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Hepatitis-B-Impfung: altbewährt, doch nicht perfekt (17.08.2010) |
Wolfram H. Gerlich und Dieter Glebe
Institut für Medizinische Virologie, Justus-Liebig-Universität Gießen
Seit fast 30 Jahren ist der Hepatitis-B-Impfstoff erhältlich. Weltweit sind über 600 Millionen Menschen damit geimpft worden. In Ländern, wo die Impfung seit mehr als 15 Jahren an alle Säuglinge verabreicht wird, ist die Zahl der Hepatitis B Neuerkrankungen drastisch zurückgegangen. Trotz des unbestreitbaren Erfolges dieser Impfung zeichnen sich zunehmend auch Lücken in der Schutzwirkung ab. So ist die Zahl der „Non-Responder“ größer als die frühen Feldversuche erwarten ließen. Die seit 20 Jahren bekannten impfungsresistenten Fluchtmutanten sind möglicherweise doch ein größeres Problem als bislang vermutet und auch die verschiedenen Genotypen des Hepatitis-B-Virus verdienen mehr Beachtung. Klinisch stumme Impfdurchbrüche bei niedrigem Antikörperspiegel sind seit langem bekannt, wurden aber bislang für unbedeutsam gehalten. Gerade diese Impfdurchbrüche führen aber paradoxerweise dazu, dass die Impfung die Sicherheit von Bluttransfusionen bezüglich Hepatitis B nicht erhöht, sondern eher verringert. Diese Probleme und Wege zu ihrer Lösung werden im folgenden Beitrag behandelt.
Hepatitis B – die Krankheit
Die Infektion mit Hepatitis-B-Virus (HBV) kann einen sehr unterschiedlichen Verlauf nehmen (Abbildung 1). HBV vermehrt sich fast ausschließlich in Leberzellen und kann diese nur auf dem Blutweg erreichen. Da es sich nur sehr langsam vermehrt, kann im günstigen Fall die Infektion vom Immunsystem unter Kontrolle gebracht werden, bevor viele Leberzellen befallen wurden. Auf diese Weise kann unbemerkt eine Immunität gegen HBV erworben werden. Aus unbekannten Gründen kommt es aber oft zum verzögerten Einsetzen des Immunsystems und somit im Verlauf von Monaten zur Infektion fast aller Leberzellen sowie zu einer riesigen Viruslast im Blut.
Das Virus selbst ist nicht pathogen. Das Immunsystem kann aber das Virus langfristig nur durch Blockade oder gar Elimination der infizierten Zellen unter Kontrolle bringen (Immunpathogenese), was sich als akute Entzündung der Leber (Hepatitis) und schwere Funktionsausfälle bemerkbar macht. Äußerlich sichtbares Zeichen einer schweren Hepatitis ist die Gelbsucht, (medizinisch Ikterus genannt), welche auf einer stark verminderten Ausscheidung des Hämoglobin-Abbauprodukts Bilirubin durch die Leber beruht. Im Extremfall kommt es innerhalb weniger Tage zum tödlichen Leberversagen (fulminante Hepatitis). Mildere Verlaufsformen der akuten Hepatitis bleiben wegen der ansonsten unspezifischen Krankheitsmerkmale (Müdigkeit, Oberbauchbeschwerden, Grippe-ähnliche Symptome) oft unbemerkt und heilen meist folgenlos aus. Bei immunologisch unreifen (Neugeborene, Kleinkinder) oder geschwächten Personen, aber auch bei einem Teil (ca. 5 %) anscheinend immunkompetenter Personen kommt es zu einer weitgehenden Immuntoleranz gegen HBV, so dass dieser Personenkreis ohne wesentliche Krankheitssymptome große Mengen Virus in Leber und Blut enthält und eine unerkannte langfristige Infektionsquelle darstellt. Schließlich kommt es bei diesen Virusträgern nach Jahren doch zu einer mehr oder weniger effizienten Immunabwehr, was im günstigen Fall in einem weitgehend beschwerdefreien, wenig infektiösen HBV-Trägerstatus, im ungünstigen Fall in einer chronischen Hepatitis resultiert. Auch die chronische Hepatitis B beginnt wegen der zunächst milden Symptome meist unbemerkt. Langfristig führt sie jedoch bei etwa 20 % nach Jahrzehnten unbehandelt zum weitgehenden Umbau des Lebergewebes in nicht funktionelles Narbengewebe (Leberzirrhose) und damit in der Endphase zu komplettem Leberversagen . Eine weitere häufige Spätfolge ist Leberkrebs, für den HBV weltweit gesehen die Hauptursache ist. Weltweit sind 370 Millionen Menschen chronisch mit diesem tückischen Virus infiziert, eine Million verstirbt jährlich an den Spätfolgen.
