Proefschrift Maastricht. / Lit. opg. - Samenvatting in het Nederlands.

Pathologische Fatigue wird von PatientInnen mit einem breiten Spektrum immunologischer, (neuro-) inflammatorischer und psychiatrischer Erkrankungen berichtet. Dabei kann Fatigue sowohl ein Zustand ausgeprägter Tagesschläfrigkeit, Energie- und Antrieblosigkeit sein (i.S.v. sickness behavior; häufig beobachtet im Kontext immunologischer und (neuro-)inflammatorischer Prozesse), als auch ein Zustand der Erschöpfung mit einer hohen inneren Anspannung, Antriebshemmung und Einschlafstörungen, welcher typisch für unipolare Depression ist. Um diese auf der physiologischen Ebene diametral entgegengesetzten Zustände auseinanderzuhalten, wurde eine Unterteilung in Fatigue mit Hypoarousal und Fatigue mit Hyperarousal vorgeschlagen (Hegerl et al., 2013). Die zugrundeliegenden Unterschiede des ZNS-Arousal und seiner Regulation können objektiv mittels EEG erfasst werden. Das ZNS-Arousal bildet ein Spektrum globaler Hirnfunktionszustände, die auf der Verhaltensebene von angespannter Wachheit über Ruhewachzustand und Dösigkeit bis in den Tiefschlaf reichen und auf der elektrophysiologischen Ebene unterschiedlichen EEG-Vigilanzstadien entsprechen. Die Mehrheit der gesunden ProbandInnen zeigt während eines 15-minütigen Ruhe-EEG mit geschlossenen Augen einen kontinuierlichen Abfall der Vigilanzstadien bis hin zum Einschlafen; nur wenige verbleiben in höheren Vigilanzstadien oder zeigen einen raschen Abfall in niedrige Stadien. Demgegenüber verbleiben depressive PatientInnen deutlich länger in höheren Vigilanzstadien (hyperstabile Arousalregulation), während bei PatientInnen mit tumorbedingter Fatigue niedrigere Vigilanzstadien früher und häufiger auftreten als bei gesunden Kontrollen (instabile Arousalregulation). Publikation 1: Mehr als 90% der PatientInnen klagen über schwere Fatigue während einer depressiven Episode. Zugleich weist eine Vielzahl klinischer und neurophysiologischer Studien auf eine Assoziation zwischen unipolaren Depressionen und ZNS-Hyperarousal hin – neben der hyperstabilen Arousalregulation gehören auch Hyperaktivität der HPA-Achse und abweichende ANS-Parameter zu den typischen Befunden. Mehrheitlich berichten diese PatientInnen von Schwierigkeiten beim Ein- und Durchschlafen und Müdigkeit im Sinne von Erschöpfung bei innerer Daueranspannung. Gleichwohl werden von einem Teil der PatientInnen verlängerte Schlafzeiten und/oder exzessive Tagesschläfrigkeit angegeben, und während einer Ruhe-EEG-Messung mit geschlossenen Augen erreicht nur ein geringer Anteil niedrige Vigilanzstadien (Hypoarousal). Fragestellung: unterscheiden sich PatientInnen mit Fatigue und mit Hypoarousal hinsichtlich der depressiven Symptomatik von denen ohne Hypoarousal? Methode: Es wurden retrospektive Daten von 102 Patienten mit Fatigue während einer depressiven Episode analysiert. Nach Auswertung der 15-minütigen Ruhe-EEG-Messungen mittels VIGALL 2.1 erfolgte die Zuteilung in Gruppen mit oder ohne ZNS-Hypoarousal welche danach hinsichtlich ihrer Angaben zu Fatigue, depressiven Symptomatik, „trait“ und „state“ Tagesschläfrigkeit und Schlafqualität verglichen worden sind. Ergebnis: Trotz ausgeprägter Fatigue zeigten nur 23.5% Anzeichen der Dösigkeit oder des Schlafbeginns nach 15 Minuten unter schlaffördernden Bedingungen. Was bei doppelt so vielen gesunden ProbandInnen (48,3%; Hegerl, Wilk et al., 2012) und sogar bei 59% einer Patientenstichprobe mit ähnlich schwerer tumorbedingter Fatigue beobachtet wurde (Olbrich et al., 2012). Dass der Rest der Stichprobe in höheren Vigilanz Stadien verblieb, bekräftigte erneut den Befund einer hyperstabilen Arousalregulation bei Depression. Die Gruppe mit Hypoarousal hatte signifikant höhere „state“ und „trait“ Schläfrigkeit, beklagte größere Konzentrationsschwierigkeiten (BDI-II), mehr Energieverlust (BDI-II), und stärkere kognitive Fatigue (MFI-20). Die erfasste Instabilität der Arousalregulation könnte Konzentrationsschwierigkeiten und die damit zusammenhängende kognitive Fatigue erklären. Stärker ausgeprägte Energielosigkeit steht im Einklang mit dem Modell von Hegerl und Ulke (2016), demnach das ZNS-Hypoarousal mit Antriebsmangel und ZNS-Hyperarousal