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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-592325
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.59232
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 30 September 2024 |
| Referee: | Prof. Dr. Ulrich Bogdahn |
| Date of exam: | 3 September 2024 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Neurologie |
| Keywords: | ALS, amyotrophic lateral sclerosis, G-CSF, CCL2, MCP-1, TNF-α |
| Dewey Decimal Classification: | 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 59232 |
Abstract (German)
Zielsetzung: Ziel dieser Arbeit ist es, die Entwicklung der Serumspiegel der immun-modulatorischen Zytokine CCL2 und TNF-α während der Progression der amyotro-phen Lateralsklerose (ALS) unter G-CSF-Behandlung zu untersuchen und zu bewer-ten, ob diese Zytokine als Biomarker für den Krankheitsverlauf der ALS-Erkrankung unter G-CSF-Behandlung dienen können. Mit Hilfe valider Biomarker könnte die ...
Abstract (German)
Zielsetzung: Ziel dieser Arbeit ist es, die Entwicklung der Serumspiegel der immun-modulatorischen Zytokine CCL2 und TNF-α während der Progression der amyotro-phen Lateralsklerose (ALS) unter G-CSF-Behandlung zu untersuchen und zu bewer-ten, ob diese Zytokine als Biomarker für den Krankheitsverlauf der ALS-Erkrankung unter G-CSF-Behandlung dienen können. Mit Hilfe valider Biomarker könnte die diag-nostische Sensitivität und Spezifität verbessert, die Diagnose der ALS möglicher-weise früher gestellt und die individuelle Prognose besser abgeschätzt werden. Dies könnte eine an den individuellen Krankheitsverlauf angepasste, optimierte Therapie ermöglichen.
Material und Methoden: Bei 36 ALS Patienten, die nach individualisierten Therapiere-gimen mit subkutanem G-CSF behandelt wurden, wird untersucht, ob sich die Patien-tengruppen der Kurz- und der Langzeitüberlebenden in Bezug auf ihre CCL2- und TNF-α-Ausgangsserumspiegel vor Beginn der G-CSF Behandlung unterscheiden. Außerdem wird die Entwicklung der CCL2- und TNF-α-Serumspiegel während des Krankheitsverlaufs unter der G-CSF Therapie analysiert (zum einen als absolute Wer-te, zum anderen als relative Werte bezogen auf den Basiswert vor Behandlung). Zu-sätzlich wird untersucht, ob der CCL2- oder der TNF-α-Basisserumspiegel als metho-dische Validierung des klinisch gewählten Cut-off-Zeitpunkts als Grenzwert zwischen den kurz- und langzeitüberlebenden Patienten verwendet werden können.
Ergebnisse: Hinsichtlich der Untersuchung auf Unterschiede der Zytokin-Ausgangsserumspiegel zwischen Kurz- und Lanzeitüberlebenden zeigt sich für CCL2, dass sich die Mediane der Ausgangsserumspiegel der Gruppen signifikant unter-scheiden und dass der Median der CCL2-Ausgangsserumspiegel der Kurzzeitüberle-benden signifikant höher ist als der der Langzeitüberlebenden. Für TNF-α zeigt sich kein signifikanter Unterschied der Mediane der Ausgangsserumspiegel der beiden Gruppen.
Hinsichtlich der Untersuchung auf Unterschiede zwischen den Kurz- und den Lang-zeitüberlebenden unter der Behandlung zeigt sich für CCL2, dass der Median der ab-soluten CCL2 Serumspiegel der Kurzzeitüberlebenden höher ist als der Median der absoluten CCL2 Serumspiegel der Langzeitüberlebenden. Der Median der relativen CCL2 Serumspiegel der Kurzzeitüberlebenden hingegen ist im Durchschnitt niedriger als der der Langzeitüberlebenden. Für TNF-α zeigt sich erneut, dass sich die Mediane der absoluten und relativen TNF-α Serumspiegel der Kurzzeitüberlebenden nicht sig-nifikant von denen der Langzeitüberlebenden unterscheiden.
Ob sich unter der Behandlung insgesamt signifikante Veränderungen der Zytokinser-umspiegel einstellen, wurde untersucht, indem die Mediane der Zytokinserumspiegel nach Behandlungsbeginn mit den Medianen vor Behandlungsbeginn verglichen wur-den. Für CCL2 zeigt sich, dass der Median der Zytokinserumspiegel nach Behand-lungsbeginn signifikant niedriger ist als der Median der Ausgangsserumspiegel. Für TNF-α zeigt sich, dass der Median nach Behandlungsbeginn signifikant höher ist.
