Effects of extracorporeal photopheresis on white blood cells in patients with acute and chronic graft versus host disease

Abstract

Grundlagen Zytokine von T-Helfer Zellen Typ 1 (Th1) scheinen für die Pathogenese von Graft-versus-host Desease (GvHD) mit verantwortlich zu sein. Die Extracorporeale Photochemotherapie (ECP) wird berichtet, verursacht Apoptose in behandelten Leukozyten, beeinflusst das Th1/Th2-Lymphozyten Verhältnis und beeinflusst auch die Balance der zytotoxischen T-Zellen (Tc1/Tc2). Die Entwicklung der dendritischen Zellen (DC) im peripheren Blut scheint eine einfache und reproduzierbare Vorhersage für Rückfälle, GvHD und Überleben nach peripherer Blutstammzellen Transplantation (PBSCT) zu sein.<br />Ziele In dieser Studie wurde zur Beschreibung der ECP das Zytokineprofil in peripherem Blut (PB) von Patienten mit akuter und chronischer GvHD bestimmt. Zusätzlich wurden die Leukozytensubpopulationen und DC im PB nach PBSCT bestimmt.<br />Patienten und Methoden Insgesamt wurden 64 Patienten und 18 gesunde Freiwillige untersucht. PB wurde vor, während und nach ECP Therapie abgenommen. Die Lymphozyten im PB wurden isoliert, stimuliert und anschließend die intrazelluläre Bildung von Zytokinen bestimmt. Mit fluoreszierenden monoklonalen Antikörpern gegen die Th1-Zytokine IL-2, TNF-[alpha], INF-[gamma] und die Th2-Zytokine IL 4 und IL 10 wurden in den zuvor blockierten CD4+ und CD8+ T-Zellen bestimmt. ECP behandelte Zellen wurden in vitro kultiviert und die Vitalität der Lymphozyten mittels AnnexinV und 7 AAD 10 und 24 Stunden nach ECP bestimmt. Die Oberflächenfärbung von DC und Leukozytensubpopulationen wurde mit fluoreszierenden monoklonalen Antikörpern durchgeführt.<br />Resultate Wir haben gezeigt, dass ECP eine rasche und signifikante Abnahme der Zytokineproduktion in behandelten CD4+ und CD8+ T Zellen verursacht, die innerhalb 24 Stunden zur Apoptose führt. Die Th1 und Th2 Zytokineproduktion stellte sich jedoch nicht als ein geeigneter Indikator für die Wirksamkeit der ECP Therapie heraus. Unsere Ergebnisse betreffend zirkulierende DC scheinen mit der derzeitigen Theorien über die Pathogenese von GvHD überein zu stimmen. Die Überwachung der Leukozytensubpopulationen von 38 Patienten wurde durchgeführt, jedoch sind für statistisch signifikante Aussagen höhere Fallzahlen erforderlich.<br />Schlussfolgerungen Die Fortführung der Überwachung der Entwicklung der peripheren Leukozyten scheint ein geeignetes Instrument zu sein die Therapien zu optimieren.<br />Schlagworte Extracorporeale Photochemotherapie, Graft-versus-host-desease, Lymphozyten Apoptose, Tumor Nekrose Faktor alpha, Interferon gamma, Interleukin zwei, Interleukin vier, Interleukin zehn, dendritische Zellen, NK Zellen, zytotoxische Zellen

Background Cytokines derived from T helper (Th)1 lymphocytes are thought to be involved in the pathogenesis of graft-versus-host disease (GvHD).<br />Extracorporeal photopheresis (ECP) has been reported to cause apoptosis in treated leukocytes and affect Th1/Th2 lymphocyte ratios and also influence the balance of cytotoxic T cells (Tc1/Tc2). Dendritic cell recovery in peripheral blood is thought to be a simple and reproducible predictor for clinical outcomes of relapse, GvHD and survival after peripheral blood stem cell transplantation (PBSCT).<br />Objectives This study was performed to assess the effect of ECP on the cytokine profile of peripheral blood (PB) lymphocytes from patients with acute and chronic GvHD. The development of leukocyte subsets and circulating dendritic cells after PBSCT was monitored additionally.<br />Patients and methods Sixty-four patients and 18 healthy volunteers were studied. Peripheral blood was sampled at baseline, during and after ECP therapy.<br />Intracytoplasmatic cytokine production was assessed in vitro by stimulating PB lymphocytes, inhibiting cytokine release and staining with fluorescein-labeled monoclonal antibodies to Th1-cytokines interleukin (IL)-2, tumor necrosis factor alpha (TNF-[alpha]), interferon gamma (IFN- [gamma]) and Th2-cytokines IL-4 and IL-10 an both CD4+ and CD8+ T cells. ECP treated cells were cultured in vitro and apoptosis was assessed with AnnexinV and 7-AAD at 10 and 24 hours.<br />Surface staining of dendritic cells and leukocyte subsets in whole peripheral blood was performed with fluorescein-labeled monoclonal antibodies.<br />Results We have shown that ECP causes a rapid and significant decrease of treated cytokine producing CD4+ and CD8+ T cells leading to apoptosis within 24 hours. However, Th1 and Th2 cytokine production was found to be not predictive for the efficacy of ECP. Our findings of circulating dendritic cells appear to be consistent with current theories regarding the pathogenesis of GvHD as decreased production of DC2 might be expected to exacerbate GvHD. Monitoring leukocyte subsets of 38 patients was performed, but further patients are necessary to obtain statistically significant results.<br />Further monitoring of the development of peripheral white blood subsets has been found to be an adequate instrument for optimizing therapies.<br />Key words:<br />Extracorporeal photopheresis, graft-versus-host disease, lymphocytes, apoptosis, tumor necrosis factor alpha, interferon gamma, interleukin-2, interleukin-4, interleukin-10, dendritic cells, NK cells, cytotoxic cells