Extracorporeal photochemotherapy in patients with Cutaneous T Cell Lymphomaor Graft-vs-Host Disease

Abstract

Extracorporeal photokjemoterapi (ECP) har blitt akseptert som behandling av enkelte T celle medierte tilstander, som kutant T celle lymfom (CTCL) og Graft-vs-Host disease (GVHD). Ved CTCL responderer omtrent halvparten av pasientene på behandlingen. Det finnes imidlertid ingen gode prediktive markører for respons, og en slik markør ville naturlig nok være av stor nytte. I Paper I har vi evaluert responsraten ved ECP hos pasienter med CTCL som har blitt behandlet på St. Olavs Hospital, i tillegg til å undersøke flere andre potensielle prediktive markører. 7 av 16 pasienter ble klassifisert som respondere på ECP-behandling. Hverken T celle klonalitet eller noen av serummarkørene som ble undersøkt kunne benyttes som prediktiv markør før behandlingsstart, men det kan se ut til at forandringer i enkelte av markørene etter 6 måneders behandling korrelerer med klinisk respons evaluert etter 12 måneders behandling.

Virkningsmekanismen til ECP ved CTCL er fortsatt ikke kjent. ECP induserer apoptose av lymfocytter. Inntil nylig har man trodd at monocytter ikke går i apoptose av behandlingen, men heller aktiveres og differensieres til umodne dendrittceller (DC). Disse er effektive fagocytter og presenterer fagocytert tumor antigen til immunforsvaret. Slik har man trodd at en cytolytisk tumorspesifikk immunrespons settes i gang. I Paper II har vi undersøkt hvordan ECP påvirker monocytter og umodne DC når det gjelder indusering av apoptose samt evne til å differensiere etter behandling. Vi fant at både lymfocytter, monocytter og umodne DC går i apoptose innen 72 timer etter ECP-behandling. Siden de også har en redusert evne til å differensiere etter ECP er det sannsynlig at den terapeutiske effekten av ECP heller skyldes in vivo mekanismer som følge av infusjon av apoptotiske celler, fremfor infusjon av monocytter som er indusert til å differensiere til umodne DC. Monocytter og DC som ble bestrålt med 30Gy gamma bestråling, dvs doser som induserer apoptose av lymfocytter, ser ut til å være uaffisert av denne behandlingen når det gjelder overlevelse og evne til differensiering.

GVHD oppstår når allogene effektor T celler fra en donor angriper mottakeren. Det er foreslått at ECP trigger visse toleransemekanismer, som hemming av pro-inflammatoriske cytokiner, stimulering av regulatoriske T celler (Treg) og produksjon av anti-inflammatoriske cytokiner. Det kan imidlertid virke paradoksalt at den samme behandlingen skal sette i gang en tumorspesifikk, cytolytisk immunrespons mot lymfomceller hos den ene pasientgruppen, mens den fører til økt regulatorisk aktivitet hos GVHD pasienter. I Paper III har vi sammenlignet den relative andelen av sirkulerende Treg celler hos pasienter med CTCL eller GVHD. Vi fant her at CTCL pasientene har nær dobbelt så høy forekomst av Treg celler i sirkulasjon, sammenlignet med GVHD og normal kontroller. I tillegg undersøkte vi også om det var en målbar forandring av cytokiner i serum før og etter ECP. Før behandling var det anti-inflammatoriske cytokinet TGF-β i gjennomsnitt tre ganger høyere hos GVHD pasientene, sammenlignet med CTCL. Begge pasientgruppene hadde en liten, men signifikant økning av TGF-β etter behandling. Disse resultatene kan tolkes som en forbedret Treg funksjon som resultat av behandlingen. Økt TGF-β kan indikere høy Treg aktivering hos GVHD pasientene, mens en forhøyet relativ andel Treg celler hos CTCL pasientene kan tolkes som en respons som muligens er involvert i nedregulering av lymfom cellene

Extracorporeal photochemotherapy (ECP) has been accepted as a standard therapy in certain T cell mediated conditions, such as cutaneous T cell lymphomas (CTCL) and Graft-vs-Host Disease (GVHD). In CTCL approximately one half of these patients respond to the treatment. However, predictive criteria for selecting patients who will respond to ECP are mainly lacking. In Paper I, we have evaluated the response rate to ECP in CTCL patients treated at St. Olavs Hospital, as well as investigated several potential predictive markers. Seven out of 16 patients evaluated were classified as responders to ECP. Neither T cell clonality nor any of the serum markers assessed pre-treatment could reliably predict the response to ECP treatment. However, the individual relative changes in some of the serum markers assessed during 6 months of ECP treatment coherently displayed correlation to the clinical response as evaluated after 12 months of ECP treatment.

The mechanism of effect in ECP therapy is somewhat unclear. ECP has been shown to induce apoptosis in lymphocytes. Until recently the prevailing opinion has been that the monocytes were mainly not affected by this treatment, but rather were activated and differentiated into immature dendritic cells (DC), capable to phagocytize apoptotic CTCL-cells, and initiate a cytolytic tumour specific immune response. In Paper II we have tried to elucidate the effect of ECP on monocytes and immature DC, and followed the ability of the cells to differentiate and survive post treatment. We found that lymphocytes, monocytes and immature DC become apoptotic within 72 hours when treated with ECP. Since monocytes and immature DC seem to have a reduced ability to differentiate after ECP treatment, it is likely that the therapeutic effect of ECP is caused by in vivo effects of reinfused apoptotic cells, rather than by infusion of monocytes induced to differentiate into immature DC. Monocytes and DC treated with 30Gy gamma irradiation, i.e. doses that induce apoptosis in lymphocytes, were unaffected regarding survival and ability to differentiate post-treatment.

GVHD is mainly mediated by allogeneic effector T cells recognizing the transplant recipient as foreign. ECP is reported to be triggering certain tolerance mechanisms, such as inhibition of pro-inflammatory cytokines, stimulation of regulatory T cells (Treg) and production of anti-inflammatory cytokines. It may, however, seem like a paradox that ECP initiates a tumour specific, cytolytic response against lymphoma cells in one condition, whereas it increases the regulatory function in another. In Paper III we have compared the relative levels of circulating Treg cells in patients with CTCL or GVHD. We found that the relative amount of Treg cells was twice as high in CTCL compared to GVHD and healthy controls. In addition, we investigated whether there were any measurable changes in serum cytokine levels during ECP therapy. Pre-treatment, the anti-inflammatory cytokine TGF-β was on average 3 times higher in GVHD than in CTCL. Both patient groups had a small, but significant increase in TGF-β after treatment. Our results indicate a strengthened Treg function as a result of ECP. Elevated TGF-β may indicate high Treg activation in GVHD, whereas an increased number of Treg cells in CTCL could be interpreted as a response that possibly is involved in down-regulating the lymphoma cells.