Talven 1998-99 influenssa A -virus pystyi väistämään rokotussuojan odotettua useammin

Influenssavirusten nopeasta antigeenievoluutiosta seuraa, että influenssarokotteiden suojatehon ylläpitämiseksi niiden viruskantoja joudutaan muuttamaan lähes joka vuosi. Kun A/Sydney/5/97-tyyppiset virukset ilmaantuivat kesällä 1997 ja levisivät pohjoiselle pallonpuoliskolle talvella 1997-98, rokote jäi keskimääräistä enemmän jälkeen. Tästä huolimatta rokotuksista osoitettiin olleen tuolloin hyötyä Jääkäriprikaatissa Sodankylässä tehdyssä tutkimuksessa, sillä rokotuksen saaneilla varusmiehillä todettiin neljä viikkoa kestäneen influenssaepidemian aikana puolta vähemmän kuumeisia hengitystieinfektioita kuin rokottamattomilla varusmiehillä (1).

Syksyn 1998 influenssarokotteessa antigeeninen jälkeenjääneisyys oli korjattu. Rokoteviruksiin kuului nyt Sydney/5/97(H3N2), joka vastasi antigeenisesti hyvin kesän 1998 epideemisiä viruksia eteläisellä pallonpuoliskolla ja Kaakkois-Aasiassa (2). Kun syksyllä 1998 Jääkäriprikaatissa Sodankylässä ryhdyttiin jälleen influenssarokotuksiin, odotettiin rokotuksilta hyvää suojatehoa. Odotuksiin nähden talvi tuotti pettymyksen. Tässä tutkimuksessa etsimme selitystä puutteelliseen suojatehoon analysoimalla rokotuksen vasta-ainevastetta ja selvittämällä rokotetuista ja rokottamattomista varusmiehistä eristämiemme influenssavirusten geneettistä kirjavuutta sekä tartuntaproteiinin molekyylimuutoksia.

TALVEN 1998-99 INFLUENSSAEPIDEMIAT

WHO:n kansalliset influenssalaboratoriot tallentavat nykyisin valvonta-alueensa virologiset influenssalöydökset viikoittain julkiseen FluNet-tietokantaan (http://oms.b3e.jussieu.fr/flunet). Raportteja laajalle levinneistä influenssaepidemioista Euroopassa saatiin viikoilta 3-12, ensimmäiset Etelä- ja Keski-Euroopasta, viimeiset Norjasta. Pahinta epidemia-aikaa Euroopassa olivat viikot 7-8. Epidemioiden voimakkuus oli keskinkertaista tasoa. Liikkeellä oli kirjavasti sekä A- että B-tyypin influenssaviruksia. Useimmissa maissa, mm. Fennoskandiassa, influenssa A -virukset olivat vallitsevia. Sveitsissä ja Espanjassa diagnosoitiin B-viruksia enemmän kuin A-viruksia. Belgiassa, Ranskassa ja Italiassa kumpaakin tyyppiä todettiin samassa määrin. Euroopassa eristetyistä ja tyypitetyistä A-viruksista 99,7 % kuului H3N2-alatyyyppiin. Venäjällä, Kroatiassa ja Portugalissa todetut poikkeavat A-virukset olivat H1N1-alatyyppiä. Tilanne Yhdysvalloissa oli saman suuntainen kuin Euroopassa (3): kaudella diagnosoiduista influenssaviruksista 77 % oli A-tyypin viruksia ja näistä 99 % H3N2-alatyyppiä.

Syyskuun 1998 ja helmikuun 1999 välisenä aikana eri puolilla maailmaa eristetyt H3N2-alatyypin influenssa A -virukset vastasivat antigeenisesti pääosin hyvin syksyn 1998 rokotevirusta Sydney/5/97 (4). Se pieni osa viruksia, joka todettiin antigeenisesti poikkeaviksi, muodosti heterogeenisen joukon eikä geenisekvenssien perusteella voitu nimetä yhtä varianttia ylitse muiden. Yhdysvalloissa tyypitetyistä H3N2-viruksista 90 % vastasi antigeenisesti Sydney/5/97-virusta (3).