Entdeckung des Erregers
Die epidemische Gelbsucht war schon in der Antike bekannt, jedoch führte man die Krankheit auf schlechte Lebensumstände und nicht auf eine Infektion zurück. Die infektiöse Natur der Erkrankung erkannte Lürmann 1885, als nach einer Impfaktion gegen Pocken in Bremen gehäuft Fälle von Gelbsucht auftraten. Dem Impfstoff wurde damals menschliche „Lymphe“ zugesetzt. Auch später gab es weltweit zahllose Ereignisse, bei denen Hepatitis-Erreger durch invasive medizinische Eingriffe (z. B. Impfungen mit mehrfach verwendeten Spritzen) massenhaft übertragen wurde. Auf der Basis epidemiologischer Beobachtungen wurden zwei Formen von Hepatitis-Erregern postuliert: Typ A wird vorwiegend faekal-oral über verschmutztes Trinkwasser oder Lebensmittel, Typ B dagegen vorwiegend parenteral, z. B. durch Blutprodukte, sexuellen Kontakt oder bei der Geburt von der Mutter aufs Kind übertragen. Die Entdeckung des Erregers der Typ B Hepatitis begann 1963 als der Arzt und Anthropologe Baruch S. Blumberg vom Institut für Krebsforschung in Philadelphia (Nobelpreis 1976) mit immunologischen Methoden nach genetischen Unterscheidungsmerkmalen in menschlichen Seren suchte. Dabei fand sein damaliger Mitarbeiter Harvey Alter ein Antigen im Blut australischer Ureinwohner, das er für ein neues mutmaßliches genetisches Merkmal hielt. Erst 1968 erkannte Alfred Prince vom Blutspendedienst des Amerikanischen Roten Kreuzes das gehäufte Vorkommen dieses „Australia-Antigens“ bei Hepatitis-B-Patienten. Die Natur dieses Antigens blieb jedoch zunächst rätselhaft. Blumberg, Prince und eine Reihe anderer Forscher (darunter auch Gerlich) konnten bald darauf Australia-Antigen auf 20 Nanometer (nm=10-9 m) großen, entfernt virus-ähnlichen Partikeln nachweisen (Abbildung 2, „Sphären““). Gegen deren Virusnatur sprach aber das Fehlen von Nukleinsäure, worauf Blumberg postulierte, dass es sich um ein Scrapie-ähnliches, Nukleinsäure-freies infektiöses Agens handeln würde. Der Londoner Virologe David Dane entdeckte aber zwei Jahre später im Elektronenmikroskop neben den sehr zahlreichen 20 nm großen Teilchen auch 45 nm große virusartige Teilchen, die auf ihrer Oberfläche das Australia-Antigen trugen und heute als HBV bekannt sind (Abbildung 2, „Dane-Partikel“). 1973 gelang es dem amerikanischen Virologen William S. Robinson innerhalb der „Dane-Partikel“ zunächst die virale DNA-Polymerase und bald danach auch die Virus-DNA (Abbildung 3) nachzuweisen und damit den Weg für deren molekularbiologische Untersuchung zu eröffnen.
Hepatitis-B-Impfstoffentwickung.
Impfstoff der 1. Generation. Schon 1969 vermutete Blumberg, dass das in großen Mengen im Blut von Hepatitis-B-Patienten zirkulierende Australia-Antigen einen schützenden Impfstoff darstellen könnte und meldete dies als Patent an. Der Kinderarzt Saul Krugman testete 1970 in den USA Hitze-behandeltes Australia-Antigen-haltiges Serum als möglichen Impfstoff an 29 geistig behinderten Kindern, indem er diese nach der Impfung, in ethisch abzulehnender Weise, gezielt mit HBV infizierte und dabei eine Schutzrate von rund 60 % beobachtete. John Gerin und Robert Purcell zeigten in einem wissenschaftlich überzeugenderen und ethisch vertretbaren Infektionsversuch an Schimpansen, den einzigen geeigneten Versuchstieren, dass gereinigtes und virus-inaktiviertes Australia-Antigen aus dem Plasma von HBV-Trägern einen wirksamen Hepatitis B-Impfstoff darstellt. Im Jahr 1980 wies Wolf Szmuness in einer Placebo-kontrollierten Feldstudie unter 1000 männlichen Homosexuellen New York (einer klassischen Risikogruppe für Hepatitis B) die hohe Schutzwirkung eines ähnlichen, von der Fa. Merck Sharp and Dome (MSD) hergestellten Impfstoffs in der Praxis nach. Es folgte eine weltweite Impfempfehlung der Weltgesundheitsorganisation (WHO) für HBV-Risikogruppen und Neugeborene in HBV-Hochendemiegebieten.
