Co znajdziesz w artykule?
  • Szczepionki pełnokomórkowe indukują mocniejszą odpowiedź immunologiczną w porównaniu ze szczepionkami acelularnymi
  • Szczepienie szczepionką pełnokomórkową w pierwszych miesiącach życia dziecka indukuje pożądane i trwałe mechanizmy odporności, które są zachowane nawet po podaniu acelularnej szczepionki, generującej suboptymalną odpowiedź immunologiczną
  • Wzrosty zachorowań na krztusiec oraz cyrkulację bakterii krztuśca można ograniczyć poprzez pozostawienie szczepionki pełnokomórkowej w podstawowym kalendarzu szczepień oraz rozszerzenie szczepień na osoby dorosłe i grupy największego ryzyka w celu zredukowania dawek przypominających oraz szczepień prenatalnych
Spis treści

Pomimo wysokiego wskaźnika zaszczepień obserwuje się znaczne wzrosty zachorowań na krztusiec (koklusz, pertussis). Szczególnie dotyczy to krajów o wysokich przychodach, które obecnie stosują wyłącznie szczepionkę acelularną. Na rynku polskim dostępne są dwa rodzaje szczepionek przeciwko krztuścowi – pełnokomórkowa oraz acelularna (bezkomórkowa). Wyzwaniem dla środowiska medycznego pozostaje decyzja w sprawie pozostawienia szczepionki pełnokomórkowej w kalendarzu szczepień lub ewentualne

zastąpienie jej szczepionką bezkomórkową. Szczepionki te zasadniczo różnią się od siebie składem, co wpływa na indukcję różnych mechanizmów odpowiedzi immunologicznej oraz zdolności do formowania długotrwałej pamięci immunologicznej.

Dodatkowym wyzwaniem jest objęcie szczepieniami osób starszych. Z jednej strony dla tej grupy wiekowej choroba stanowi poważne zagrożenie. Z drugiej – osoby dorosłe najczęściej stanowią rezerwuar dla bakterii krztuśca (Bordetella pertussis) i w konsekwencji ta grupa przyczynia się do cyklicznie pojawiających się fal zachorowań. Ograniczenie cyrkulacji bakterii w społeczeństwie jest kluczowe dla powstrzymania wzrostów zachorowań na krztusiec, w tym w grupach największego ryzyka.

Obecna sytuacja epidemiologiczna

Krztusiec jest endemiczną, wysoce zaraźliwą chorobą zakaźną, która występuje na całym świecie i może prowadzić do poważnych powikłań, szczególnie u dzieci <1 r.ż. oraz osób starszych obciążonych chorobami współistniejącymi. Po­wik­łania krztuśca są różnorodne i o zróżnicowanym stopniu ciężkości, np.: przekrwienie spojówek, zaburzenia snu, wypadanie odbytu, przepuklina pachwinowa, krwawienie z nosa i uszu, wymioty, omdlenia, bezdechy, zapalenie płuc, odma płucna, niedotlenienie mózgu, encefalopatia, a nawet śmierć.

W przeszłości, zwłaszcza przed wprowadzeniem powszechnych szczepień, choroba była główną przyczyną zachorowalności i śmiertelności niemowląt i małych dzieci. Przykładowo liczba osób zdiagnozowanych w USA przed wprowadzeniem szczepień wynosiła około 270 000 rocznie, a liczba przypadków śmiertelnych dochodziła do 10 000 rocznie 1 . W Polsce w latach 50. ubiegłego stulecia rocznie rejestrowano od 22 000 do 96 000 zachorowań na krztusiec (w 1960 r. 95 968 przypadków, najwyższy wskaźnik od okresu powojennego, zapadalność 325,5 na 100 000 mieszkańców, w tym 310 zgonów), a liczba zgonów wahała się od 1580 w 1950 r. do 310 w 1960 r. 2

Krztusiec charakteryzuje się wysokim wskaźnikiem podatności na zakażenie, porównywalnym do ospy wietrznej czy wariantu omikron wirusa SARS-CoV-2, i jest jedną z 10 chorób zakaźnych najczęściej powodujących zgony u dzieci. Wysoka zakaźność krztuśca istotnie wpływa na prowadzenie działań profilaktycznych. Jedna osoba może zakazić kolejnych 14-17, co decyduje o dużym ryzyku szybkiego i niekontrolowanego rozprzestrzeniania się bakterii w społeczeństwie (ryc. 1).

Rycina 1. Zakaźność wybranych chorób, którym można zapobiegać dzięki szczepieniom

Rycina 1. Zakaźność wybranych chorób, którym można zapobiegać dzięki szczepieniom

Wprowadzenie powszechnych szczepień przeciwkrztuścowych na początku lat 60. ubiegłego stulecia spowodowało systematyczny spadek zapadalności na krztusiec. Według danych Narodowego Instytutu Zdrowia Publicznego, Państwowego Zakładu Higieny – Państwowego Instytutu Badawczego (NIZP PZH-PIB) w 1996 r. zanotowano tylko 329 przypadków krztuśca w Polsce, co stanowiło znaczący spadek w porównaniu z latami poprzednimi. Paradoksalnie relatywnie mała liczba przypadków krztuśca przyczyniła się do słabszego rozpoznania symptomów tej choroby przez lekarzy, którzy rzadziej spotykali się z jej kliniczną manifestacją.

Obraz kliniczny choroby

Dodatkowo z perspektywy klinicznej krztusiec jest trudny do rozpoznania. U osób dorosłych objawy są często atypowe, bagatelizowane przez chorego lub nierzadko błędnie diagnozowane, co w konsekwencji zwiększa ryzyko transmisji bakterii w społeczeństwie 3 .

Krztusiec to choroba, która ma także różne objawy u dzieci. Obraz kliniczny krztuśca różni się w zależności od wieku dziecka, stanu układu odpornościowego oraz ewentualnego wcześniejszego zaszczepienia. U noworodków objawy mogą być mniej specyficzne i obejmować przerwy w oddychaniu, duszność, pobudliwość, apneę (przestanek oddechowy) oraz utratę apetytu. Krztusiec jest szczególnie niebezpieczny u niemowląt i małych dzieci, które mogą doświadczać takich powikłań, jak: zapalenie płuc, napady drgawkowe, utrata świadomości, niedotlenienie i zatrzymanie oddychania (ryc. 2) 3 .