Suomessa talven 1999 influenssaepidemia kesti pitkään. Huippu osui viikoille 6-7; tätä osoittavat sekä koko maan laboratoriolöydösten määrän kehitys että äkillisten hengitystieinfektioiden määrän kehitys Helsingin terveyskeskusten potilailla (kuvio 1A). 91 % laboratoriolöydöksistä oli A-tyypin viruksia, 9 % B-tyypin viruksia. Kansanterveyslaitoksessa eristettiin ja tyypitettiin 68 A-virusta ja 31 B-virusta; näytteet saatiin eri puolilta maata, pääasiassa varusmiespotilaista. Kaikki tutkitut A-virukset kuuluivat H3N2-alatyyppiin. Pääsääntöisesti A-virukset vastasivat hyvin Sydney/5/97-virusta, mutta vähäisessä määrin esiintyi antigeenista kirjavuutta. Kaikki tyypitetyt B-virukset vastasivat hyvin syksyn 1998 rokotteen B-virusta Harbin/7/94 (referenssikanta Beijing/184/93).

AINEISTO JA MENETELMÄT

Rokotus ja rokotusvaste

Jääkäriprikaatissa Sodankylässä suoritetun influenssarokotuksen yhteydessä kerättiin 73 varusmieheltä pariseeruminäytteet. Ensimmäinen näyte (0-näyte) otettiin rokotustilaisuudessa lokakuussa 1998 ja toinen näyte 5-6 viikon kuluttua, jolloin varuskunnassa ei vielä esiintynyt influenssaa. Rokotteen (Influvac) koostumus oli WHO:n suositusten mukainen (5). Näytteistä määritettiin hemagglutinaatiota estävät (HI) vasta-aineet 9 influenssavirusta kohtaan. Tässä kirjoituksessa käsitellään neljän viruskannan vasta-aineita. Määrityksessä poikettiin aiemmin sovelletusta menetelmästä (6) käyttämällä seerumien käsittelyyn ja agglutinaation osoitukseen hanhen punasoluja.

Kliininen seuranta

Kuumeisten hengitystieinfektioiden seuranta aloitettiin Jääkäriprikaatissa tämän tutkimuksen osalta viikolla 4/1999, jolloin vastaanotolle alkoi hakeutua potilaita tyypillisin influenssan oirein. Seurantaa jatkettiin viikolle 12, jolloin potilaiden selvä vähentyminen osoitti epidemioiden päättyneen. Seurattavana oli 910 varusmiestä, jotka joitakin harvoja poikkeuksia lukuun ottamatta pysyivät koko seuranta-ajan Jääkäriprikaatissa. Seurattavista 494 (54 %) oli saanut edellisenä syksynä influenssarokotuksen. Potilaiksi on katsottu vuodeosastolla kuumeisen hengitystieinfektion vuoksi hoidetut varusmiehet.

Virologiset tutkimukset

Viikoilla 5-10/1999 otettiin Jääkäriprikaatissa imulimanäyte 61 potilaasta, jotka olivat sairastuneet kuumeiseen hengitystieinfektioon kolmen vuorokauden kuluessa. Kun epidemian alkaessa vastaanotolle hakeutui lähes samassa määrin sekä influenssarokotuksen saaneita että rokottamattomia potilaita, päädyttiin näytteet ottamaan niin, että molemmille ryhmille tulisi kokonaisaineistossa suunnilleen sama edustus.

