Charakterisierung der immunzellulären Mikroumgebung im Glioblastom - Wechselwirkungen des myeloiden Kompartiments, der CXCR2-CXCL2/IL-8-Achse und der Einfluss von Dexamethason
Kommend von Untersuchungen an Ratten-Zelllinien in einem ex vivo Setting, wo wir mechanistisch zunächst direkte Einflüsse von verschiedenen Interleukinen/Chemokinen und dem immunologisch wirksamen Dexamethason, und weiterhin den indirekten Einfluss des immunologischen Hauptakteurs im Glioblastom, nämlich hirn-residente Mikroglia, untersucht haben, entwickelten wir anhand dieser Beobachtungen ...
Abstract (German)
Kommend von Untersuchungen an Ratten-Zelllinien in einem ex vivo Setting, wo wir mechanistisch zunächst direkte Einflüsse von verschiedenen Interleukinen/Chemokinen und dem immunologisch wirksamen Dexamethason, und weiterhin den indirekten Einfluss des immunologischen Hauptakteurs im Glioblastom, nämlich hirn-residente Mikroglia, untersucht haben, entwickelten wir anhand dieser Beobachtungen Fragestellungen, die an retrospektiv identifizierten humanen Glioblastomproben nachvollzogen werden sollten:
Im ex vivo Modell zeigte sich durch Mikroglia-Depletion ein vermehrtes Auswachsen der S635 Zelllinie. In Mikroglia nativen OBSC war ein vermehrtes Auswachsen für S635 sowohl durch das pro- als auch das anti-inflammatorische Zytokin IL-22 bzw. IL-10 induzierbar, und eben auch durch das pleiotrop wirksame Dexamethason. Entsprechende Effekte waren für 9L nicht nachvollziehbar bzw. zeigte 9L eine ausgesprochene Dexamethason-Empfindlichkeit. Im Screening wurde eine differentielle Sekretion von CXCL2 abhängig von Mikroglia und den Behandlungen mit Dexamethason und IL-10 beobachtet. Bei der genaueren Quantifizierung zeigte sich unter IL-22 eine erhöhte CXCL2-Sekretion durch Mikroglia als Antwort auf das Aufbringen des Zellliniensphäroids, unter Dexamethason jedoch ein Rückgang der CXCL2-Sekretion. Eine Blockade des entsprechenden Rezeptors CXCR2 zeigte schlussendlich einen Synergismus mit Dexamethason hin zu erhöhtem Sphäroidauswachsen bei Vorhandensein von Mikroglia.
Die identifizierten Patienten, die kein präoperatives Dexamethason erhalten hatten, zeigten bei Gegenüberstellung mit gematchten Dexamethason-behandelten Patienten ein besseres Gesamtüberleben. Bei der Untersuchung des GAMM zeigte sich eine gesteigerte Genexpression von ARG1 (anti-inflammatorischer M2-Marker) sowohl beim Glioblastom als auch beim mitgeführten Kollektiv der Hirnmetastasen unter Dexamethasonbehandlung. Veränderungen in der CXCR2-CXCL2/IL-8 Achse zeigten sich nur tendenziell bei kleiner Gruppengröße, allerdings - anders als im Rattenmodell gesehen - hin zu vermehrter Expression der Liganden CXCL2 und IL-8 unter Dexamethasoneinfluss im Glioblastom. Auf zellulärer Ebenen ließen sich eine Zunahme der M2-Polarisierung, vermehrte Makrophagen- bzw. verminderte Mikrogliahäufigkeit, veränderte CXCR2-Verteilung und eine Verminderung der T-Zell Frequenz zeigen.
Die Ergebnisse zeigen allgemein die Schwierigkeit der Übertragbarkeit von in vitro / ex vivo Modell auf die Situation mit hochkomplexer Tumormikroumgebung und mannigfaltigen Einflüssen im humanen, ‚multiformen‘ Glioblastom. Andererseits wird der nachhaltige Einfluss von Dexamethason auf Genexpressions-, Protein- und zellulärer Ebene auf die immunologische Tumormikroumgebung im Glioblastom deutlich, so dass bei ubiquitär eingesetzter präoperativer Dexamethasongabe bisherige hochauflösende Untersuchungen der immunologischen Tumormikroumgebung des Glioblastoms durch Dexamethasoneinfluss durchaus verändert zur Darstellung kommen. In der klinischen Praxis sollte der Einsatz von Dexamethason generell kritisch hinterfragt und nur wenn symptomatisch notwendig zum Einsatz kommen.
Translation of the abstract (English)
Based on studies of rat cell lines in an ex vivo setting, where we first investigated the direct effects of various interleukins/chemokines and the immunologically active dexamethasone, and furthermore the indirect influence of the main immunological player in glioblastoma, namely brain-resident microglia. Based on these observations, we developed questions that were to be investigated ...
Translation of the abstract (English)
Based on studies of rat cell lines in an ex vivo setting, where we first investigated the direct effects of various interleukins/chemokines and the immunologically active dexamethasone, and furthermore the indirect influence of the main immunological player in glioblastoma, namely brain-resident microglia. Based on these observations, we developed questions that were to be investigated retrospectively in identified human glioblastoma samples:
In the ex vivo model, microglia depletion resulted in increased proliferation of the S635 cell line. In microglia-native OBSC, increased growth of S635 was inducible by both the pro- and anti-inflammatory cytokines IL-22 and IL-10, respectively, as well as by the pleiotropically active dexamethasone. Corresponding effects were not observed for 9L, which showed pronounced sensitivity to dexamethasone. Screening revealed differential secretion of CXCL2 depending on microglia and treatment with dexamethasone and IL-10. More precise quantification showed increased CXCL2 secretion by microglia in response to the application of the cell line spheroid under IL-22, but a decrease in CXCL2 secretion under dexamethasone. Blockade of the corresponding CXCR2 receptor ultimately showed synergism with dexamethasone, leading to increased spheroid growth in the presence of microglia. The identified patients who had not received preoperative dexamethasone showed better overall survival when compared with matched dexamethasone-treated patients. The GAMM analysis revealed increased gene expression of ARG1 (anti-inflammatory M2 marker) in both glioblastoma and the accompanying collective of brain metastases under dexamethasone treatment. Changes in the CXCR2-CXCL2/IL-8 axis were only evident in small groups, but – unlike in the rat model – there was an increase in the expression of the ligands CXCL2 and IL-8 under the influence of dexamethasone in glioblastoma. At the cellular level, an increase in M2 polarization, increased macrophage and decreased microglia frequency, altered CXCR2 distribution, and a decrease in T-cell frequency were observed.
The results generally show the difficulty of transferring in vitro/ex vivo models to the situation with a highly complex tumor microenvironment and manifold influences in human, “multiform” glioblastoma.
On the other hand, the lasting influence of dexamethasone on gene expression, protein, and cellular levels in the immunological tumor microenvironment in glioblastoma is clear, meaning that when dexamethasone is administered preoperatively in all cases, previous high-resolution examinations of the immunological tumor microenvironment of glioblastoma are altered by the influence of dexamethasone. In clinical practice, the use of dexamethasone should generally be critically questioned and only used when symptomatically necessary.
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