57BL/6 mouse model. However, two recombinant derivatives of BCG (rBCGs) - VPM1002 and BCGΔBCG1419c - were found to ameliorate this male specific vulnerability of BCG by significantly improving survival rates in males upon Mycobacterium tuberculosis (Mtb) challenge. The disparities in survival between rBCGs and BCG vaccinated males were not attributable to their ability to reduce lung colony forming units (CFUs). Further analysis revealed that BCGΔBCG1419c, used as a representative of VPM1002 and BCGΔBCG1419c, significantly enhances CD8 T cell responses 90 days post vaccination compared to BCG, specifically in males. This enhancement shows a strong positive correlation with improved survival following Mtb challenge. In addition, significant positive correlations were identified between the CD4 T cell response on day 28 post-vaccination and the CD8 T cell response on day 90 post-vaccination, as well as between the CD4 T and B cell responses on day 28 post-vaccination. The CD4 T cell response at day 28 post-vaccination also showed a significant direct correlation with survival following Mtb challenge. Lastly, 28 days post-vaccination, CD8 T cell populations in the spleen showed distinct global differences between sexes, with specific clusters varying between males and females, independent of vaccine type. In summary, the current study identified a male specific failure of BCG in the C57BL/6 mouse model of TB and the ability of rBCGs to significantly improve the protective efficacy specifically in males. The underlying differences in post-vaccine immune responses that correlate with vaccine efficacy, as well as, those differences between sexes were identified. Elucidating how sex-specific differences in CD8 T cell responses influence vaccine efficacy, as well as the potential role of CD4 T cells and B cells in the sex-specific development of different CD8 T cell populations open new avenues for future studies.

Beschreibung

Tuberkulose (TB), an der jährlich über eine Million Menschen sterben, betrifft in besonders hohem Maße Männer. Obwohl das häufigere Auftreten von TB bei Männern aus epidemiologischer Sicht seit langem bekannt ist, ist das mechanistische Verständnis dieser Unterschiede relativ neu. Der einzige zugelassene TB-Impfstoff, Bacillus Calmette Guérin (BCG), weist eine unzureichende Wirksamkeit auf, was die Entwicklung effektiverer Impfstoffe erforderlich macht. Über Geschlechterunterschiede in der Wirksamkeit von BCG ist jedoch nur wenig bekannt. In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals die fehlende Wirksamkeit von BCG speziell bei männlichen Tieren im C57BL/6-Mausmodell gezeigt. Zwei rekombinante BCG Derivate (rBCG) - VPM1002 and BCGΔBCG1419c - konnten hingegen das Überleben nach einer Mycobacterium tuberculosis (Mtb)-Infektion speziell bei männlichen Mäusen gegenüber der BCG-Impfung signifikant verlängern und zeigten somit eine deutlich verbesserte Wirksamkeit. Die Unterschiede in der Überlebensrate zwischen rBCG- und BCG-geimpften Männchen waren dabei nicht auf ihre Fähigkeit zurückzuführen, die Anzahl der koloniebildenden Einheiten (KBE) in der Lunge zu reduzieren. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass BCGΔBCG1419c, das als Vertreter der beiden rBCGs verwendet wurde, 90 Tage nach der Impfung die CD8-T-Zell Antworten im Vergleich zu BCG speziell bei männlichen Mäusen signifikant erhöht - eine Eigenschaft, die eine signifikante positive Korrelation mit dem Überleben nach Mtb-Belastung aufwies. Desweiteren wurden signifikante positive Korrelationen zwischen der CD4-T Zellreaktion am Tag 28 nach der Impfung und der CD8-T-Zellreaktion am Tag 90 nach der Impfung sowie zwischen der CD4-T- und der B-Zellreaktion am Tag 28 nach der Impfung festgestellt. Die CD4-T-Zell-Antwort am Tag 28 nach der Impfung zeigte ebenfalls eine signifikante Korrelation mit dem Überleben nach einer Mtb-Infektion. Schließlich zeigten sich zwischen den Geschlechtern globale Unterschiede in den CD8-T-Zell Populationen in der Milz 28 Tage nach Impfung, wobei sich unabhängig vom Impfstoff spezifische Cluster zwischen Weibchen und Männchen unterschieden. Zusammenfassend zeigt diese Studie eine geschlechtsspezifisch fehlende Wirksamkeit von BCG bei männlichen C57BL/6-Mäusen, und dass neuere rBCG-Derivate die Wirksamkeit bei Männchen signifikant verbessern. Die zugrundeliegenden Unterschiede in der Immunantwort nach der Impfung, die mit der Wirksamkeit des Impfstoffs korrelieren, sowie die Unterschiede in der Immunantwort nach der Impfung zwischen den Geschlechtern wurden ermittelt. Die Aufklärung, wie geschlechtsspezifische Unterschiede in den CD8-T-Zell-Antworten die Impfstoffwirksamkeit beeinflussen, sowie die mögliche Rolle von CD4-T-Zellen und B-Zellen für die geschlechtsspezifische Entwicklung von verschiedenen CD8-T-Zell-Populationen, eröffnet neue Wege für weiterführende Studien.

Schlagwörter

immunology, vaccine, Tuberculosis, sex differences, BCG

Zitierform

Institut/Klinik

Forschungszentrum Borstel, Leibniz Lungenzentrum

KONTAKT

Universität zu Lübeck
Zentrale Hochschulbibliothek - Haus 60
Ratzeburger Allee 160
23562 Lübeck
Tel. +49 451 3101 2201
Fax +49 451 3101 2204


IMPRESSUM

DATENSCHUTZ

BARIEREFREIHEIT

Feedback schicken

Cookie-Einstellungen