Einfluss der Eisenfreisetzung aus Eisenspeichern bei Patienten unter allogener Stammzelltransplantation

Abstract

Die allogene Stammzelltransplantation (SZT) ist für eine Reihe lebensbedrohlicher Erkrankungen oftmals die einzig kurative Therapieoption. Und obwohl das Outcome der Patienten in den letzten Jahren zunehmend verbessert und die Therapie einem immer breiteren Patientenkollektiv zugänglich gemacht werden konnte, ist sie nach wie vor mit einer hohen therapiebedingten Morbidität und Mortalitätverbunden. Es wird vermutet, dass eine Eisenüberladung und insbesondere das NTBI das Outcome verschlechtert, indem es die Infektionsraten erhöht und über die Generierung reaktiver Sauerstoffspezies Zell- und Gewebeschäden verursacht.

In der vorliegenden Arbeit wurde in einer prospektiven Beobachtungsstudie der Einfluss desNTBI auf das Outcome von allogen transplantierten SZT-Patienten (Überleben, Bakteriämien und invasive Pilzinfektionen) untersucht. Es erfolgte die Betrachtung 95 konsekutiver Patienten, die aufgrund unterschiedlichster Grunderkrankungen in der Zeit von September 2010 bis September 2011 eine allogene SZT am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf erhielten. Dabei wurden während der Konditionierung täglich sowie an Tag 7 und 14 nach SZT NTBI-Spiegel, Transferrinsättigung und Serumferritin bestimmt. Die NTBI-Spiegel wurden anschließend als NTBI-AUC bis Tag 0 (d0) bzw. Tag + 14 (d14) ausgewertet. Die Messung erfolgte mittels einer etablierten Methode per Graphitrohr-Atomabsorptionsspektroskopie nach Mobilisierung des freien Eisens durch Nitrilotriessigsäure und anschließender Zentrifugal-Filtration.

Es zeigte sich für die Patienten mit einer hohen im Vergleich zu den Patienten mit einer geringen NTBI-AUC d0 ein fast 73 % erhöhtes Risiko zu versterben, welches jedoch keine statistische Signifikanz erreichte (HR = 1,729; p = 0,095). Auch nach Berücksichtigung bekannter prognostischer Faktoren in einer multivariaten Analyse wiesen die Patienten ein um 89 % erhöhtes Risiko zu versterben auf. Dieses Ergebnis erreichte erneut keine statistische Signifikanz (HR = 1,887; p = 0,074). Bei der Analyse der Infektionen stellte sich heraus, dass das Risiko eine Bakteriämie zu erleiden, pro 1 μmol*d/l NTBI (NTBI-AUC d0) um 4 % statistisch signifikant (p = 0,009) steigt. Noch deutlicher zeigte sich der Einfluss bei den invasiven Pilzinfektionen (IFI), bei welchen sich das Risiko pro 1 μmol*d/l NTBI um 7 % (p < 0,001) erhöhte. Die NTBI-AUC d14 schien insgesamt keinen oder allenfalls einen sehr schwachen prognostischen Effekt zu haben. Darüber hinaus zeigten sich für das Baseline Ferritin keine signifikanten Einflüsse auf das Überleben der Patienten und die Rate an Bakteriämien, jedoch ein hoch signifikanter negativer Einfluss auf die Rate an IFI. Dies stützt die These, dass Ferritin ein ungeeigneter Parameter zur Kennzeichnung des Eisenstatus ist und sein Einfluss auf z. B. die IFI vielmehr auf andere Ursachen zurückzuführen ist.

Nur etwa ein Viertel der Patienten wies bereits vor dem Start der Konditionierung positive NTBI-Werte auf. Diese ließen sich bei allen Erkrankungsentitäten finden, mit Ausnahme der Lymphome und deren Sonderform, dem multiplen Myelom. Die eisenfreisetzende Wirkungen der Konditionierung konnte übereinstimmend mit der Literatur auch in dieser Arbeit bestätigt werden. Diese war interessanterweise bei den Regimen mit reduzierter Intensität besonders ausgeprägt, was sich im Weiteren auf die Regime mit vorgeschalteter Chemotherapie eingrenzen ließ.

Bei der Untersuchung des Zusammenhangs von NTBI mit anderen gängigen Eisenparametern zeigte sich nur eine schwache Korrelation zwischen NTBI und dem Serum Ferritin. Die zunächst starke Korrelation des NTBI mit der Transferrinsättigung war bei der Betrachtung der Werte > 70 % jedoch nur noch sehr schwach ausgeprägt. Insgesamt lässt sich daraus schließen, dass sowohl das in Studien häufig verwendete Ferritin als auch die Transferrinsättigung nur schlecht Rückschlüsse auf das tatsächlich sich im Blut befindende freie, toxische Eisen zulassen.