Szczepienia przeciwko krztuścowi są skuteczną metodą ochrony przed chorobą. Warto jednak zaznaczyć, że u zaszczepionych dzieci i dorosłych mogą się pojawić łagodne lub niecharakterystyczne objawy krztuśca, co dodatkowo może utrudnić właściwe rozpoznanie. Aby uniknąć tego problemu, ważne jest stosowanie szczepionki zgodnie z kalendarzem szczepień. Najczęstsze i charakterystyczne objawy krztuśca u dzieci można przyporządkować do konkretnej fazy rozwoju choroby:

1. Faza początkowa (kataralna)

  • podobna do zwykłego przeziębienia, trwająca od 1 do 2 tygodni
  • najczęstsze objawy to: katar, kichanie, przekrwione oczy, łagodny kaszel i podwyższona temperatura

2. Faza napadowa (paroksyzmalna)

  • najbardziej charakterystyczna dla krztuśca, trwająca od 1 do 6 tygodni
  • napady kaszlu stają się intensywne i nasilają się, zwłaszcza nocą
  • kaszel jest męczący, piskliwy i trudny do kontrolowania
  • napady kaszlu mogą prowadzić do wymiotów z powodu krztuszenia się lepką wydzieliną, sinicy, utraty świadomości
  • najostrzejszą formą kaszlu jest tzw. pianie, w wyniku którego może dochodzić do wybroczyn i wylewów do spojówek oraz krwawienia z nosa
  • po napadzie kaszlu dziecko jest zmęczone i wyczerpane

3. Faza rekonwalescencji

  • nasilenie kaszlu oraz jego częstotliwość stopniowo się zmniejszają i ustępują
  • kaszel może się jednak utrzymywać nawet przez kilka miesięcy.

U młodzieży i osób dorosłych choroba najczęściej przybiera postać przewlekłego kaszlu, trwającego co najmniej 2 tygodnie, z okresowym występowaniem kaszlu napadowego.

Wyzwania kliniczne

Krztusiec stanowi wyzwanie diagnostyczne nie tylko w Polsce, lecz także w innych krajach 3 . Z medycznego punktu widzenia często jest trudny do rozpoznania na podstawie symptomów, ponieważ jego objawy są zwykle nieswoiste i podobne do objawów innych chorób układu oddechowego, takich jak przeziębienie lub zapalenie oskrzeli. Typowe objawy krztuśca obejmują: napady kaszlu, duszność, sinicę, wymioty i krztuszenie się podczas kaszlu. Część przypadków przebiega w formie atypowej lub bezobjawowej, zwłaszcza u starszych dzieci, młodzieży i dorosłych, a także osób wcześniej zaszczepionych, które mogą być nosicielami bakterii. W konsekwencji krztusiec jest przekazywany na inne osoby, w tym na niemowlęta i osoby starsze, które są najpodatniejsze na powikłania i mogą wymagać hospitalizacji. Dlatego ważne jest wykorzystanie dostępnych metod badań laboratoryjnych w celu potwierdzenia rozpoznania i podjęcia określonych działań zapobiegających szerzeniu się zachorowań. 

W 2013 r. grupa EUpert opracowała standardy diagnostyczne dla krztuśca, zaakceptowane i rekomendowane przez European Centre for Disease Prevention and Control (ECDC) (tab. 1).

Tabela 1. Standardy diagnostyczne dla krztuśca5

Tabela 1. Standardy diagnostyczne dla krztuśca5

Celem opracowanych i nadal obowiązujących wytycznych jest zapewnienie odpowiedniej jakości diagnostyki, nadzoru epidemiologicznego, wykrywania oraz monitorowania ognisk epidemicznych 4 .

W Polsce, tak jak w innych krajach, są stosowane wymienione w wytycznych metody diagnostyki krztuśca. Obejmują one pobranie wymazu z nosogardzieli lub badanie próbki plwociny, które są następnie analizowane pod kątem obecności bakterii B. pertussis za pomocą testów laboratoryjnych, takich jak reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR – polymerase chain reaction), posiew oraz badania serologiczne. Istnieją jednak pewne ograniczenia stosowania testów diagnostycznych w zakresie czasu ich wykonywania, swoistości i czułości 6, 7 :

  • posiew: wysoka swoistość, niska czułość
  • PCR: wysoka czułość, zmienna swoistość
  • badania serologiczne: stosowane do diagnozowania w późniejszych stadiach zakażenia.

Szybko podjęta diagnostyka choroby, wsparta metodami laboratoryjnymi, ma podstawowe znaczenie dla rozpoczęcia leczenia przyczynowego, które zmniejsza czas trwania i nasilenie kaszlu oraz zapobiega powikłaniom krztuścowym, zwłaszcza u dzieci.

W Polsce są dostępne testy diagnozujące krztusiec, które stosuje się w praktyce medycznej. Najczęściej wykorzystywaną metodą jest test PCR, który umożliwia wykrycie i identyfikację DNA bakterii B. pertussis w pobranych próbkach. Testy PCR są bardzo czułe i swoiste, co pozwala na skuteczną diagnostykę krztuśca. W Polsce są wykonywane w laboratoriach diagnostycznych, które mają odpowiednie wyposażenie i kwalifikowany personel. Próbki mogą być pobierane z nosogardzieli za pomocą wymazu lub z plwociny. W praktyce lekarza podstawowej opieki zdrowotnej diagnostyka krztuśca w skali kraju jest mocno ograniczona. Aby zwiększyć skuteczność diagnostyki i zapobiegać rozprzestrzenianiu się krztuśca, istotne jest, aby lekarze i personel medyczny byli świadomi objawów, ryzyka i metod diagnostyki tej choroby.

Konsekwencje niedostatecznej diagnostyki mogą być poważne na różnych płaszczyznach. Z powodów opisanych powyżej uważa się, że liczba przypadków infekcji krztuścem jest niedoszacowana, co stanowi ryzyko znacznego wzrostu stopnia cyrkulacji bakterii w społeczeństwie, a w konsekwencji zwiększenia ogólnej liczby przypadków choroby. Ocenia się, że krztusiec występuje u starszych osób znacznie częściej, niż jest zgłaszany 8 . Pokazały to również wyniki Ogólnopolskiego Badania Epidemiologii Krztuśca prowadzonego w Polsce w latach 2009-2011 w Zakładzie Epidemiologii NIZP PZH-PIB 9 .

