Neutrophil biology in chronic lymphocytic leukaemia and infections

Bacterial infections are the leading cause of morbidity and mortality in patients
suffering from Chronic Lymphocytic Leukaemia (CLL). CLL is characterised by
accumulation of malignant B-cells in the peripheral blood and neutrophils are crucial
to fight off infections. However, the contribution of neutrophils during the antibacterial
response in CLL has not been elucidated. This study has employed a murine adoptive transfer model by intravenously injecting splenocytes from Eμ-TCL1 transgenic mice into syngeneic wildtype mice. We found CLL B-cells in lymphoid as well as non-lymphoid organs, such as the urinary bladder and the lung. Proteome and flow cytometric analysis of neutrophils from CLL mice showed a rather mature and activated phenotype through enhanced frequencies of CD11b+, CXCR2+ and ICAM1+ and decreased frequencies of CXCR4+ and CD62L+.Such aberrant neutrophil phenotype coincided with a severe urinary tract infection (UTI) after inoculating uropathogenic E.coli (UPEC). Also in this murine infection model, neutrophils showed an activated and functionally altered neutrophil phenotype
in CLL. The phenotype of neutrophils showed enhanced TGF-bRI, CD62L, cKit and
CXCR4 frequencies and was immunosuppressed and immature at the site of
infection. Moreover, the phagocytic function of neutrophils was diminished during
CLL and MPO levels declined in neutrophils of CLL mice. Additionally, neutrophil
numbers during UTI inversely correlated with bacterial burden in CLL indicating a
recruitment defect. However, migratory defects in neutrophils from CLL were not
found in a 3D-in vitro migration assay. Finally, phenotypical characterization of
neutrophils from untreated CLL patients confirmed the murine findings by showing
decreased frequencies of CD10+, CXCR4+ and CD62L+ and increased frequencies of ICAM1+ and PDL1+.In conclusion, this study provides comprehensive evidence on the functional alterations in the phenotype of neutrophils as well as modulation of the antibacterial response by neutrophils in CLL. Restoration of neutrophil function in CLL might serve as a therapeutic intervention to reduce infection-related morbidity and mortality in CLL patients. Future experiments are required to identify neutrophil-specific targets to improve the antibacterial response during CLL. Conclusively, these data suggest that neutrophils are functionally aberrant in mice and humans. This study also reveals increased expression of TGF-b and TGF-bRI molecules on neutrophils indicating a potential mechanism for impaired functionality of neutrophils in CLL. Finally, translational data confirmed the aberrant neutrophil phenotype in human subjects suggesting that therapeutic restoration of the canonical phenotype and function in CLL patients might reduce the risk of severe infections and mortality during CLL.

In Patienten mit chronisch lymphatischer Leukämie (CLL) sind bakterielle Infektionen im klinischen Alltag die Hauptursache für Komplikationen und Todesfälle.
Charakteristisch für CLL ist die klonale Expansion bösartiger B-Zellen im
Knochenmark und ihre Akkumulation in der Zirkulation. Neutrophile Granulozyten
sind zentrale Effektorzellen in der Bekämpfung von Infektionen, dennoch wurde ihre
Beteiligung an der erhöhten Infektionslast bei CLL-Patienten nicht erforscht. Die vorliegende Studie hat ein murines adaptives Transfermodell verwendet, bei dem
Splenozyten aus Eμ-TCL1 Mäusen intravenös in syngene Kontroll-Mäuse appliziert
wurden. CLL B-Zellen konnten sowohl in den lymphoiden wie auch in nichtlymphoiden Organen, wie der Harnblase und der Lunge, gefunden werden.
Proteomische und durchflusszytometrische Analysen haben gezeigt, dass CLL
Neutrophile im Vergleich zu Wildtyp Neutrophilen einen reiferen und aktivierteren
Phänotypen anhand der höheren Anteile von CD11b+, CXCR2+ und ICAM+ Zellen
und der verminderten Anteile von CXCR4+ und CD62L+ Zellen aufweisen. Dieser
ungewöhnliche Phänotyp ging einher mit einer starken Blaseninfektion, induziert
durch die Inokulation uropathogener E.coli (UPEC). Dieses Infektionsmodell konnte
den aktivierteren Phänotyp der Neutrophilen reproduzieren und zusätzlich eine
geringere Funktionalität der Neutrophilen in CLL-Bedingungen zeigen. Phänotypisch
gab es höhere Anteile von TGF-bRI+, CD62L+, cKit+ und CXCR4+ Neutrophilen, die am Infektionsherd einen immunsupprimierteren und unreiferen Phänotypen zeigen. Des Weiteren war die Phagozytose Leistung und die MPO Produktion der
Neutrophilen in CLL reduziert. Die negative Korrelation der Neutrophilenanzahl mit
der Bakterienlast im Harnwegsinfektionsmodell, weist auf einen Rekrutierungsdefekt
in der CLL hin. In einem 3D-in vitro Migration Assay konnte jedoch gezeigt werden,
dass die Migration der CLL Neutrophilen nicht verändert war. Die phänotypische Charakterisierung von humanen CLL-Neutrophilen konnte den bisherigen Phänotypen aus der murinen Studie anhand der verringerten Anteile von CD10+, CXCR4+ und CD62L+ und der erhöhten Anteile von ICAM+ und PDL+ bestätigen.
Zusammenfassend ergibt diese Studie, das sowohl murine wie auch humane
Neutrophile in CLL funktional von gesunden Neutrophilen abweichen. Darüber
hinaus verweist die erhöhte Expression von TGF-b und TGF-bRI auf Neutrophilen,
auf einen möglichen Mechanismus, welcher die verminderte Funktionalität der
Neutrophilen in CLL vermittelt. Diese translationalen Daten, aus dem klinischen
Alltag, und der Grundlagenforschung an Mäusen, bestätigen den abweichenden
Phänotyp der Neutrophilen ebenfalls in der humanen CLL Situation und identifizieren
die medikamentöse Restoration des normalen Phänotypen als potentielles
therapeutisches Target, um schwerwiegende Infektionen und die damit
einhergehende erhöhte Sterberate in CLL-Patienten zu vermindern

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Vijitha, N., 2021. Neutrophil biology in chronic lymphocytic leukaemia and infections. https://doi.org/10.17185/duepublico/70048
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