Förutsäga överlevnad med hjälp av kliniska riskresultat och icke-hla immunogenetik | benmärgstransplantation

Förutsäga överlevnad med hjälp av kliniska riskresultat och icke-hla immunogenetik | benmärgstransplantation

Anonim

ämnen

  • cancer
  • Genetikforskning
  • Riskfaktorer
  • Translational research

Abstrakt

Tidigare studier av icke-histokompatibilitet leukocytantigen (HLA) -gen-nukleotid-polymorfismer (SNP) på undergrupper av patienter som genomgick allogen hematopoietisk stamcellstransplantation (HSCT) avslöjade en associering med transplantationsresultat. Denna studie utvärderade vidare föreningen mellan icke-HLA-polymorfismer och total överlevnad i en kohort av 762 HSCT-patienter med användning av data om 26 polymorfismer i 16 icke-HLA-gener. När det ses utöver en redan fastställd klinisk riskpoäng (EBMT-poäng), tre polymorfismer: rs8177374 i genen för MyD88-adapterliknande (MAL; P = 0, 026), rs9340799 i östrogenreceptorgenen ( ESR ; P = 0, 003) ) och rs1800795 i interleukin-6 (IL-6; P = 0, 007) befanns vara associerade med reducerad total överlevnad, medan haplo-genotypen (ACC / ACC) i IL-10 var skyddande ( P = 0, 02). Tillsatsen av dessa icke-HLA-polymorfismer i en Cox-regressionsmodell tillsammans med EBMT-poäng förbättrade diskrimineringen mellan riskgrupper och ökade nivån på förutsägelse jämfört med EBMT-poängen enbart (ökning i förutsägelseförmåga för EBMT-genetisk poäng 10, 8%) . Resultaten visade också hur förändringar i klinisk praxis genom tid har förändrat effekterna av icke-HLA-analys. Studien illustrerar betydelsen av icke-HLA-genotypning före HSCT och vikten av ytterligare undersökning av icke-HLA-genpolymorfismer i riskprognos.

Introduktion

Hematopoietisk stamcellstransplantation (HSCT) är den största botande terapin vid störningar i blodet och immunsystemet. Men överlevnadshastigheten hos patienter med HSCT har legat kvar på 40–60% under de senaste två decennierna på grund av komplikationer efter transplantation inklusive infektion, GvHD och återfall.

Fem relevanta kliniska faktorer som påverkar transplantationsframgången hos patienter med hematologiska störningar, inklusive CML, ALL och AML, har identifierats av European Group for Blood and Marrow Transplantation (EBMT). Dessa riskfaktorer (EBMT-faktorer) är patientålder, syskondonator / matchad oberoende donator (MUD), patient-givarkönskombination, sjukdomsstadium och tid från diagnos till transplantation. En klinisk riskpoäng (EMBT-poäng) med användning av EBMT-faktorerna föreslogs för att underlätta förutsägelse och förebyggande av komplikationer efter transplantation. 1, 2, 3, 4

Tidigare genetiska föreningsstudier har antytt att förutom HLA-gener kan icke-HLA-gener också ha en viktig roll i transplantationsresultatet. Hittills har dessa studier med enkel-nukleotidpolymorfismer (SNP) använt små undergrupper av patienter. 5, 6, 7, 8, 9 Även om genomomfattande föreningsstudier har utförts har 10 inga SNP-genotyper hittills tydligt identifierats som kunde användas för att förutsäga resultatet.

I denna studie bedömde vi föreningen mellan kandidatpolymorfismer och total överlevnad med användning av en stor kohort av patienter som genomgick HSCT. Målet var att identifiera icke-HLA-SNP med påverkan på den övergripande överlevnaden när den ses utöver den redan etablerade EBMT-poängen. Förutsägelseskapacitet utvärderades också. Eftersom förändringar i transplantationsprotokoll kan påverka transplantatens resultat tog studien också hänsyn till transplantationsdatum.