Chociaż szybkie rozpoznanie i skuteczna terapia są ważne dla kontroli krztuśca, tylko przy utrzymaniu wysokiego poziomu szczepień, a także odpowiedniej edukacji społecznej na temat choroby oraz wzmocnienia systemów nadzoru epidemiologicznego i raportowania przypadków możliwe będzie zmniejszenie krążenia bakterii B. pertussis w społeczeństwie, a nawet całkowita jej eliminacja 10 .

Przyczyny wzrostów

Niestety od połowy lat 90. XX wieku na świecie doszło do ponownego wzrostu zachorowań na krztusiec i podjęto wiele badań, aby zidentyfikować możliwe przyczyny. W Polsce tendencja wzrostowa zachorowań również była wyraźna. Począwszy od 1999 r. zachorowało 876 osób, ale w kolejnym roku było już ponad 2000 (2269) zarejestrowanych przypadków. Do roku 2011 rejestrowano między 1000 a 3000 zachorowań. W 2012 r. wystąpił ponowny skok zachorowań do 4684 przypadków, zaś lata 2013-2014 można traktować jako międzyepidemiczne. Okres 2015-2016 o znacząco wyższej zapadalności na krztusiec w porównaniu z latami ubiegłymi był kolejnym nasileniem epidemicznym choroby. W 2016 r. zgłoszono 6828 przypadków. Była to największa odnotowana liczba od ponad 40 lat. W kolejnych latach liczba zachorowań zmniejszała się: od 3067 w 2017 r. poprzez 1548 w 2018 r. do 1629 w 2019 r. Okres pandemii COVID-19 charakteryzował spadek zachorowań na większość chorób zakaźnych podlegających zgłaszaniu, w tym również krztusiec: 785 przypadków w 2020 r., 182 w 2021 r. i 372 w 2022 r.

Wzrost zapadalności na krztusiec zaobserwowano przede wszystkim wśród dzieci szkolnych, młodzieży i osób dorosłych. Takie przesunięcie zachorowań na starsze grupy wiekowe sprzyja powstawaniu rezerwuaru bakterii i jest potencjalnym źródłem zakażeń dla nieuodpornionych lub nie w pełni uodpornionych noworodków i niemowląt. Publikowane w „Przeglądzie Epidemiologicznym” roczne opracowania dotyczące zachorowań na krztusiec w Polsce wskazują, że w latach 2012-2015 zachorowania osób w grupie wiekowej powyżej 15 lat stanowiły ok. 50% ogółu przypadków, a w grupie 10-14 lat nawet ok. 75% wszystkich zachorowań 11, 12, 13, 14 . Istnieje kilka czynników, które mogą się przyczyniać do wzrostu zachorowań na krztusiec na świecie. Oto niektóre z nich 15, 16 :

  • spadek skuteczności szczepień – szczepienia przeciwko krztuścowi są jednym z najważniejszych narzędzi w zwalczaniu tej choroby. Gwałtowny wzrost zachorowań na krztusiec dotyczy głównie krajów wysokorozwiniętych, które w latach 90. XX wieku lub na początku XXI wieku dokonały zamiany w kalendarzu szczepień pełnokomórkowej szczepionki przeciw krztuścowi (wP) na wysoko skojarzoną szczepionkę zawierającą bezkomórkowy komponent przeciw krztuścowi (aP)
  • dominacja szczepów bakterii Bordetella pertussis pozbawionych głównych antygenów zawartych w szczepionkach acelularnych – w krajach, które dokonały zmiany szczepionki z wP na aP, dominującymi szczepami bakterii stały się te pozbawione niektórych antygenów zawartych w szczepionce aP
  • rozwój oporności bakterii – Bordetella pertussis może ulegać ewolucji i nabywać oporność na antybiotyki. Jeśli powstające szczepy stają się oporne na dostępne leki, może to utrudnić leczenie zakażeń krztuścowych i prowadzić do wzrostu zachorowań 17
  • spadek odporności populacyjnej – część populacji może być bardziej podatna na infekcje, na przykład ze względu na naturalne spadki odporności lub związane z wiekiem. Noworodki, niemowlęta i osoby starsze są bardziej narażone na ciężkie przypadki krztuśca. Jeśli ogólna odporność populacji maleje, może to prowadzić do zwiększenia liczby zachorowań
  • migracja i podróże międzynarodowe – zachorowania na krztusiec mogą się szerzyć przez migrację i podróże międzynarodowe. Jeśli osoby zakażone przemieszczają się z jednego obszaru do drugiego, mogą wprowadzać infekcję do nowych społeczności, gdzie ta może się rozprzestrzeniać dalej
  • niedostateczne rozpoznanie i raportowanie – niekiedy przypadki krztuśca mogą być nierozpoznane lub niedostatecznie zgłaszane, co skutkuje niedoszacowaniem rzeczywistej liczby zachorowań. Niedokładne dane mogą pro­wadzić do złej oceny sytuacji i niewłaściwych działań zapobiegawczych
  • brak świadomości i edukacji – niewiedza na temat krztuśca i konieczności szczepień może się przyczyniać do niskiego wskaźnika szczepień. Nieznajomość objawów i sposobu przenoszenia choroby może opóźniać ustalenie prawidłowego rozpoznania i wprowadzenie adekwatnego leczenia, co sprzyja rozprzestrzenianiu się infekcji.

Najbardziej prawdopodobną przyczyną wzrostu zachorowań na krztusiec, wyjaśniającą również szybkie wygasanie odporności w wyniku upływu lat oraz ewolucję pałeczki krztuśca w kierunku szczepów pozbawionych głównych antygenów zawartych w szczepionkach acelularnych, jest nieefektywna (suboptymalna) indukcja odpowiedzi immunologicznej przez szczepionki bezkomórkowe, co udowodniono na podstawie licznych wyników badań 18 .

