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Niu H, Bai C, Zhu B, Zhang Y. Rapamycin improves the long-term T-cell memory and protective efficacy of tuberculosis subunit vaccine. Microb Pathog 2024; 190:106631. [PMID: 38537761 DOI: 10.1016/j.micpath.2024.106631] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/03/2023] [Revised: 03/17/2024] [Accepted: 03/25/2024] [Indexed: 04/26/2024]
Abstract
The formation of long-lived T-cell memory is a critical goal of vaccines against intracellular pathogens like Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis). In this study, to access the adjuvant effect of rapamycin on tuberculosis subunit vaccine, we treated mice with rapamycin during the course of vaccination and then monitored the vaccine-specific long-term memory T cell recall responses and protective ability against mycobacterial organisms. Compared with the mice that received vaccine alone, rapamycin treatment enhanced the vaccine induced long-term IFN-γ and IL-2 recall responses, promoted the development of TCM (central memory) like cells and improved the long-term proliferative ability of lymphocytes. Long-duration (total 53 days) of low-dose rapamycin (75 μg/kg/day) treatment generated stronger vaccine-specific memory T cell responses than short-duration treatment (total 25 days). Moreover, rapamycin improved the vaccine's long-term protective efficacy, which resulted in a better reduction of 0.89-log10 CFU of mycobacterial organisms in the lungs compared with control without rapamycin treatment. These findings suggest that rapamycin may be considered in designing TB subunit vaccine regimens or as potential adjuvant to enhance vaccine-induced T cell memory response and to prolong the longevity of vaccine's protective efficacy.
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Affiliation(s)
- Hongxia Niu
- School of Basic Medical Sciences, Zhejiang Chinese Medical University, Hangzhou, China; School of Basic Medical Sciences, Lanzhou University, Lanzhou, China
| | - Chunxiang Bai
- School of Basic Medical Sciences, Lanzhou University, Lanzhou, China
| | - Bingdong Zhu
- School of Basic Medical Sciences, Lanzhou University, Lanzhou, China
| | - Ying Zhang
- The First Affiliated Hospital, Zhejiang University School of Medicine, Hangzhou, China; Jinan Microecological Biomedicine Shandong Laboratory, Jinan, China.
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Lage DP, Vale DL, Linhares FP, Freitas CS, Machado AS, Cardoso JMO, de Oliveira D, Galvani NC, de Oliveira MP, Oliveira-da-Silva JA, Ramos FF, Tavares GSV, Ludolf F, Bandeira RS, Pereira IAG, Chávez-Fumagalli MA, Roatt BM, Machado-de-Ávila RA, Christodoulides M, Coelho EAF, Martins VT. A Recombinant Chimeric Protein-Based Vaccine Containing T-Cell Epitopes from Amastigote Proteins and Combined with Distinct Adjuvants, Induces Immunogenicity and Protection against Leishmania infantum Infection. Vaccines (Basel) 2022; 10:vaccines10071146. [PMID: 35891310 PMCID: PMC9317424 DOI: 10.3390/vaccines10071146] [Citation(s) in RCA: 11] [Impact Index Per Article: 5.5] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/22/2022] [Revised: 07/13/2022] [Accepted: 07/16/2022] [Indexed: 02/06/2023] Open
Abstract
Currently, there is no licensed vaccine to protect against human visceral leishmaniasis (VL), a potentially fatal disease caused by infection with Leishmania parasites. In the current study, a recombinant chimeric protein ChimT was developed based on T-cell epitopes identified from the immunogenic Leishmania amastigote proteins LiHyp1, LiHyV, LiHyC and LiHyG. ChimT was associated with the adjuvants saponin (Sap) or monophosphoryl lipid A (MPLA) and used to immunize mice, and their immunogenicity and protective efficacy were evaluated. Both ChimT/Sap and ChimT/MPLA induced the development of a specific Th1-type immune response, with significantly high levels of IFN-γ, IL-2, IL-12, TNF-α and GM-CSF cytokines produced by CD4+ and CD8+ T cell subtypes (p < 0.05), with correspondingly low production of anti-leishmanial IL-4 and IL-10 cytokines. Significantly increased (p < 0.05) levels of nitrite, a proxy for nitric oxide, and IFN-γ expression (p < 0.05) were detected in stimulated spleen cell cultures from immunized and infected mice, as was significant production of parasite-specific IgG2a isotype antibodies. Significant reductions in the parasite load in the internal organs of the immunized and infected mice (p < 0.05) were quantified with a limiting dilution technique and quantitative PCR and correlated with the immunological findings. ChimT/MPLA showed marginally superior immunogenicity than ChimT/Sap, and although this was not statistically significant (p > 0.05), ChimT/MPLA was preferred since ChimT/Sap induced transient edema in the inoculation site. ChimT also induced high IFN-γ and low IL-10 levels from human PBMCs isolated from healthy individuals and from VL-treated patients. In conclusion, the experimental T-cell multi-epitope amastigote stage Leishmania vaccine administered with adjuvants appears to be a promising vaccine candidate to protect against VL.
