Original article
The role of cytokines and adhesion molecules
in the evolution of monoclonal gammopathy
of undetermined significance into myeloma
Saverio Misso1, Bianca Feola1, Marcello D'Onofrio2, Luigi Paesano2, Orlando Antonio Spada3,
Lucia Bene3, Vincenzo Mettivier3, Giorgio Fratellanza2, Elio D'Agostino2, Antonio Minerva1,
Salvatore Formisano2
Immunoematologia e Medicina Trasfusionale, Ospedale "San Sebastiano", Caserta
Immunoematologia e Medicina Trasfusionale, Facoltà di Medicina, Università degli Studi di Napoli "Federico II"
3
2° Dipartimento di Ematologia, Ospedale “A. Cardarelli”, Napoli
1
2
The aim of this study was to evaluate the influence of
some cytokines on the evolution of monoclonal
gammopathies. Fifty-one patients with multiple myeloma
(MM) divided into 3 groups according to disease stage
(MM1, MM2, MM3), 60 with monoclonal gammopathy of
undetermined significance (MGUS) and 50 healthy
controls (C) were studied. The levels of sCD138
β1, sVCAM-1, IL-13, Fas/APO-1, IL-6,
(Syndecan-1), TGF-β
β2-microglobulin (β
β2-M) and C-reactive protein (CRP)
were assayed. Seven of the 60 cases of MGUS (11.6%)
evolved into MM3 during the 5-year follow-up; these cases
were studied in order to identify any changes in the cytokine
network.
β2-M and CRP concentrations increased significantly
β1,
through C, MGUS and the three stages of MM. TGF-β
sVCAM-1, Fas/APO-1 and IL-6 levels were significantly
higher, while IL-13 concentration was significantly lower,
in MGUS and in MM than in C (p<0.001). The level of
sCD138 was significantly lower in MGUS than in C and
significantly higher in MM than in C (p<0.001). On the
β1 concentration was significantly
other hand, TGF-β
higher, while IL-6 and sCD138 concentrations were
significantly lower, in MGUS than in MM (p<0.001). Only
sCD138 was significantly higher in MM3 than in MM1
and in MM2 (p<0.001), while the concentrations of all the
other cytokines did not differ significantly between MM1,
MM2, and MM3. There were no significant differences in
cytokine values between MGUS which evolved into MM3
Received: 24 April 2003 - Revision accepted: 4 August 2003
Correspondence:
Dott. Saverio Misso
Servizio di Immunoematologia e Medicina Trasfusionale
Azienda Ospedaliera "San Sebastiano"
Via Tescione 1
81100 Caserta - Italy
E-mail: [email protected]
388
Introduzione
Le gammapatie monoclonali sono patologie
linfoproliferative caratterizzate dalla produzione di
immunoglobuline o solamente delle catene leggere o pesanti,
conosciute come "componente M", da parte di un clone
neoplastico di cellule B1. Le gammapatie sono classificate
sulla base del grado di malignità e della componente M. La
gammapatia monoclonale di significato non determinato
(MGUS) è caratterizzata dall'assenza di sintomi, da una
modesta componente M (<3 g/dL), da un'infiltrazione
midollare <10%, da una bassa attività proliferativa, senza
altre alterazioni tipiche del mieloma multiplo (MM)2. Il rischio
di progressione del MGUS a MM o ad altre patologie correlate
è circa dell'1% per anno3. Il MM è tipicamente caratterizzato
da lesioni osteolitiche, presenza della proteina di Bence-Jones
ed insufficienza renale, mentre l'infiltrazione plasmacellulare
del midollo osseo è variabile4,5. I meccanismi di trasformazione
neoplastica e l'evoluzione delle gammapatie monoclonali
sono stati studiati da molti autori, i quali hanno focalizzato la
loro attenzione prevalentemente sul coinvolgimento della
morte cellulare programmata6,7, sulle anomalie dei meccanismi
di adesione cellulare8,9 e sul ruolo delle citochine10. Lo scopo
di questo studio è stato quello di valutare l'assetto
citochinico in pazienti affetti da MGUS e da MM ed
evidenziarne un eventuale cambiamento nei pazienti con
MGUS che sviluppano il MM per accertarne un possibile
coinvolgimento in questa evoluzione.