Szczepienia ochronne i indukcja odpowiedzi immunologicznej

Szczepienia przeciwko krztuścowi dzielimy na dwie kategorie – pełnokomórkowe i acelularne. W skład szczepionek pełnokomórkowych wchodzą nieżywe komórki bakterii ze ściśle zdefiniowanego szczepu Bordetella pertussis. W konsekwencji taka szczepionka posiada znacznie większą liczbę potencjalnych antygenów (nawet do 3000) wraz z innymi czynnikami aktywującymi odpowiedź immunologiczną, jak agoniści receptorów typu toll (TLR – toll-like receptors). W składzie szczepionek acelularnych zawierają się antygeny wyizolowane i oczyszczone z bakterii krztuśca oraz adiuwant. W zależności od producenta liczba antygenów w szczepionce acelularnej wynosi od 1 do 5 (zdetoksyfikowana PTx, FHA, PRN, Fim 1 i 2) i są one zmieszane ze związkami glinu pełniącego funkcję adiuwantu. W Polsce stosuje się szczepionki zarówno pełnokomórkowe, jak i acelularne. W Stanach Zjedno­czonych i innych krajach wysokorozwiniętych szczepionki acelularne stały się standardem, a szczepionki pełnokomórkowe nie są już stosowane.

Wprowadzenie szczepień acelularnych było podyktowane chęcią zmniejszenia liczby ciężkich działań niepożądanych, a zwłaszcza uniknięcia społecznych obaw (tzw. pertussis scare) dotyczących stosowania szczepionki pełnokomórkowej, które szczególnie przybrały na sile w latach 70./80. XX wieku. Żadne z ciężkich powikłań, które były skojarzone z przyjmowaniem szczepionki pełnokomórkowej, nie zostało potwierdzone, a sama szczepionka jest obecnie uznana za bezpieczną i z powodzeniem stosowana w wielu krajach, które nie zastąpiły jej szczepionką acelularną. Historia walki o przywrócenie zaufania do szczepionki pełnokomórkowej została opisana przez Jamesa D. Cherry’ego i przetłumaczona na język polski 19, 20

Podstawowe różnice pomiędzy dwoma rodzajami szczepionek przeciwko krztuścowi wynikają z indukowania przez nie różnej odpowiedzi immunologicznej. Dla uproszczenia można wyróżnić trzy główne zagadnienia dotyczące odpowiedzi immunologicznej:

  • odpowiedź humoralna – wytwarzanie specyficznych dla antygenu przeciwciał. Ważna jest tutaj podklasa przeciwciał pełniąca różne funkcje. Przeciwciała neutralizujące (IgG4) neutralizują toksynę krztuścową, ale nie eliminują patogenu. Przeciwciała opsonizujące (IgG1) otaczają patogen i dzięki temu pomagają fagocytom w rozpoznaniu bakterii i jej fizycznej eliminacji z dróg oddechowych
  • odpowiedź komórkowa – wytwarzane przez limfocyty T cytokiny. W tym przypadku ważny jest typ odpowiedzi komórkowej. Szczepionka wP indukuje odpowiedź typu Th1 (sekrecja interferonu γ [IFNγ]) i Th17 (sekrecja interleukiny 17 [IL17]), co jest pożądanym typem odpowiedzi immunologicznej odzwierciedlającej odpowiedź wywołaną naturalną infekcją. Szczepionka aP indukuje odpowiedź typu Th2 (sekrecja IL4, IL5, IL13), która nie odgrywa istotnej roli w odpowiedzi immunologicznej na zakażenie
  • lokalizacja odpowiedzi immunologicznej – ochrona górnych i dolnych dróg oddechowych lub systemowa indukcja odpowiedzi immunologicznej. Ważnym aspektem w przypadku skuteczności szczepionek jest indukcja odpowiedzi immunologicznej w miejscu potencjalnego wniknięcia patogenu. Takimi miejscowymi strażnikami są opisane stosunkowo niedawno limfocyty pamięci T rezydujące w drogach oddechowych (TRM – tissue-resident memory T). Komórki te są rekrutowane do dróg oddechowych po immunizacji szczepionką wP 21 .

W tabeli 2 przedstawiono porównanie działania obu rodzajów szczepionek oraz ich przewidywaną skuteczność 22 .

Tabela 2. Porównanie dwóch typów szczepionek przeciwko krztuścowi – acelularnej (aP) i pełnokomórkowej (wP). Zmodyfikowano na podstawie 22 pozycji piśmiennictwa

Tabela 2. Porównanie dwóch typów szczepionek przeciwko krztuścowi – acelularnej (aP) i pełnokomórkowej (wP). Zmodyfikowano na podstawie 22 pozycji piśmiennictwa

Kształtowanie odpowiedzi immunologicznej po szczepieniu – modele zwierzęce

Jedna z kluczowych publikacji, która pozwoliła zrozumieć konsekwencje wprowadzenia szczepionek acelularnych, ale także różnice pomiędzy szczepionkami, opisywała badania prowadzone na pawianach i została wydana w 2014 roku przez grupę prof. Toda J. Merkela 18 . Warto zaznaczyć, że pawiany mają wszystkie charakterystyczne objawy krztuśca, jakie występują u ludzi.

W eksperymencie wykorzystano zwierzęta, które zostały zaszczepione szczepionką acelularną, pełnokomórkową, oraz te, które już przeszły infekcję. Grupę kontrolną stanowiły pawiany niezaszczepione. Następnie wszystkie zwierzęta zainfekowano bakterią krztuśca i monitorowano m.in. jej liczbę w drogach nosowych oraz liczbę leukocytów we krwi. Wykazano, że pawiany zaszczepione wP już 2 tygodnie po infekcji miały bardzo niski poziom bakterii w drogach nosowych. Pawiany zaszczepione aP miały podobną, jeśli nie większą liczbę bakterii w drogach nosowych w porównaniu ze zwierzętami niezaszczepionymi. Co ciekawe, obie szczepionki spowodowały zahamowanie wzrostu leukocytów we krwi, co jest markerem infekcji. Zwierzęta zaszczepione szczepionką aP miały znacznie zredukowane symptomy choroby, ale mogły zarażać inne osobniki będące w znacznej odległości w sposób podobny jak zwierzęta niezaszczepione. Wniosek wyciągnięty przez autorów jest taki, że szczepionki aP chronią przed chorobą, ale nie zapobiegają infekcji górnych dróg oddechowych oraz transmisji bakterii. Taka sytuacja stanowi dodatkowe zagrożenie, ponieważ osoby bez objawów stają się cichymi roznosicielami i stąd mogą wynikać obserwowany wzrost zachorowań oraz zwiększona cyrkulacja bakterii w populacji w krajach, które zmieniły szczepionkę wP na aP.