Material och metoder

patienter

Totalt 762 patienter med maligna hematologiska sjukdomar, med fullständiga data om EBMT-faktorerna 1, 3, 4 och med känt dödsdatum eller sista kontakt, inkluderades i studien. Dessa patienter transplanterades mellan november 1983 och december 2005 vid sju europeiska transplantationscentra. Patienterna och givarna gav informerat samtycke till att delta i studien i enlighet med Helsingforsdeklarationen och EBMT-riktlinjerna. Protokollet godkändes av den lokala forskningsetiska kommittén vid koordineringscentret (Newcastle upon Tyne, Storbritannien). Uppföljningstiden var mellan 7 månader och 20 år, med en median på 5–6 år. Patient- och givaregenskaper presenteras i tabell 1. Sammantaget inträffade döden hos 399 patienter (52%). Dödsorsaker var återfall (41%), GvHD (18%), infektion (18%), multipel organsvikt (5%), akut andningsbesvärssyndrom (4%), veno-ocklusiv sjukdom (2%), interstitiellt pneumonit (1%) och andra (11%). Majoriteten av kohorten efter år 2000 hade vävnadstyp med hög upplösning för HLA klass IA, B, C och klass II DP, DQ och DR.

Full storlek bord

Kandidat-icke-HLA-polymorfismer

DNA framställdes från arkiverade frysta perifera mononukleära blodceller. Genotypning outsourcerades till Kbioscience (//www.kbioscience.co.uk) som använde fluorescensbaserad konkurrerande PCR-teknik och utformade analyser för SNP: er baserade på DNA-sekvensen (50 baser) på båda sidor om SNP. Genotyper fanns tillgängliga för 743 patient-donatorpar på följande gener: CD14 , CD91 , C3 , ESR1 , GCR , HSP70-hom , IFNG , IL1RN , IL4 , IL-6 , IL-10 , IL12B , IL13 , LOX1 , MAL , MDR1 , NOD2 , TNF , TNFRSF1B och VDR (tabell 2). Kandidat-SNP valdes enligt fynd på mindre patientkohorter av vårt samordningscenter i Newcastle ( ESR1 , 11 IFNG , 12 IL1RN , 13 IL4 , 14 IL-6 , 15, 16 IL-10 , 17 IL13 , 18 TNF , 19 TNFRSF1B 20 och VDR 21 ). SNP: er valdes också enligt fynd från andra grupper i HSCT ( MAL , 22 MDR1 23, 24, 25 och NOD2 26 ) och enligt tidigare sjukdomsassocieringsstudier i autoimmun ( CD14 , 27 GCR , 28, 29 HSP70-hom 30 och IL12B 31 ) eller inflammatorisk sjukdom (och nyligen visat sig avregleras i en råttmodell för GvHD: 32 C3 , 33 LOX1 34 och CD91 35 ).

Full storlek bord

Statistisk analys

Kliniska skillnader i patienter som behandlades fram till och efter 2000 bedömdes med hjälp av Fishers exakta test. Denna tidsfördelning valdes eftersom transplantationsprotokoll ändrades vid den tiden med införandet av Imatinib och en efterföljande ökning av överlevnadshastigheten. 2

Bialleliska SNP beaktades under de additiva, dominerande och recessiva arvsätten 10 (kompletterande avsnitt A). I modellerna användes varje SNP med läget som visar den starkaste föreningen med överlevnad.

Generna HSP70-hom , IL12B och MDR1 och GCR-haplotyp utesluts från analysen på grund av saknade genotyper (> 33%). Totalt 26 polymorfismer från 16 gener fanns tillgängliga för analys (tabell 2).

En effekt på 80% i kohorten med 52% dödsfall uppnåddes för SNP i ett tillsatsläge för provstorlekar n300, MAF (mindre allelfrekvens)> 15% och ett förväntat riskförhållande (HR) 1, 50. I ett dominerande läge uppnåddes denna effekt för n 400. I ett recessivt läge uppnåddes detta för n  500, MAF25% och HR 2, 00. Några SNP: er med en MAF <10% (det vill säga IL-6 rs1800796, LOX1 rs11053646 och de tre SNP: erna i NOD2) hade en mycket låg effekt vid alla inställningar; ändå behöll vi dessa SNP för ytterligare analys.