2. Generation. Obwohl die Hepatitis-B-Impfstoffe der ersten Generation aus dem Plasma HBV-infizierter Spender sicher und sehr wirksam waren, begann man mit dem Aufkommen der Gentechnik in den 1980er Jahren, Hepatitis-B-Impfstoffe in genetisch veränderten Wirtszellen herzustellen und sich so von dem hoch-infektiösen und nur begrenzt verfügbaren HBV-Träger-Plasma unabhängig zu machen. Durch die 1978 gelungenen Klonierung und Sequenzierung des HBV-Genoms in den Arbeitsgruppen von Pierre Tiollais, Kendrick Murray und William Rutter wurde das Virus einer molekularbiologischen Analyse zugänglich. Nach heute üblicher Nomenklatur wird Australia-Antigen als HBsAg (für Hepatitis-B-Virus surface Antigen) bezeichnet. Es besteht aus einem Protein mit 24 000 Molgewicht, welches sich spontan innerhalb der Zelle zu den bekannten 20 nm großen runden Teilchen zusammenlagert (Abbildung 2; “Sphären“). 1982 gelang es Pablo Valenzuela für MSD und Michel de Wilde für den Impfstoff-Hersteller Rixensart in Belgien (heute GSK), HBsAg durch Rekombination des Gens für dieses Protein mit einem genetischen Expressionsvektor in Hefezellen (Saccharomyces cerevisiae) herzustellen. Im Schimpansen-Versuch bewirkte dieses „rekombinante“ HBsAg als Impfstoff einen zuverlässigen Schutz gegen eine HBV Infektion und seit dem wird es mit großem Erfolg eingesetzt. Das rekombinante HBsAg ist der erste amtlich zugelassene, gentechnisch hergestellte Impfstoff mit weltweiter Anwendung. Bedenkt man, dass eine chronische HBV Infektion oft zu Leberkrebs führt, ist dies zugleich auch der erste Impfstoff gegen eine bestimmte Krebsform.
Im Jahr 1992 beschloss die WHO, HBV durch ein weltweites Impfprogramm für die gesamte Bevölkerung schrittweise auszurotten. Mehr als 171 Länder, darunter auch Deutschland, haben die Impfung gegen die Hepatitis B in ihre nationalen Impfempfehlungen aufgenommen. Der Impfstoff wird intramuskulär verabreicht und enthält die vielfach erprobten Adjuvantien (Wirkverstärker) Aluminium-Hydroxid oder -Phosphat. Die beste Schutzwirkung wird mit drei Dosen im Abstand von 0, 1 und 6 Monaten erzielt. Mehrere hundert Millionen Dosen wurden bislang weltweit verabreicht, ohne dass es nachweislich zu ernsten Nebenwirkungen kam. Entgegen vereinzelten kritischen Berichten sind die momentan verfügbaren Impfstoffe aus gentechnischer Herstellung nach heutigem Kenntnisstand sicher. Bei einem kleinen Teil der Geimpften wurden lokale und leichte allgemeine Nebenwirkungen im Sinne einer normalen Entzündungsreaktion beobachtet.
Schutzwirkung des Impfstoffs.
HBsAg ist wie die meisten viralen Hüllantigene kein besonders gutes Immunogen. So ist die erforderliche Impfdosis mit 10 bzw. 20 Mikrogramm rund tausendmal höher als bei dem Hepatitis-A-Impfstoff, der aus abgetöteten, nicht behüllten Viren besteht, und man benötigt eine Dosis mehr (3 Impfdosen im Vergleich zu 2 bei Hepatitis A). Die Schutzwirkung des Hepatitis B-Impfstoffes der zweiten Generation ist dennoch bei Kindern und jungen gesunden Erwachsenen sehr gut. In Deutschland hat die Zahl der jährlich gemeldeten akuten Hepatitis B Fälle seit Einführung der allgemeinen Hepatitis B-Impfempfehlung von 6.135 im Jahr 1997 auf etwa 748 in 2009 abgenommen, was zu einem guten Teil auch auf die Impfung zurückzuführen sein wird. An der Zahl der chronisch infizierten HBV-Träger kann die Impfung naturgemäß so schnell nichts ändern, sodass die Infektionsgefahr für nicht immune Personen zunächst weiterbesteht
Für den Schutz entscheidend ist, dass in den Wochen nach der dritten Dosis ein ausreichender Antikörperspiegel gegen das HBsAg (Anti-HBs) erreicht wird. In den frühen Impfstudien, die häufig an jungen weiblichen Personen gemacht wurden, war dies zu fast 100% der Fall. Die langjährige Erfahrung in der Praxis zeigt aber, dass im Vergleich zu anderen Impfungen wie (z. B. Hepatitis A) viele Geimpfte keine oder sehr wenig Antikörper bilden (ca. 5% Non- oder Low-Responder) und dann auch nicht geschützt sind. Neben vermeidbaren Faktoren, wie Übergewicht oder Rauchen, die zum Impfversagen führen, gibt es auch unbeeinflussbare Faktoren, wie männliches Geschlecht, fortgeschrittenes Alter und genetische Veranlagung, sodass bei Zusammenkommen mehrerer negativer Faktoren sogar bis zu 40 % Non- (bzw. Low-) Responder auch unter scheinbar gesunden Menschen auftreten können. Ein weiterer Nachteil des Impfstoffs ist, dass schon eine moderate Schwächung des Immunsystems die Schutzwirkung erheblich vermindert und dann, z.B. bei HIV-Infizierten (auch mit noch normaler CD4+-Zellzahl) und Dialysepatienten, sehr viele Non-Responder gefunden werden.