mit Antriebshemmung einhergehen. Demgegenüber waren suizidale Gedanken marginal häufiger (BDI-II; p=.051) in der Gruppe ohne Hypoarousal und eine exploratorische partielle Korrelationsanalyse ergab einen signifikanten Zusammenhang (rho=.27, p=.018) zwischen ZNS-Arousal und dem Auftreten der Selbstmordgedanken, wenn Alter, Geschlecht und BDI-II Gesamtwert als Kontrollvariablen berücksichtigt wurden. Dieser Befund bekräftigt die Rolle des ZNS-Hyperarousal in der Pathophysiologie der suizidalen Gedanken. Publikation 2: Fatigue gehört zu den häufigsten Symptomen einer ganzen Reihe immunologischer und (neuro-) inflammatorischer Erkrankungen wie Krebs, rheumatische Erkrankungen, Morbus Parkinson, Multiple Sklerose. Verschiedene Indikatoren des ZNS-Hypoarousal wie exzessive Tagesschläfrigkeit, kurze Einschlaflatenzen, instabile Arousalregulation und Unterfunktion der HPA-Achse wurden für mehrere dieser Krankheiten aufgezeigt. Gleichzeitig weisen diese Erkrankungen hohe Komorbiditäten zu Depression auf. Fragestellung: Ist bei PatientInnen mit immunologischen/(neuro-)inflammatorischen Erkrankungen und Fatigue das ZNS-Hyperarousal mit höheren Depressionswerten assoziiert? Methode: Daten von 60 ProbandInnen mit Krebs, neuroinflammatorischen und autoimmunen Erkrankungen aus der 60+LIFE Kohorte der LIFE-Adult Studie wurden analysiert. Nach Auswertung der 20-minütigen Ruhe-EEG-Messungen erfolgten Gruppenzuteilung und Vergleich hinsichtlich Fatigue, depressiven Symptomatik, „trait“ Tagesschläfrigkeit und subjektiven Schlafqualität. Ergebnis: Die Gruppe mit ZNS-Hyperarousal erzielte signifikant höhere Depressionswerte, welche vor allem durch depressionstypische Symptome wie z.B. verlängerte Einschlaflatenzen, Niedergeschlagenheit und Anspannung zustande kamen, und nicht lediglich durch Symptome der somatischen Erkrankungen selbst wie z.B. Schmerz oder negative Sicht auf die Zukunft. Obwohl ProbandInnen mit einer aktuellen depressiven Episode ausgeschlossen worden waren, berichteten 7% der Gesamtstichprobe von moderaten bis schweren depressiven Symptomen, weitere 53% gaben leichte depressive Symptome an. Die im Kontext einer depressiven Episode bereits mehrfach bestätigte Assoziation zwischen dem ZNS-Hyperarousal und der depressiven Symptomatik könnte somit bereits im subklinischen Bereich existieren. Die Ergebnisse der vorliegenden Dissertation untermauern die Validität einer ZNS-Arousal geleiteten Differenzierung zweier Fatigue-Subtypen. Studien zur Pathophysiologie der Fatigue und Wirksamkeit therapeutischer Interventionen könnten durch die Berücksichtigung des generalisierten ZNS-Arousal höhere Homogenität innerhalb der Patientengruppen erzielen. Ebenfalls konnte die Rolle des ZNS-Hyperarousal als Marker der Depression wiederholt bestätigt werden.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Zwei Gesichter der Fatigue 1.2 Theoretisches Modell der Arousalregulation des zentralen Nervensystems 1.3 Der Vigilanz Algorithmus Leipzig 1.4 Fatigue und Arousal im Kontext der unipolaren Depression 1.5 Fatigue und Arousal im Kontext immunologischer und (neuro-)inflammatorischer Erkrankungen 1.6 Klinische Relevanz der Differenzierung von zwei Fatigue-Subtypen 1.7 Fragestellungen der vorliegenden Arbeit 2 Publikationen 2.1 Publikation 1 2.2 Publikation 2 3 Zusammenfassung der Arbeit 4 Literaturverzeichnis 5 Darstellung des eigenen Beitrags 6 Selbstständigkeitserklärung 7 Lebenslauf und wissenschaftlicher Werdegang 8 Danksagung

Die Zytokine Interleukin-2 und Interferon-a2a nehmen eine zentrale Stellung bei der Behandlung von Patienten mit metastasierten Nierenzellkarzinomen ein. Im klinischen Teil der Arbeit wurde die Effektivität der Chemoimmuntherapie monozentrisch an 107 Patienten untersucht. Es zeigte sich eine Rate objektiver Remissionen von 22 % (95 % CI 14,6 - 31,3 %) mit einer zusätzlichen Rate an vorübergehenden Stabilisierungen von 46 %. Das mediane Überleben lag bei 19 Monaten mit einer kalkulierten 5-Jahres-Überlebensrate von 17 %. In der multivariaten Analyse zeigte sich eine hochsignifikante Abhängigkeit vom Karnofsky-Performance-Index der Patienten. Bei den 83 Patienten mit einem Karnofsky-Performance-Index von über 80 % lag das mediane