Bortezomib plus continuous B cell depletion results in sustained plasma cell depletion and amelioration of lupus nephritis in NZB/WF1 mice

Abstract

Introduction: Long-lived plasma cells (LLPCs) are an unmet therapeutic challenge, and developing strategies for their targeting is an emerging goal of autoantibody-mediated diseases such as systemic lupus erythematosus (SLE). It was previously shown that plasma cells can be depleted by agents such as bortezomib (Bz) or by blocking LFA-1 and VLA-4 integrins. However, they regenerate quickly after depletion due to B cell hyperactivity in autoimmune conditions. Therefore, we compared different therapies for the elimination of LLPCs combined with selective B-cell targeting in order to identify the most effective treatment to eliminate LLPCs and prevent their regeneration in lupus-prone NZB/W F1 mice. Methods: NZB/W F1 mice were treated with: 1) anti- CD20, 2) anti-CD20 plus bortezomib, 3) anti-CD20 plus anti-LFA-1/anti-VLA-4 blocking antibodies, 4) anti-CD20 plus bortezomib and anti- LFA-1/anti-VLA4 blocking antibodies. Short- and long-lived plasma cells including autoreactive cells in the bone marrow and spleen were enumerated by flow cytometry and ELISPOT seven days after treatment. Based on these data in another experiment, mice received one cycle of anti-CD20 plus bortezomib followed by four cycles of anti-CD20 therapy every 10 days and were monitored for its effect on plasma cells and disease. Results: Short-lived plasma cells in bone marrow and spleen were efficiently depleted by all regimens targeting plasma cells. Conversely, LLPCs and anti-dsDNA-secreting plasma cells in bone marrow and spleen showed resistance to depletion but were strongly reduced by bortezomib plus anti- CD20. The effective depletion of plasma cells by bortezomib complemented by the continuous depletion of their precursor B cells using anti-CD20 promoted the persistent reduction of IgG anti-dsDNA antibodies, delayed nephritis and prolonged survival in NZB/W F1 mice. Conclusions: These findings suggest that the effective depletion of LLPCs using bortezomib in combination with a therapy that continuously targeting B cells as their precursors may prevent the regeneration of autoreactive LLPCs and, thus, might represent a promising treatment strategy for SLE and other (auto)antibody-mediated diseases.

Einleitung: Langlebige Gedächtnis-Plasmazellen haben sich in den letzten Jahren als ein wichtiges therapeutisches Ziel bei Autoantikörper-vermittelten Erkrankungen wie dem systemischen Lupus erythematodes (SLE) herausgestellt, da sie resistent auf die herkömmlichen immunsuppressiven Medikamente sind. Hauptsächlich aus Mausexperimenten ist bekannt, dass Gedächtnis-Plasmazellen mit Hilfe des Proteasominhibitors Bortezomib sowie durch die Blockade der Integrine LFA-1 und VLA-4 depletiert werden können. Diese Depletion ist jedoch transient, da sich das Gedächtnis-Plasmazellkompartiment bei Vorliegen einer B-Zellhyperaktivität sehr schnell regeneriert. Aus diesem Grund wurden in dieser Arbeit unterschiedliche Therapiestrategien, die zur Elimination von Gedächtnis-Plasmazellen führen, im Mausmodell des SLE untersucht. Dabei wurde die selektive Plasmazelldepletion mit Ansätzen, die zusätzlich auch ihre Vorläuferzellen (B-Zellen) depletieren, verglichen, um eine wirksame Strategie für eine anhaltende Eliminierung von autoreaktiven Gedächtnis-Plsmazellen zu entwickeln. Methoden: NZB/W F1 Mäuse wurden behandelt mit 1) Anti- CD20-Antikörpern, 2) Kombination von Anti-CD20 und Bortezomib 3) Kombination von Anti-CD20 und Anti-LFA-1/VLA-4 blockierenden Antikörpern 4) Kombination von Anti-CD20 plus Bortezomib und LFA-1/VLA4 blockierenden Antikörpern. 7 Tage nach der Behandlung wurden sowohl die kurzlebigen als auch die langlebigen Plasmazellen (einschließlich der autoreaktiven Zellen) mittels Durchflusszytometrie und ELISPOT in Milz und Knochenmark analysiert. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden NZB/W F1 Mäuse in einem Folgeexperiment zunächst mit einem Zyklus Anti-CD20 in Kombination mit Bortezomib behandelt und danach wurden die B-Zellen im Abstand von jeweils 10 Tagen mit 4 weiteren Zyklen von Anti-CD20-Injektionen depletiert, um die Regeneration von Gedächtnis- Plasmazellen zu blockieren. Die Effekte auf das Plasmazell-Kompartiment und den Krankheitsverlauf wurden analysiert. Ergebnisse: Kurzlebige Plasmablasten und Plasmazellen wurden durch alle angewandten Therapieverfahren in Milz und Knochenmark effektiv eliminiert. Im Gegensatz hierzu ließen sich die langlebigen Gedächtnis-Plasmazellen sowie die autoreaktiven, dsDNA- spezifischen Plasmazellen deutlich schlechter reduzieren. Nur die Kombination von Anti-CD20 mit Bortezomib ergab eine deutliche Depletion dieser Zellen. Die effiziente Depletion der Plasmazellen durch Bortezomib in Kombination mit einer kontinuierlichen Eliminierung der Plasmazell-Vorläufer durch Anti- CD20-Antikörper führte zu einer anhaltenden Unterdrückung der IgG Anti-dsDNA- Autoantikörper, einem verzögerten Auftreten der Nephritis und einem verlängerten Überleben der NZB/W F1- Mäuse. Schlußfolgerung: Die Ergebnisse unterstreichen, dass die effiziente Depletion der Gedächtnis-Plasmazellen in Kombination mit einer kontinuierlichen Blockade ihrer Regeneration aus Vorläuferzellen eine vielversprechende Therapieastrategie bei SLE und anderen Antikörper-vermittelter Erkrankungen sein kann.