Sammankoppling av riskpoäng för överlevnad

EBMT-riskpoängen (EBMT-poäng) härleddes genom summering av EBMT-faktorerna. 1, 3, 4 EBMT-poängen implementerades därefter i analyser på ordinär skala (låg till hög risk 0–7). Den ytterligare effekten av varje enskild polymorfism utvärderades med användning av separata Cox-regressionsmodeller. Sannolikhetsförhållandestestet tillämpades för att jämföra en Cox-regressionsmodell inklusive EBMT-poäng och en polymorfism till en modell som endast inkluderade EBMT-poäng; en nominell P- värde av 0, 05 användes. Analyser utfördes för kohorten som helhet såväl som för flera undergrupper.

Med hjälp av stegvis val byggde vi en ytterligare Cox-regressionsmodell för att fastställa om flera icke-HLA-polymorfismer förbättrade modellen när den laddades in med EBMT-poängen (α = 0, 05 för variabel post och α = 0, 10 för variabel borttagning 36 ). Alla tillgängliga polymorfismer valdes som kandidater i denna procedur. HR: er och 95% konfidensintervall (95% CI) rapporterades.

En ny riskpoäng (EBMT-genetisk poäng) utvecklades med hjälp av den senaste Cox-regressionsmodellen. Betyget härleddes genom att summera den kliniska EBMT-poängen och de genetiska poäng som gavs för polymorfismerna. De senare erhölls genom att dela respektive regressionskoefficienter med koefficienten för EBMT-poängen och avrunda till närmaste heltal 37 (kompletterande avsnitt B).

Bedömning av förutsägelse

Två statistiska tillvägagångssätt användes för att bedöma riskbedömningen av förutsägelseförmågan: concordance index (C-index) 3, 4, 38, 39, 40 och r2- mätningen av vinsten i förutsägelse. 41 C-indexet mäter överenskommelsen mellan riskpoäng och observerad överlevnadstid. En högre riskpoäng bör motsvara en kortare observerad överlevnadstid. Ett C-index = 0, 5 innebär att en riskpoäng inte har någon prediktiv diskriminering, medan C-index = 1 innebär maximal prediktiv diskriminering. U- statistik 40 användes också för att testa om EBMT-genetisk poäng var bättre än EBMT-poäng vad gäller överensstämmelse med observerad överlevnadstid. Dessutom användes r2 för att kvantifiera förbättringen i förutsägelse 41 av den nya EBMT-genetiska poängen jämfört med EBMT-poängen. Detta mått är en kombination av 0, 632 bootstrap-uppskattningen av förutsägelsefel 42 och den förklarade variationen med användning av Schoenfeld-rester 43, 44 (se kompletterande avsnitt C). Större värden på r (> 0%) betyder att EBMT-genetisk poäng korrekt förutsäger resultat oftare än EBMT-poäng. r 2 = 0% betyder att båda poängen har motsvarande förutsägelseförmåga och r 2 = 100% betyder att EBMT-genetiska poängen har perfekt förutsägbar förmåga (det vill säga de förutsagda och de faktiska resultaten alltid överens).

Resultat

Kliniska egenskaper

Sextio procent av patienterna genomgick HSCT efter år 2000. Det fanns bevis för att efter 2000 involverade transplantationer fler patienter och givare över 40 år, fler HLA-MUD, mer lymfom, fler givarceller från perifert blod, mer senare- scensjukdom, mer T-cellutarmning och mer konditionerad reducerad intensitet (tabell 1).

Det fanns ingen signifikant centrumeffekt på överlevnaden totalt (sannolikhetsförhållandestest, P- värde = 0, 49).

Sammankoppling av EBMT-riskpoäng och enstaka polymorfismer med övergripande överlevnad

EBMT-poäng 1, 3, 4 var signifikant förknippad med total överlevnad (HR = 1, 16, 95% Cl = 1, 09–1, 24, P <0, 001).