Ob sich nach Behandlungsbeginn unter dem Einfluss wiederholter G-CSF Applikatio-nen kontinuierliche und dementsprechend im zeitlichen Verlauf zunehmende signifi-kante Veränderungenen der Zytokin-Serumspeigel einstellen, wurde untersucht, in-dem die Steigungen der einfachen linearen Regressionen der Serumspiegel analy-siert wurden. Für CCL2 zeigt sich, dass die absoluten Serumspiegel der Kurzzeitüber-lebenden vor den G-CSF-Gaben im Behandlungsverlauf signifikant sinken. Für TNF-α zeigt sich, dass die absoluten TNF-α-Serumspiegel der Langzeitüberlebenden nach den G-CSF-Gaben und unabhängig vom Status der G-CSF-Behandlung unter dem Einfluss der G-CSF-Therapie signifikant sinken. Es zeigt sich außerdem, dass die relativen TNF-α-Serumspiegel der Langzeitüberlebenden vor den G-CSF-Gaben unter dem Einfluss der G-CSF-Therapie signifikant steigen, während die relativen TNF-α-Serumspiegel der Langzeitüberlebenden nach den G-CSF-Gaben signifikant sinken.
Ob sich der Ausgangsserumspiegel zur methodischen Validierung des gewählten Grenzwerts von 30 Monaten nach Behandlungsbeginn zur Gruppenzurodnung eignet, wurde untersucht, indem die Höhe des P-Werts als Funktion des Unterschieds der Ausgangsserumspiegel zwischen Kurz- und Langzeitüberlebenden zu den unter-schiedlichen möglichen Grenzwerten analysiert wurde. Für CCL2 zeigt sich, dass die Patienten am besten anhand ihres Ausgangsserumspiegels als Kurz- oder Langzeit-überlebende klassifiziert werden können, wenn der Grenzwert zur Gruppenzuordnung zwischen 29 und 31 Monaten nach Behandlungsbeginn liegt. Für TNF-α lassen sich keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich des TNF-α Ausgangsserumspiegels zwi-schen Kurz- und Langzeitüberlebenden feststellen.
Fazit: Im Bezug auf CCL2 weisen die Ergebnisse dieser Arbeit darauf hin, dass der absolute CCL2-Basisserumspiegel ein geeigneter Biomarker mit prädiktivem Wert für das kurz- und langfristige Überleben unter G-CSF-Behandlung ist, und dass höhere absolute CCL2- Basisserumspiegel mit einem schwereren Krankheitsverlauf bei ALS-Patienten (auch) unter G-CSF Therapie einhergehen. Der abslute CCL2-Basisserumspiegel ist zudem zur methodischen Validierung des in der vorliegenden Arbeit gewählten Grenzwertes zur Unterscheidung der Patienten in Kurz- und Lang-zeitüberlebende geeignet. Es lässt sich außerdem ableiten, dass der absolute CCL2-Serumspiegel während der Behandlung ein geeigneter Biomarker mit prädikativem Wert für die Schwere des Verlaufs und die Überlebensdauer bei ALS Patienten unter G-CSF-Behandlung ist, und dass höhere absolute CCL2-Serumspiegel bei Patienten unter G-CSF-Therapie mit einem kürzeren Überleben assoziiert sind. Zudem stützen die Ergebnisse die Annahme, dass die G-CSF Behandlung den CCL2 Serumspiegel bei ALS Patienten senkt, da die zentralen Tendenzen der absoluten und relativen CCL2 Follow-up-Werte trotz fortschreitender Erkrankung mit zunehmender Neuroin-flammation im Behandlungsverlauf signifikant niedriger sind als die der Ausgangsser-umspiegel.
Was TNF-α betrifft, kann aus den Ergebnissen dieser Arbeit gefolgert werden, dass der absolute TNF-α-Basisserumspiegel nicht mit der Überlebensdauer von Patienten unter G-CSF-Therapie assoziiert ist und sich nicht als prognostischer Parameter für die Schwere des Krankheitsverlaufs und die Überlebensdauer eignet. Auch zur me-thodischen Validierung des in dieser Arbeit gewählten Grenzwertes zur Unterschei-dung der Patienten in Kurz- und Langzeitüberlebende ist der absolute TNF-α-Basisserumspiegel nicht geeignet. Es lässt sich außerdem ableiten, dass der absolute TNF-α-Serumspiegel während der Behandlung kein geeigneter Biomarker für die Schwere des Erkrankungsverlaufs oder die Überlebensdauer bei ALS Patienten unter G-CSF-Behandlung ist. Die Ergebnisse stützen die Hypothese, dass der TNF-α-Serumspiegel bei ALS Patienten auch unter G-CSF-Therapie ein geeigneter Biomar-ker für das Ausmaß der Neuroinflammation ist, da die zentralen Tendenzen der abso-luten und relativen TNF-α Follow-up-Werte im Rahmen der fortschreitenden Erkran-kung unter der G-CSF Behandlung signifikant höher sind als die der entsprechenden Ausgangsserumspiegel. Theoretisch könnte dies aber auch darauf hinweisen, dass die G-CSF-Behandlung die TNF-α Serumspiegel langfristig erhöht und der antiin-flammatorische Effekt von G-CSF bei ALS Patienten nicht durch eine Senkung des TNF-α-Serumspiegels zustande kommt.
Translation of the abstract (English)
Objective: This study aims to investigate the development of serum levels of the immunomodulatory cytokines CCL2 and TNF-α during the progression of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) in patients under G-CSF treatment and to evaluate whether these cytokines could serve as biomarkers for the course of ALS under G-CSF treatment. With the help of valid biomarkers, diagnostic sensitivity and ...