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Affiliation(s)
- Daniela P. Lage
- Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde: Infectologia e Medicina Tropical, Faculdade de Medicina, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Prof. Alfredo Balena, 190, Belo Horizonte 30130-100, MG, Brazil; (D.P.L.); (D.L.V.); (F.P.L.); (C.S.F.); (A.S.M.); (N.C.G.); (M.P.d.O.); (J.A.O.-d.-S.); (F.F.R.); (G.S.V.T.); (F.L.); (R.S.B.); (I.A.G.P.); (E.A.F.C.); (V.T.M.)
| | - Danniele L. Vale
- Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde: Infectologia e Medicina Tropical, Faculdade de Medicina, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Prof. Alfredo Balena, 190, Belo Horizonte 30130-100, MG, Brazil; (D.P.L.); (D.L.V.); (F.P.L.); (C.S.F.); (A.S.M.); (N.C.G.); (M.P.d.O.); (J.A.O.-d.-S.); (F.F.R.); (G.S.V.T.); (F.L.); (R.S.B.); (I.A.G.P.); (E.A.F.C.); (V.T.M.)
| | - Flávia P. Linhares
- Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde: Infectologia e Medicina Tropical, Faculdade de Medicina, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Prof. Alfredo Balena, 190, Belo Horizonte 30130-100, MG, Brazil; (D.P.L.); (D.L.V.); (F.P.L.); (C.S.F.); (A.S.M.); (N.C.G.); (M.P.d.O.); (J.A.O.-d.-S.); (F.F.R.); (G.S.V.T.); (F.L.); (R.S.B.); (I.A.G.P.); (E.A.F.C.); (V.T.M.)
| | - Camila S. Freitas
- Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde: Infectologia e Medicina Tropical, Faculdade de Medicina, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Prof. Alfredo Balena, 190, Belo Horizonte 30130-100, MG, Brazil; (D.P.L.); (D.L.V.); (F.P.L.); (C.S.F.); (A.S.M.); (N.C.G.); (M.P.d.O.); (J.A.O.-d.-S.); (F.F.R.); (G.S.V.T.); (F.L.); (R.S.B.); (I.A.G.P.); (E.A.F.C.); (V.T.M.)
| | - Amanda S. Machado
- Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde: Infectologia e Medicina Tropical, Faculdade de Medicina, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Prof. Alfredo Balena, 190, Belo Horizonte 30130-100, MG, Brazil; (D.P.L.); (D.L.V.); (F.P.L.); (C.S.F.); (A.S.M.); (N.C.G.); (M.P.d.O.); (J.A.O.-d.-S.); (F.F.R.); (G.S.V.T.); (F.L.); (R.S.B.); (I.A.G.P.); (E.A.F.C.); (V.T.M.)
| | - Jamille M. O. Cardoso
- Laboratório de Imunopatologia, Núcleo de Pesquisas em Ciências Biológicas (NUPEB), Departamento de Ciências Biológicas, Insituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto CEP 35400-000, MG, Brazil; (J.M.O.C.); (B.M.R.)
| | - Daysiane de Oliveira
- Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma 88806-000, SC, Brazil; (D.d.O.); (R.A.M.-d.-Á.)
| | - Nathália C. Galvani
- Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde: Infectologia e Medicina Tropical, Faculdade de Medicina, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Prof. Alfredo Balena, 190, Belo Horizonte 30130-100, MG, Brazil; (D.P.L.); (D.L.V.); (F.P.L.); (C.S.F.); (A.S.M.); (N.C.G.); (M.P.d.O.); (J.A.O.-d.-S.); (F.F.R.); (G.S.V.T.); (F.L.); (R.S.B.); (I.A.G.P.); (E.A.F.C.); (V.T.M.)
| | - Marcelo P. de Oliveira
- Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde: Infectologia e Medicina Tropical, Faculdade de Medicina, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Prof. Alfredo Balena, 190, Belo Horizonte 30130-100, MG, Brazil; (D.P.L.); (D.L.V.); (F.P.L.); (C.S.F.); (A.S.M.); (N.C.G.); (M.P.d.O.); (J.A.O.-d.-S.); (F.F.R.); (G.S.V.T.); (F.L.); (R.S.B.); (I.A.G.P.); (E.A.F.C.); (V.T.M.)
| | - João A. Oliveira-da-Silva
- Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde: Infectologia e Medicina Tropical, Faculdade de Medicina, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Prof. Alfredo Balena, 190, Belo Horizonte 30130-100, MG, Brazil; (D.P.L.); (D.L.V.); (F.P.L.); (C.S.F.); (A.S.M.); (N.C.G.); (M.P.d.O.); (J.A.O.-d.-S.); (F.F.R.); (G.S.V.T.); (F.L.); (R.S.B.); (I.A.G.P.); (E.A.F.C.); (V.T.M.)
