Ivana Jorgacevic

• Allogeneic hematopoietic cell transplantation (Allo-HCT) is the main and only treatment for many malignant and non-malignant haematological disorders. Even though the treatment has improved through the years and patient life expectancy has increased, graft versus host disease (GvHD) is still considered the main obstacle and one of the main reasons for increased mortality. Furthermore, improved patient’s survival and life expectancy brought into question the late post-HCT complications. The leading cause of late death after allo-HCT is theAllogeneic hematopoietic cell transplantation (Allo-HCT) is the main and only treatment for many malignant and non-malignant haematological disorders. Even though the treatment has improved through the years and patient life expectancy has increased, graft versus host disease (GvHD) is still considered the main obstacle and one of the main reasons for increased mortality. Furthermore, improved patient’s survival and life expectancy brought into question the late post-HCT complications. The leading cause of late death after allo-HCT is the relapse of primary disease as well as chronic GvHD (cGvHD). However, a clear relationship was also described with pulmonary complications, endocrine dysfunction and infertility, and cataracts in post-HCT patients. In the last years big concern regarding a cumulative cardiovascular incidence in long-term survivors has been raised. Severe cardiovascular disease (CVD) is caused by atherosclerosis which is considered a chronic inflammatory disease of blood vessels. As such, it takes a long time from endothelial damage, as the onset event, and followed plaque formation to a manifestation of severe consequences, such as stroke, coronary heart disease, or peripheral arterial disease. Endothelial damage is well documented in patients post-HCT. In the context of allo-HCT, the endothelial damage is induced by the conditioning regimen with or without total body irradiation (TBI). Furthermore, endothelial cells (ECs) have been documented as a target of GvHD and increased concentration of circulating endothelial cells (CEC) coinciding with an increase in the number of circulating alloreactive T cells. According to 2021 ESC Guidelines on CVD prevention, the main atherosclerotic CVD (ASCVD) risk factors are blood apolipoprotein B (ApoB)-containing lipoproteins (of which low-density lipoprotein (LDL) is the most abundant), high blood pressure, cigarette smoking and diabetes mellitus (DM). GvHD is considered a high-risk factor for the onset of dyslipidaemia, hypertension, and DM. Overall, the risk of premature cardiovascular death is 2.7 fold increased in comparison to the general population, while the cumulative incidence of cardiovascular complications was shown to be up to 47% at ten years after reduced intensity conditioning (RIC), post-HCT. However, up to date, there are no available studies elucidating the interconnection between GvHD and atherosclerosis. The goal of this study was, therefore, to investigate the involvement of GvHD in the progression of atherosclerosis as well as to elucidate whether cytotoxic, CD8+ T cells that were shown to play a significant role in endothelial damage during the course of skin GvHD on one hand, and inducers of formation of unstable plaque on the other, are involved in this interconnection. For that purpose we established a novel minor histocompatibility anti gens (miHAg) allo-HCT Western diet (WD)-induced atherosclerosis mouse model. We were able to show that GvHD has a significant impact on atherosclerosis development in B6.Ldlr−/− recipient mice even in the absence of overt clinical disease activity. It seems that the impact is at least partly induced by CD8+ T cells, that showed