Auswirkung der Zytokinhemmung auf periphere Gedächtnis B-Zellen in Patienten mit rheumatoider Arthritis

Objective: Rheumatoid arthritis (RA) is a chronic, systemic, inflammatory autoimmune disease. Enhanced B cell activity has been proposed in the pathogenesis of RA along with different pro-inflammatory cytokines such as interleukin 6 (IL-6) and tumor necrosis factor alpha (TNF-α), critically involved in chronic inflammation. Biological agents targeting these cytokines IL-6 and TNF-α have considerably advanced treatment of autoimmunity. Enhanced B cell activity, particularly memory B cells gained particularly interest in evaluating response during therapies from biologics. Human peripheral memory B cells can be distinguished by the phenotypic expression of CD27 and IgD defining three major B cell subpopulations: CD27+IgD+ pre-switch, CD27+IgD- post-switch and CD27-IgD- double negative (DN) memory B cells. Therefore, we analyzed different memory populations during cytokine inhibition by using tocilizumab (anti-IL-6R, TCZ) and adalimumab (anti-TNF-α, ADA), with focus on DN B cells Suspended. DN B cells lacking the conventional memory marker CD27, but due to their mutational Ig repertoire (IgR) considered in the memory compartment. However, only scare data are available for this DN subpopulation in RA. Methods: Phenotype analysis of activation markers (CD95 and ki-67) of B cell and their subsets were compared in RA patients (median age ~56 years) and in HD. DN memory B cells were phenotypically analyzed from RA patients during IL-6R or TNF-α inhibition at baseline week 12, week 24 and 1 year. Single B cell PCR approach was used to study Ig- receptors VH genes and isotype specific genes. Nonparametric Wilcoxon matched pair test and Mann-Whitney U test was used for statistical analysis by using GraphPadPrism 5. Univariate logistic regression was used to calculate odd ratios and correlation using Pearson r using SPSS statistics 22. Results: Surface and intracellular staining of B cells showed a significantly higher percentage of CD95 and ki-67 expressions in RA, which was highest in post-switch memory B cells followed by pre-switch and DN memory B cells. During cytokines (IL-6R & TNF-α) inhibition, both CD95 and ki-67 expression were significantly reduced at week 12 and 24 along with reduction in their clinical parameters like DAS28, CRP, ESR. Furthermore, the phenotypic analysis in 107 RA patients and 49 healthy donors (HD) showed a significantly expanded population of DN B cells in RA which contain a heterogeneous mixture of IgA, IgG and IgM expressing cells with a clear dominance of IgG+ cells. Pre-therapy analysis of rearranged IgR sequences from patients (n=9) revealed that DN B cells carry rearranged heavy chain gene sequences with a diversified mutational pattern consistent with memory B cells. In contrast to tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha) inhibition, a significant reduction in mutational frequency of BCR gene rearrangements at week 12, 24 and 1 year (p < 0.0001) was observed by in vivo IL-6R inhibition. These changes were observed for all BCR isotypes IgG, IgA and IgM at week 12, 24 and 1 year (p < 0.0001). IgA-RF, IgA serum level and IgA+ DN B cells decreased significantly (p < 0.05) at week 12 and week 24 during TCZ. Patients with a good European league against rheumatism (EULAR) response to TCZ had less DN B cells at baseline as compared to moderate responders (p = 0.006). Univariate logistic regression analysis revealed that the frequency of DN B cells at baseline is inversely correlated to a subsequent good EULAR response (p = 0.024) with an odds ratio of 1.48 (95% confidence interval as 1.05-2.06). Conclusion: Both anti-TNF-α and anti-IL-6R could reduce higher B cell activity and improve disease activity tremendously in RA patients. The heterogeneous DN B cell compartment is expanded in RA and dominated by IgG isotype. TCZ can modulate the mutational status of DN Ig isotype receptors