Podobne badania przeprowadzono na modelu mysim 21 . Wyczyszczenie bakterii krztuśca z płuc zakażonych myszy trwa w tym modelu nawet do 60 dni i infekcja stanowi przewlekłą chorobę bakteryjną. Większą skuteczność w ochronie dolnych dróg oddechowych osiągnęła szczepionka wP, ale ostatecznie zwierzęta, którym podano szczepionki zarówno aP, jak i wP, wyczyściły komórki bakterii z płuc do 14 dnia po infekcji. Z punktu widzenia zahamowania transmisji i rozprzestrzeniania się bakterii krztuśca kluczowa jest szybka eliminacja patogenu z górnych dróg oddechowych. Podobnie jak w przypadku pawianów górne drogi oddechowe myszy zaszczepionych szczepionką aP były skolonizowane przez pałeczkę krztuśca na podobnym poziomie co myszy nieszczepionych, a okres czyszczenia patogenu z górnych dróg oddechowych w obu grupach był znacznie wydłużony w porównaniu z czyszczeniem bakterii z górnych dróg oddechowych zwierząt zaszczepionych szczepionką wP. Dodatkowo użycie szczepionki wP spowodowało wytworzenie rezydujących w płucach i w górnych drogach oddechowych komórek pamięci CD4 T, które zapewniają długotrwałą pamięć immunologiczną i lokalną ochronę przed wniknięciem patogenu 23 . Dominującym typem odpowiedzi komórkowej wyindukowanej poprzednią infekcją lub podaniem szczepionki wP jest odpowiedź typu Th1 i Th17. Wykazano, że w przypadku braku cytokiny IFNγ (typ Th1) lub IL17 (typ Th17) odporność wyindukowana poprzednią infekcją lub podaniem szczepionki wP zostaje utracona. W przypadku podania szczepionki aP nie obserwuje się indukcji odpowiedzi typu Th1, ale generowana jest słaba odpowiedź typu Th17 i Th2. W badaniach udokumentowano, że odpowiedź typu Th2 nie ma jednak wpływu na czyszczenie bakterii z płuc 24 .

Kształtowanie odpowiedzi immunologicznej u dorosłych poprzez szczepienia w wieku wczesnodziecięcym

Opisane powyżej odkrycia na modelach zwierzęcych znalazły potwierdzenie również w badaniach przeprowadzonych w grupach ludzi. Najnowsze dane opublikowane w czasopiśmie „The Journal of Clinical Investigation” w 2018 roku przez grupę pod kierunkiem prof. Alessandra Sette potwierdziły wcześniejsze doniesienia, że szczepionka wP indukuje odpowiedź immunologiczną typu Th1/Th17, a także przeciwciała opsonizujące typu IgG1 u dzieci, a szczepionka aP indukuje odpowiedź komórkową typu Th2 i przeciwciała neutralizujące IgG4 25, 26 .

Co więcej, osoby dorosłe, które w dzieciństwie otrzymały serię szczepionek wP, a w wieku dorosłym dawkę przypominającą z użyciem szczepionki aP, dalej wykazywały zwiększoną odpowiedź komórkową typu Th1, ekspansję komórek pamięci CD4+ specyficznych dla toksyny krztuśca (PT – pertussis toxin) oraz zwiększoną liczbę przeciwciał opsonizujących IgG1. Z drugiej strony osoby dorosłe, które w dzieciństwie otrzymały serię szczepionek aP, a w wieku dorosłym kolejną dawkę przypominającą z użyciem szczepionki aP, wykazywały zmniejszoną odpowiedź komórkową typu Th1 nawet w stosunku do poziomu sprzed podania dawki przypominającej, brak ekspansji komórek pamięci CD4+ specyficznych dla PT oraz zwiększoną liczbę przeciwciał neutralizujących IgG4. Podanie dawki przypominającej w postaci szczepionki aP osobom, które w młodości również były nią szczepione, pogłębiło wyindukowaną wcześniejszym szczepieniem niekorzystną odpowiedź immunologiczną 26 . Istotnym zagadnieniem w przypadku szczepienia dzieci szczepionką aP jest możliwość zmiany typu odpowiedzi immunologicznej nabytego poprzez szczepienie w wieku wczesnodziecięcym. Odwrócenie suboptymalnych procesów wyindukowanych przez szczepionki acelularne będzie trudnym zadaniem wymagającym prawdopodobnie wprowadzenia szczepionek nowej generacji, przy których tworzeniu należy uwzględnić ogromny postęp w zrozumieniu procesów immunologicznych zapewniających trwałą odporność oraz unikać błędów popełnionych przy wdrażaniu dotychczasowej szczepionki bezkomórkowej 27 .

Wyzwania na dziś i dalsze perspektywy

Wprowadzenie szczepień acelularnych w krajach rozwiniętych było spowodowane głównie wspomnianymi już obawami społeczeństwa przed szczepionkami pełnokomórkowymi i znacznym wzrostem odmów podawania ich dzieciom 19 . Wdrożenie w tych krajach szczepień acelularnych przyczyniło się do odbudowy zaufania w zakresie bezpieczeństwa stosowania szczepionek, jednak nie zapobiegło obserwowanemu na świecie wzrostowi zachorowań na krztusiec. Zgodnie z opinią World Health Organization (WHO) kraje, w których nadal jest stosowana szczepionka pełnokomórkowa, powinny dążyć do jej utrzymania (ramka) 28 .

„Programy krajowe, w których obecnie podaje się szczepienia wP, powinny w dalszym ciągu wykorzystywać szczepionki wP w seriach szczepień podstawowych. Dane z nadzoru i modelowania sugerują, że stosowanie szczepionek aP może skutkować nawrotem krztuśca po kilku latach, a taki nawrót może również prowadzić do zwiększonego ryzyka śmierci u osób zbyt młodych, aby zostać zaszczepionymi. Trudno przewidzieć skalę i czas tego ponownego wzrostu, biorąc pod uwagę wiele czynników, które mają na to wpływ, takich jak zasięg szczepień, naturalna odporność, rodzaj szczepionki i harmonogramy szczepień, dlatego należy je w dalszym ciągu oceniać”.

