Improved phenotypic analyses of peripheral blood cells allows differential diagnosis of disease activity and infection in systemic lupus erythematosus

Abstract

These studies explore a number of aspects of improved diagnostics using FACS analysis relevant to treatment decisions in SLE while also exploring possible mechanisms that may play a role in the pathogenesis of the disease. Practicality and speed of diagnostics play a large role in the usefulness of a given diagnostic marker. The expression of CD27 on plasmablasts and plasma cells in patients with SLE has proven to be an important marker of disease activity. Therefore, the exploration of new methods to determine the expression of CD27 on the B cells subsets more easily is essential to improving diagnostics in the context of SLE. In the first part of the study we compared cell counts of various populations as determined by the TruCount method and the automated hematology analyzer or dual-platform method in various sample populations. In summary, the TruCount method allows reliable and comparable results to the Ficoll-Paque method in determining B cell subsets. The statistical analysis employing the nonparametric Wilcoxon test, linear regression, Bland-Altman plots and the Spearman correlation coefficient reveal that while the two methods produce comparable cell counts for these populations, the next step in evaluating the TruCount system is embedded in the clinical context since that is the only place where the tolerable range for variations in cell counts can be determined. Secondly, the TruCount method makes the FACS analysis of neutrophils possible and this is very useful in the context of SLE. We have shown here that the expression of the activating receptor FcγRI (CD64) on neutrophils is higher in patients with SLE and acute infections than in patients with SLE alone. Thus, CD64 testing on neutrophils candidates as a biomarker for differentiating infection from lupus activity. In the third part of the study, we investigated the expression of the activating receptor FcγRIIa on the B cells subsets and compared the expression in patients with SLE, NHS and patients with infections alone. The expression of the activating receptor FcγRIIa is significantly decreased on CD27++ plasmablasts and plasma cells of patients with SLE compared to NHS and the expression is similar to that in patients with infections, which is also significantly lower than in NHS. Therefore, this marker does not lend itself to the differential diagnosis of a lupus flare or an acute infection in patients with SLE. Further investigation of the expression of FcγRIIb on B cell subsets in SLE as an inhibitory counterpart to FcγRIIa are needed to better understand the possible significance of this difference in SLE. In summary, the TruCount method is a viable method to determine B cell subsets in SLE providing a valuable method of tracking diasease activity. CD64 can be used to diagnose acute infections in patients with SLE, which is relevant since acute infections are critical factors in morbitity and mortality in patients with SLE. Finally, the expression of the activating receptor FcγRIIa is significantly decreased on CD27++ plasmablasts and plasma cells of patients with SLE compared to NHS and further investigations are needed to clarify the biological significance of this difference. These findings confirm that enhanced phenotyping in patients with autoimmune diseases, such as SLE, facilitate the tracking of disease activity and the identification of acute infections and will serve as an important method for the identification of biomarkers and targets of therapy.

In dieser Studie wurden verschiedene Aspekte des diagnostischen Einsatzes von FACS Analysen zur Klärung ausgewählter Fragen für die Behandlung von Patienten mit Systemischem Lupus Erythematodes (SLE) untersucht. In diesem Zusammenhang wurden auch mögliche Mechanismen beleuchtet, die eine wichtige Rolle bei der Pathogenese von SLE spielen könnten. Neben anderen, spielen insbesondere die Aspekte Handhabbarkeit und Geschwindigkeit der Diagnostik eine wichtige Rolle bei der Bewertung einer diagnostischen Methode. Zudem hat sich gezeigt, dass die Expression von CD27 auf Plasmazellen bei Patienten mit SLE einen wichtigen Marker für die Aktivität der Erkrankung darstellt. Dies zusammen genommen führt dazu, dass eine einfachere und schnellere Bestimmung der Expression von CD27 auf B-Zellen die bisherigen diagnostischen Verfahren deutlich verbessern könnte. Im ersten Teil der Studie wurden die im TruCount Verfahren und im automatisierten Verfahren oder der Dual-Platform Methode ermittelten Zellzählungen für verschiedene Zellpopulationen verglichen. Es kann gesagt werden, dass die Ergebnisse der TruCount Methode vergleichbare Ergebnisse zu der Ficoll-Paque Methode für die B-Zell-Subpopulationen liefert. Während die statistische Analyse mittels Wilcoxon Test, linearer Regression, Bland-Altman Diagrammen und Spearman Korellation zeigt, dass die beiden Methoden kongruente Ergebnisse liefern, ist der nächste Schritt, dieses in der klinischen Anwendung zu verifizieren. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurde untersucht inwiefern die TruCount Methode zur Untersuchung von Neutrophile bei Patienten mit SLE angewandt werden kann. Dabei wurde gezeigt, dass die Expression von FcγRI (CD64) auf Neutrophile bei Patienten mit SLE und zusätzlicher Infektionen erhöht ist, verglichen mit Patienten die lediglich an SLE (ohne Infektion) erkrankt sind. Deshalb kann die Expression von CD64 auf Neutrophile als Marker zur Differenzierung von Infektionen gegenüber Schüben bei Patienten mit SLE angewandt werden. Im dritten Teil der Studie wurde die Expression von FcγRIIa auf B-Zell-Subpopulationen bei Patienten mit SLE, NHS und Patienten mit Infektionen verglichen. Die Expression von FcγRIIa auf CD27++ Plasmazellen in Patienten mit SLE ist signifikant verringert, verglichen mit NHS und ähnlich zu der Expression bei Patienten mit Infektion. Daher kann die Expression dieses Markers in der Differenzialdiagnose von Schüben gegenüber akuten Infektionen bei Patienten mit SLE nicht angewandt werden. Weitere Untersuchungen der Expression von FcγRIIb auf B-Zell- Subpopulationen bei SLE Patienten als mögliches Gegenregulationssystem sind notwendig, um die Signifikanz der Unterschiede der Expression genauer zu verstehen. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die TruCount Methode zur Ermittlung von Zellzahlen der B-Zell-Subpopulation in Patienten mit SLE angewandt werden kann, um Krankheitsaktivität zu bestimmen. CD64 kann als diagnostischer Marker von akuten Infektionen in Patienten mit SLE angewandt werden. Dies ist insofern hilfreich, da diese Infektionen den weiteren Krankheitsverlauf entscheidend beeinflussen können. Schließlich wurde gezeigt, dass die Expression der FcγRIIa auf CD27++ Plasmazellen in Patienten mit SLE, verglichen mit NHS, signifikant verringert ist. Weitere Studien sind notwendig, um diesen Unterschied der Expression genauer zu erklären. Die hier vorgelegten Studienergebnisse bestätigen, dass optimierte phänotypische Analysen bei Patienten mit Autoimmunerkrankungen wie SLE zur Bestimmung der Krankheitsaktivität und der Identifikation akuter Infektionen angewandt werden kann, so dass diese Methode eine zunehmend wichtige Rolle bei der Identifikation von Biomarkern und Therapieansätzen spielen kann.