De tio bästa kandidatpolymorfismerna förknippade med total överlevnad i hela kohorten, medan de kontrollerade för EBMT-poäng, anges i tabell 3. IL-10-haplotypen i givare visade den lägsta P- värdet och närvaron av ACC / ACC var skyddande ( HR = 0, 48, 95% Cl = 0, 29–0, 80, sannolikhetsförhållande test P- värde = 0, 002). Denna haplotyp var också den enda polymorfism som signifikant förknippades med överlevnad i alla undergrupper (kompletterande tabell 1). Nio av de tio polymorfismerna rankades också högst bland patienter utan T-cellutarmning och med myeloablativa konditioneringsregimer. IL-10-haplotyp, IL-10 rs1800896 (G), IL4 rs2243250 (T) och IL-6 rs1800797 (A) i donatorer, ESR1 rs2234693 (C) och GCR rs33388 (T) hos patienter observerades hos över 50% av de bedömda kliniska undergrupper.

Full storlek bord

Associering och förutsägelse av flera polymorfismer med överlevnad

Efter stegvis val innehöll den slutliga modellen EBMT-poäng och fyra utvalda polymorfismer ( n = 419 på grund av saknade genotyper). Närvaron av haplo-genotyp ACC / ACC av IL-10 i givare var skyddande mot patientens död (HR = 0, 49, 95% Cl = 0, 26–0, 89, P- värde = 0, 020). Dödsrisken ökade med ett ökat antal T-alleler i MAL rs8177374 hos patienter (tillsats, HR = 1, 34, 95% CI = 1, 04-1, 74, P- värde = 0, 026), med närvaro av allel G i ESR1 rs9340799 hos patienter (dominerande, HR = 1, 52, 95% Cl = 1, 15–2, 01, P- värde = 0, 003), och med det ökade antalet C-alleler i IL-6 rs1800795 i givare (tillsats, HR = 1, 29, 95% Cl = 1, 07– 1, 55, P- värde = 0, 007; Tabell 4, kompletterande figur 1).

Full storlek bord

Tre av fyra av dessa polymorfismer var signifikant associerade med döden på grund av återfall. Dessutom var MAL rs8177374 associerad med dödsfall på grund av GvHD och IL-6 rs1800795 associerades med dödsfall på grund av infektion (kompletterande tabell 2).

När den multivariata Cox-regressionsmodellen (tabell 4) jämfördes med en modell innehållande EBMT-poängen enbart, indikerade de uppskattade r2 för förstärkning i förutsägelse en 5, 1% ökning i förutsägelseförmåga genom att lägga till de fyra polymorfismerna (separat) till EBMT- Göra.

Jämförelse av EBMT-genetisk poäng och EBMT-poäng

Den nya EBMT-genetiska poängen, härledd genom summering av de individuella riskvärdena (kompletterande avsnitt B), varierade från 1 till 15. Poängen grupperades i fem distinkta kategorier enligt de observerade grupperingarna av Kaplan – Meier överlevnadskurvor (resultat inte visad). Cox-regressionsmodellen, med fem ordnade kategorier av EBMT-genetisk poäng, avslöjade ökande HR: er med ökande EBMT-genetisk poäng ( n = 419, tabell 5). Riskvärdena för EBMT-genetisk poäng visade en tydligare separation av överlevnadskurvorna jämfört med värden för EBMT-poängen (kompletterande figur 2).

Full storlek bord

Kaplan – Meier-kurvor för EBMT-genetisk poäng planerades för att fastställa om EBMT-genetisk poäng är lämpligt för de kliniska undergrupperna: sjukdomsdiagnos, syskondonator / MUD, T-cellutarmning, konditioneringsregim och år för transplantation. Tomterna visade konsekvent att poäng med högre risk motsvarade lägre överlevnad (kompletterande figur 3).

För hela kohorten motsvarade den högre EBMT-genetiska poängen kortare observerade överlevnadstider jämfört med EBMT-poängen ( U- statisk P- värde <0, 001, tabell 6). Detta visade sig också vara fallet i undergrupper av patienter som transplanterades före och efter 2000. Uppskattning av vinsten i förutsägelseförmåga indikerade att det fanns fördel i att använda den enstaka EBMT-genetiska poängen ( r 2 = 10, 8%, tabell 6) över föregående modell innehållande EBMT-poäng och fyra separata polymorfismer ( r 2 = 5, 1%).

