Influence of thoracic epidural block on the expression of T helper cell transcription factors in patients undergoing lung surgery

Abstract

Lung surgery causes serious alterations of human immune functions, the extent of which subsequently impacts patients’ outcome. T cells, including subtypes Th1, Th2, Treg and Th17, play an important role in the immune response, involving both cell mediated and humoral immunity. There is some evidence that the differentiation and development of these Th cell subsets are controlled by their specific transcription factors T-bet, GATA3, FOXP3 and ROR-γ, and that they are being negatively regulated by SOCS1 and SOCS3. Different pain management may lead to different perioperative inflammatory reactions. In this study we investigated the perioperative alterations of these transcription factors, aiming to achieve a deeper understanding of the differences in the perioperative immune response at the genetic level between thoracic epidural block compared to i.v. analgesia. After having obtained written informed consent, 40 patients were allocated randomly and received either intravenous remifentanil analgesia or epidural ropivacaine analgesia in a doubleblind manner. Blood samples were collected on the day before the operation as baseline, the point of lung resection, the end of operation and the first, second and third postoperative day. Total blood mRNA was extracted and synthesized into cDNA. Relative mRNA expression of the genes T-bet, FOXP3, ROR-γ, SOCS1 and SOCS3 was measured by quantitative real time PCR. Relative alterations compared to baseline levels were calculated using the 2-ΔΛCT method. Surgical stress rapidly induced the increase of T-bet and SOCS3 in the remifentanil group in a significant way whereas this wasn’t the case in the ropivacaine group. Further significant changes were not to be found. Alterations of SOCS1 and T-bet expression levels were significantly correlated over the perioperative period. No difference between the two groups in basic patient characteristics and clinical outcome were seen. The significant immediate postoperative elevation of the transcription factors T-bet and SOCS3 in the remifentanil group might be a hint for an accentuated inflammation due to operative stress. Nevertheless one has to take into account the fact that downstream cytokine signalling was not investigated, which is a major drawback of this thesis. A significant difference between the groups in the clinical course could not be found. However it has to be considered that for ethical reasons postoperative analgesia was maintained using the epidural catheter in both groups.

Operative Eingriffe an der Lunge verursachen tief greifende, outcome-relevante Veränderungen des Immunsystems. T-Lymphozyten und deren Subpopulationen Th1, Th2, Treg und Th17 spielen eine Schlüsselrolle sowohl in der zellulären als auch in der humoralen Immunabwehr. Es gibt Hinweise darauf, dass die Differenzierung und Entwicklung dieser Subpopulationen durch die für sie spezifischen Transkriptionsfaktoren T-bet, GATA3, FOXP3 und ROR-γ gesteuert und durch die inhibitorischen Faktoren SOCS1 und SOCS3 gehemmt werden. Verschiedene Schmerztherapiekonzepte können zu unterschiedlichen perioperativen Inflammationsreaktionen führen. In dieser Studie wurden die entsprechenden Veränderungen dieser Transkriptionsfaktoren untersucht, um ein tieferes Verständnis der Unterschiede zwischen thorakaler Periduralanalgesie und intravenöser Opiatanalgesie in Bezug auf die perioperative Immunreaktion auf der genetischen Ebene zu gewinnen. Vierzig Patienten wurden nach Aufklärung und Einwilligung in zwei Gruppen randomisiert und erhielten doppelblind entweder eine thorakale Periduralanalgesie oder eine kontinuierliche intravenöse Opiatanalgesie mit Remifentanil. Die Blutentnahmen erfolgten präoperativ als Baseline, intraoperativ zum Zeitpunkt der Lungenresektion, am Ende der Operation und jeweils am ersten, zweiten und dritten postoperativen Tag. Aus den Blutproben wurde mRNA extrahiert und in cDNA umgeschrieben. Mittels quantitativer RT-PCR wurde die relative Genexpression der Transkriptionsfaktoren T-bet, FOXP3, ROR-γ, SOCS1 and SOCS3 gemessen. Relative Veränderungen der Genexpression in Bezug auf die Baseline wurden mit der 2-ΔΛCT-Methode ermittelt. Infolge des durch die Lungenresektion verursachten operativen Stresses stiegen die Transkriptionsfaktoren T-bet und SOCS3 in der Remifentanilgruppe unmittelbar postoperativ im Vergleich zur Ropivacaingruppe signifikant an. Weitere signifikante Veränderungen konnten nicht gefunden werden. Veränderungen der Genexpression des inhibierenden Faktors SOCS1 und des Th1-spezifischen Faktors T-bet zeigten eine signifikante Korrelation über die gesamte perioperative Zeit. Es haben sich zwischen den Gruppen keine Unterschiede in den demografischen und klinischen Merkmalen der Patienten sowie im klinischen Outcome gezeigt. Die unmittelbar postoperativ signifikant erhöhten Transkriptionsfaktoren T-bet und SOCS3 in der Remifentanilgruppe könnten ein Hinweis darauf sein, dass der operative Stress zu einer stärkeren Inflammation geführt hat, obwohl in Betracht gezogen werden muss, dass die Zytokinexpression am Ende der Kaskade nicht erfasst wurde, was die Haupteinschränkung dieser Studie bezüglich ihrer Aussagekraft darstellt. Klinisch konnte kein signifikanter Unterschied zwischen beiden Gruppen gefunden werden. Dennoch sollte beachtet werden, dass beide Gruppen aus ethischen Gründen eine postoperative Analgesie mit Ropivacain epidural erhielten.