Seit langem weiß man, dass der Anti-HBs-Spiegel nach der 3. Impfung meistens hoch ist, dann aber recht rasch abfällt und nach Jahren u. U. ganz verschwindet. Bei stark abgefallener Antikörpermenge nach Impfung kann es bei Exposition mit HBV zu sogenannten „okkulten“ Infektionen kommen, die schwer diagnostizierbar sind, da nur eine sehr geringe Viruslast im Blut vorkommt und das HBsAg meist gar nicht nachweisbar ist. Erst nachträglich findet man bei diesen Personen Antikörper gegen das Core-Antigen des HBV (Anti-HBc), was auf die stattgefundene Infektion hinweist. An sich sind diese Infektionen für den Betroffenen harmlos, weil durch die Impfung ein immunologisches Gedächtnis erzeugt wurde, welches die HBV-Infektion auf niedrigem Niveau hält, sodass keinerlei Krankheitssymptome feststellbar sind. Ob die okkulte Infektion langfristig persistiert und bei Immunsuppression vielleicht sogar reaktivieren könnte ist unbekannt, wegen des schleichenden Verlaufs jedoch nicht unwahrscheinlich. Ein Problem sind diese okkulten Infektionen überraschenderweise bei Bluttransfusionen, da die geimpften, aber infizierten Spender nach neuesten Befunden der Blutspendedienste des Amerikanischen Roten Kreuzes über mehrere Wochen oder sogar Monate das infektiöse HBV im Blut tragen und so den Blutempfänger infizieren könnten, ohne dass bei diesen Spendern der üblicherweise bestimmte HBV-Infektiositätsmarker, HBsAg, nachweisbar wäre (8). Insgesamt gab es bei dieser Studie an 3,7 Millionen Blutspenden nur 9 Spender, die HBV-DNA-positiv aber HBsAg- und Anti-HBc-negativ waren und somit als frisch infiziert erkannt wurden. Sechs davon waren geimpft, was bedeutet, dass eine länger zurückliegende Impfung das Auftreten der schwer nachzuweisenden okkulten Infektionen begünstigt, während bei nicht geimpften, neu infizierten Spendern das HBsAg fast immer nachweisbar war, wenngleich etwas später als die HBV-DNA. Da Spender mit frischer okkulter HBV-Infektion nur durch den hochempfindlichen Nachweis von HBV-DNA erkannt werden können, wird dieser Test jetzt wohl routinemäßig in den USA eingeführt. In Deutschland praktizieren die Blutspendendienste des Roten Kreuzes seit langem diese zusätzliche Testung, jedoch ist sie nicht bindend vorgeschrieben und kann wegen der begrenzten Empfindlichkeit auch nur einen der Teil der infizierten Spender erkennen.
Genetische Variabilität des Hepatitis-B-Virus
Die genetische Variabilität der Erreger hat bislang die Entwicklung wirksamer Impfstoffe gegen AIDS (HIV) oder Hepatitis C verhindert. Bei HBV glaubte man bis vor kurzem, dass die Variabilität kein wesentliches Problem darstellt, da bei den frühen Schutzversuchen der Impfstoff auch gegen Infektion mit HBV eines anderen Genotyps schützte und Escape-Mutanten nur selten beobachtet wurden. Dies könnte sich aber in Zukunft ändern.