Materiali e metodi
Pazienti
Sono stati studiati 51 pazienti (27 uomini, 24 donne)
Blood Transfus 2003; 4: 388-99
Cytokines and monoclonal gammopathies
and MGUS which did not evolve. Moreover, in the 7 cases
of MGUS which did evolve into MM3, the cytokine levels
were not significantly different between the start of the
study and at the end of the follow-up. We conclude that
syndecan-1, like the better recognised β2-M, CRP and IL6 markers, has a prognostic value for the evolution of
monoclonal gammopathies.
Key words: MGUS, myeloma, cytokine, IL-6, syndecan-1
Introduction
Monoclonal gammopathies are lymphoproliferative
diseases characterised by the production of
immunoglobulins or only light or heavy chains, known as
"M component", by a neoplastic B-cell clone1.
Gammopathies are classified on the basis of their degree of
malignancy and their M component.
Monoclonal gammopathy of undetermined significance
(MGUS) is characterised by being asymptomatic and
having a modest M component (<3 g/dL), with bone marrow
infiltration <10% and a low proliferative activity, without
other alterations typical of multiple myeloma (MM)2. The
risk of progression of MGUS to multiple myeloma or related
disorders is about 1 percent per year3.
MM is typically characterised by osteolytic lesions,
the presence of Bence-Jones protein and kidney failure,
while plasma cell infiltration of bone marrow is variable4,5.
The mechanisms of neoplastic transformation and
evolution of monoclonal gammopathies have been studied
by many authors, who have predominantly focused their
attention on an involvement of programmed cell death6,7,
on anomalies of cell adhesion mechanisms8,9 and on the
role of cytokines10.
The aim of this study was to evaluate the cytokine
network in patients with MGUS and MM and to identify
any changes in cytokine concentrations in patients
developing a MM from MGUS in order to establish whether
the cytokines are involved in this evolution.
Materials and methods
Patients
Fifty-one patients (27 males, 24 females) with MM, 60
(32 M, 28 F) with MGUS and 50 healthy adult subjects (29
M, 21 F) were studied.
Blood Transfus 2003; 4: 388-99
affetti da MM, 60 (32 M, 28 F) da MGUS e 50 soggetti adulti
in apparente buona salute (29 M, 21 F).
La diagnosi di MM nei 51 pazienti, con un'età media di
62 ± 3,1 anni, è stata posta sulla base dei seguenti criteri: a)
componente M sierica (IgG >3,5 g/dL o IgA >2 g/dL) e/o
urinaria (catene κ o λ > 1 g/24h); b) lesioni osteolitiche; c)
infiltrazione plasmacellulare del midollo ≥ 10%5. Questi
pazienti sono stati ulteriormente divisi in 3 gruppi secondo
la stadiazione del MM effettuata in base ai criteri di Durie e
Salmon11.
- Stadio I (13 pazienti, gruppo MM1): Hb >10 g/dL,
normale concentrazione di Calcio, assenza di lesioni
midollari alla radiografia, componente M: IgG <5 g/dL o
IgA <3 g/dL, proteinuria di Bence-Jones <4 g/24h.
- Stadio II (4 pazienti, gruppo MM2): pazienti non inclusi
nello stadio I né nel III;
- Stadio III (34 pazienti, gruppo MM3): Hb < 8,5 g/dL,
ipercalcemia, estese lesioni scheletriche o fratture
patologiche, componente M = IgG > 7 g/dL o IgA > 5 g/
dL, proteinuria di Bence-Jones > 12 g/24 ore.
La diagnosi di MGUS è stata posta in 60 pazienti, con
un'età media di 69 ± 4,3 anni, secondo i criteri accennati in
precedenza.
Pazienti HCV+ o HIV+, affetti da MGUS o MM, sono
stati esclusi dallo studio per evitare interferenze nella
determinazione delle citochine, in quanto le infezioni virali
o batteriche possono stimolare un fisiologico sviluppo
clonale delle cellule immunitarie.
Sono stati studiati anche, come gruppo di controllo
(C), 50 soggetti (22 - 49 anni) in apparente buona salute.
Protocollo di studio
Questo studio è stato articolato in 2 fasi: al tempo
dell'arruolamento, le citochine sono state dosate nel siero
di tutti i pazienti e dei controlli. Sono state dosate anche la
β2-Microglobulina (β2-M) e la proteina C reattiva (CRP)
come indicatori di malattia. Dopo un follow-up di 5 anni, 7
dei 60 pazienti, inizialmente affetti da MGUS, sono stati
studiati nuovamente perchè la loro patologia era evoluta a
MM al III stadio.