Full storlek bord

Kaplan – Meier överlevnadskurvor för EBMT-poäng och EBMT-genetisk poäng före och efter 2000 ( n = 419) visas i figurerna 1a – d. Jämfört med EBMT-poängen urskiljer EBMT-genetisk poäng bättre överlevnadskurvorna och en högre poäng motsvarar konsekvent en lägre överlevnadssannolikhet. Det var också uppenbart att när de använde EBMT-genetisk poäng hade de som behandlats efter 2000 förbättrat möjligheterna att överleva i jämförelse med de som behandlats före 2000 (figur 1c och d). För de med lägsta poäng (1–6) var 3-års överlevnad 85 respektive 95% för patienter som behandlades före respektive efter 2000; för de med högsta poäng (13–15) var 1-års överlevnad 15 respektive 42% för patienter som behandlades före respektive efter 2000.

Image

Kaplan – Meier-kurvor för patienter som genomgår HSCT fram till och efter år 2000 ( n = 419) i 5 års uppföljning ( a ) EBMT-poäng före 2000, ( b ) EBMT-poäng efter 2000, ( c ) EBMT-genetiska -poäng före 2000 och ( d ) EBMT-genetiska poäng efter 2000.

Bild i full storlek

Diskussion

Syftet med detta arbete var att studera effekten av icke-HLA-polymorfismer på total överlevnad för HSCT-patienter utöver EBMT-poängen. I vår studie var IL-10-promotorn haplo-genotyp ACC / ACC hos givare en av de viktigaste polymorfismerna förknippade med förbättrad total överlevnad. IL-10 är ett viktigt cytokin i regleringen av immunsvaret. Det kan emellertid ha en stimulerande effekt på B-celler, vilket ökar MHC-klass II-expression och antikroppsproduktion. IL-10-haplotyper har visats korrelera med IL-10-proteinproduktion, 45 med GCC-haplotypen associerad med den högsta IL-10-produktionen.

ATA / ACC-genotypen har identifierats som en skyddande faktor för total överlevnad hos CML-patienter med syskondonatorer. 9 SNP rs1800872 (A) och haplotyp ACC hos patienter har visat sig visa en stark förening med svår akut GvHD (aGvHD III – IV) hos patienter med matchade relaterade givare. 7, 10 I hela vår kohort visade sig IL-10-promotor haplo-genotyp ACC / ACC hos givare vara signifikant associerad med ökad överlevnad, medan SNP rs1800872 (A) hos patienter endast avslöjade gränsförening. ACC / ACC-genotypen i givaren är associerad med mellanproduktion av IL-10 och ACC-haplotypen har visat sig vara skyddande vid aspergillos. 46 AA-genotypen av IL-10 rs1800872 hos patienten är associerad med en minskad risk för aGvHD 47 och en ökad risk för mortalitet utan återfall. detta bekräftades i uppföljande genomomfattande föreningsstudier. 10, 48 Dessutom befanns närvaron av GG-genotypen av IL-10 rs1800896 i patienten vara associerad med risken för kronisk GvHD. 49

Vidare upptäckte vi att MAL rs8177374 (T) hos patienter är förknippad med minskad total överlevnad medan parallella mindre studier har rapporterat att förekomsten av T-allelen i givare resulterade i mindre kronisk GvHD och en minskning av transplantationsrelaterad dödlighet. Dessutom var närvaron av T-allelen hos patienter associerad med en ökad risk för återfall. 50 Vår studie avslöjade ett starkt samband mellan förekomsten av T-allelen och återfall och en ökad risk för dödsfall hos patienter som återfaller. Dessutom var T-allelen starkt associerad med GvHD. T-allelen betraktas i litteraturen som den inflammatoriska allelen, och T-heterozygota individer har ökat skydd mot infektion. Intressant nog avslöjade en annan studie att patienter transplanterade från givare med T-allelen har en lägre förekomst av svampinfektioner, aGvHD och förbättrad total överlevnad. 22 MAL-protein identifierades ursprungligen i mellanliggande och sena stadier av T-lymfocytdifferentiering 51 och MAL-mRNA-uttrycket visade sig också vara relaterat till differentiering i urotelceller, neuronala celler 52, 53 och matstrupsepitel. 54 MAL-A-varianten som innehåller alla fyra exoner uttrycks rikligt i perifera blodlymfocyter 55 och uttrycks positivt i mag-tarmkanalen, luftvägarna och det hematopoietiska systemet. MAL är viktigt i det medfödda immunsvaret, det är involverat i avgiftsliknande receptorsignalering, 56 så det kan vara viktigt i utvecklingen av aGvHD i mottagaren.

