Optimierte 25(OH)-Vitamin D-Serumspiegel für die Antikörper-abhängige NK Zell-Zytotoxizität gegen B Zell-Lymphome und Mamma-Karzinome

Abstract

Sowohl bei B-Zell-Non-Hodgkin-Lymphomen (B-NHL) als auch beim Mamma-Karzinom ist ein höherer 25-Hydroxyvitamin D-Spiegel im Serum (25(OH)D) mit einem besseren Überleben assoziiert. Zudem profitieren Patienten auch prospektiv von einer Vitamin D (VD)-Substitution. Bei den B-NHL, die standardmäßig mit dem therapeutischen Antikörper (AK) Rituximab behandelt werden, konnte gezeigt werden, dass dieser Effekt zumindest teilweise auf einer gesteigerten Antikörper-abhängigen zellulären Zytotoxizität (ADCC) von Makrophagen beruht. Diese Arbeit hatte das Ziel zu prüfen, ob auch NK Zellen durch eine Substitution in ihrer ADCC verstärkt werden, ob sich dies auch für den Anti-HER2-AK Trastuzumab im Kontext des Mamma-Karzinoms reproduzieren lässt und bei welchen 25(OH)D-Spiegeln die ADCC-Steigerung, sofern vorhanden, ihr Optimum erreicht.

Hierfür wurden 20 gesunde Probanden (10 Frauen, 10 Männer) mit 25(OH)D-Insuffizienz (< 20 ng/ml i.S.) rekrutiert und in vivo entlang des Referenzwerterahmens auf 30, 65 und 90 ng/ml substituiert. Auf allen vier Stufen wurden NK-Zellen isoliert und mit Zellen der Burkitt-Lymphom-Zelllinie Daudi und den Anti-CD20-AK Rituximab (RTX) respektive Obinutuzumab (GA101), sowie mit Mamma-Karzinom-Zellen der ZR-75-1-Linie und Trastuzumab, inkubiert. Anschließend erfolgte die Quantifizierung der Tumorlyse mithilfe eines photochemischen Laktatdehydrogenase-Nachweises.

Durch die Substitution kam es zu keiner signifikanten Veränderung der ADCC gegen ZR-75-1. Demgegenüber konnte für die Anti-CD20-AK ein Effekt nachgewiesen werden, der jedoch auf die weiblichen Probanden beschränkt war. Hier führte die Substitution vom Insuffizienzbereich (Mittleres 25(OH)D ± Standardabweichung: 10,1 ± 5,6 ng/ml) auf mittlere Serumspiegel (66,4 ± 3,4 ng/ml) zu einer Steigerung der medianen Tumorlyse von 22,8 % auf 31,7 % (1 µg/ml RTX; p=0,016) bzw. von 33,4 % auf 44,0 % (1 µg/ml GA101; p=0,016). Die Substitution auf lediglich niedrig-normale VD3-Serumwerte (31,4 ± 4,0 ng/ml) zeigte hingegen keine signifikante Steigerung der Daudi-Lyse. Die Lyse bei hoch-normalen Serumspiegeln (92,6 ± 12,2 ng/ml) war im Vergleich zu der mittlerer VD3-Werte jedoch wieder signifikant schwächer mit 21,8 % gegenüber 31,7 % (1 µg/ml RTX; p=0,037) bzw. 37,2 % gegenüber 44,0 % (1 µg/ml GA101; p=0,037).

Es konnte gezeigt werden, dass NK-Zellen von in vivo VD3-substituierten Frauen in vitro verstärkt zur ADCC mit RTX und GA101 befähigt sind. Dieser Effekt zeigt sich am stärksten bei einem mittleren 25(OH)D-Niveau von ca. 65 ng/ml. Wir empfehlen diesen Serumspiegel daher als Zielwert für künftige Interventionsstudien, die den Effekt von VD auf das Tumorüberleben bei B-NHL untersuchen. Zudem empfehlen wir, den 25(OH)D-Serumspiegel auch während der laufenden Therapie zu kontrollieren.

For both B cell Non-Hodgkin Lymphoma (B-NHL) and breast cancer it was shown that higher 25-Hydroxyvitamin D (25(OH)D) serum levels are associated with better survival. Furthermore, patients also benefit prospectively from vitamin D (VD) substitution. This effect on B-NHL, usually treated with chemotherapy and the monoclonal therapeutic antibody (AB) rituximab, is at least partly explicable by a VD-mediated improvement in the antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC) of macrophages. The aim of this study was to test whether VD improves ADCC of natural killer (NK) cells as well and whether this also applies to the anti HER2 AB Trastuzumab in the context of breast cancer. The paramount aim, however, was to determine the 25(OH)D level yielding maximum ADCC increase – if existing.

Therefor, 20 healthy subjects (10 females, 10 males) with VD insufficiency (serum 25(OH)D < 20 ng/ml) were recruited and substituted along the reference range to the target values 30, 65 and 90 ng/ml. On all four levels a blood sample was drawn, NK cells were isolated and subsequently incubated with cells of the Burkitt’s lymphoma cell line Daudi and the anti CD20 ABs Rituximab (RTX) and Obinutuzumab (GA101) respectively and with breast cancer cells of the ZR-75-1 lineage together with the anti HER2 AB Trastuzumab. Tumor cell lysis was quantified using photochemical detection of lactate dehydrogenase.

VD substitution led to no significant change in the ADCC against ZR-75-1. In contrast, for the anti CD20 ABs there was an effect, but it was limited to the female subjects. Substitution from insufficiency (mean 25(OH)D ± standard deviation: 10.1 ± 5.6 ng/ml) to intermediate levels (66.4 + 3.4 ng/ml) increased the median tumor lysis from 22.8 % to 31.7 % (1 µg/ml RTX; p=0,016) or 33.4 % to 44.0 % (1 µg/ml GA101; p=0,016) respectively. In contrast, substitution to low-normal 25(OH)D values (31.4 ± 4.0 ng/ml) yielded no significant increase in Daudi lysis. Compared to mid-range 25(OH)D level, lysis on high-normal level (92.6 ± 12.2 ng/ml) showed a significant decrease from 31.7 % to 21.8% (1 µg/ml RTX; p=0,037) or 44.0 % to 37.2 % (1 µg/ml GA101; p=0,037), respectively.

These results suggest that NK cells of women in vivo substituted with VD show stronger cytotoxicity in vitro with RTX and GA101. This effect was strongest on 25(OH)D levels around 65 ng/ml. We recommend this serum level as the target value for future clinical studies assessing the impact of VD substitution on the outcome of B-NHL treated with ADCC-mediating antibodies like RTX or GA101. Furthermore, these studies should determine 25(OH)D serum level not only on prior to inclusion but also during therapy.