Genotypen. HBV kommt in mindestens neun Genotypen beim Menschen vor, die mit den Buchstaben A – I bezeichnet werden und in weiteren Genotypen bei allen höheren Primatenarten. Darüber hinaus gibt es Subgenotypen, z. B. A1-5. In Mitteleuropa und den USA herrscht A2 vor. Die Ergebnisse aus den geimpften US-Blutspendern lassen nun vermuten, dass der übliche Impfstoff, der vom Subgenotyp A2 abgeleitet ist, besser gegen das HBV des gleichen Subgenotyps schützt als gegen die anderen (Sub-) Genotypen. Nur einer der sechs identifizierten okkult infizierten Spender mit früherer Hepatitis B-Impfung hatte A2, während unter den HBV-Trägern in den USA zu 80% A2 vorherrscht. Dieser eine Spender hatte die Impfung vor fast 30 Jahren erhalten und hatte gar kein Anti-HBs mehr, während bei den anderen die Impfung noch nicht so lange zurück lag und 5 noch Anti-HBs-Titer zwischen 11 und 96 IE/L hatten. Die Daten legen außerdem nahe, dass (wie bislang schon vermutet) 10 Internationale Einheiten pro Milliliter Serum (IE/ml) des durch den Impfstoff hervorgerufenen Antikörpers (Anti-HBs) komplett, also auch vor einer okkulten Infektion, mit HBV/A2 schützen. Bei Exposition mit anderen HBV-Genotypen, z. B. durch sexuellen Kontakt mit einem HBV-Träger, wird dagegen eine okkulte Infektion begünstigt, solange der Anti-HBs-Spiegel unter 100 IE/ml liegt. Leider haben nur 20 % der geimpften US Blutspender einen ausreichend hohen Spiegel, was für das Blutspendewesen neue, unerwartete Probleme aufwirft (8). Weltweit hat nur 1 % der 370 Millionen HBV-Träger Subgenotyp A2, die meisten haben Genotyp B, C und D. Es läge daher nahe, zu prüfen, ob mit Impfstoffen, die von den häufigeren Genotypen abgeleitet sind, ein besserer Schutz erzielbar ist.
Escape-Mutanten nach Impfung. Ein weiteres Problem ist das Auftreten von Escape-Mutationen. Die erste Mutation dieser Art, die 1990 von William Carman bei geimpften, Anti-HBs-positiven Kindern HBV-infizierter Mütter gefunden wurde, war der Austausch der Aminosäure Glycin in Position 145 des HBsAg gegen Arginin (kurz: G145R). Durch die Mutation konnte der vom Impfstoff induzierte Antikörper nicht mehr an das mutierte Virus binden, sodass die Mutante sich ungehemmt vermehren konnte. Folgeuntersuchungen an geimpften Schimpansen legten nahe, dass diese Mutante kein Problem darstellt, wenn die Infektion erst nach erfolgreicher Impfung stattfindet. Bei der oben erwähnten Studie an US-Blutspendern wurde jedoch auch ein Fall beobachtet, wo selektiv die G145R-Mutante, und nicht die bei dem infizierten Sexualpartner vorherrschende Normvariante des Genotyps C auf den geimpften Spender übertragen wurde. Inzwischen sind viele weitere Escape-Mutanten im HBsAg beschrieben worden und zwar nicht nur bei Probanden, die mutmaßlich bereits vor Impfung infiziert waren.
Einfluss der HBV-Therapie. HBsAg-Mutanten entstehen gehäuft bei Patienten mit chronischer Hepatitis B, die mit Inhibitoren der reversen Transkriptase des HBV behandelt werden. HBV zeigt die Besonderheit, dass der Genomabschnitt, der die reverse Transkriptase kodiert, gleichzeitig auch das HBsAg kodiert. Unglücklicherweise werden während der Therapie oft resistente Mutanten gegen das Medikament selektiert, die sich nicht nur der Therapie entziehen, sondern auch Mutationen im HBsAg aufweisen. Experimentell wurde kürzlich gezeigt, dass erfolgreich mit dem üblichen Impfstoff geimpfte Schimpansen nicht sicher vor einer Infektion mit diesen speziellen Virusvarianten geschützt waren. Diese Mutanten sind gut vermehrungsfähig und könnten sich daher auch in einer Population mit hohem Impfschutz, wie z.B. in Deutschland, verbreiten.
Mutanten bei reaktivierter okkulter HBV-Infektion. Seit 1975 ist bekannt, dass auch nach Ausheilen einer HBV-Infektion das Virus nicht völlig verschwindet, sondern in versteckter (okkulter) Form in der Leber verweilt. Dort wird es vom Immunsystem weitgehend, aber nicht völlig an der Vermehrung gehindert. Wird das Immunsystem stark supprimiert, z.B. bei Knochenmarktransplantation oder Therapie des Lymphdrüsenkrebses, kommt es oft zur Reaktivierung des HBV, das dann hohe Konzentrationen in Leber und Blut erreichen kann. Zunächst bleibt diese Reaktivierung klinisch stumm. Erholt sich jedoch das Immunsystem, samt seinen noch bestehenden immunologischen Gedächtniszellen gegen HBV, kann es innerhalb von Tagen zur massiven Immunpathogenese und zum Leberversagen kommen. Aufgrund der vorherigen kontinuierlichen Selektion durch das Immunsystem sind die reaktivierten HBV-Varianten meist stark mutiert ohne ihre Virulenz verloren zu haben. Bislang glaubte man, dass hauptsächlich die zelluläre Immunität die okkulte HBV-Infektion kontrolliert, aber neuere Beobachtungen zeigen, dass die neutralisierenden Antikörper (Anti-HBs) mindestens so wichtig sind. Die Reaktivierungen findet man nämlich am häufigsten bei selektiver Beseitigung der Antikörper-bildenden B-Lymphozyten, z. B. durch das Mittel Rituximab (ein monoklonaler Antikörper gegen CD20). Hierbei haben wir Mutanten gefunden, die bis zu 16 Mutationen in den 63 Aminosäuren der von den Antikörpern erkannten HBsAg-Schleife aufweisen (siehe Abb. 4) und durch keinen HBsAg-Test mehr erkannt werden können (3). Es ist kaum vorstellbar, dass der herkömmliche Impfstoff gegen solche Mutanten schützt, wenn schon eine Mutation ausreicht, um den Schutz zu verringern.
