Titelaufnahme

Titel
Cellular and molecular signatures of cutaneous graft-versus-host disease / submitted by Marie-Charlotte Brüggen
Verfasser / VerfasserinBrüggen, Marie-Charlotte
Begutachter / BegutachterinGeorg Stingl
Erschienen2014
Umfang133 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)kutane Graft-versus-Host Disease: akut vs. chronisch / T-Zell-mediierte Pathomechanismen / differentialdiagnostischer Marker
Schlagwörter (EN)cutaneous graft-versus-host disease: acute vs. chronic / T-cell mediated pathomechanisms / diagnostic biomarker
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-869 Persistent Identifier (URN)
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Cellular and molecular signatures of cutaneous graft-versus-host disease [6.22 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die Transplant-gegen-Empfänger-Erkrankung, auf Englisch Graft-versus-Host Disease (GVHD), ist eine schwere Komplikation der allogenen hämatopoetischen Stammzell-transplantation (AHST). In der Haut kann die GVHD in einer akuten (aGVHD) oder chronischen Form auftreten, wobei letztere lichenoide oder sklerodermiforme Züge trägt (clGVHD und csGVHD). Die Pathogenese der aGVHD wurde ursprünglich als ein von T-Helfer (Th)1-Zellen und zytotoxischen T-Lymphozyten des Spenders mediierter Prozess beschrieben, wohingegen die chronische GVHD als Th2-prädominierte Erkrankung angesehen wurde. Neuere Studien widerlegen dieses Paradigma jedoch. Trotz großer Fortschritte in der GVHD-Forschung bleiben noch viele Fragen offen. Ziel dieser Dissertation war es, sowohl klinisch als auch immunologisch relevante Fragestellungen rund um die kutane GVHD zu bearbeiten. Unser besonderes Interesse galt hierbei der Beschreibung jener (T-Zell-mediierten) Pathomechanismen, die zu den verschiedenen Arten der kutanen GVHD führen. Wir entnahmen läsionale Hautbiopsien von 25 aGVHD-, 17 clGVHD- und 7 csGVHD-Patienten, sowie serielle Hautbiopsien (zu verschiedenen Zeitpunkten vor/nach AHST) von 14 AHST-Empfängern. Die Biopsien wurden auf das zelluläre Infiltrat hin, sowie auf die mRNA-Expression von Zytokinen, Chemokinen und zytotoxischen Mediatoren hin untersucht. Zudem analysierten wir die Zytokinprofile von stimulierten T-Zellen. In aGVHD-Läsionen fanden wir eine Ansammlung Interleukin (IL)-22-produzierender CD4+ T-Zellen, sowie eine Hochregulation von IL-22. Zudem zeigte sich in der aGVHD eine Th2-Signatur in Form von hochregulierten Th2-Zytokinen und -Chemokinen.

In der Haut von AHST-Empfängern, die später eine aGVHD entwickeln sollten, zeigte sich bereits vor Ausbruch der Erkrankung (Tag 20-30 nach AHST) ein Expressionsanstieg des Th2-induzierenden Zytokins Thymic Stromal Lymphopoietin. Unsere Beobachtungen zur aGVHD standen in starkem Gegensatz zu jenen zur clGVHD. In letzterer fanden wir eine gemischte Th1- und Th17-Antwort, die sich neben der Hochregulation von Th1- und Th17-Zytokinen sowie -Chemokinen in Form eines Infiltrats CD8-positiver, IFN-[gamma]+ oder IL-17+ T-Lymphozyten manifestierte. Auch die csGVHD zeigte Anzeichen einer Th1-Signatur, jedoch in weit geringerer Ausprägung als die clGVHD. In einem Nebenprojekt haben wir uns mit der schwierigen Differentialdiagnose zwischen der aGVHD und dem Arzneimittelexanthem (AZME) auseinandergesetzt. Wir wollten untersuchen, ob die Expressionsanalyse von Elafin (vormals als plasmatischer aGVHD-Biomarker identifiziert) in der Haut es ermöglichen würde, die aGVHD vom AZME abzugrenzen. Zudem interessierte uns, ob die Expression von Elafin in der Haut mit einem höheren Schweregrad oder einer verschlechterten Prognose der GVHD assoziiert sein könnte. Hierzu untersuchten wir die Elafin-Expression in den läsionalen Hautbiopsien von unseren GVHD-Kohorten sowie von 10 AZME-Patienten. Die Elafin-Expression wurde mit histopathologischen sowie mit klinischen Parametern korreliert. Sowohl in der aGVHD- als auch im AZME war das Elafin-Expressionsmuster sehr heterogen. In der clGVHD hingegen war die Expression von Elafin höher als in der aGVHD. Klinisch zeigte sich ein Zusammenhang zwischen Elafin-Expression und einem verschlechterten Gesamtüberleben bei aGVHD-Patienten, bzw. einem vermehrten Auftreten von Kortikosteroidresistenz bei clGVHD-Patienten. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Arbeit neue Einblicke in die Pathogenese der kutanen GVHD gewährt. Besonders hervorzuheben ist hierbei die Erkenntnis, dass der akuten und chronischen Haut-GVHD unterschiedliche T-Zellsignaturen zugrunde liegen. Die Elafin-Expressionsanalyse in der Haut ist zwar bei der Unterscheidung der aGVHD von AZME nicht hilfreich, dafür aber beim Identifizieren von Patienten mit verschlechterter Prognose.