Translation of the abstract (English)
Objective: This study aims to investigate the development of serum levels of the immunomodulatory cytokines CCL2 and TNF-α during the progression of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) in patients under G-CSF treatment and to evaluate whether these cytokines could serve as biomarkers for the course of ALS under G-CSF treatment. With the help of valid biomarkers, diagnostic sensitivity and specificity could be improved, possibly allowing for earlier ALS diagnosis and a better estimation of individual prognosis. This could enable optimized therapy tailored to the individual disease progression.
Materials and Methods: In 36 ALS patients treated with subcutaneous G-CSF according to individualized therapy regimens, we investigated whether there were differences in baseline serum levels of CCL2 and TNF-α between short- and long-term survivors prior to the initiation of G-CSF treatment. Additionally, the development of CCL2 and TNF-α serum levels during the course of the disease under G-CSF therapy was analyzed (both as absolute values and as relative values referenced to baseline levels before treatment). Furthermore, we examined whether baseline serum levels of CCL2 or TNF-α could be used to methodologically validate the clinically chosen cut-off point as a threshold between short- and long-term survivors.
Results: In terms of differences in baseline cytokine serum levels between short- and long-term survivors, the median baseline serum levels of CCL2 differed significantly between the groups, with the median baseline CCL2 levels of short-term survivors being significantly higher than those of long-term survivors. No significant difference was observed for the baseline serum levels of TNF-α between the two groups.
When investigating differences between short- and long-term survivors under treatment, the median absolute CCL2 serum levels of short-term survivors were higher than those of long-term survivors, while the median relative CCL2 serum levels of short-term survivors were, on average, lower than those of long-term survivors. For TNF-α, again, no significant differences were found between the absolute and relative serum levels of short- and long-term survivors.
To examine whether there were overall significant changes in cytokine serum levels under treatment, we compared the median serum levels after treatment initiation with those before treatment. For CCL2, the median serum levels after treatment were significantly lower than the baseline levels. For TNF-α, the median levels after treatment were significantly higher.
To assess whether repeated G-CSF applications led to continuous and thus progressively significant changes in cytokine serum levels over time, we analyzed the slopes of simple linear regressions of the serum levels. For CCL2, the absolute serum levels of short-term survivors significantly decreased before G-CSF administration during the course of treatment. For TNF-α, the absolute serum levels of long-term survivors decreased significantly after G-CSF administration, regardless of the G-CSF treatment status. Additionally, the relative TNF-α serum levels of long-term survivors significantly increased before G-CSF administration under G-CSF therapy, while the relative TNF-α serum levels of long-term survivors decreased significantly after G-CSF administration.
To determine whether the baseline serum levels could be used to methodologically validate the chosen threshold of 30 months post-treatment initiation for group classification, we analyzed the p-value as a function of the difference in baseline serum levels between short- and long-term survivors for various possible cut-off points. For CCL2, the best classification of patients as short- or long-term survivors based on baseline serum levels was achieved when the threshold for group classification was set between 29 and 31 months after treatment initiation. No significant differences were found in the baseline TNF-α serum levels between short- and long-term survivors.
Conclusion: Regarding CCL2, the results of this study suggest that the absolute baseline serum level of CCL2 is a suitable biomarker with predictive value for short- and long-term survival under G-CSF treatment, and that higher absolute baseline CCL2 levels are associated with a more severe disease course in ALS patients under G-CSF therapy. Furthermore, the absolute baseline CCL2 serum level is suitable for methodologically validating the threshold chosen in this study to differentiate between short- and long-term survivors. Additionally, it can be inferred that the absolute CCL2 serum level during treatment is a suitable biomarker with predictive value for disease severity and survival in ALS patients under G-CSF treatment, with higher absolute CCL2 serum levels being associated with shorter survival. Moreover, the findings support the hypothesis that G-CSF treatment lowers CCL2 serum levels in ALS patients, as the central tendencies of the absolute and relative CCL2 follow-up values during treatment, despite disease progression and increasing neuroinflammation, are significantly lower than the baseline levels.
Concerning TNF-α, the findings suggest that the absolute baseline serum level of TNF-α is not associated with survival duration in patients undergoing G-CSF therapy and is not a suitable prognostic marker for disease severity or survival. Additionally, the absolute baseline TNF-α serum level is not appropriate for methodologically validating the threshold chosen in this study to differentiate between short- and long-term survivors. It can also be inferred that the absolute TNF-α serum level during treatment is not a suitable biomarker for disease severity or survival in ALS patients under G-CSF therapy. The results support the hypothesis that TNF-α serum levels in ALS patients undergoing G-CSF treatment serve as a marker for the extent of neuroinflammation, as the central tendencies of the absolute and relative TNF-α follow-up values during the course of the disease under G-CSF treatment are significantly higher than the corresponding baseline levels. Theoretically, this may also indicate that G-CSF treatment could increase TNF-α serum levels in the long term, suggesting that the anti-inflammatory effect of G-CSF in ALS patients is not due to a reduction in TNF-α serum levels.
Metadata last modified: 30 Sep 2024 12:02
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