Überleben bei 23 Monaten mit einer kalkulierten 5-Jahres-Überlebensrate von 21 %. Diese Untersuchungsergebnisse rechtfertigen eine weitere Prüfung der Kombination von Interleukin-2, Interferon-a2a und 5-Fluorourazil im Rahmen prospektiver klinischer Studien. In Weiterentwicklung der klinischen Aspekte zur Zytokin-basierten Immuntherapie war es die Aufgabenstellung des experimentellen Teils dieser Arbeit, die Bedeutung von 70 kDa Hitzeschockproteinen (HSP70) beim Nierenzellkarzinom zu untersuchen. Neben ihrer Funktion im Rahmen der zellulären Stressverarbeitung haben Mitglieder der HSP70-Familie (HSP72 und HSP73) eine außerordentliche Bedeutung für tumorimmunologische Fragestellungen erlangt, die sich aus der immunologischen Signalfunktion, der HSP72-vermittelten Interaktion von immunologischen Effektorzellen und Tumorzellen und der Beteiligung von HSP70 an der Peptidprozessierung in malignen Zellen ergeben. An einer Nierenkarzinomzelllinie und an Primärzellen von Nierenkarzinomen konnte die HSP72-Oberfächenexpression durchflusszytometrisch auf der Tumorzelloberfläche nachgewiesen und an der Zelllinie mit einer erhöhten Lyse der Tumorzellen durch Interleukin-2 stimulierte NK-Zellen korreliert werden. Im Gegensatz zu bisherigen Literaturbefunden zeigte sich in diesem Modell jedoch, dass die Membranexpression von HSP72 nicht nur auf maligne Zellen beschränkt, sondern auch bei renalen Zellen aus Normalgewebe nachzuweisen war. In einer immunhistochemischen Studie zur basalen, zytoplasmatischen HSP72-Expression zeigte sich univariat eine signifikante Korrelation einer hohen HSP72-Expression und dem Überleben der Patienten. In einer multivariaten Analyse konnte das Ausmaß der HSP72-Expression als unabhängiger prognostischer Parameter identifiziert werden, der auch mit dem Ansprechen auf eine Chemoimmuntherapie korreliert. Die klinische Etablierung spezifisch wirksamer Vakzinen nimmt eine zentrale Rolle bei der Entwicklung neuer Behandlungsmethoden des metastasierten Nierenzellkarzinoms ein. Dabei spielen Vakzinen auf der Basis von HSP-Peptid-Vakzinen eine besondere Rolle. Ein weiterer Bestandteil der experimentellen Arbeiten war daher in der Entwicklung einer Methode zur Aufreinigung von HSP70-Peptid-Komplexen. Mit der ADP-Affinitätschromatographie konnte eine Methode zur Anwendung gebracht und patentiert werden, durch die sich HSP70-Peptid-Komplexe aus Tumorzellen anreichern lassen. Die HSP70-Peptid-Komplexe sind einerseits für HSP-basierte Vakzinekonzepte verfügbar oder können andererseits für die Identifikation und Charakterisierung HSP70-gebundenener biologisch-aktiver (immunogener) Peptide genutzt werden. Die vorliegenden Untersuchungsergebnisse demonstrieren, dass HSP72 per se eine prognostische Bedeutung beim Nierenzellkarzinom besitzt und weisen auf die potentielle Bedeutung von HSP72 als immunologische Zielstruktur hin. Die Resultate stellen neue Ansätze zum tieferen Verständnis der immunogenen Eigenschaften des Nierenzellkarzinoms dar und liefern Ausgangspunkte für die Etablierung innovativer Vakzinationskonzepte bei der Behandlung des fortgeschrittenen Nierenzellkarzinoms. / The cytokines interleukin-2 and interferon-a2a are of central importance in the treatment of patients with metastatic renal cell cancer. In the clinical part of the thesis the efficacy of chemoimmunotherapy was investigated monocentrically on 107 patients. It appeared a rate of objective remissions of 22% (95% CI 14.6 - 31.3%) and an additional rate of temporary disease stabilisations of 46%. The median survival was 19 months, with a calculated 5-year survival rate of 17%. Multivariate analysis revealed a highly significant dependence on the Karnofsky-Performance-Index of the patients. In 83 patients with Karnofsky-Performance-Index over 80% the median survival was 23 months, with a calculated 5-year survival of 21%. These results justify the further investigation of the combination of interleukin-2, interferon-a2a, and 5-fluorouracil in prospective clinical studies. In the context of the clinical aspects of cytokine-based immunotherapy it was the task of the the experimental part of the study to investigate the importance of 70 kDa heat shock proteins (HSP70) in