over 1 year. Interestingly, the frequency of DN B cells in RA may serve as a baseline predictor of subsequent EULAR response to TCZ.Die rheumatoide Arthritis (RA) ist eine chronische, systemische, und entzündliche Autoimmunerkrankung. Es wird angenommen, dass neben verschiedenen inflammatorischen Zytokinen wie beispielsweise Interleukin-6 (IL-6) und Tumor Nekrose Faktor alpha (TNF-α) auch eine verstärkte Aktivität von B-Zellen in chronischen Entzündungsprozessen involviert ist. Biologische Agenzien, die gezielt gegen die Zytokine IL-6 und TNF-α gerichtet sind, haben die Behandlungsmöglichkeiten der Autoimmunerkrankungen wesentlich vorangetrieben. Derzeit rückt eine verstärkte B-Zell Aktivität, insbesondere die von Gedächtnis B-Zellen, bei der Evaluierung von Reaktionen auf biologische Therapien in den Focus des Interesses. Humane periphere Gedächtnis B-Zellen können anhand der Expression von CD27 und IgD phänotypisch charakterisiert werden und lassen sich dadurch in drei Subpopulationen einteilen: CD27+IgD+ prä-switch, CD27+IgD- post-switch und CD27-IgD- doppelt negative (DN) Gedächtnis B-Zellen. Wir untersuchten die verschiedenen Gedächtnis B-Zell-Populationen während der Zytokininhibierung mittels Tocilizumab (anti-IL-6R, TCZ) und Adalimumab (anti-TNF-α, ADA), wobei der Focus auf DN B-Zellen lag. DN B-Zellen fehlt der konventionelle Gedächtniszellen-Marker CD27, sie werden aber aufgrund ihres mutierten Ig-Repertoires (IgR) den Gedächtniszellen zugeordnet. Für diese DN B-Zell Subpopulation gibt es allerdings bislang nur wenige Daten im Zusammenhang mit RA. Die B-Zell Subpopulationen von RA Patienten (durchschnittliches Alter ~56 Jahre) und gesunden Spendern (englisch: healthy donors, HD) gleichen Alters als Kontrolle, wurden hinsichtlich der Aktivierungsmarker, CD95 und ki-67, phänotypisch analysiert und verglichen. DN Gedächtnis B-Zellen von RA Patienten wurden phänotypisch zu Beginn der IL-6R oder TNF-α Inhibition, nach 12 und 24 Wochen sowie 1 Jahr nach Behandlungsbeginn bestimmt. Es wurden Einzel-PCR Analysen von B-Zellen durchgeführt, um die VH Gene der Ig-Rezeptoren und spezifische Gene zu typisieren. Für die statistischen Auswertungen wurde in GraphPad Prism 5 der‚nonparametric Wilcoxon matched pair test‘ und der‚ Mann-Whitney U test‘ verwendet. Die eindimensionale logistische Regression wurde angewandt, um Odd-Ratio und Korrelationen mittels Pearson r in SPSS Statistik 22 zu berechnen. Die phänotypische Analyse der Oberflächen und intrazellulären Färbungen der B-Zellen ergab einen signifikant erhöhten Prozentsatz der CD95 und ki-67-Expression in RA-Patienten, wobei die Expression am höchsten in post-switch Gedächtnis B-Zellen, gefolgt von prä-switch und DN Gedächtnis B-Zellen, war. Während der Zytokin-Inhibierung (IL-6R & TNF-α) war sowohl die CD95 als auch ki-67-Expression zum Zeitpunkt Woche 12 und Woche 24 signifikant reduziert, einhergehend mit der Verringerung klinischer Parameter wie DAS28, CRP und ESR. Weiterhin zeigte die phänotypische Analyse von 86 RA-Patienten und 49 HD eine deutlich expandierte DN B-Zell Population in RA-Patienten. Diese setzte sich aus einer heterogenen Mischung von IgA, IgG und IgM exprimierenden Zellen zusammen, wobei IgG+ B-Zellen deutlich dominierten. Die Analyse von neu-gruppierten IgR Sequenzen von B-Zellen aus RA Patienten (n=9) vor Therapiebeginn zeigte, dass DN B-Zellen umgruppierte Gensequenzen der schweren Ketten mit diversen Mutationsmustern tragen, wie es bei Gedächtnis B-Zellen der Fall ist. Im Gegensatz zur TNF-α-Hemmung ist bei der in vivo IL-6R-Inhibierung eine signifikante Reduktion der Mutationsrate innerhalb der umgruppierten der Gene der B-Zell Rezeptoren (BCR) nach 12 und 24 Wochen sowie nach 1 Jahr (p<0,0001) zu beobachten. Diese Änderungen waren bei allen BCR Isotypen IgG, IgA und IgM bei Woche 12, 24 und 1 Jahr (p<0.0001) zu sehen. IgA-RF, IgA-Serum Spiegel sowie IgA+ DN B Zellen nahmen 12 und 24 Wochen nach Beginn der Behandlung mit TCZ signifikant ab (p