Auch wenn das untersuchte Patientenkollektiv sehr heterogen ist und die Fallzahl für fundierte Aussagen zu klein, so ergeben sich aus dieser Arbeit doch Hinweise darauf, dass NTBI einen ungünstigen Einfluss auf das Überleben und insbesondere das Infektionsrisiko von SZTPatienten hat. Des Weiteren wurde gezeigt, dass auch bei Patienten ohne initial messbarer Eisenüberladung NTBI unter der Konditionierung freigesetzt wird.

Zukünftig sind weitere Studien mit homogeneren und größeren Patientenkollektiven nötig, um den Einfluss des NTBI auf das Outcome der SZT-Patienten weiter zu untersuchen. Darüber hinaus bleibt zu klären, ob der Einfluss direkt auf das Eisen zurückzuführen ist oder ob das Eisen nur ein Surrogatparameter für die Zytotoxizität und den Erkrankungsstatus ist. Mit dem Ziel, das Outcome der Patienten weiter zu verbessern, sollte im nächsten Schritt der Einsatz von Chelatoren zur Neutralisierung des freien Eisens diskutiert und näher untersucht werden.

Allogeneic stem cell transplantation (SCT) is oftentimes the only curative therapy option for a number of life threatening diseases. Even though the patient outcome was improved and therapy became available for more patients in recent years, SCT is still associated with a high therapyrelated morbidity and mortality. It is assumed that iron overload, and particularly nontransferrin bound iron (NTBI) have an adverse effect on the outcome of SCT patients due to an increased risk of infections and tissue damage due to reactive oxygen species.

This work presents a prospective observational trial evaluating the influence of NBTI on the outcome of SCT patients, especially overall survival, bacteremia and invasive fungal infections. 95 consecutive patients who received allogeneic SCT for various different diseases at the University Medical Centre Hamburg-Eppendorf (UKE) between September 2010 and September 2011 were analysed. NTBI levels, transferrin saturation and serum ferritin were determined daily during the conditioning regimen and also on day + 7 and + 14 post-transplant. For further analyses, the area under the curve was calculated up to the day of transplantation (NTBI-AUC d0) and up to day + 14 (NTBI-AUC d14). After mobilising free iron with help of nitrilotriacetic acid and centrifugal filtration, NTBI was measured through a UKE-established method using graphite furnace atomic absorption spectrometry.

The results indicate a 73 % increased risk of death for patients with a high NTBI-AUC d0 compared to patients with a lower iron load, without reaching statistical significance (HR = 1,729; p = 0,095). Even in multivariate analysis comprising common prognostic factors, patients with a high NTBI-AUC d0 had a 89 % higher risk of dying, while failing statistical significance again (HR = 1,887; p = 0,074). Regarding the rate of infection, per one μmol*d/l NTBI-AUC d0 there was a 4 % higher risk of bacteraemia (p = 0,009) and a 7 % higher risk of invasive fungal infections (IFI) (p < 0,001). However, the NTBI-AUC d14 appears to have none or only a small prognostic value. Furthermore, baseline ferritin had no significant influence on the overall survival or the rate of bacteraemia but a significantly high adverse influence on the rate of IFI. This fact supports the hypothesis that ferritin is not an appropriate parameter for defining the iron status. Its influence, as seen in IFI, is probably rather attributable to other effects.

Only one quarter of the patients presented with positive NTBI values prior to their conditioning regimen. Except in patients with lymphoma and multiple myeloma, positive NTBI levels were found in all of the remaining diseases.

In accordance with literature, an iron releasing effect of the conditioning regimen could be shown in this work. However, the reduced intensity regimens had a greater iron releasing effect compared to the myeloablative regimens. Furthermore, the reduced intensity regimen containing a preceded chemotherapy had the greatest iron releasing effect.

Investigating the correlation of NTBI and other common iron parameters, only a poor correlation was found between NTBI and serum ferritin. Initially, a strong correlation was found among NTBI and transferrin saturation, which however became a lot weaker after excluding values with transferrin saturation below 70 %. Therefore, to estimate the amount of catalytic free iron, serum ferritin and transferrin saturation, as often used in studies for determining the status of iron overload, are poor parameters.

Although the patient cohort was very heterogeneous and the number of patients too small for qualitative evidence, new hints for the adverse effect of NTBI on the overall survival and the rate of infections of SCT patients could be found. Moreover, it was shown that NTBI occurs during conditioning regimen even in patients who had no detectable iron overload at baseline.

Additional studies with a more homogenous group of patients and a larger number of patients are necessary to evaluate the influence of NTBI on the outcome of SCT patients. It remains unclear whether iron is directly affecting the outcome or just reflecting the cytotoxicity and state of disease as a surrogate parameter. Neutralising toxic iron during the transplantation period by peritransplant administration of chelators should be discussed and further investigated for improvement of patient outcome.