Allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) is a well- established therapy for a variety of malignant and non-malignant disorders of the hematopoietic system and for certain solid tumors. One of the major complications limiting the success and wider application of allogeneic HSCT is the occurrence of acute graft-versus-host disease (GVHD), which is a rapidly progressive illness with epithelial damage of gut, liver, skin, and lung, immunosuppression and cachexia. GVHD is mediated by alloreactive donor T cells contained in the graft and can be prevented by depletion of these T cells prior to transfer. However, alloreactive donor T cells also mediate the so- called graft-versus-tumor (GVT) effect, which is increasingly being recognized as an important component of the overall anti-tumor effect of an allogeneic HSCT. Therefore, a major focus of current research is to ameliorate GVHD without reducing GVT activity. Recent murine bone marrow transplantation studies suggest that interfering with T cell migration represents an attractive therapeutic approach towards this goal. Three families of migration molecules (selectins, chemokines, integrins, and their respective ligands and receptors) control T cell migration in homeostasis and inflammation, and members of all three families have been identified as important players during GVHD. Recently, especially chemokines and chemokine receptors have been evaluated as possible new targets for GVHD therapy. In the present study, the role of the inflammatory chemokine receptor CCR2 for donor CD8+ T cell migration during GVHD was analyzed in well-established murine bone marrow transplantation models. It was found that recipients of CCR2-deficient (CCR2-/-) CD8+ T cells develop significantly less GVHD morbidity and mortality than recipients of wild type CD8+ T cells and that this correlates with reduced target organ damage to the gut and liver. A competitive in vivo migration assay revealed that CCR2-/- CD8+ T cells have an intrinsic migratory defect to the gut and liver, which was previously unknown. Other causes for the reduction in GVHD could be excluded, as alloreactive proliferation, activation, IFN-γ production and in vitro cytotoxicity of CCR2-/- CD8+ T cells were intact. Importantly, the GVT effect of CCR2-/- CD8+ T cells against murine P815 mastocytoma and A20 B cell lymphoma was preserved, which demonstrates that interference with T cell migration by blockade of CCR2 signaling can separate GVHD from GVT activity. These data provide first evidence for a critical role of CCR2 for the control of CD8+ T cell migration in a pre-clinical disease model and establish the rationale for the use of CCR2 antagonists possibly in combination with other chemokine receptor antagonists as novel therapeutic tools in GVHD.
Die allogene hämatopoetische Stammzelltransplantation (HSCT) ist eine bedeutende Therapieform für eine Vielzahl hämatologischer Malignome, einige solide Tumoren und bestimmte erbliche, nicht-maligne Erkrankungen des hämatopoetischen Systems. Die bedeutendste Komplikation einer allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantation ist die Graft-versus-host disease (GVHD), welche in 25-70% aller HLA-identischen HSCTs und in mehr als 70% aller HSCTs mit HLA-Unterschieden auftreten kann. Die GVHD wird ausgelöst von im Stammzelltransplantat enthaltenen alloreaktiven Spender T-Zellen, was sich besonders darin zeigt, dass Depletion dieser T-Zellen der effektivste Weg ist, um GVHD zu verhindern. Alloreaktive Spender T-Lymphozyten sind jedoch auch verantwortlich für den so genannten Graft-versus-tumor effect (GVT), der zu einer Verminderung der Rezidivhäufigkeit nach HSCT führt und ein große Rolle für den Gesamterfolg einer Stammzelltransplantation spielt. Die Verminderung von GVHD bei erhaltenem GVT ist daher ein vordringliches therapeutisches Ziel. Neue Studien konnten zeigen, dass die spezifische Blockade der Einwanderung von alloreaktiven T-Zellen in GVHD Zielorgane (das sind hauptsächlich Darm, Leber, Haut und Lunge) eine Möglichkeit ist, um dieses Ziel zu erreichen. Das Wanderungsverhalten von T-Zellen wird bestimmt durch die Expression von drei Gruppen von Zelloberflächenmolekülen und ihren Liganden und Rezeptoren auf dem Endothel: Selektine, Chemokin Rezeptoren und Integrine. Insbesondere Chemokin Rezeptoren scheinen eine besondere Rolle für die organ-spezifische Migration von T-Zellen während GVHD zu spielen. CC Chemokin Rezeptor 2 (CCR2) könnte eines der hierfür relevanten Moleküle sein, wie in vitro Studien und Studien in einigen Modellen von anderen T-Zell-mediierten Erkrankungen zeigen konnten. In der vorliegenden Arbeit wurde anhand von Mausmodellen untersucht, welche Rolle die Expression von CCR2 auf alloreaktiven CD8+ T-Lymphozyten bei der Entwicklung von GVHD nach allogener HSCT spielt. Es konnte gezeigt werden, dass CD8+ T- Lymphozyten von CCR2-Knockout (CCR2-/-) Mäusen weniger GVHD induzieren als CD8+ T-Lymphozyten von Wild-Typ Mäusen des gleichen Mäusestamms. Dies hing zusammen mit einer verminderten Entwicklung von GVHD in Darm und Leber, wie anhand von histopathologischen Untersuchungen gezeigt werden konnte. Die Entwicklung von GVHD in der Haut und dem Thymus und die Immunrekonstitution waren jedoch durch Abwesenheit von CCR2 nicht beeinflusst, so dass auf eine organ-spezifische Rolle von CCR2 geschlossen werden muss. Dies bestätigte sich in einem Assay zur Untersuchung des Wanderungsverhaltens von Spender CD8+ T-Lymphozyten nach HSCT, wo gezeigt werden konnte, dass CCR2-/- CD8+ T-Lymphozyten weniger in Darm und Leber einwandern als Wild-Typ T-Zellen, die Einwanderung in sekundäre Lymphorgane aber nicht beeinflusst war. Weitere Untersuchungen schlossen andere intrinsische Defekte (Proliferation, Aktivierung, Zytokin-Produktion, Zytotoxizität) bei CCR2-/- CD8+ T-Lymphoyzten aus, so dass der einzige Grund für die beobachteten Unterschiede in GVHD Morbidität und Mortalität in dem beschriebenen Migrationsdefekt zu sehen ist. Weiters wurde festgestellt, dass CCR2-/- CD8+ T-Zellen einen intakten GVT Effekt gegen zwei verschiedene hämatopoetische Tumoren (P815 und A20) besitzen. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass CCR2 die Einwanderung von alloreaktiven Spender CD8+ T-Zellen in den Darm und die Leber nach allogener HSCT kontrolliert und die Blockade von CCR2 eine neue Möglichkeit darstellen könnte, um GVHD zu vermindern ohne den bedeutenden GVT Effekt zu beeinflussen.