Dosaggi
Mediante test ELISA (Enzyme Linked-Immuno-Sorbent
Assay) in fase solida sono stati dosati i livelli sierici di:
tumor growth factor-beta1 (TGF-β1) (Biotrak human TGF-β1
ELISA system, Amersham International plc, Little Charlfort,
Buckinghamshire, UK), interleuchina 13 (IL-13) (BioSource
Cytoscreen human Interleukin-13, BioSource International,
389
S Misso et al.
Table I - Serum cytokine levels in patients with monoclonal gammopathy of undetermined significance (MGUS), in patients
with multiple myeloma (MM) and in healthy controls (C). Data are shown as mean ± SEM
n° of subjects
TGF-b1 (ng/mL)
sVCAM-1 (ng/ mL)
sCD138 (ng/mL)
Fas/APO-1 (IU/mL)
IL-13 (pg/mL)
IL-6 (pg/mL)
MGUS
MM
C
60
51
50
95.2 ± 12.1 § #
2456.5 ± 62.2 §
55.1 ± 18.8 § #
20.6 ± 1.9 §
0.9 ± 0.04 §
24.1 ± 0.5 § #
56.4 ± 2.8 §
2413.9 ± 39.3 §
186.3 ± 6.7 §
18.9 ± 0.5 §
0.86 ± 0.02 §
28.9 ± 0.7 §
4.7 ± 0.4
685.8 ± 68.9
76.4 ± 0.5
8.7 ± 0.4
1.5 ± 0.02
6.1 ± 0.3
§ = p <0.001 versus C; # = p<0.001 versus MM
The 51 patients with a diagnosis of MM had a mean
age of 62 ± 3.1 years.
The diagnosis of MM was made on the basis of the
presence of following criteria: a) M-component in serum
(IgG >3.5 g/dL or IgA >2 g/dL) and/or in urine (κ or λ
chains >1 g/24 hr); b) osteolytic lesions; c) plasma cell
bone marrow infiltration ≥ 10%5. These patients were
further divided into 3 groups according to their stage of
MM, as defined by Durie and Salmon's criteria11:
- Stage I (13 patients, group MM1): Hb >10 g/dL, normal
calcium concentration, absence of radiological bone
lesions, M component: IgG <5 g/dL or IgA <3 g/dL,
Bence-Jones protein <4 g/24h;
- Stage II (4 patients, group MM2): patients not included
in stage I or III;
- Stage III (34 patients, group MM3): Hb <8.5 g/dL,
hypercalcaemia, extensive skeletal injuries or
pathological fracture, M component = IgG >7 g/dL or
IgA >5 g/dL, Bence-Jones protein >12 g/24h.
The 60 patients with MGUS had a mean age of 69 ± 4.3
years and the typical characteristics of the pathology.
Patients with MGUS or MM and contemporary HCV or
HIV infection were excluded from the study because viral
and bacterial infections can cause physiological clonal
development of immune cells and thus interfere with the
determination of cytokine concentrations.
Fifty healthy, sex-matched subjects (22 - 49 years) were
also tested as the control group (C).
Study protocol
This study had two phases: at enrolment, cytokines
were assayed in the sera of all patients and controls. β2-M
and CRP were also assayed as indicators of disease.
After a follow-up of 5 years, 7 of the 60 patients initially
characterised as having MGUS were studied again
because, in the meantime, their pathology had evolved into
stage III MM.
390
Camarillo, CA, USA), interleuchina 6 (IL-6) (Quantikine HS
human IL-6, R&D System Inc., Minneapolis, MN, USA),
Fas/APO-1 (CD95) (Oncogene Research Products Fas/
APO-1 Assay, Calbiochem, San Diego, CA, USA),
Syndecan-1 (SDC1/sCD138) (BioSource Cytoscreen
Syndecan, BioSource International) e la forma solubile della
vascular cell adhesion molecule (sVCAM–1) (Parameter
human sVCAM-1, R&D System Inc) [valori normali < 714
ng/mL]. I livelli di β2-M sono stati dosati con tecnica MEIA
(Microparticle Enzyme Immunoassay) (AxSYM β2Microglobulin, Abbott Japan, Tokyo, Japan) [v.n. = 0,66 –
2,25 mg/L]. La CRP è stata determinata mediante dosaggio
nefelometrico [v.n. = 0 – 5 mg/L].
