Accelerated aging of immune system in neuroblastoma survivors - clinical phenomenon

Mgr. Petra Lázničková, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Přeživší dětského onkologického onemocnění často trpí některými zdravotními problémy, keré jsou následkem onemocnění a poskytnuté léčby. Tyto zdravotní komplikace jsou podobné těm, které se vyskytují u starší populace, a mohou být zapříčiněny poškozením tkání a orgánů, intenzivní léčbou a/nebo rozvojem chronického zánětu. Dětští pacienti s diagnostikovaným neuroblastomem vysokého rizika podstupují velmi intenzivní léčbu zahrnující mimo jiné chemoterapii, autologní transplantaci a radioterapii. Vzhledem k vysoké dávce stresorů předpokládáme, že buňky imunitního systému budou touto terapií dlouhodobě zasaženy a budou předčasně vykazovat známky stárnutí imunitního systému, takzvané imunosenescence. Znaky imunosenescence u starší populace byly studovány především u T lymfocytů, ale jasně stanovený fenotyp se napříč studiemi nevyskytuje. Některé imunosenescentní T buněčné znaky již byly potvrzeny u dlouhodobě přeživších některých dětských hemato-onkologických onemocnění a starších lidí se syndromem geriatrické křehkosti. Hlavním cílem studie bylo analyzovat fenotyp CD4+ a CD8+ T lymfocytů pomocí průtokové cytometrie u dvou skupin přeživších neuroblastomu (přeživší 1-4 roky od diagnózy, přeživší 5+ let od diagnózy), skupiny věkově blízkých zdravých dětí a skupiny starších jedinců. Konkrétně jsme se zaměřili na distribuci CD4+ a CD8+ T lymfocytů do jednotlivých subtypů - naivní, paměťové, paměťové exprimující znak replikativní senescence CD57, terminálně diferenciované lymfocyty exprimující znak replikativní senescence CD57. T lymfocyty jsme dále analyzovali pomocí lineární regrese v závislosti na věku a poté také pomocí redukce dimenzionality pomocí t-SNE. Pro analýzu cytokinů v plasmě jsme použili metodu ELISA a LUMINEX. CD8+ T lymfocyty vykazovaly známky imunosenescence u přeživších 1-4 roky od diagnózy neuroblastomu vysokého rizika díky snížení naivních a zvýšení množství paměťových buněk exprimujících CD57. V této skupině přeživších jsme také detekovali vyšší koncentraci TNF-α v plasmě. Nicméně tyto změny znaků imunosenescence byly pouze dočasné a již nebyly detekovatelné ve skupině přeživších 5+ let od diagnózy. Narozdíl od CD8+ T lymfocytů, CD4+ T lymfocyty nevykazovaly ve svém fenotypu změny podobné imunosenescenci. Současně jsme nepozorovali žádný jiný cytokin, který by svou dynamikou připomínal TNF-α nebo cytokin, jehož koncentrace by byla zvýšena u přeživšch 5+ let od diagnózy. Tato studie odhalila dočasný stav podobný imunosenescenci u CD8+ T lymfocytů a v plasmě přeživších 1-4 roky od diagnózy a díky tomu poskytuje vhled do dynamických změn imunitního systému v první dekádě přežití po terapii neuroblastomu vysokého rizika.

Abstract:

Childhood cancer survivors often experience certain health issues as consequences of the disease and provided treatment. Such health issues are similar to those occurring in the elderly population, likely as a consequence of treatment-related tissue and organ damage and/or chronic inflammation development. Children diagnosed with high-risk neuroblastoma undergo very intensive treatment including chemotherapy, autologous hematopoietic stem cell transplantation, and radiotherapy. Due to the intensive dose of stressors, we hypothesize that cells of the immune system will be affected in the long term and show signs of accelerated aging of the immune system, termed immunosenescence. Markers of immunosenescence in the elderly population have been mostly studied in T cells, but established phenotype does not occur across the studies. Some immunosenescence T cell markers have been already confirmed in long-term survivors of some hematological malignancies and the elderly with diagnosed frailty. The main aim of the study was to analyze the phenotype of CD4+ and CD8+ T cells using flow cytometry in two cohorts of high-risk neuroblastoma survivors (Survivors 1-4years after diagnosis, Survivors 5+years after diagnosis), an age-matched healthy control group, and an elderly group. Specifically, we studied the distribution of CD4+ and CD8+ T cells into individual subtypes - naive, memory, memory expressing replicative senescence marker CD57, TEMRA expressing CD57. Furthermore, we have analyzed the data using age-based linear regression analysis and then also took advantage of dimensionality reduction analysis using t-SNE. To assess the cytokine profile in the plasma of the aforementioned groups, we have implemented ELISA and LUMINEX. CD8+ T cells showed signs of immunosenescence in the Survivors 1-4years since diagnosis of high-risk neuroblastoma through a decrease in naive cells and an increase in memory cells expressing CD57. In this group of survivors, we detected also an increase in the concentration of plasma TNF-α. Nevertheless, these changes in markers of immunosenescence were only transient and were no longer detectable in the Survivors 5+years since diagnosis. Unlike CD8+ T cells, CD4+ T cells did not show any immunosenescence-like changes in their phenotype. Likewise, we did not observe any other cytokine resembling TNF-α dynamics or any cytokine concentration to be increased in Survivors 5+years since diagnosis. This study revealed a transient immunosenescence-like state in CD8+ T cells and plasma of Survivors 1-4 years after diagnosis and thus, provides an insight into dynamic changes of the immune system in the first decade of survivorship after high-risk neuroblastoma treatment.

Keywords

Přeživší dětského onkologického onemocnění, pozdní následky, zrychlené stárnurí, neuroblastom vysokého rizika, imunitní systém, T buňky, imunosenescence, nízký stupeň zánětu, TNF-α, obnova imunitního systému. Childhood cancer survivor, late adverse effects, accelerated aging, high-risk neuroblastoma, immune system, T cell, immunosenescence, low-grade inflammation, immune system recovery.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 12. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 28. 1. 2022
• Supervisor: Mgr. Jan Frič, Ph.D., Mgr. Karel Souček, Ph.D.
• Reader: prof. MUDr. Tomáš Eckschlager, CSc., prof. Carlo E. M. Pucillo

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Biomedical sciences / Biochemistry and Molecular Biology