| | - Fernanda F. Ramos
- Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde: Infectologia e Medicina Tropical, Faculdade de Medicina, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Prof. Alfredo Balena, 190, Belo Horizonte 30130-100, MG, Brazil; (D.P.L.); (D.L.V.); (F.P.L.); (C.S.F.); (A.S.M.); (N.C.G.); (M.P.d.O.); (J.A.O.-d.-S.); (F.F.R.); (G.S.V.T.); (F.L.); (R.S.B.); (I.A.G.P.); (E.A.F.C.); (V.T.M.)
| | - Grasiele S. V. Tavares
- Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde: Infectologia e Medicina Tropical, Faculdade de Medicina, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Prof. Alfredo Balena, 190, Belo Horizonte 30130-100, MG, Brazil; (D.P.L.); (D.L.V.); (F.P.L.); (C.S.F.); (A.S.M.); (N.C.G.); (M.P.d.O.); (J.A.O.-d.-S.); (F.F.R.); (G.S.V.T.); (F.L.); (R.S.B.); (I.A.G.P.); (E.A.F.C.); (V.T.M.)
| | - Fernanda Ludolf
- Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde: Infectologia e Medicina Tropical, Faculdade de Medicina, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Prof. Alfredo Balena, 190, Belo Horizonte 30130-100, MG, Brazil; (D.P.L.); (D.L.V.); (F.P.L.); (C.S.F.); (A.S.M.); (N.C.G.); (M.P.d.O.); (J.A.O.-d.-S.); (F.F.R.); (G.S.V.T.); (F.L.); (R.S.B.); (I.A.G.P.); (E.A.F.C.); (V.T.M.)
| | - Raquel S. Bandeira
- Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde: Infectologia e Medicina Tropical, Faculdade de Medicina, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Prof. Alfredo Balena, 190, Belo Horizonte 30130-100, MG, Brazil; (D.P.L.); (D.L.V.); (F.P.L.); (C.S.F.); (A.S.M.); (N.C.G.); (M.P.d.O.); (J.A.O.-d.-S.); (F.F.R.); (G.S.V.T.); (F.L.); (R.S.B.); (I.A.G.P.); (E.A.F.C.); (V.T.M.)
| | - Isabela A. G. Pereira
- Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde: Infectologia e Medicina Tropical, Faculdade de Medicina, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Prof. Alfredo Balena, 190, Belo Horizonte 30130-100, MG, Brazil; (D.P.L.); (D.L.V.); (F.P.L.); (C.S.F.); (A.S.M.); (N.C.G.); (M.P.d.O.); (J.A.O.-d.-S.); (F.F.R.); (G.S.V.T.); (F.L.); (R.S.B.); (I.A.G.P.); (E.A.F.C.); (V.T.M.)
| | - Miguel A. Chávez-Fumagalli
- Computational Biology and Chemistry Research Group, Vicerrectorado de Investigación, Universidad Católica de Santa María, Urb. San José S/N, Umacollo, Arequipa 04000, Peru;
| | - Bruno M. Roatt
- Laboratório de Imunopatologia, Núcleo de Pesquisas em Ciências Biológicas (NUPEB), Departamento de Ciências Biológicas, Insituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto CEP 35400-000, MG, Brazil; (J.M.O.C.); (B.M.R.)
| | - Ricardo A. Machado-de-Ávila
- Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma 88806-000, SC, Brazil; (D.d.O.); (R.A.M.-d.-Á.)
| | - Myron Christodoulides
- Neisseria Research Group, Molecular Microbiology, Faculty of Medicine, School of Clinical and Experimental Sciences, University of Southampton, Southampton General Hospital, Southampton SO16 6YD, UK
- Correspondence: ; Tel.: +44-02381-205120
| | - Eduardo A. F. Coelho
- Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde: Infectologia e Medicina Tropical, Faculdade de Medicina, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Prof. Alfredo Balena, 190, Belo Horizonte 30130-100, MG, Brazil; (D.P.L.); (D.L.V.); (F.P.L.); (C.S.F.); (A.S.M.); (N.C.G.); (M.P.d.O.); (J.A.O.-d.-S.); (F.F.R.); (G.S.V.T.); (F.L.); (R.S.B.); (I.A.G.P.); (E.A.F.C.); (V.T.M.)
- Departamento de Patologia Clínica, Colégio Técnico (COLTEC), Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Antônio Carlos, 6627, Belo Horizonte 31270-901, MG, Brazil
| | - Vívian T. Martins
- Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde: Infectologia e Medicina Tropical, Faculdade de Medicina, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Prof. Alfredo Balena, 190, Belo Horizonte 30130-100, MG, Brazil; (D.P.L.); (D.L.V.); (F.P.L.); (C.S.F.); (A.S.M.); (N.C.G.); (M.P.d.O.); (J.A.O.-d.-S.); (F.F.R.); (G.S.V.T.); (F.L.); (R.S.B.); (I.A.G.P.); (E.A.F.C.); (V.T.M.)
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