Zusammenfassung (Englisch)

Graft-versus-Host Disease (GVHD) remains a serious complication of allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (HCT) and the skin its most commonly affected target organ. Cutaneous GVHD can occur in an acute (aGVHD), chronic lichenoid or chronic sclerotic form (clGVHD and csGVHD). While the pathogenesis of aGVHD was originally described as a process mediated by donor-derived T-helper (Th) 1 cells and cytotoxic T-lymphocytes, chronic GVHD was considered to be a Th2-predominated disease. More recent studies have challenged this paradigm. Despite great advances in GVHD research, many aspects remain to be elucidated in this area. The aim of this thesis was to address clinically as well as immunologically relevant issues in the field of cutaneous GVHD and to gain new insights into the pathogenesis underlying the disease. The exploration of the (T-cell-mediated) mechanisms leading to the various types of cutaneous GVHD was the main focus of this work. To investigate this issue, lesional skin biopsies were collected from 25 aGVHD, 17 clGVHD and seven csGVHD patients. Additional serial skin biopsies (at different time point prior/after HCT) from 14 HCT recipients were obtained. We characterized the cellular infiltrate and measured the mRNA expression of potential effector molecules, i.e. cytokines, chemokines and cytotoxic mediators. Furthermore, cytokine profiles of T cells isolated from skin lesions and the peripheral blood were examined. In aGVHD lesions, we found an accumulation of IL-22-producing CD4+ T-cells and concurrent up-regulation of IL-22, as well as a Th2 signature as evidenced by the over-expression of Th2-cytokines and -chemokines. In line with these findings, the expression of the Th2-skewing, keratinocyte-derived cytokine thymic stromal lymphopoietin was increased at day 20-30 post-HCT in the skin of patients who later developed aGVHD (as compared to patients who did not). In contrast to the situation in aGVHD, we found a mixed Th1-/Th17-response in clGVHD skin lesions. In addition to the up-regulation of Th1-/Th17-cytokines and -chemokines, this was evidenced by the infiltration of CD8+ T cells producing either IFN-[gamma] or IL-17. Chronic sclerotic GVHD also showed signs of a Th1 signature, but to a lesser extent than clGVHD. In a side project we addressed the question whether the expression analysis of the elastase inhibitor elafin (previously postulated as plasmatic biomarker of aGVHD) in the skin would allow us to distinguish aGVHD from drug hypersensitivity reactions (DHR). We also sought to investigate whether the expression of elafin in the skin was associated with an altered GVHD severity and/or prognosis. To address this, we analyzed the expression of elafin in our GVHD cohorts as well as in ten DHR patients. Elafin expression was correlated with histopathological and clinical parameters. We could not detect any difference in cutaneous elafin expression between aGVHD and DHR. In clGVHD, the expression of elafin was overall higher than what was seen in aGVHD. In both the aGVHD- and the clGVHD-cohorts, increased elafin expression was associated with epidermal thickening. Clinically, high elafin expression was not associated with disease severity, but with poor prognosis, i.e.

decreased overall survival in aGVHD and increased prevalence of corticosteroid resistance in clGVHD patients. In conclusion, this work has provided new and clinically applicable insights into the pathogenesis of cutaneous GVHD. The finding that diverse T cell signatures characterize the acute and chronic form of GVHD in the skin allows a more accurate distinction between the two. As to the analysis of cutaneous elafin expression, it is not a useful tool for distinguishing aGVHD from DHR rashes, but allows the identification of GVHD patients with a poor prognosis.