significantly increased infiltration of aortic lesions in mice facing subclinical GvHD. As studies have shown in regular atherosclerotic mouse models as well as in humans, these CD8+ T cells exhibited not only increased expression of genes involved in activation, survival and differentiation to cytotoxic phenotype, but also some genes pointing out their exhaustion, that were absent in CD4+ T cell cluster. When anti-CD8β antibody was applied once per week along with WD feeding for eight weeks, the plaque formation was significantly reduced in aorta and aortic root pointing out the importance of these cells in an alloreactivity induced lesion formation. Furthermore, anti-CD8β treatment led to significantly decreased necrotic core formation followed by overall increase in plaque stability. Strikingly, bone marrow plus T cells (BMT) recipients fed WD showed significantly increased serum cholesterol levels in comparison to bone marrow (BM) (a group lacking alloreactive T cells that induce GvHD). This effect was reversed when anti-CD8β treatment was applied, suggesting, at least partly, an impact of alloreactive CD8+ T cells on cholesterol levels. Expression of genes responsible for lipid metabolism pointed out the tendency of the liver to regulate the increased cholesterol levels, however, the mechanism behind this phenotype still remains to be revealed. On the other hand, the impact of obesity, induced by chronic high-fat diet (HFD) feeding, has been shown to be an independent risk factor for gastrointestinal GvHD. Similarly, in major histocompatibility complex (MHC) disparate allo-HCT mouse model, we have noticed that even short-term WD intake leads to a significant decrease in survival of mice post-HCT. When the concentration of transplanted alloreactive T cells was reduced, the survival was improved, pointing out the involvement of these cells in the pathogenesis. Additionally, bioluminescence imaging (BLI) during initiation and effector phase of acute GvHD (aGvHD) revealed increased infiltration of alloreactive T cells in mice fed WD. Studies in an obesity model, we could confirm the involvement of specifically CD4+ T cells in WD induced impact, as the relative number of these cells was significantly increased in small intestine on day six post-HCT in mice fed WD. This increased intestinal infiltration was preceded by increase in the number of alloreactive T cells expressing intestine homing receptor (α4β7 integrin) in peripheral lymph nodes (LNs). Even though the number of T cells was not changed in the spleen of WD fed mice, the subset of CD4+ and CD8+ T cells that were highly secreting TNFα was increased as well as the expression of genes regulating pro-inflammatory cytokines such as IL-6 and interferon (IFN)γ pointing out significant WD-induced inflammation. Moreover, slight tendency towards increased intestinal permeability and load of translocated luminal bacteria, that we observed, could induce severe endotoxemia and dysregulated systemic immune response that could lead to detrimental induction of cell death. Justifying our speculations, we noted increased levels of transaminases and an increase in lactate dehydrogenase (LDH) levels (pointing out significant tissue damages). However, the exact mechanism behind this detrimental WD impact still remains to be elucidated.…