Näytteistä määritettiin TR-FIA-menetelmää käyttäen seuraavien virusten antigeenit: adeno, influenssa A ja B, parainfluenssa 1, 2 ja 3 sekä RS. Näytteet, joissa osoitettiin influenssa A tai B -viruksen antigeenia istutettiin soluviljelmiin (MDCK) virusten eristämiseksi. Eristetyt influenssavirukset tyypitettiin HI-testillä, joka käsitti antiseerumit (immunisaatiot rotilla) seitsemää A-tyypin ja kolmea B-tyypin virusta vastaan. Tyypitystä laajempi antigeenianalyysi tehtiin 16 antiseerumilla 17:lle A-tyypin viruskannalle, joista 8 oli Jääkäriprikaatista. Tyypityksessä esiin tulleen A-virusten antigeenisen kirjavuuden perusteella valittiin 14 viruskantaa (11 kantaa Jääkäriprikaatista), joiden hemagglutiniinigeenin HA1-osa sekvensoitiin. B-virusten antigeenisen yhdenmukaisuuden vuoksi vain yhden kannan HA1-sekvenssi määritettiin.

TULOKSET

Kliiniset infektiot ja niiden etiologia

Sairaalahoitoon johtaneen kuumeisen hengitystieinfektion sairasti viikoilla 4-12 kaikkiaan 282 varusmiestä Jääkäriprikaatissa (31 % seuratuista). Kaksihuippuisen epidemian ensimmäinen aalto osui viikoille 5-7 ja toinen aalto viikoille 9-11 (kuvio 1B).

Imulimanäytteitä otettiin virusetiologian osoittamiseksi verraten edustavasti kummankin epidemia-aallon aikana. Antigeeninosoituksella päädyttiin virusetiologiaan 39 tapauksessa 61 näytteestä (64 %). Virologiset löydökset (kuvio 1B) viittaavat siihen, että ensimmäinen epidemia-aalto oli pääosin influenssa A -virusten aiheuttama ja että toisen aallon aikana liikkeellä oli B-tyypin influenssaviruksia ja adenoviruksia, mutta ei ilmeisesti enää sanottavasti A-tyypin influenssaviruksia. Etiologia jäi osoittamatta ensimmäisen aallon aikana 10 näytteestä (24 %) ja toisen aallon aikana 12 näytteestä (60 %). Käytetty menetelmä ei tunnista kovin herkästi adenovirusinfektioita, ja esimerkiksi rinoviruksia ei etsitty lainkaan. Luultavasti suurin osa negatiivisiksi jääneistä tapauksista oli adeno- ja rinovirusinfektioita. Adenoviruksiin toisen aallon aikana viittaavat myös serologiset löydökset, joita ei tässä yhteydessä käsitellä.

Influenssarokotuksen vaikutus infektioihin

Sairaalahoitoon johtaneita kuumeisia hengitystieinfektioita oli koko seurantajaksolla ja kummankin epidemia-aallon yhteydessä rokottamattomilla enemmän kuin rokotetuilla (taulukko 1). Erot olivat merkitseviä, mutta pienempiä kuin edellisenä talvena (1). Tilanne ensimmäisen aallon aikana (viikot 5-7) viittaa siihen, että rokotuksen suojateho influenssa A -virusta vastaan ei ollut parempi kuin edellisenä vuonna (1), vaan ehkä huonompi. Toisen aallon aikana (viikot 9-11), jolloin influenssavirukset ilmeisesti muodostivat vähemmistön liikkeellä olleista patogeeneistä, rokotus saattoi suojata hyvin B-tyypin influenssaviruksilta.

Antigeenilöydökset Jääkäriprikaatissa palvelleen 61 potilaan imulimanäytteistä on ryhmitelty rokotusstatuksen mukaan taulukossa 2. Lähes puolet potilaista (46 %) oli saanut influenssarokotuksen edellisenä syksynä. Yleisin löydös näyteaineistossa oli influenssa A (48 %). Rokotuksen saaneista näyteaineiston potilaista 43 %:lla varmistettiin influenssa A -infektio, rokottamattomista 52 %:lla. Kaikki näyteaineiston influenssa B -infektiot todettiin rokottamattomilla potilailla.