Ze względu na wycofanie się wielu krajów ze szczepionek pełnokomórkowych oraz suboptymalnej ochrony zapewnianej szczepionkami acelularnymi rozpoczęto prace nad szczepionkami eksperymentalnymi nowej generacji. Obecnie testowane są różne szczepionki nowego typu, które mogą wyindukować pożądaną odpowiedź immunologiczną wraz z komórkami pamięci rezydującymi lokalnie w drogach układu oddechowego (TRM). Testowana jest również zmiana drogi podawania szczepionek z domięśniowej na donosową drogę immunizacji. Proponowana jest również strategia typu „prime-pull”, zgodnie z którą pierwsza dawka byłaby podawana domięśniowo, a dawka przypominająca donosowo, by zrekrutować komórki układu immunologicznego do miejsca potencjalnej infekcji, czyli górnych dróg oddechowych. Głównymi trendami w celu otrzymania szczepionki trzeciej generacji przeciwko krztuścowi są:

  • udoskonalenie szczepionki pełnokomórkowej poprzez skoniugowanie jej z dodatkowymi szczepionkami 5 w 1 lub 6 w 1 i stworzenie szczepionki poliwalentnej 29
  • stworzenie szczepionek wP o obniżonej zawartości endotoksyny LPS (lipopolisacharyd) 30, 31
  • badanie skuteczności szczepionki opartej na żywym, lecz atenuowanym (osłabionym) szczepie B. pertussis BPZE1 w formie aerozolu do podania donosowego 32, 33
  • szczepionki bazujące na zewnątrzkomórkowych pęcherzykach pozyskanych (OMV – outer membrane vesicles) z bakterii krztuśca 34, 35
  • zmiana adiuwantu ze związków glinu na adiuwant promujący odpowiedź immunologiczną typu Th1/Th17 (np. adiu­want LP-GMP) 36
  • szczepionki oparte na mRNA kodującym antygeny bakterii krztuśca.

Podsumowanie

Obecne szczepionki pełnokomórkowe są bezpieczne i chronią przed symptomami choroby oraz przed śmiercią z powodu zakażenia bakterią krztuśca, więc jeśli nie ma prze­ciwwskazań, należy je stosować. Wykazano również, że szczepionki wP znacznie redukują ryzyko transmisji bakterii w populacji, ponieważ chronią zarówno dolne, jak i górne drogi oddechowe. Szczepionki acelularne także chronią przed objawami choroby, niemniej w przeciwieństwie do szczepionek wP szczepionki aP nie zabezpieczają przed kolonizacją górnych dróg oddechowych przez bakterię krztuśca. W dłuższej perspektywie może to stanowić ryzyko transmisji patogenu w społeczeństwie poprzez zaszczepionych i bezobjawowych cichych roznosicieli. Udowodniono ponadto, że w związku z indukcją nieefektywnej odpowiedzi immunologicznej oraz głównie przeciwciał neutralizujących toksyny odporność poszczepienna gwałtownie spada w krótkim okresie tuż po podaniu ostatniej dawki przypominającej 37, 38 . Dodatkowo w krajach, które wprowadziły szczepienia szczepionką aP, nastąpiła gwałtowna ekspansja szczepów bakterii krztuśca, które utraciły przynajmniej jeden z antygenów zawartych w szczepionce, co dodatkowo utrudnia ochronę populacji przed zakażeniem krztuścem 39, 40 . W konsekwencji postuluje się zwiększenie częstotliwości szczepień oraz ich wprowadzenie w trzecim trymestrze ciąży 41, 42 . Takie działania mogą nie być skuteczne w dłuższym okresie choćby ze względu na pojawianie się szczepów, które nie posiadają na swojej powierzchni antygenów zawartych w szczepionkach acelularnych. Kwestionowana może być również zasadność szczepienia w trakcie trwania ciąży. Badania na modelu mysim potwierdziły, że takie szczepienie chroni przed symptomami choroby, ale może się przyczyniać do zwiększenia rezerwuaru bakterii krztuśca i kolonizacji górnych dróg oddechowych, a także do determinowania suboptymalnej odpowiedzi immunologicznej na bakterię krztuśca u młodych osobników 43 . W modelu na pawianach także zaobserwowano przedłużoną kolonizację górnych dróg oddechowych bakterią krztuśca u potomstwa, którego matki zaszczepiono szczepionką acelularną w trakcie trwania ciąży 44 . Wykazano również, że u ludzi szczepienie w trakcie ciąży osłabia odpowiedź limfocytów T na szczepienia podstawowe przeciwko krztuścowi zarówno dzieci donoszonych, jak i wcześniaków 45, 46 . Argumenty te kwestionują zasadność całkowitej rezygnacji ze szczepionki pełnokomórkowej na rzecz szczepionki acelularnej, a także ostrożność przy wprowadzaniu szczepień w trakcie trwania ciąży ze względu na determinację odpowiedzi immunologicznej na dany patogen u potomstwa.

W przypadku istniejących szczepionek pełnokomórkowych odporność wyindukowana szczepieniem spada stopniowo, dając długotrwałą ochronę przed infekcją. Szczepionki pełnokomórkowe zawierają wiele antygenów, co pozwala na szeroką ochronę przed różnymi szczepami bakterii krztuśca. Po szczepieniu szczepionką wP indukowana jest odpowiedź komórkowa typu Th1/Th17 oraz rezydujące limfocyty T pamięci i przeciwciała opsonizujące, co umożliwia skuteczniejszą eliminację bakterii z dróg układu oddechowego. Dodatkowo początkowe szczepienie przy użyciu szczepionki pełnokomórkowej determinuje pożądany typ odpowiedzi immunologicznej nawet po podaniu acelularnej dawki przypominającej wiele lat później 26 . Jedną ze strategii ograniczających cyrkulację bakterii krztuśca w populacji może być szczepienie dorosłych i starszych dorosłych pełnokomórkową dawką przypominającą o obniżonej zawartości komponentu krztuścowego lub obniżonej zawartości endotoksyn.

Podziękowania

Dr inż. Mieszko M. Wilk jest wspierany w ramach projektu nr 2021/43/P/NZ6/02314 współfinansowanego ze środków Narodowego Centrum Nauki oraz programu ramowego Unii Europejskiej w zakresie badań naukowych i innowacji Horyzont 2020 na podstawie umowy nr 945339 w ramach działań „Marie Skłodowska-Curie”. Dla celów Open Access autor udostępnia na licencji CC-BY (CreativeCommons – uznanie autorstwa) każdą wersję AAM, która może powstać na podstawie niniejszego artykułu.