Weiterentwicklung des HBV-Impfstoffs ("3. Generation")
Schon lange vor diesen neueren, besorgniserregenden Beobachtungen war bekannt, dass die Impfstoffe der 2. Generation nicht dem Kenntnistand nach 1980 über HBV entsprechen. Insbesondere durch die Arbeiten von Heermann und Gerlich am Institut für Medizinische Mikrobiologie der Universität Göttingen wurde deutlich, dass das kleine (small) Oberflächenprotein des HBV (SHBs) welches das HBsAg bildet, nur eines von drei Oberflächenproteinen des HBV ist. Das sogenannte mittlere (MHBs) und das große (large) Oberflächenprotein (LHBs) enthalten neben dem Genabschnitt des kleinen Hüllproteins (SHBs) zusätzlich jeweils unterschiedliche Verlängerungen, die sogenannten PräS-Domänen.. Dass die PräS-Domänen auch schützende Antikörper gegen eine HBV-Infektion induzieren können, zeigten Impfversuche mit chemisch synthetisierten PräS-Peptiden Ende der 1980er Jahre an Schimpansen. Als alleiniger Impfstoff sind diese Peptide ungeeignet, da sie viel zu teuer und wenig immunogen sind. Die naheliegende Einbeziehung aller drei HBV-Oberflächenproteine in den bereits bestehenden "Hefe"-Impfstoff gelang wegen vielfältiger Schwierigkeiten nicht in zufriedenstellender Weise. Erfolgreicher war die Produktion in Säugerzell-Linien durch eine Reihe kleinerer Firmen. Die zunächst in geringer Menge hergestellten PräS-Impfstoffe der 3. Generation zeigten sich in vielen Studien gegenüber den HBV-Impfstoffen der 2. Generation in der Antikörperbildung überlegen. Bislang haben jedoch die großen Impfstoffhersteller aus diesen positiven Entwicklungen keine Konsequenzen gezogen.
Ein möglicherweise noch attraktiveres Konzept ist die Verwendung hoch immunogener künstlicher Trägerpartikel, z. B. der Core-Partikel von HBV, in die gentechnisch die für den Schutz relevanten PräS-Antigene an exponierter Stelle eingesetzt wurden (2).
Experimentelle Nachweissysteme für schützende Antikörper
Der eigentliche Schutzmechanismus durch die Impfung lag lange Zeit im Dunklen. Dies lag daran, dass es kein einfach verfügbares Zellkultursystem gab, an dem der Infektionsvorgang des HBV im Labor untersucht werden konnte. Es gab auch kein einfaches, kleines Tiermodell (z.B. Labor-Mäuse, Ratten), da das HBV nur den Menschen und einige wenige Primaten, wie z. B. den Schimpansen infiziert. Die einzige Möglichkeit bestand in der Verwendung primärer Leberzellkulturen aus frischem menschlichem Lebergewebe, das nach notwendigen Leberoperationen mit Einwilligung der Patienten chirurgisch gewonnen werden konnte. Diese Kulturen sind naturgemäß schwierig zu erhalten und ergaben oft wechselnde Ergebnisse. Eine Lösung des Problems ergab sich, als chinesische Forscher entdeckten, dass sich die u. a. in China beheimateten „Südost-Asiatischen Spitzhörnchen“ (Tupaia belangeri, Ordnung Scandentia) mit menschlichem HBV infizieren lassen. Die Infektion dieser Tiere, die evolutionär als eine Vorstufe der Primaten betrachtet werden können, war jedoch sehr ineffizient. Weiterführende Studien von Joseph Köck und Kollegen (Freiburg) zeigten, dass sich frisch isolierte primäre Leberzell-Kulturen aus diesen Tieren erstaunlich gut mit HBV infizieren lassen. Diese Befunde konnten rasch von Glebe aufgenommen werden, da an der Universität Gießen bereits eine kleine Tupaiazucht vorhanden war, die früher für Stressforschung verwendet wurde. Mit Hilfe dieser Leberzellkulturen gelang es Glebe in den letzten Jahren, wesentliche virale und zelluläre Strukturen zu identifizieren, die für die Bindung und Aufnahme des HBV verantwortlich sind (4, 6, 1). Insbesondere konnte Glebe zusammen mit seinem Heidelberger Kollegen Urban zeigen, dass ein Abschnitt der PräS1-Domäne auf der HBV-Oberfläche für die erste Kontaktaufnahme des Virus mit seiner Zielzelle wesentlich ist (5). Die Bedeutung dieses international anerkannten HBV-Infektionssystems geht weit über die Grundlagenforschung hinaus und erlaubt neben der Charakterisierung von HBV-Impfdurchbrüchen ebenso die Testung und Validierung von Desinfektionsmitteln und Inaktivierungsverfahren für HBV und die Entwicklung neuartiger antiviraler Medikamente für eine Verbesserung der Therapie chronisch HBV-infizierter Patienten.