Vår studie indikerade också att ESR1 rs9340799 (G) hos patienter är förknippad med minskad överlevnad. G-allelen har tidigare rapporterats ha samband med minskad överlevnad och ökad risk för aGvHD hos patienter med HLA-matchade syskon. 11 ESR1 tros hämma IL-6-produktion. 57

Vidare fann vi IL-6 rs1800795 (C) hos givare att vara förknippade med minskad total överlevnad. G-allelen hos patienter och / eller givare har rapporterats genom genombredda föreningsstudier som en riskfaktor för både aGvHD och kronisk GvHD hos patienter med HLA-matchade relaterade 10, 21 och icke-relaterade 10 donatorer. I vår studie fanns det bevis på en ökad risk för aGvHD hos patienter som transplanterats från givare med C-allelen närvarande. Bland dessa patienter hade de som transplanterats före 2000 bevis på minskad överlevnad jämfört med de som transplanterades senare (kompletterande figur 4a), möjligen till följd av en högre frekvens av standard myeloablativ konditionering före 2000.

G-allelen för detta SNP rapporteras korrelera med högre serum-IL-6-nivåer vid systemisk början juvenil kronisk artrit. 58 CC-genotypen har emellertid associerats med högre nivåer av IL-6 vid polymyalgi rheumatica. 59 Det kan därför hända att ökade nivåer av IL-6 i vår kohort förvärrade den inflammatoriska miljön, vilket ledde till ökade transplantationsrelaterade komplikationer såsom infektion och sämre överlevnad.

Vi har också visat att polymorfismer modellerade via Cox-regression, antingen i en gemensam modell med EBMT-poängen eller kombinerad med den senare som en enda EBMT-genetisk poängfaktor, bidrar till en bättre diskriminering av riskgrupperna (C-index) och öka förutsägelsen för överlevnad ( r 2 ) jämfört med EBMT-poängen enbart. Förändringar i HSCT-kliniska protokoll under 2000 förbättrade patientens överlevnad kraftigt. Övervägandet av en EBMT-genetisk poäng markerade en förbättring av överlevnaden, särskilt för dem med högre risk för dödsfall. Fler transplantationer från MUD utfördes efter 2000 och det kan hävdas att förbättringen i överlevnad för patienter med högrisk icke-HLA-genotyper beror på den förbättrade kvaliteten på HLA-matchning efter 2000. Men ingen skillnad i överlevnad var tydlig mellan syskon eller MUD-patienter transplanterade efter 2000 (kompletterande figur 4b).

Dessutom har en ny granskning visat att andra kliniska faktorer före transplantation (till exempel CMV-status och Karnofsky-prestationsresultat) också har en roll i överlevnaden och kan användas tillsammans med EBMT-poäng. 4

Sammanfattningsvis antar vi att implementering av riskpoäng för riskbedömning före transplantation från kliniska och genetiska faktorer förbättrar förutsägelsen om total överlevnad för patienter som genomgår HSCT. Potentialen att överväga icke-HLA-polymorfismer i riskbedömning före transplantation är uppenbar med de lovande resultaten för polymorfismer i generna IL-10 , MAL , ESR1 och IL-6 . Ytterligare undersökningar av riskbedömning före transplantation kan också innehålla andra potentiella prediktorer såsom mRNA och mikroRNA-uttryck. 60

Kompletterande information

Word-dokument

  1. 1.

    Kompletterande tabell 1

  2. 2.

    Kompletterande tabell 2

  3. 3.

    Kompletterande information

  4. 4.

    Kompletterande information

Bildfiler

  1. 1.

    Kompletterande figur 1

  2. 2.

    Kompletterande figur 2

PDF-filer

  1. 1.

    Kompletterande figur 3

  2. 2.

    Kompletterande figur 4

    Kompletterande information åtföljer detta dokument på webbplatsen för benmärgstransplantation (//www.nature.com/bmt)