Rokotusvaste

Syksyn 1998 influenssarokotus nosti hyvin HI-vasta-aineita sekä rokoteviruksia vastaan (A/Sydney/5/97 ja B/Harbin/7/94) että talven 1999 epideemisiä H3N2-alatyypin viruksia vastaan (A/Finland/656/99 ja A/Finland/660/99). Jälkimmäiset virukset valittiin HI-määrityksiin siten, että molemmat jäljempänä esitettävät epideemiset kehityshaarat tulivat edustetuiksi. Geometriset keskiarvotitterit ennen rokotusta ja sen jälkeen käyvät ilmi taulukosta 3. Vasta-ainestatuksen kohentuminen titteriluokittain on esitetty kuviossa 2. Yleinen konsensus on ollut, että vasta-ainetitteri 1:40 epideemistä virusta vastaan on merkinnyt täyttä suojaa infektiolta (6). Tätä tasoa on käytetty influenssaimmuniteetin indikaattorina myös tuoreimmissa rokotteen immunogeenisuutta mittaavissa WHO:n raporteissa (2,4). Koska näytteitä otettiin vasta-ainemäärityksiin vain pieneltä osalta rokotetuista (n = 73), ei sairastumisen ja rokotuksen indusoiman vasta-ainetason yhteyttä ollut mahdollista tutkia Jääkäriprikaatin aineistosta. Kuvion 2 perusteella on kuitenkin ilmeistä, että perinteisen käsityksen mukainen titteritaso 1:40 ei riittänyt suojaamaan kaikkia rokotettuja varusmiehiä influenssa A -infektioilta.

Influenssavirusten kirjavuus

Kaikista viidestä influenssa B -positiivisesta (TR-FIA) Jääkäriprikaatissa otetusta näytteestä eristettin soluviljelmissä influenssa B -virus. Virukset vastasivat antigeenisesti ja geneettisesti (HA1-sekvenssi) hyvin syksyn 1998 influenssarokotteen B-virusta (Harbin/7/94). Koska epidemiakauden B-virukset käyttäytyivät odotusten mukaisesti eikä viitteitä rokotussuojan pettämisestä saatu, näitä viruksia ei käsitellä tässä katsauksessa yksityiskohtaisemmin.

Jääkäriprikaatin näytteistä 29 oli influenssa A -positiivisia (TR-FIA). 24 tapauksessa (83 %) virus eristettiin soluviljelmissä. HI-tyypityksessä kaikkien viruskantojen osoitettiin kuuluvan H3N2-alatyyppiin. Jääkäriprikaatin viruksissa toteutui sama epidemiakaudelle tyypillinen antigeeninen kirjavuus, johon edellä on viitattu.

Kuvion 3 sukupuu kuvaa talvella 1999 eristämiemme influenssa A -virusten HA1-geenin geneettistä kirjavuutta ja suhdetta aiempien epidemiakausien viruksiin ja rokoteviruksiin. Kauden epideemisten virusten lähin sukulainen rokotevirusten joukossa on syksyn 1998 rokotevirus Sydney/5/97. Virukset muodostavat kaksi geneettistä alahaaraa (a ja b). Tyypityksissä ja erillisessä antigeenianalyysissä alahaaran b virukset reagoivat alahaaran a viruksia huonommin vasta-aineiden kanssa (tuloksia ei esitetty), joka saattaa selittyä tälle alahaaralle ominaisilla aminohappomuutoksilla HA1-molekyylissä, lähellä reseptoritaskua (kuvio 4). Koska kumpikin kuvion 3 alahaara käsittää myös Jääkäriprikaatin rokotetuista potilaista eristettyjä viruksia, ei heikko rokotussuoja selittyne yksinomaan näillä aminohappomuutoksilla ja eroilla virusten kyvyssä reagoida HI-testissä vasta-aineiden kanssa. Syytä heikkoon rokotussuojaan voidaan pikemminkin etsiä niistä HA1-molekyylin aminohappomuutoksista, jotka ovat yhteisiä alahaaroille a ja b, mutta erottavat ne syksyn 1998 rokoteviruksesta, Sydney/5/97. Kuviosta 4 ilmenee, että talven 1999 epideemisillä viruksilla on kolme tällaista muutosta, joilla on samalla erikoinen sijainti molekyylissä. Kaikki (aminohapot 226, 194 ja 137) sijaitsevat konservoituneena rakenteena pidetyssä reseptoritaskussa, ja yhtä niistä (tyrosiinin muuttuminen seriiniksi kohdassa 137) ei liene tavattu H3N2-viruksilla ennen vuotta 1998 (7,8). Kaikkien kuvion 3 Sydney/5/97-haaraan kuuluvien virusten kehityksessä näyttää tapahtuneen myös toinen dramaattinen HA1-molekyylin muutos, kahden uuden glykosylaatiopaikan rakentuminen alueelle, jolla voi olla vaikutus viruksen tarttumiskykyyn (kuvio 5).