Analisi statistica
I dati sono espressi come media ± SEM (Errore Standard
Medio). È stata eseguita l'analisi della varianza ad una via
(ANOVA) seguita dal test di Newman-Keuls per l'analisi tra
i gruppi e dal t-test di Student per i dati appaiati. Il livello di
significatività è stato posto al 5% (p <0,05).
Risultati
I nostri risultati mostrano che i livelli sierici di TGF-β1,
sVCAM 1, Fas/APO-1 e IL-6 erano significativamente più
alti, mentre quelli dell'IL-13 più bassi, nei pazienti con MGUS
o affetti da MM rispetto ai controlli (p <0,001); inoltre i
livelli sierici di sCD138, comparati col gruppo di controllo,
erano significativamente bassi nella MGUS e alti nel MM
(p <0,001) (Tabella I). D'altra parte, il TGF-β1 era
significativamente più alto, mentre l'IL-6 e il sCD138
significativamente più bassi nella MGUS rispetto al MM
(p <0,001) (Tabella I).
TGF-β1, sVCAM 1, Fas/APO-1, IL-13 and IL-6 non
presentavano delle differenze statisticamente significative
nei tre stadi di MM (Figura 1). Al contrario, i livelli sierici di
Blood Transfus 2003; 4: 388-99
Cytokines and monoclonal gammopathies
Assays
Serum levels of tumour growth factor-beta 1 (TGF-β1)
(Biotrak human TGF-β1 ELISA system, Amersham
International plc, Little Chalfort, Buckinghamshire, UK),
interleukin 13 (IL-13) (BioSource Cytoscreen human
interleukin-13, BioSource International, Camarillo, CA,
USA), interleukin 6 (IL-6) (Quantikine HS human IL-6, R&D
System Inc., Minneapolis, MN, USA), Fas/APO-1
(CD95) (Oncogene Research Products Fas/APO-1
Assay, Calbiochem, San Diego, CA, USA), Syndecan1 (SDC1/sCD138) (BioSource Cytoscreen Syndecan,
BioSource International) and the soluble form of vascular
cell adhesion molecule (sVCAM–1) (Parameter human
sVCAM-1, R&D System Inc) [normal range <714 ng/mL]
were determined by a solid phase sandwich enzyme linkedimmunosorbent assay (ELISA). β2-M levels were measured
with a microparticle enzyme immunoassay (MEIA) (AxSYM
β2-microglobulin, Abbott Japan, Tokyo, Japan) [normal
range = 0.66 – 2.25 mg/L]. CRP was measured by a
nephelometric assay [normal range = 0 – 5 mg/L].
Statistical analysis
Data are shown as mean ± SEM. ANOVA followed by
the Newman-Keuls test for intergroup analysis and
Student's t-test for paired data were used. The level of
statistical significance was set at 5% (p <0.05).
Results
Our results showed that serum levels of TGF-β1,
sVCAM 1, Fas/APO-1 and IL-6 were significantly higher,
while the level of IL-13 was significantly lower in the
patients with MGUS or MM than in the controls (p <0.001);
moreover, compared with its level in the control group, the
serum level of sCD138 was significantly lower in MGUS
and significantly higher in MM (p<0.001) (Table I). On the
other hand, TGF-β1 concentration was significantly higher,
while IL-6 and sCD138 concentrations were significantly
lower, in MGUS than in MM (p < 0.001) (Table I).
The levels of TGF-β1, sVCAM 1, Fas/APO-1, IL-13 and
IL-6 were not significantly different between cases of MM1,
MM2, and MM3 (Figure 1). In contrast, the serum level of
syndecan-1 was significantly higher in MM3 than in MM1
and in MM2 (p < 0.001) (Figure 1).
β2-M and CRP concentrations increased from their
lowest levels in the healthy control subjects, intermediate
levels in patients with MGUS, through to the highest levels
Blood Transfus 2003; 4: 388-99
Syndecan-1 nel MM3 erano significativamente più elevati
rispetto a MM1 e MM2 (p <0,001) (Figura 1).