Artykuł powstał z grantu firmy IBSS Biomed

Abstract

The prospects for pertussis vaccine: medical and epidemiological challenges

Despite the high percentage of vaccinations, a significant increase is observed in the incidence of pertussis. This is especially true for countries with high revenue, where only acellular vaccines are in use. In Poland, two types of pertussis vaccines are available: whole-cell and acellular pertussis vaccine. The medical community is facing the challenging question of whether to keep the whole-cell pertussis vaccine in the immunization schedule or to replace it with the acellular pertussis vaccine. The two vaccines have a different composition, thus inducing different mechanisms of immune response and different capability of generating long-term immune memory.

An additional challenge is to provide the elderly population with vaccinations. On the one hand, pertussis presents a serious health risk in this age group. However, on the other, adults most often serve as a reservoir for pertussis bacteria (Bordetella pertussis), and therefore this group contributes to the cyclically appearing wave of infections. It is of key importance to limit the circulation of the bacteria in the society in order to prevent an increase in the number of pertussis infections, including the highest-risk population groups.

Piśmiennictwo
  1. 1. Hewlett EL, Edwards KM. Pertussis – Not Just for Kids. New England Journal of Medicine 2005;352(12):1215-22. doi: 10.1056/NEJMcp041025
  2. 2. Kostrzewski J, Magdzik W, Naruszewicz-Lesiuk D (red.). Choroby zakaźne i ich zwalczanie na ziemiach polskich w XX wieku. Warszawa: PZWL, 2001
  3. 3. Lee GM, Lett S, Schauer S, et al. Societal Costs and Morbidity of Pertussis in Adolescents and Adults. Clinical Infectious Diseases 2004;39(11):1572-80. doi: 10.1086/425006
  4. 4. European Centre for Disease Prevention and Control. Guidance and protocol for the serological diagnosis of human infection with Bordetella pertussis. Technical Document, 2012
  5. 5. Guiso N, Berbers G, Fry NK, et al. What to do and what not to do in serological diagnosis of pertussis: recommendations from EU reference laboratories. European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases 2011;30(3):307-12. doi: 10.1007/s10096-010-1104-y
  6. 6. Moore A, Harnden A, Grant CC, et al. Clinically Diagnosing Pertussis-associated Cough in Adults and Children. Chest 2019;155(1):147-54. doi: 10.1016/j.chest.2018.09.027
  7. 7. World Health Organization. Laboratory Manual for the diagnosis of whooping cough caused by bordetella pertussis/bordetella parapertussis. https://apps.who.int/iris/handle/10665/127891
  8. 8. Masseria C, Krishnarajah G. The estimated incidence of pertussis in people aged 50 years old in the United States, 2006–2010. BMC Infect Dis 2015;15(1):534. doi: 10.1186/s12879-015-1269-1
  9. 9. Stefanoff P, Paradowska-Stankiewicz I, Lipke M, et al. Incidence of pertussis in patients of general practitioners in Poland. Epidemiol Infect 2014;142(4):714-23. doi: 10.1017/S0950268813001684
  10. 10. Rumik A, Paradowska-Stankiewicz I, Rosolak A. Pertussis in Poland in 2018-2019. Przegl Epidemiol 2022:604-12. doi: 10.32394/pe.75.57
  11. 11. Paradowska-Stankiewicz I, Rudowska J. Pertussis in Poland in 2012. Przegl Epidemiol 2014;68(2):205-7, 325-7
  12. 12. Paradowska-Stankiewicz I, Rudowska J. Pertussis in Poland in 2013. Przegl Epidemiol 2015;69(4):745-7, 885-7
  13. 13. Paradowska-Stankiewicz I, Rudowska J. Pertussis in Poland in 2014. Przegl Epidemiol 2016;70(3):327-32
  14. 14. Paradowska-Stankiewicz I, Rudowska J. Pertussis in Poland in 2015. Przegl Epidemiol 2017;71(4):481-5
  15. 15. Cherry JD. The epidemiology of pertussis and pertussis immunization in the United Kingdom and the United State: A Comparative study. Curr Probl Pediatr 1984;14(2):7-77. doi: 10.1016/0045-9380(84)90016-1
  16. 16. Kilgore PE, Salim AM, Zervos MJ, et al. Pertussis: Microbiology, Disease, Treatment, and Prevention. Clin Microbiol Rev 2016;29(3):449-86. doi: 10.1128/CMR.00083-15
  17. 17. Ivaska L, Barkoff AM, Mertsola J, et al. Macrolide Resistance in Bordetella pertussis: Current Situation and Future Challenges. Antibiotics 2022;11(11):1570. doi: 10.3390/antibiotics11111570
  18. 18. Warfel JM, Zimmerman LI, Merkel TJ. Acellular pertussis vaccines protect against disease but fail to prevent infection and transmission in a nonhuman primate model. Proceedings of the National Academy of Sciences 2014;111(2):787-92. doi: 10.1073/pnas.1314688110
  19. 19. Cherry JD, Doustmohammadi S. Pertussis vaccines. Curr Opin Pediatr 2022;34(2):126-31. doi: 10.1097/MOP.0000000000001108
  20. 20. Rywczak I. Szczepionki przeciwko krztuścowi. Med Prakt 2023. https://www.mp.pl/szczepienia/artykuly/przegladowe/310320,szczepionki-przeciwko-krztuscowi
  21. 21. Wilk MM, Borkner L, Misiak A, et al. Immunization with whole cell but not acellular pertussis vaccines primes CD4 T RM cells that sustain protective immunity against nasal colonization with Bordetella pertussis. Emerg Microbes Infect 2019;8(1):169-85. doi: 10.1080/22221751.2018.1564630
  22. 22. Szwejser-Zawislak E, Wilk MM, Piszczek P, et al. Evaluation of Whole-Cell and Acellular Pertussis Vaccines in the Context of Long-Term Herd Immunity. Vaccines (Basel) 2022;11(1):1. doi: 10.3390/vaccines11010001