• Die allogene hämatopoetische Zelltransplantation (engl.: allogeneic hematopoietic cell transplantation; allo-HCT) ist die wichtigste und einzige Behandlung für viele bösartige und nicht bösartige hämatologische Erkrankungen. Auch wenn sich die Behandlung im Laufe der Jahre verbessert hat und die Lebenserwartung der Patienten gestiegen ist, gilt die Transplantat-gegen-Wirt-Krankheit (engl.: graft versus host disease; GvHD) nach wie vor als Haupthindernis und ist einer der Hauptgründe für die erhöhte Sterblichkeit. Darüber hinaus hat dieDie allogene hämatopoetische Zelltransplantation (engl.: allogeneic hematopoietic cell transplantation; allo-HCT) ist die wichtigste und einzige Behandlung für viele bösartige und nicht bösartige hämatologische Erkrankungen. Auch wenn sich die Behandlung im Laufe der Jahre verbessert hat und die Lebenserwartung der Patienten gestiegen ist, gilt die Transplantat-gegen-Wirt-Krankheit (engl.: graft versus host disease; GvHD) nach wie vor als Haupthindernis und ist einer der Hauptgründe für die erhöhte Sterblichkeit. Darüber hinaus hat die Verbesserung der Überlebensrate und der Lebenserwartung der Patienten dazu geführt, dass die Spätkomplikationen nach der HCT in Frage gestellt wer den. Die Hauptursache für den späten Tod nach einer allo-HCT ist das Wiederauftreten der Primärerkrankung und die chronische GvHD (cGvHD). Es wurde jedoch auch ein ein deutiger Zusammenhang mit pulmonalen Komplikationen, endokriner Dysfunktion und Unfruchtbarkeit sowie Katarakten bei Patienten nach einer HCT beschrieben. In den letzten Jahren wurde große Besorgnis hinsichtlich einer kumulativen kardio vaskulären Inzidenz bei Langzeitüberlebenden geäußert. Schwere Herz-Kreislauf Erkrankungen werden durch Atherosklerose verursacht, die als chronische Entzündu ngserkrankung der Blutgefäße gilt. Von der Endothelschädigung als Beginn und der anschließenden Plaquebildung bis zur Manifestation schwerwiegender Folgen wie Schla ganfall, koronare Herzkrankheit oder periphere arterielle Verschlusskrankheit vergeht eine lange Zeit. Endothelschäden sind bei Patienten nach HCT gut dokumen tiert. Im Zusammenhang mit der allo-HCT wird die Endothelschädigung durch das Konditionierungsschema mit oder ohne TBI induziert. Darüber hinaus wurde dokumentiert, dass Endothelzellen ein Ziel der GvHD sind und dass eine erhöhte Konzentration zirkulierender Endothelzellen (engl: circulating endothelial cells; CEC) mit einem Anstieg der Anzahl zirkulierender alloreaktiver T-Zellen korreliert. Nach den ESC-Leitlinien 2021 zur Prävention von Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind die wichtigsten Risikofaktoren für atherosklerotische Herz-Kreislauf-Erkrankungen (engl.: atherosclerotic cardiovascular disease; ASCVD) Apolipoprotein B (ApoB)-haltige Lipoproteine im Blut (von denen das Low-Density-Lipoprotein (LDL) am häufigsten vorkommt), Bluthochdruck, Zigarettenrauchen und Diabetes mellitus (DM). GvHD gilt als Hochrisikofaktor für das Auftreten von Dyslipidämie, Bluthochdruck und DM. Insgesamt ist das Risiko eines vorzeitigen kardiovaskulären Todes im Vergleich zur Allgemeinbevölkerung um das 2,7-fache erhöht, während die kumulative Inzidenz kardiovaskulärer Komp likationen zehn Jahre nach einer Konditionierung mit reduzierter Intensität (RIC) nach einer HCT bei bis zu 47% lag. Bislang gibt es jedoch keine Studien, die den Zusam menhang zwischen GvHD und Atherosklerose aufklären. Ziel dieser Studie war es daher, die Beteiligung der GvHD am Fortschreiten der Atherosklerose zu untersuchen und zu klären, ob zytotoxische CD8+ T-Zellen, die einerseits eine bedeutende Rolle bei der En dothelschädigung im Verlauf der Haut-GvHD spielen und andererseits die Bildung insta biler Plaques induzieren, an diesem Zusammenhang beteiligt sind. Zu diesem Zweck haben wir ein neuartiges miHAg-allo-HCT Atherosklerose-Mausmodell etabliert. Wir konnten zeigen, dass GvHD einen signifikanten Einfluss auf die Entwicklung von Atherosklerose in B6.Ldlr−/−-Empfängermäusen hat, selbst wenn keine klinische Krankheitsaktivität vor 3 Chapter 1. Summary liegt. Es scheint, dass dieser Einfluss zumindest teilweise durch CD8+ T-Zellen induziert wird, die bei Mäusen mit