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Introduction
Human cytomegalovirus (HCMV) causes significant morbidity and mortality in allogeneic stem cell transplant (alloSCT) recipients. Recently, antiviral letermovir prophylaxis during the first 100 days after alloSCT replaced PCR-guided preemptive therapy as the primary standard of care for HCMV reactivations. Here, we compared NK-cell and T-cell reconstitution in alloSCT recipients receiving preemptive therapy or letermovir prophylaxis in order to identify potential biomarkers predicting prolonged and symptomatic HCMV reactivation.
Methods
To that end, the NK-cell and T-cell repertoire of alloSCT recipients managed with preemptive therapy (n=32) or letermovir prophylaxis (n=24) was characterized by flow cytometry on days +30, +60, +90 and +120 after alloSCT. Additionally, background-corrected HCMV-specific T-helper (CD4+IFNγ+) and cytotoxic (CD8+IFNγ+CD107a+) T cells were quantified after pp65 stimulation.
Results
Compared to preemptive therapy, letermovir prophylaxis prevented HCMV reactivation and decreased HCMV peak viral loads until days +120 and +365. Letermovir prophylaxis resulted in decreased T-cell numbers but increased NK-cell numbers. Interestingly, despite the inhibition of HCMV, we found high numbers of “memory-like” (CD56dimFcεRIγ- and/or CD159c+) NK cells and an expansion of HCMV-specific CD4+ and CD8+ T cells in letermovir recipients. We further compared immunological readouts in patients on letermovir prophylaxis with non/short-term HCMV reactivation (NSTR) and prolonged/symptomatic HCMV reactivation (long-term HCMV reactivation, LTR). Median HCMV-specific CD4+ T-cell frequencies were significantly higher in NSTR patients (day +60, 0.35 % vs. 0.00 % CD4+IFNγ+/CD4+ cells, p=0.018) than in patients with LTR, whereas patients with LTR had significantly higher median regulatory T-cell (Treg) frequencies (day +90, 2.2 % vs. 6.2 % CD4+CD25+CD127dim/CD4+ cells, p=0.019). ROC analysis confirmed low HCMV specific CD4+ (AUC on day +60: 0.813, p=0.019) and high Treg frequencies (AUC on day +90: 0.847, p=0.021) as significant predictors of prolonged and symptomatic HCMV reactivation.
Discussion
Taken together, letermovir prophylaxis delays HCMV reactivation and alters NK- and T-cell reconstitution. High numbers of HCMV-specific CD4+ T cells and low numbers of Tregs seem to be pivotal to suppress post-alloSCT HCMV reactivation during letermovir prophylaxis. Administration of more advanced immunoassays that include Treg signature cytokines might contribute to the identification of patients at high-risk for long-term and symptomatic HCMV reactivation who might benefit from prolonged administration of letermovir.
Aspergillus fumigatus ist ein opportunistisches fungales Humanpathogen, das ein breites Erkrankungsspektrum von der invasiven Aspergillose (IA) in immunkompromittierten Patienten bis zu einer Reihe von Hypersensitivitätserkrankungen in immunkompetenten Individuen hervorrufen kann. Die Diagnostik für A. fumigatus assoziierte Krankheitsbilder beruht auf mehreren diagnostischen Tests, die auch in ihrer Kombination oft zu späten und unzuverlässigen Diagnosen führen, was wiederum zu einer suboptimalen Patientenversorgung, erhöhter Mortalität und gesteigerten Kosten für das Gesundheitssystem führt. Es besteht daher die unbedingte Notwendigkeit, neue und bessere diagnostische Tests zur Detektion von A. fumigatus zu entwickeln. T Zell Assays sind vielversprechende, innovative diagnostische Tests, die bereits für andere Infektionskrankheiten in der Routinediagnostik eingesetzt werden. Erste Versuche wurden bereits unternommen, diese Assays auch für A. fumigatus assoziierte Erkrankungen einzusetzen. Die gängigsten, auf mononukleären Zellen des peripheren Blutes (PBMC)-basierten T Zell Assays sind der Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA), Enzyme-linked Immuno Spot Assay (ELISPOT) und die Durchflusszytometrie. Das Ziel dieser Dissertation war die Entwicklung eines klinisch einsetzbaren T-Zell-Assays für A. fumigatus assoziierte Erkrankungen.
Die in der Literatur beschriebenen Assays zeigten in unseren Experimenten bei der Anwendung für mykologische Fragestellungen eine hohe Suszeptibilität gegenüber bereits kurzen präanalytischen Lagerzeiten und Krykonservierung, was einen klinischen Einsatz erschwerte. Wir entwickelten deshalb einen Vollblut basierten ELISA (VB-ELISA) mit dualer Kostimulation (α-CD28 und α-CD49d), hoher Reproduzierbarkeit und verbesserter Robustheit gegenüber präanalytischen Einflussfaktoren. Der VB ELISA konnte hohe Differenzen zwischen Typ 1 T Helferzellen (Th1) , Th2 und Th17 Zytokinkonzentrationen bei Patienten mit Aspergillus assoziierten Hypersensitivitätskrankheitsbildern und Kontrollpatienten feststellen. Um zu testen, ob dieser Anstieg auf die Erkrankung zurückzuführen ist oder auch bei hoher Aspergillus-Umweltexposition vorzufinden ist, wurde der Assay in Aspergillus exponierten gesunden ökologischen Landwirten getestet. In dieser Gruppe fanden wir ebenfalls eine erhöhte Th1 und Th2 Expansion und Zytokinsekretion gegenüber gesunden Kontrollspendern, jedoch wurde nur ein geringer Anstieg des Th17 Signalzytokines IL-17 detektiert. Die Detektion von IL-17 im VB-ELISA in Kombination mit anderen Zytokinmarkern ist daher ein vielversprechender Biomarker für die Diagnose von A. fumigatus assoziierten Hypersensitivitätserkrankungen.
Neben diesen Hypersensitivitätserkrankungen haben wir den VB-ELISA auch in immunkompromittierten Patienten nach allogener Stammzelltransplantation (alloSZT), einer Hochrisikogruppe für die IA und die durch das humane Cytomegalovirus (HCMV) ausgelöste Zytomegalie, evaluiert. Während in unserer monozentrischen Pilotstudie aufgrund der geringen Inzidenz keine Evaluation an IA-Patienten erfolgen konnte, wurde mittels VB-ELISA eine hohe Konkordanz der HCMV-spezifischen T Zell Antwort mit der HCMV Serologie sowie eine vergleichbare Leistung zum ELISPOT, dem am häufigsten eingestetzen Assay für diese Fragestellung, festgestellt.
Zusammenfassend haben wir mit dem VB ELISA einen vielversprechenden und breitflächig im Spektrum A. fumigatus assoziierter Erkrankungen einsetzbaren T Zell Assay entwickelt, der in der Zukunft in großen Studien mit klar definierten Patientenkohorten getestet werden sollte. Auf Grund von Daten aus Folgestudien, die auf dieser Arbeit basieren, ist des Weiteren davon auszugehen, dass der VB-ELISA auf Grund seiner Stärken potenziell in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten und Pathogenen (eine Folgestudie mit SARS-CoV-2 wurde vor kurzem veröffentlicht) universell eingesetzt werden kann. Neben der Immundiagnostik für diverse Infektionserkrankungen könnte der Assay außerdem für T Zell Antworten auf Vakzinierungen und Immuntherapien, in vivo Experimente und in vitro Toxizitätstests verwendet werden.