Le concentrazioni di β2-M e CRP mostravano livelli
crescenti a partrire dai controlli, attraverso i pazienti con
MGUS fino ai tre stadi di MM. In particolare la β2-M era
statisticamente più elevata nella MGUS rispetto ai controlli
(p <0,001), nell'MM1 rispetto a C e MGUS (p <0,001),
nell'MM2 rispetto a C e MGUS (p <0,001) e rispetto a MM1
(p <0,05), nell'MM3 rispetto ai C e MGUS (p <0,001) e
MM1 (p <0,01) (Figura 2). La CRP era significativamente
aumentata nella MGUS, MM1, MM2 e MM3 se comparata
con i controlli (p <0,001); inoltre la CRP era
significativamente più alta nel MM2 (p <0,01) e nel MM3
(p <0,001) rispetto alla MGUS (Figura 2).
Dopo un follow-up di 5 anni, abbiamo rivalutato i 60
pazienti inizialmente affetti da MGUS. Per 53 lo stato della
malattia non era cambiato, mentre 7 su 60 (11,6%) sono
stati riclassificati come affetti da MM allo stadio III.
Abbiamo paragonato i livelli di citochine ottenuti dai risultati
iniziali in questi 2 gruppi di pazienti per individuare un
eventuale marcatore predittivo di evoluzione. I nostri dati
mostravano differenze non statisticamente significative
tra questi 2 gruppi (Figura 3). Inoltre, abbiamo paragonato
i valori di citochine nei 7 pazienti evoluti a MM3, valutati al
momento dell'arruolamento nello studio ed alla fine del
follow-up, allo scopo di stabilire se esista una relazione tra
evoluzione patologica e modificazione nei livelli di una o
più citochine. Non è stata riportata nessuna differenza
statisticamente significativa, sebbene il sCD138 fosse
significativamente elevato nelle MGUS evolute a MM3
rispetto alle MGUS non evolute (p <0,05) (Figura 3).
Discussione
Lo scopo di questo studio è stato quello di indagare
l'esistenza di un possibile coinvolgimento di TGF-β1,
sVCAM-1, Syndecan-1 (sCD138), Fas/APO-1 (CD95), IL13 e IL-6 nell'evoluzione di patologie linfoproliferative da
bassa (MGUS) ad alta invasività (MM).
L'alterazione dell'assetto citochinico riveste,
probabilmente, un importante ruolo nella patogenesi delle
malattie linfoproliferative e delle gammapatie monoclonali10.
Per tale motivo, lo studio delle citochine e di altre molecole,
come i fattori di crescita12, le molecode di adesione9 e quelle
coinvolte nell'apoptosi6, può dare preziose informazioni
sulla fisiopatologia, diagnosi e prognosi di questi disordini.
Nel nostro studio, in accordo con la letteratura, la β2-M
e la CRP sono risultati importanti indici prognostici, essendo
i loro valori in costante incremento dai controlli allo stadio
391
S Misso et al.
Figure 1 - Serum cytokine levels in 51 patients with multiple myeloma (MM): 13 patients had stage I disease (MM1), 4 patients had
stage II (MM2) and 34 patients had stage III (MM3). Data are shown as mean ± SEM
392
Blood Transfus 2003; 4: 388-99
Cytokines and monoclonal gammopathies
Figure 2 - Serum levels of β2 microglobulin and C-reactive protein in 50 healthy controls (C), 60 patients with monoclonal gammopathy
of undetermined significance (MGUS) and 51 patients with multiple myeloma (MM): 13 patients had stage I disease
(MM1), 4 patients had stage II (MM2) and 34 patients had stage III (MM3). Data are expressed as mean ± SEM
Blood Transfus 2003; 4: 388-99
393
S Misso et al.
Figure 3 - Serum cytokine levels in 60 patients with monoclonal gammopathy of undetermined significance (MGUS) in follow-up
for 5 years. The 1st column shows initial values in the 53 patients whose MGUS did not evolve during the follow-up.
The 2nd and 3rd columns show levels at enrolment and at the end of the follow-up, respectively, in 7 patients whose
MGUS evolved into stage III multiple myeloma (MM3). Data are shown as mean ± SEM
394
Blood Transfus 2003; 4: 388-99
Cytokines and monoclonal gammopathies
in the three stages of MM. In particular, the level of β2-M
was significantly higher in MGUS patients than in controls
(p <0.001), in MM1 patients than in controls and MGUS
patients (p < 0.001), in MM2 patients than in controls, MGUS
patients (p <0.001) and MM1 patients (p <0.05), and finally,
in MM3 patients than in controls, MGUS patients (p <0.001)
and MM1 patients (p <0.01) (Figure 2). CRP was
significantly higher in patients with MGUS, MM1, MM2
and MM3 than in controls (p<0.001); moreover CRP was
significantly higher in MM2 (p<0.01) and MM3 (p < 0.001)
patients than in patients with MGUS (Figure 2).