Mit Hilfe dieser Befunde ist es den Gießener Virologen Bremer und Glebe gelungen, Komponenten des LHBs für einen zukünftigen Hepatitis-B-Impfstoff der 4. Generation zu identifizieren, die auch gegen HBsAg-Escape-Mutanten schützen sollten und im Tierversuch Antikörper mit sehr hoher Schutzwirkung erzeugen (2). Des weiteren wurde in Zusammenarbeit mit Pumpens, Riga und Garoff, Karolinska-Institut Stockholm, festgestellt, dass in Hefe produziertes HBsAg nicht alle Schutz-erzeugenden Strukturen (neutralisierende Epitope) enthält, die natürliches oder in Säugerzellen mittels eines viralen Vektors produziertes HBsAg aufweist. Fatalerweise scheinen vorwiegend die Epitope zu fehlen, die einen Genotyp-übergreifenden Schutz bewirken (7). Dies könnte auch die oben erwähnte schwächere Wirkung des Normalimpfstoffs gegen die anderen HBV-Genotypen erklären.
Impfstudie in Palästina und Israel.
Optimal wirksame HBV-Impfstoffe werden besonders in Gebieten mit hoher HBV-Prävalenz benötigt. Während in Deutschland nur 0,5 % der Bevölkerung chronisch mit HBV infiziert sind, liegt in Palästina die Häufigkeit bei 8 %. HBV wird vor allem während der Geburt von der infizierten Mutter auf ihr Neugeborenes übertragen, das dann fast immer auch eine chronische Infektion entwickelt und ein sehr hohes Risiko hat, im mittleren Lebensalter an Leberversagen oder Leberkrebs zu versterben. Die momentan verfügbaren Hepatitis-B-Impfstoffe der 2. Generation versagen jedoch in Palästina bei bis zu 25 % der Neugeborenen infizierter Müttern, was möglicherweise auch daran liegt, dass in Palästina der Genotyp D vorherrscht. In einer vor kurzem begonnenen Studie wird daher im direkten Vergleich mit dem Impfstoff der 2. Generation bei der Hälfte der Neugeborenen ein in Israel und Palästina zugelassener Impfstoff der 3. Generation verwendet, der Antikörper gegen alle drei HBV Oberflächenproteine erzeugt und bei Kleinkindern eine erwiesenermaßen sehr gute Schutzwirkung gezeigt hat. Hierdurch besteht erstmals die Möglichkeit die mutmaßliche Überlegenheit der 3. Generation nicht nur durch die Anti-HBs-Spiegel sondern durch die Schutzrate im Feld zu beweisen. Auf palästinensischer Seite wird die Studie von Maysa Azzeh an der Al-Quds Universität, Ost- Jerusalem-Abu Dies, geleitet und in sechs Geburtszentren in der Westbank durchgeführt. Rifaat Safadi (Hadassah Universität, Jerusalem) leitet den israelischen Arm der Studie in vier Geburtszentren in Jerusalem und Nazareth. Finanziert wird die Studie von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen der „Trilateralen Projekte“, die laut DFG unter Beteiligung deutscher, israelischer und palästinensischer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch der Unterstützung einer friedlichen Entwicklung im Nahen Osten dienen sollen.
Schlussbemerkung. Niemanden sollten die kritischen Anmerkungen dieses Beitrags davon abhalten, die Hepatitis-B-Impfung mit den bisherigen Impfstoffen zu empfehlen bzw. selbst zu bekommen, so lange keine erprobten besseren Alternativen verfügbar sind. Um auf lange Sicht HBV zu eradizieren, werden jedoch wirksamere Impfstoffe nötig sein.