  23. 23. Wilk MM, Mills KHG. CD4 TRM Cells Following Infection and Immunization: Implications for More Effective Vaccine Design. Front Immunol 2018;9. doi: 10.3389/fimmu.2018.01860
  24. 24. Ross PJ, Sutton CE, Higgins S, et al. Relative Contribution of Th1 and Th17 Cells in Adaptive Immunity to Bordetella pertussis: Towards the Rational Design of an Improved Acellular Pertussis Vaccine. PLoS Pathog 2013;9(4):e1003264. doi: 10.1371/journal.ppat.1003264
  25. 25. Bancroft T, Dillon MBC, da Silva Antunes R, et al. Th1 versus Th2 T cell polarization by whole-cell and acellular childhood pertussis vaccines persists upon re-immunization in adolescence and adulthood. Cell Immunol 2016;304-5:35-43. doi: 10.1016/j.cellimm.2016.05.002
  26. 26. Da Silva Antunes R, Babor M, Carpenter C, et al. Th1/Th17 polarization persists following whole-cell pertussis vaccination despite repeated acellular boosters. Journal of Clinical Investigation 2018;128(9):3853-65. doi: 10.1172/JCI121309
  27. 27. Mills KHG. How immunology can help reverse the pertussis vaccine failure. Nat Immunol 2023; 24(11):1779-80. doi: 10.1038/s41590-023-01625-8
  28. 28. WHO. Pertussis vaccines: WHO position paper, August 2015 – Recommendations. Vaccine 2016;34(12). doi: 10.1016/j.vaccine.2015.10.136
  29. 29. Aloysia D’Cor N, Siddaiah P, Mohapatra S, et al. Safety and immunogenicity of a new formulation of a pentavalent DTwP-HepB-Hib vaccine in healthy Indian infants – A randomized study. PLoS One 2023;18(8):e0284898. doi: 10.1371/journal.pone.0284898
  30. 30. Zorzeto TQ, Higashi HG, da Silva NTM, et al. Immunogenicity of a Whole-Cell Pertussis Vaccine with Low Lipopolysaccharide Content in Infants. Clinical and Vaccine Immunology 2009;16(4):544-50. doi: 10.1128/CVI.00339-08
  31. 31. Dias W, van der Ark AAJ, Sakauchi MA, et al. An improved whole cell pertussis vaccine with reduced content of endotoxin. Hum Vaccin Immunother 2013;9(2):339-48. doi: 10.4161/hv.22847
  32. 32. Lin A, Apostolovic D, JahnMatz M, et al. Live attenuated pertussis vaccine BPZE1 induces a broad antibody response in humans. Journal of Clinical Investigation 2020;130(5):2332-46. doi: 10.1172/JCI135020
  33. 33. Keech C, Miller VE, Rizzardi B, et al. Immunogenicity and safety of BPZE1, an intranasal live attenuated pertussis vaccine, versus tetanus–diphtheria–acellular pertussis vaccine: a randomised, double-blind, phase 2b trial. The Lancet 2023;401(10379):843-55. doi: 10.1016/S0140-6736(22)02644-7
  34. 34. Zurita ME, Wilk MM, Carriquiriborde F, et al. A Pertussis Outer Membrane Vesicle-Based Vaccine Induces Lung-Resident Memory CD4 T Cells and Protection Against Bordetella pertussis, Including Pertactin Deficient Strains. Front Cell Infect Microbiol 2019;9. doi: 10.3389/fcimb.2019.00125
  35. 35. Carriquiriborde F, Aispuro PM, Ambrosis N, et al. Pertussis Vaccine Candidate Based on Outer Membrane Vesicles Derived From Biofilm Culture. Front Immunol 2021;12. doi: 10.3389/fimmu.2021.730434
  36. 36. Allen AC, Wilk MM, Misiak A, et al. Sustained protective immunity against Bordetella pertussis nasal colonization by intranasal immunization with a vaccine-adjuvant combination that induces IL-17-secreting TRM cells. Mucosal Immunol 2018;11(6):1763-76. doi: 10.1038/s41385-018-0080-x
  37. 37. Klein NP, Bartlett J, Fireman B, et al. Waning protection following 5 doses of a 3-component diphtheria, tetanus, and acellular pertussis vaccine. Vaccine 2017;35(26):3395-400. doi: 10.1016/j.vaccine.2017.05.008
  38. 38. Burdin N, Handy LK, Plotkin SA. What Is Wrong with Pertussis Vaccine Immunity? Cold Spring Harb Perspect Biol 2017;9(12):a029454. doi: 10.1101/cshperspect.a029454
  39. 39. Lesne E, Cavell BE, Freire-Martin I, et al. Acellular Pertussis Vaccines Induce Anti-pertactin Bactericidal Antibodies Which Drives the Emergence of Pertactin-Negative Strains. Front Microbiol 2020;11. doi: 10.3389/fmicb.2020.02108
  40. 40. Ma L, Caulfield A, Dewan KK, et al. Pertactin-Deficient Bordetella pertussis, Vaccine-Driven Evolution, and Reemergence of Pertussis. Emerg Infect Dis 2021;27(6):1561-6. doi: 10.3201/eid2706.203850
  41. 41. Klein NP, Zerbo O. Use of acellular pertussis vaccines in the United States: can we do better? Expert Rev Vaccines 2017;16(12):1175-9. doi: 10.1080/14760584.2017.1393334
  42. 42. Zerbo O, Fireman B, Klein NP. Lessons from a mature acellular pertussis vaccination program and strategies to overcome suboptimal vaccine effectiveness. Expert Rev Vaccines 2022;21(7):899-907. doi: 10.1080/14760584.2021.1984891
  43. 43. Dubois V, Chatagnon J, Depessemier M, et al. Maternal acellular pertussis vaccination in mice impairs cellular immunity to Bordetella pertussis infection in offspring. JCI Insight 2023. doi: 10.1172/jci.insight.167210
  44. 44. Warfel JM, Papin JF, Wolf RF, et al. Maternal and Neonatal Vaccination Protects Newborn Baboons From Pertussis Infection. J Infect Dis 2014;210(4):604-10. doi: 10.1093/infdis/jiu090
  45. 45. Orije MRP, Garcia-Fogeda I, van Dyck W, et al. Impact of Maternal Pertussis Antibodies on the Infants’ Cellular Immune Responses. Clinical Infectious Diseases 2022;75(3):442-52. doi: 10.1093/cid/ciab972
  46. 46. Knuutila A, Barkoff AM, Ivaska L, et al. Effect of immunization during pregnancy and pre-existing immunity on diphtheria-tetanus-acellular pertussis vaccine responses in infants. Emerg Microbes Infect 2023;12(1). doi: 10.1080/22221751.2023.2204146