The adjuvant MF59 induces ATP release from muscle that potentiates response to vaccination

I vaccini rappresentano senza dubbio l’arma più efficace per combattere e tenere sotto controllo le infezioni [1]. In aggiunta agli antigeni del patogeno, i vaccini contengono adiuvanti utilizzati per potenziare le risposte immunitarie specifiche verso determinati antigeni. Nonostante la loro efficacia e il loro largo uso, il meccanismo di azione di molti adiuvanti è ancora scarsamente caratterizzato [2]. Pertanto, far luce sui meccanismi d’azione degli adiuvanti vaccinali è fondamentale per sviluppare prodotti nuovi, più efficienti e sicuri, e poter così sfruttare appieno il potenziale della vaccinologia [3]. Dopo la vaccinazione, è stato osservato al sito di iniezione il rilascio locale di molecole endogene con la capacità di segnalare “danno” al sistema immunitario, note come allarmine. Per esempio, un rilascio locale di acido urico e DNA è stato osservato nel modello murino dopo vaccinazione con alum, il più diffuso tra gli adiuvanti approvati per uso sull’uomo. Tuttavia, finora non è mai stato esplorato un potenziale ruolo dell’ATP durante la vaccinazione. L’ATP, tra le sue tante funzioni, quando rilasciato nell’ambiente extracellulare in concentrazioni opportune può fungere da allarmina e, come tale è un forte modulatore delle risposte immunitarie [4-6]. Pertanto, in questo lavoro abbiamo indagato se un rilascio di ATP è coinvolto nel meccanismo d’azione di quattro comuni adiuvanti vaccinali: idrossido di alluminio (alum), calcio fosfato (CaPi), adiuvante incompleto di Freund (IFA) e MF59. Sono stati condotti esperimenti ex vivo su muscoli murini isolati (tibiale anteriore e quadricipite) e in vivo in topi immunizzati intramuscolo con l’adiuvante da testare e il sistema reporter luciferina-luciferasi in grado di segnalare il livello di ATP al sito d’iniezione. Abbiamo osservato che l'iniezione intramuscolare è sempre associata a un debole e transitorio rilascio di ATP. Il rilascio basale di ATP è notevolmente potenziato dall’iniezione di MF59 ma non dagli altri adiuvanti testati. Pertanto, abbiamo esplorato se e come il rapido e transitorio rilascio di ATP indotto da MF59 al sito d’iniezione potesse contribuire al suo meccanismo d’azione. Il forte potere adiuvante di MF59 [7, 8] è stato attribuito alla sua capacità di istituire un ambiente immunocompetente al sito di iniezione nel muscolo, caratterizzato da un rapido e transitorio afflusso di un gran numero di cellule immunitarie che captano e assorbono l’antigene e lo trasportano ai linfonodi drenanti [9-11]. Abbiamo qui dimostrato, che la co-iniezione di apirasi, un enzima in grado di idrolizzare l’ATP, riduce fortemente l’afflusso di cellule immunitarie indotto da MF59 ma non quello indotto da alum o IFA. Questi risultati indicano che l’abilità di MF59 di indurre un forte afflusso di cellule immunitarie al sito di iniezione è in parte dovuta alla sua intrinseca capacità di rilasciare ATP. Inoltre, abbiamo osservato che la co-iniezione di apirasi e MF59 riduce il numero di cellule antigene-positive che dal muscolo raggiungono i linfonodi drenanti. Tale riduzione si è rivelata tipo cellulare-specifica, infatti il trattamento con apirasi impatta negativamente il numero di cellule B antigene-positive indotto da MF59 nei linfonodi drenanti, suggerendo che le cellule B potrebbero essere un elemento chiave nei “pathways” mediati da ATP durante la vaccinazione. Efficienti risposte immunitarie di tipo innato si traducono spesso in forti risposte adattative [12]. Pertanto, abbiamo analizzato un eventuale ruolo dell’ATP rilasciato da MF59 sull’attivazione delle cellule T e la produzione di titoli anticorpali antigene-specifici. Di conseguenza, gruppi di topi sono stati immunizzati con un vaccino influenzale trivalente, iniettato come tale o adiuvato con MF59 con o senza apirasi. L’apirasi ha fortemente ridotto la proliferazione delle cellule T vaccino-specifiche e i relativi titoli anticorpali. Questi dati dimostrano che un locale e transitorio rilascio di ATP a livello del sito d’iniezione è necessario per lo sviluppo di risposte immunitarie innate e adattative indotte da MF59 e associano per la prima volta un rilascio extracellulare di ATP a un potenziamento delle risposte immunitarie indotte dalla vaccinazione.