subklinischer GvHD eine signifikant erhöhte Infiltration von Aortenläsionen zeigten. Dies wurde auch in Studien in regulären Atherosklerose-Modellen sowie beim Menschen gezeigt. Diese CD8+-T-Zellen wiesen nicht nur eine erhöhte Expression von Genen auf, die an der Aktivierung, dem Überleben und der Differenzierung zum zytotoxischen Phänotyp beteiligt sind, sondern auch einige Gene, die auf zelluläre Erschöpfung hinweisen, die im CD4+-T-Zell-Cluster fehlten. Wurde ein Anti-CD8β-Antikörper einmal wöchentlich zusammen mit der Fütterung von WD acht Wochen lang verabreicht, so wurde die Plaquebildung in der Aorta und der Aortenwurzel signifikant reduziert, was auf die Bedeutung dieser Zellen bei der durch Alloreaktivität induzierten Läsionsbildung hinweist. Darüber hinaus führte eine Anti-CD8β-Behandlung zu einer signifikant verringerten Bildung eines nekrotischen Kerns, gefolgt von einer allge meinen Zunahme der Plaquestabilität. Auffallend ist, dass BMT-Empfänger, die mit WD gefüttert wurden, im Vergleich zu BM (einer Gruppe ohne alloreaktive T-Zellen, die GvHD induzieren) signifikant erhöhte Serumcholesterinwerte aufwiesen. Dieser Effekt kehrte sich um, wenn eine Anti-CD8β-Behandlung durchgeführt wurde, was zumindest teilweise auf einen Einfluss alloreaktiver CD8+-T-Zellen auf den Cholesterinspiegel schließen lässt. Die Expression von Genen, die für den Lipidstoffwechsel verantwortlich sind, wies auf die Tendenz der Leber hin, den erhöhten Cholesterinspiegel zu regulieren; der Mechanismus, der diesem Phänotyp zugrunde liegt, muss jedoch noch aufgeklärt werden. Andererseits hat sich gezeigt, dass die durch chronische Fütterung induzierte Fettleibigkeit ein un abhängiger Risikofaktor für gastrointestinale GvHD ist. In ähnlicher Weise haben wir in dem MHC disparaten allo-HCT-Mausmodell festgestellt, dass selbst eine kurzfristige WD-Zufuhr zu einer signifikanten Verringerung des Überlebens der Mäuse nach der HCT führte. Wenn die Konzentration der transplantierten alloreaktiven T-Zellen reduziert wurde, verbesserte sich die Überlebensrate, was auf die Beteiligung dieser Zellen an der Pathogenese hinweist. Darüber hinaus zeigte die Biolumineszenz-Bildgebung (engl.: bio luminiscence imaging; BLI) während der Initiations- und Effektorphase der aGvHD eine erhöhte Infiltration alloreaktiver T-Zellen bei Mäusen, die mit WD gefüttert wurden. Wie Studien gezeigt in einem Adipositasmodell vorgeschlagen haben, konnten wir die Beteili gung von spezifisch CD4+ T-Zellen an der WD-induzierten Wirkung bestätigen, da die relative Anzahl dieser Zellen im Dünndarm am sechsten Tag nach der HCT bei Mäusen, die mit WD gefüttert wurden, signifikant erhöht war. Dieser erhöhten Darminfiltration ging ein Anstieg der Zahl alloreaktiver T-Zellen voraus, die den Darm-Homing-Rezeptor (α4β7-Integrin) in den peripheren LNs exprimieren. Obwohl sich die Anzahl der T-Zellen in der Milz von mit WD gefütterten Mäusen nicht veränderte, war die Untergruppe der CD4+- und CD8+-T-Zellen, die in hohem Maße TNFα sezernierten, ebenso erhöht wie die Expression von Genen, die pro-inflammatorische Zytokine wie IL-6 und IFNγ reg ulieren, was auf eine signifikante WD-induzierte Entzündung hinweist. Darüber hinaus könnte die von uns beobachtete leichte Tendenz zu einer erhöhten intestinalen Perme abilität und Belastung mit translozierten luminalen Bakterien eine schwere Endotoxämie und eine dysregulierte systemische Immunantwort auslösen, die zu einer schädlichen In duktion des Zelltods führen könnte. Zur Untermauerung unserer Spekulationen stellten wir erhöhte Transaminasenwerte und einen Anstieg der LDH-Werte fest (was auf erhe bliche Gewebeschäden hinweist).Jedoch verbleibt der genaue Mechanismus, der zu den verheerenden Auswirkungen von WD führt, ungeklärt.…