Diagnostic accuracy and prediction of disease outcome based on bronchoalveolar lavage fluid (BALF) immune cell investigations in pulmonary sarcoidosis: Verification of earlier findings and exploration of Programmed Death-1 (PD-1) expression as a biomarker.

Abstract

Denne studien utforsket immuncelleprofilene i bronkoalveolær lavage væske (BALF) fra 899 ulike pasienter med mistenkt interstitiell lungesykdom (ILD), hvorav sarkoidose var tentativ diagnose for ca. 300. De fleste pasienter gjennomgikk bronkoskopi og bronkoalveolær lavage (BAL), med påfølgende flowcytometrisk analyse ved St. Olavs Hospital i Trondheim mellom juli 2016 og september 2020. Et litteratursøk med fokus på sentrale aspekter ble gjennomført for å danne et oppdatert kunnskapsgrunnlag. I dag er histologisk påvisning av granulomer hos pasienter med sarkoidose avgjørende for å stille diagnosen, men er i noen tilfeller utfordrende å få til i praksis. Undersøkelser av immuncelleprofiler i BALF kan benyttes i sannsynliggjøringen av diagnosen sarkoidose, og på den måten være et alternativ i de tilfellene der histologisk påvisning er vanskelig. I tillegg har man sett at en god prognostisk markør i tidlig sykdomsforløp mangler. Med alt dette i betraktning, har denne studien analysert flere viktige biomarkører i BALF og sammenlignet funnene med tidligere forskning, testet noen av disse i en diagnostisk modell for prediksjon av diagnosen sarkoidose hos pasienter med mistenkt ILD, og utforsket de prediktive egenskapene til PD-1-uttrykk i ulike typer lymfocytter. Vi fant at CD4/CD8 ratio og lymfocyttandel var signifikant høyere hos gruppen med sarkoidose, sammenliknet med gruppen uten, mens andel NKT-celler og HLA-DR-uttrykk på CD8+T-celler var signifikant lavere i sarkoidose-gruppen. Vi testet en logistisk regresjonsmodell som brukte variablene/biomarkørene: alder, kjønn, lymfocyttandel, HLA-DR+CD8+T-celler og NKT-celler. Resultatene våre indikerer at denne modellen kan brukes til å beregne en sannsynlighetsratio for å ha sarkoidose med høy grad av sikkerhet. Vi fant ingen signifikant forskjell for lymfocyttandel, PMN, andel nøytrofile og PD-1-uttrykk på CD4+T-celler da vi sammenliknet pasienter med mildt og alvorlig sykdomsforløp. Det så likevel ut til å være en tendens mot at de med over 50% uttrykk av PD-1 på CD4+T-celler hadde et mildt sykdomsforløp.

The present study investigated immune cell profiles in bronchoalveolar lavage fluid (BALF) taken from 899 patients suspected of having an interstitial lung disease (ILD), approximately three hundred of these were tentatively diagnosed with pulmonary sarcoidosis. Most of the patients underwent bronchoscopy and subsequent BALF flow cytometric analysis at St. Olavs hospital in Trondheim between July 2016 and September 2020. We conducted a literature search for updated and relevant information on the use of BALF leucocyte analyses in the diagnosis of pulmonary sarcoidosis and other topics of interest to provide a knowledge basis for the present study. Currently, histologic confirmation is key in ensuring the diagnosis of sarcoidosis, but sometimes this may prove challenging. It would be of high value if one could confirm a diagnosis of sarcoidosis with BALF immune cell investigations, in cases where histologic confirmation is not possible. The use of biomarkers in BALF may aid in this process. Additionally, an early prognostic marker of severe disease outcome in sarcoidosis is lacking. The present study analysed key leucocyte biomarkers in BALF with flow cytometric immunophenotyping in a diagnostic model to predict the diagnosis of sarcoidosis in patients with suspected ILD, and investigated the predictive value of Programmed Death-1 (PD-1) expression on lymphocyte subsets to predict the outcome of sarcoidosis. We found that CD4/CD8 ratio and fractions of lymphocytes were significantly higher in patients with sarcoidosis compared to non-sarcoidosis, whereas fractions of NKT cells (Natural Killer T-like cells) and HLA-DR (lymphocytic activation marker) expression on CD8+ T cells were significantly lower in the sarcoidosis group compared to non-sarcoidosis. We tested a logistic regression model which utilized the variables/biomarkers: age, sex, fractions of lymphocytes, HLA-DR+CD8+ T cells, and NKT cells. Our results indicate that this model may be used to estimate a likelihood ratio of having sarcoidosis, yielding a high diagnostic accuracy. We did not find any significant differences in fractions of lymphocytes, polymorphonuclear cells (PMN), neutrophil counts or PD-1 expression on CD4+ T-cells between patients with mild and severe disease course. However, there was a tendency towards mild disease course for patients having more than 50 % expression of PD-1 on CD4+ T cells.