renal cell cancer. Besides their function in cellular stress processing, members of the HSP70 family (HSP72 and HSP73) are especially important for answering questions of tumor immunology resulting from their immunological signal function, the HSP72-mediated interaction of immunological effector cells with tumor cells, and from the involvement of HSP70 in peptide processing in malignant cells. On the basis of a renal cancer cell line and of primary cells of renal carcinomas the HSP72 expression on the surface of tumor cells could be demonstrated by flow cytometry and correlated with an increased lysis of tumor cells on the cell line by interleukin-2 stimulated natural killer cells. In contrast to the findings so far reported in the literature, the present model revealed that the membrane expression of HSP72 was not limited to malignant cells but was detectable in renal cells of normal tissue too. In an immunohistochemical study on basal cytoplasmatical HSP72 expression, a univariate analysis showed a significant correlation of high HSP72 expression and patient survival. In a multivariate analysis the extent of the HSP72 expression could be identified as an independent prognostic parameter that was also correlated with the response of patients to chemoimmunotherapy. The clinical establishment of specifically effective vaccines plays a central part in the development of new treatment strategies for metastatic renal cell cancer. In this context, vaccines on the basis of HSP-peptides are of special interest. Therefore, the experimental part of the work was also aimed at developing a method for enriching HSP70-peptide complexes. With ADP affinity chromatography a method for concentrating HSP70-peptide complexes from tumor cells was created, which proved to be usable and was patented. On the one hand, HSP70-peptide complexes can be used for HSP-based vaccine programmes, on the other hand, they can serve for identifying and characterizing HSP70-bound biologically active (immunogenic) peptides. The present findings demonstrate that HSP72 per se has a prognostic value in renal cell cancer and point to the potential importance of HSP72 as an immunological target structure. The results represent new approaches to a deeper understanding of the immunological properties of renal cell carcinoma and give a basis from which to establish innovative vaccination programmes for the treatment of advanced renal cell carcinoma.

Recent clinical findings in chronic myeloid leukemia (CML) patients suggest that the risk of molecular recurrence after stopping tyrosine kinase inhibitor (TKI) treatment substantially depends on an individual’s leukemia-specific immune response. However, it is still not possible to prospectively identify patients that will remain in treatment-free remission (TFR). Here, we used an ordinary differential equation (ODE) model for CML, which explicitly includes an anti-leukemic immunological effect and applied it to 21 CML patients for whom BCR-ABL1/ABL1 time courses had been quantified before and after TKI cessation. Immunological control was conceptually necessary to explain TFR as observed in about half of the patients. Fitting the model simulations to data, we identified patient-specific parameters and classified patients into three different groups according to their predicted immune system configuration ('immunological landscapes”). While one class of patients required complete CML eradication to achieve TFR, other patients were able to control residual leukemia levels after treatment cessation. Among them were a third class of patients, that maintained TFR only if an optimal balance between leukemia abundance and immunological activation was achieved before treatment cessation. Model simulations further suggested that changes in the BCR-ABL1 dynamics resulting from TKI dose reduction convey information about the patient-specific immune system and allow prediction of outcome after treatment cessation. This inference of individual immunological configurations based on treatment alterations can also be applied to other cancer types in which the endogenous immune system supports maintenance therapy, long-term disease control or even cure.