Eine immunhistologische Charakterisierung potentieller diagnostischer Biomarker bei Urtikariavaskulitis und autoinflammatorischen Erkrankungen der Haut

Abstract

Urtikariavaskulitis (UV) und autoinflammatorische Erkrankungen der Haut (AIH), wie Cryopyrin-assoziiertes periodisches Syndrom (CAPS), Schnitzler-Syndrom (SchS) und adulter Morbus Still (AOSD), sind seltene Erkrankungen. Das dabei charakteristische urtikarielle Exanthem unterscheidet sich klinisch oft nicht von den Urticae der deutlich häufigeren chronischen spontanen Urtikaria (csU). Ziel der Arbeit ist die Untersuchung läsionaler Haut bei AIH und UV auf potentielle diagnostische Biomarker zur Abgrenzung gegen csU. Es wurden histologische (HE, Toluidinblau als Mastzell-Marker), immunhistologische (Myeloperoxidase [MPO] als Neutrophilen-Marker, Interleukine [IL-1β, IL-6, IL-17, IL-18], Vascular Endothelial Growth Factor [VEGF] und die Inflammasommarker Nucleotide-binding Domain-like Receptor Protein 3 [NLRP3], Apoptosis Speck Protein [ASC] und Caspase-1) sowie Immunfluoreszenz- (MPO, Histon H2A, Cathelicidin, DAPI, Interleukine, Avidin-FITC) Färbungen an formalin-fixiertem Hautgewebe durchgeführt. Die Untersuchungen erfolgten an läsionaler Haut von Patienten mit SchS (n=9), CAPS (n=3), AOSD (n=1), UV (n=18) und csU (n=10) sowie an gesunden Kontrollen (n=10) und wurden mithilfe (semi-)quantitativer Histomorphometrie analysiert. Eine Proteinkonzentrationsbestimmung erfolgte mittels ELISA für Interleukine und Caspase-1 an kryo-konservierten Hautproben bei SchS (n=6), UV (n=10), csU (n=5) und Gesunden (n=11). Die immunhistologischen Untersuchungen an läsionaler Haut zeigten eine Erhöhung von IL-1β, IL-6, IL-18, ASC und Caspase-1 sowie VEGF bei AIH und UV im Vergleich zu csU und Gesunden. Der Unterschied von SchS gegenüber csU (p≤0,05) und Gesunden (p≤0,001) war für IL-6 und ASC signifikant. Bestätigend hierzu fand sich im ELISA- Proteinnachweis für die Interleukine sowie Caspase-1 eine signifikante Erhöhung bei SchS vergleichend zu csU (p≤0,05). Durch Immunfluoreszenz- Kolokalisationsfärbungen wurden Mastzellen (IL-1β, IL-6) und neutrophile Granulozyten (IL-1β, IL-18) als Interleukin-Produzenten identifiziert. Hinsichtlich der Mastzelldichte bestand kein signifikanter Unterschied. Ein erhöhtes dermales MPO-positives Infiltrat wurde bei AIH und UV im Vergleich zu csU und Gesunden beobachtet, mit signifikantem Unterschied zwischen SchS zu csU und Gesunden (p≤0,05). Läsionale Haut von AIH, nicht aber von csU, zeigte Hinweise für das Vorhandensein von Neutrophil Extracellular Traps (NETs). IL-1-assoziierte Zytokine und Inflammasomkomponenten sind in läsionaler Haut bei AIH aufreguliert und werden von Mastzellen (IL-1β, IL-6) und Neutrophilen (IL-6, IL-18) produziert. IL-1β und IL-6 wurden neben IL-18, Caspase-1, ASC sowie MPO im Sinne eines Biomarker-Profils als besonders robuste Marker zur Differenzierung der AIH von csU identifiziert. Die UV nahm eine Stellung zwischen den AIH und der csU ein, hinweisend auf eine mögliche autoinflammatorische Komponente in einer UV-Subpopulation. Diese Ergebnisse sollten an größeren Patientenzahlen weiter untersucht werden.

Urticarial vasculitis (UV) and autoinflammatory skin diseases (AISD) i.e. Cryopyrin-associated periodic syndrome (CAPS), Schnitzler’s syndrome (SchS) and Adult Onset Still’s Disease (AOSD) are rare diseases. Thereby it is often difficult to distinguish their characteristic urticarial exanthema from hives caused by the more frequent chronic spontaneous urticaria (csU). Aim of this study is to examine lesional skin of patients with AISD and UV for potential diagnostic biomarkers allowing to differentiate these patients from csU patients. Histological (HE, toluidine blue for mast cells), immunohistological (myeloperoxidase [MPO] for neutrophils, interleukins [IL-1β, IL-6, IL-17, IL-18], vascular endothelial growth factor [VEGF] and the inflammasome markers nucleotide-binding domain-like receptor protein 3 [NLRP3], apoptosis speck protein [ASC] and caspase-1) as well as immunofluorescence (MPO, histone H2A, cathelicidin, DAPI, interleukins, Avidin-FITC) stainings of formalin-fixed lesional skin were performed. Lesional skin of patients with SchS (n=9), CAPS (n=3), AOSD (n=1), UV (n=18) and csU (n=10) as well as healthy controls (n=10) was examined and analyzed by (semi-)quantitative histomorphometry. Determination of protein concentration was performed by ELISA for interleukins and caspase-1 in cryo-preserved skin samples for SchS (n=6), UV (n=10), csU (n=5) and controls (n=11). Immunohistological examination of lesional skin showed an increase of IL-1β, IL-6, IL-18, VEGF, ASC and caspase-1 for AISD and UV compared to csU and controls. There was a significant difference for IL-6 and ASC between SchS and both csU (p≤0,05) and healthy controls (p≤0,001). ELISA confirmed a significant difference for interleukins and caspase-1 between SchS and csU (p≤0,05). Immunofluorescence-colocalization identified mast cells (IL-1β, IL-6) and neutrophils (IL-1β, IL-18) as interleukin producers. No statistical significance was observed for mast cell numbers. High neutrophilic infiltration in AISD and UV compared to csU and healthy controls was demonstrated with significant difference between SchS and both csU and controls (p≤0.05). AISD lesional skin showed structures indicative for neutrophil extracellular traps (NETs) while csU did not. IL-1-related cytokines and inflammasome components are upregulated in lesional AISD skin and produced by mast cells (IL-1β, IL-6) and neutrophils (IL-6, IL-18). We identified IL-1β and IL-6 as especially robust markers besides IL-18, caspase-1, ASC and MPO as a biomarker profile to differentiate AISD from csU. UV took an intermediate position between AIH and csU, indicating a possible autoinflammatory component in a UV-subpopulation. These results should be further explored in larger patient numbers.