Einfluss von Antithymozyten-Globulin auf die Rekonstitution verschiedener Subpopulationen von T-Lymphozyten nach allogener hämatopoetischer Stammzelltransplantation bei erwachsenen Patienten

Abstract

Einleitung: Die zeitgerechte Rekonstitution eines effektiven Immunsystems gehört zu den entscheidenden Faktoren für einen positiven klinischen Verlauf nach allogener hämatopoetischer Stammzelltransplantation (alloHSZT). Die wirksame Prophylaxe der Transplantat-gegen-Empfänger-Erkrankung (englisch: Graft-versus-Host-Disease, GvHD) ist ebenfalls wichtig für das Gesamtüberleben nach alloHSZT. Aus Kaninchen gewonnenes Antithymozyten-Globulin-Genzyme® (ATG-G [Thymoglobuline®]) wird häufig zur GvHD-Prophylaxe verwendet. Durch seine Lymphozyten-depletierende Wirkung trägt ATG-G jedoch zur Lymphopenie nach Transplantation bei. Die vorliegende Arbeit soll zum besseren Verständnis der Wirkung von ATG-G auf die Rekonstitution verschiedener T-Lymphozyten- Subpopulationen und die thymische Funktion beitragen. Methodik: Vielfarben- Durchflusszytometrie wurde für phänotypische Analysen genutzt, um die Rekonstitution verschiedener T-Lymphozyten-Subpopulationen nach alloHSZT in 20 erwachsenen Patienten mit malignen hämatologischen Erkrankungen, die mit (n=12) und ohne (n=8) ATG-G behandelt wurden, zu bestimmen. Hierfür wurden Blutproben vor und bis zu 6 Monate nach Transplantation gesammelt. Apoptose und Nekrose von humanen Thymozyten und peripheren mononukleären Blutzellen wurden nach Behandlung mit verschiedenen ATG-Präparaten in vitro analysiert. Außerdem wurden Blutproben kryokonserviert für eine spätere Analyse des Gehalts an T-Zell-Rezeptor-Exzisions-Kreisen (englisch: T cell receptor excision circle, TREC) sowie kappa-deletierenden Rekombinations-Exzisions- Kreisen (englisch: kappa-deleting recombination excision circle, KREC). Ergebnisse: Patienten, die im Rahmen einer alloHSZT mit ATG-G behandelt wurden, zeigten nachhaltig erniedrigte Werte naiver konventioneller (englisch: conventional T cells, Tcon) sowie regulatorischer (englisch: regulatory T cells, Treg) CD4+ T-Lymphozyten. Die thymische Produktion dieser Zellen – gemessen anhand des Oberflächenmoleküls CD31 auf naiven (CD45RA+) Tcon und Treg – war für 6 Monate nach Transplantation signifikant niedriger in ATG-G-behandelten als in nicht mit ATG-G behandelten Patienten. Im Gedächtniskompartiment (CD45RA-) wurde sowohl für CD4+ als auch für CD8+ T-Lymphozyten eine Verschiebung hin zu einem Effektor-Gedächtnis-Phänotyp beobachtet, ohne dass dies mit erhöhten GvHD-Raten einherging. Weiterhin hatte ATG-G zytotoxische Effekte auf humane Thymozyten in vitro. Die simultane Messung des TREC- und KREC-Gehalts in den gesammelten Blutproben (durchgeführt durch andere Gruppenmitglieder) zeigte sich geeignet zur Verlaufskontrolle der T- und B-Zellrekonstitution nach alloHSZT. Schlussfolgerung: Eine ATG-G-Behandlung im Rahmen der alloHSZT beeinträchtigt die thymische Regeneration von Tcon und Treg nach alloHSZT, und ATG-G hat vergleichsweise starke zytotoxische Effekte auf Thymozyten in vitro. Dies lässt vermuten, dass insbesondere ATG-G-behandelte Patienten von Thymus-protektiven Strategien bei alloHSZT profitieren könnten. Verschiedene ATG-Präparate sollten in kontrollierten Studien verglichen werden. Eine potenziell durch ATG-G verursachte Verschiebung hin zu einem Effektor-Gedächtnis-Phänotyp in CD4+ und CD8+ T-Lymphozyten geht nicht mit stark erhöhten GvHD-Raten einher.

Introduction: Timely and effective immune reconstitution is one of the essential factors for a positive outcome of allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (alloHSCT). Equally important is the potent prophylaxis of graft-versus-host disease (GvHD). Rabbit antithymocyte globulin-Genzyme® (ATG-G [Thymoglobuline®]) is commonly used to prevent GvHD. As a lymphocyte- depleting agent it adds, however, to lymphopenia post transplantation. The aim of this study was to contribute to the understanding of the effect of ATG-G on the reconstitution of different T-lymphocyte subsets and on thymic function in particular. Methods: Multicolor flow cytometry was used for phenotypic analysis of T-lymphocyte subset reconstitution after alloHSCT in 20 adult patients with hematologic malignancies treated (n=12) or not treated (n=8) with ATG-G. Blood samples were taken before and up to 6 months after transplantation. Apoptosis and necrosis of human thymocytes and peripheral mononuclear blood cells (PBMC) after treatment with different ATG-preparations was analyzed in vitro. Additionally, blood samples were frozen for later simultaneous evaluation of T cell receptor excision circle (TREC) and kappa- deleting recombination excision circle (KREC) content. Results: Patients undergoing alloHSCT and treated with ATG-G showed sustained low levels of naive conventional (Tcon) as well as regulatory (Treg) CD4+ T-lymphocytes. Thymic output of CD4+ T-lymphocytes in this group measured as CD31+ naive (CD45RA+) Tcon and Treg remained significantly lower for 6 months after transplantation than in patients not treated with ATG-G. In the memory (CD45RA-) compartment for both, CD4+ and CD8+ T-lymphocytes, characteristic shifts towards an effector memory phenotype could be observed in ATG-G treated patients without increased levels of GvHD. Furthermore, ATG-G had cytotoxic effects on human thymocytes in vitro. Simultaneous measurement of TREC and KREC content in the collected blood samples (conducted by other group members) proved suitable for immune monitoring of T cell (TREC) and B-cell (KREC) reconstitution after alloHSCT. Conclusion: ATG-G treatment in combination with the conditioning regimen impairs thymic production of Tcon and Treg in alloHSCT patients, and ATG-G has comparatively strong cytotoxic effects on human thymocytes in vitro. These results indicate, that especially patients treated with ATG-G could benefit from thymus-protective strategies and that controlled trials comparing different ATG-G-preparations are required. A shift towards an effector memory phenotype of CD4+ and CD8+ T lymphocytes potentially induced by ATG-G does not accelerate GvHD.