POHDINTA

Rokotuksen suojateho Jääkäriprikaatissa talven 1999 influenssa A -viruksia vastaan oli odotettua huonompi, kun otetaan huomioon, että perinteisellä HI-testillä mitaten epideemiset virukset vastasivat antigeenisesti hyvin rokotevirusta ja rokotuksen indusoima vasta-ainevaste oli hyvä. Yksi mahdollinen syy tilanteeseen ovat viruksen tartuntaproteiinin reseptoritaskuun paikallistuvat aminohappoerot, joita osoitimme rokoteviruksen (Sydney/5/97) ja kauden epideemisten virusten välillä.

Merkitsevätkö nämä aminohappoerot - mahdollisesti toteamiemme uusien glykosylaatiomuutosten kanssa - eroa virusten kyvyssä tunnistaa erilaisia solun pinnan virusreseptoreita ja voiko virusten kyky väistää rokotuksen antama suoja liittyä tähän reseptorispesifiteetin muutokseen, jää selvitettäväksi. Rokotussuojan murtuminen voisi selittyä esimerkiksi sillä, että rokotuksen indusoimat ja perinteiseen tapaan HI-testillä mitattavat vasta-aineet neutraloisivat huonommin muuttunutta virusta uudella tavalla rakentuneessa reseptoriympäristössä. Rokotussuojan murtumisen mekanismi on kuitenkin vielä avoin. Influenssaviruksen hemagglutiniini ja neuraminidaasi muodostavat toiminnallisen aisaparin. Muutos toisessa voi vaikuttaa toisen toimintaan. Työryhmämme selvittää paraikaa myös neuraminidaasin evolutiivisia muutoksia.

Jääkäriprikaatin varusmiehet edustavat kapeaa ikäryhmää, jolla on suhteellisen yhdenmukaiset anamnestiset immunologiset kokemukset influenssaviruksista. Infektiopaine varuskuntaympäristössä on tunnetusti suurempi kuin siviiliyhteisöissä keskimäärin. Heikko rokotussuoja ei siten välttämättä koske kaikkia influenssarokotusten kohderyhmiä. Myöskään ei ole ennustettavissa, ovatko heikkoon rokotussuojaan johtaneet viruksen muutokset pitempiaikainen suunta H3N2-alatyypin influenssavirusten evoluutiossa.

Vaikka yleistyksiä ei olekaan syytä tehdä, tilanne Jääkäriprikaatissa talvella 1999 viittaa siihen, että influenssarokotteiden viruskantojen päivitykseen eivät välttämättä aina riitä perinteiset seurantakriteerit, joissa rajoitutaan viruksen antigeenisiin muutoksiin ja niiden geneettiseen määräytymiseen. Rokotteen antama suoja influenssaa vastaan näyttää toisinaan voivan olla huono silloinkin, kun rokotevirukset vastaavat antigeenisesti hyvin epideemisiä viruksia. Uusista influenssaan tehoavista täsmälääkkeistä, neuraminidaasin estäjistä (9), on hyötyä myös tällaisissa tilanteissa. Riskiryhmiin kuuluvien rokotuksia ei kuitenkaan tule laiminlyödä Jääkäriprikaatin kokemusten tai täsmälääkkeiden käyttömahdollisuuden vuoksi.