Kontakt:
Prof. Dr. Wolfram H. Gerlich,
PD Dr. Dieter Glebe
Institut für Medizinischen Virologie
Justus-Liebig-Universität Gießen
Frankfurter Str. 107
35292 Gießen
E-Mail:
Wolfram.H.Gerlich@viro.med.uni-giessen.de
Dieter.Glebe@viro.med.uni-giessen.de
Literatur:
1. Bremer CM, Bung C, Kott N, Hardt M, Glebe D. Hepatitis B virus infection is dependent on cholesterol in the viral envelope. Cell Microbiol. 2009 Feb;11(2):249-60.
2. Bremer CM, Irina Sominskaya, Dace Skrastina, Paul Pumpens, Ahmed Abd El Wahed, Ulrike Beutling, Ronald Frank, Hans-Joachim Fritz, Gerhard Hunsmann, Wolfram H. Gerlich and Dieter Glebe. N-terminal myristoylation-dependent masking of neutralizing epitopes in the preS1 attachment site of hepatitis B virus. 2010, in Revision.
3. Gerlich WH, Bremer C, Saniewski M, Schüttler CG, Wend UC, Willems WR, Glebe D. Occult hepatitis B virus infection: detection and significance. Dig Dis. 2010;28(1):116-25. Epub 2010 May 7
4. Glebe, D., Aliakbari, M., Krass, P., Knoop, E., Valerius, K.P., Gerlich, W.H. (2003)
PreS1 antigen dependent infection of Tupaia hepatocyte cultures with human hepatitis B virus. J Virol. 77(17):9511-21.
5. Glebe.D., Urban, S, Knoop, E. V., Çag, N., Krass, P., Grün, S., Bulavaite, A., Sasnauskas, K., Gerlich, W. H. ( 2005), Mapping of the Hepatitis B Virus attachment site by infection-inhibiting preS1 lipopeptides using Tupaia hepatocytes. Gastroenterology 2005;129:234-245.
6. Leistner, C., S. Grün-Bernhard, and D. Glebe. Role of glycosaminoglycans for binding and infection of hepatitis B virus. Cell. Microbiol. 2008, 10(1):122-33.
7. Niedre-Otomere, Baiba, Ance Bogdanova, Dace Skrastina, Anna Zajakina, Ruta Bruvere, Velta Ose, Wolfram H. Gerlich, Henrik Garoff, Paul Pumpens, Dieter Glebe, Tatjana Kozlovska. Recombinant Semliki Forest virus vectors encoding hepatitis B virus small surface and preS1 antigens induce broadly reactive neutralizing antibodies. In Revision.
8. Stramer, Susan L., Ulrike Wend, Daniel Candotti, Gregory A. Foster, F. Blaine Hollinger, Roger Y. Dodd, Jean-Pierre Allain, Wolfram Gerlich, 2010, in Revision
Occurrence and characterization of naturally acquired hepatitis B infection among vaccinated blood donors using an HIV, HCV and HBV triplex nucleic acid amplification screening test. In Revision
Abbildungslegenden:
Abb. 1: Verlaufsformen der Hepatitis-B-Virus-Infektion
Abb. 2: Elektronenmikroskopische Darstellung der morphologische Formen des Australia Antigens im Serum von Hepatitis-B-Patienten. Die Virionen werden nach dem Entdecker David S. Dane, auch “Dane-Partikel” genannt. Als subvirale Partikel werden die nicht-infektiösen Filamente und Sphären bezeichnet.
Abb. 3; Schematische Darstellung des Hepatitis-B-Virus und der subviralen Partikel.
Abb. 4.: HBV-Escape-Mutante bei einem Lymphompatienten. Modell der HBs-Antigenschleife im kleinen HBV Hüllprotein (HBsAg) von Aminosäure (AS) 98 bis 161. Jeder Kreis entspricht einer AS mit der Bezeichnung im Einbuchstaben-Code. Dunkelblaue Kreise entsprechen streng konservierten AS, rote sind mit HBV- Genotypunterschieden verbunden, hellblaue sind variabel. Die Rechtecke geben die Mutationen bei einem Fall von HBV-Reaktivierung mit schwerer akuter Hepatitis (ALT 2000 IU/L) nach Überstehen einer Lymphom-Therapie wieder. Die Viruslast war hoch (64 000 Virus-DNA-Moleküle/mL), jedoch war HBsAg mit keinem verfügbaren Test nachweisbar. Vor Therapie war bei dem Patienten Anti-HBs und Anti-HBc nachweisbar gewesen. Gelbe Rechtecke bewirken eine Änderung des HBsAg-Subtyps. Die Hauptmenge der ungewöhnlich zahlreichen Mutationen liegt außerhalb der Determinante "a" (gekennzeichnet durch das große Rechteck), die bei allen Normalvarianten des HBV annähernd gleich ist. Nach Schaefer et al. in Doerr & Gerlich: Medizinische Virologie, Thieme 2010, S. 356.
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