Charakterisierung der Funktion Antigen-präsentierender Zellen unter immunstimulatorischer Therapie mit Granulozyten Monozyten Kolonie- stimulierendem Faktor (GM-CSF) in Patienten mit schwerer Sepsis und Immunparalyse

Abstract

Die schwere Sepsis und der septische Schock stellen, trotz großen Ressourceneinsatzes, immer noch eine der Haupttodesursachen in den Industrienationen dar. Die modellhaft als biphasisches Geschehen betrachtete Immunantwort in der Sepsis, imponiert als frühe hyperinflammatorisch dominierte Phase, der sich eine hypoinflammatorisch dominierte Reaktion anschließt. Von zentraler Bedeutung ist eine immunpathologisch als globale Dysfunktion des zellulären Immunsystems definierte Situation („Immunparalyse“), die mit erhöhter Disposition für sekundär infektiöse Komplikationen und einer Verschlechterung des klinischen Outcomes korreliert. In diesem Kontext ergibt sich die völlig neue Rationale zur Durchführung klinischer Studien mit immunstimulatorischem Ansatz und dem Ziel einer Rekonstitution der defizienten Immunfunktion des septischen Patienten. Erstmals wird hier in einer Biomarker-basierten, prospektiven, randomisierten, doppelblind Placebo-kontrollierten klinischen Phase-II-Studie gezeigt, dass mittels immunstimulatorischer Therapie mit Granulozyten Monozyten-Kolonie stimulierendem Faktor (GM-CSF) in Patienten mit schwerer Sepsis und septischem Schock im Zustand der Immunparalyse eine sichere und effektive Wiederherstellung der monozytären Immunkompetenz erreicht wird. Das spiegelt sich in einer Normalisierung der initial supprimierten HLA-DR-Expression sowie des Anstiegs proinflammatorischer Zytokinplasmaspiegel nach ex vivo LPS- Stimulation wider. Weiterhin wurden monozytäre Subpopulationen (CD14+CD16- und CD14+CD16+) und dendritische Zellen (MDC und PDC) als Repräsentanten der Antigen-präsentierenden Zellen (APC) durchflusszytometrisch und mittels ex vivo-Stimulationsassays untersucht und durch das Expressionsmuster co- stimulatorischer Oberflächenmoleküle (CD40, CD80 und CD86) phänotypisch und funktionell unter GM-CSF-Therapie charakterisiert. Während sich dabei eine signifikante Aktivierung monozytärer Zellen ergab, war der aktivierende Einfluss auf dendritische Zellen eher gering. Im Hinblick auf klinische Parameter zeigte sich – trotz begrenzter Teststärke (n=38) einer proof of concept-Studie– ein positiver Effekt im Sinne einer Reduzierung der Dauer der künstlichen Beatmung wie auch der intensivmedizinischen Betreuung und der Gesamthospitalisierung; die 28 Tage-Mortalität wurde aufgrund der geringen n-Zahl erwartungsgemäß nicht statistisch signifikant gesenkt. Aufgrund der vorliegenden Ergebnisse scheint die Durchführung einer kontrollierten Phase IIb-Multicenter-Studie mit klinischen Endpunkten wie Mortalität zur Wirksamkeit einer immunstimulatorischen Therapie bei schwerer Sepsis und Immunparalyse gerechtfertigt.

Despite substantial clinical, investigational and financial efforts, severe sepsis and septic shock remain a major cause of death in the western world. The biphasic modell of the immune response in sepsis comprises an early predominantly hyperinflammatory phase and a subsequent predominantly hypoinflammatory reaction. The global dysfunction of cellular immunity („immunoparalysis“) is of crucial pathophysiological importance as it correlates with an increased risk of secondary infectious complications and worsening of clinical outcome. This sets the stage for clinical studies with a novel immunostimulatory approach aiming at the reconstitution of the deficient immunfunction in septic patients. The present study shows for the first time in a biomarker-based, prospective, randomized, double-blind, placebo- controlled clinical phase-II trial that the immunostimulatory therapy with granulocyte macrophage-colony stimulating factor (GM-CSF) leads to a safe and effective reconstitution of monocyte function in patients with severe sepsis or septic shock and sepsis-associated immunosuppression. In this respect, a normalization was observed of the initially suppressed expression of HLA-DR as well as the increase of proinflammatory cytokine plasma levels after ex vivo stimulation with LPS. Additionally, monocyte subpopulations (CD14+CD16- and CD14+CD16+) and dendritic cells (MDC and PDC) as representatives of antigen- presenting cells (APC) were assessed by flow cytometry (FACS) and ex vivo- stimulation assays thus allowing a phenotypical characterization by expression of costimulatory molecules (CD40, CD80 and CD86) as well as an estimation of their functional status under therapy with GM-CSF. While observing a lesser influence on dendritic cells, a significant activation of monocytes was shown. Despite a limited test power (n=38) of a proof of concept study with regard to clinical parameters, a shorter time of mechanical ventilation and a shorter length of both intensive care unit and intrahospital stay were observed indicating a beneficial effect of GM-CSF. As could be expected due to the low case number, no statistically significant reduction in the 28-day mortality was shown. Based on the current results a controlled phase IIb multicenter trial powered to detect improvements of clinical parameters and mortality as primary endpoints seems justified.