After a follow-up of 5 years, we re-evaluated the 60
patients initially diagnosed as having MGUS. The state of
disease had not changed in 53 of them, whereas the other
7 (11.6%) had developed stage III MM. We compared the
cytokine levels obtained at enrolment in these two groups
of patients in order to identify possible markers predictive
of evolution. Our data showed that there were no
significant differences between these two groups at
enrolment (Figure 3). Furthermore, in the 7 patients whose
MGUS evolved into MM3, we compared the cytokine levels
assayed at the time of enrolment into the study and those
at the end of the follow-up in order to establish whether
there is a relationship between pathological evolution and
modification in one or more cytokine levels. No significant
modifications were recorded, although the level of sCD138
was significantly higher in MGUS that had evolved into MM3
than in MGUS which did not evolve (p<0.05) (Figure 3).
Discussion
The aim of this study was to investigate whether
TGF-β1, sVCAM-1, syndecan-1 (sCD138), Fas/APO-1
(CD95), IL-13 and IL-6 are involved in the evolution of
pathologies from low (MGUS) to high invasiveness (MM).
Alterations in the cytokine network probably have an
important role in the pathogenesis of lymphoproliferative
diseases and monoclonal gammopathies10. For this reason,
the study of cytokines and other molecules, such as growth
factors12, adhesion9 and apoptosis6 molecules, can give
precious information about the pathophysiology, diagnosis
and prognosis of these disorders.
In accordance with previously published data, we found
that both β2-M and CRP were important prognostic indices,
their levels increasing from lowest in controls to highest in
patients with stage III MM. In fact, many authors have
classified MM patients into 3 risk groups (low, intermediate
and high) on the basis of CRP and β2-M serum levels13-15.
Blood Transfus 2003; 4: 388-99
III del MM. Infatti, molti autori, sulla base dei livelli sierici
di CRP e β2-M, classificano i pazienti con MM in 3 gruppi
di rischio (basso, intermedio e alto)13-15. In particolare, la
concentrazione sierica di CRP riflette l'attività dell'IL-6;
questa citochina, infatti, stimola, a livello dell'epatocita, la
sintesi delle proteine della fase acuta, tra cui la stessa CRP.
Per tale motivo, la concentrazione della CRP risulta essere
un fattore prognostico altamente significativo,
indipendentemente dai livelli sierici di β2-M14.
L'IL-6 è una citochina pleiotropica che stimola le cellule
progenitrici emopoietiche e promuove la differenziazione dei
linfociti B umani16. I nostri risultati mostrano livelli di IL-6
significativamente elevati sia nella MGUS che nel MM, rispetto
ai soggetti sani. È stato dimostrato che l'IL-6 è il maggior fattore
di crescita per il MM, sia con azione autocrina sia paracrina1719
. Infatti l'IL-6 e l'IGF-I, fattori di proliferazione e di
sopravvivenza del mieloma, inducono la fosforilazione della
caveolina-1 (implicata nella trasduzione del segnale e nel
trasporto transmembrana)20 e regolano positivamente l'attività
telomerasica (associata alla crescita cellulare, sopravvivenza
e farmaco-resistenza delle cellule del MM)21. Inoltre, l'IL-6 può
sia inibire l'apoptosi Fas-indotta sia modulare l'attività della
protein-chinasi attivata dallo stress (SAPK)22.
In questo studio, i livelli sierici di Fas/APO-1,
appartenente alla famiglia delle proteine di membrana di
tipo 1 che trasducono i segnali apoptotici, erano
significativamente elevati nella MGUS e nei tre stadi del MM
rispetto ai controlli (Tabella I e Figura 1). Un significativo
aumento nella concentrazione del ligando di Fas si verifica
nei MM negativi per la presenza del recettore di Fas oppure
nei MM positivi per la presenza del recettore di Fas ma con
la secrezione di varianti di splicing del ligando di Fas23;
perciò, questo incremento è la manifestazione dell'evasione,
da parte delle cellule mielomatose, dalla sorveglianza
immunitaria dell'ospite24.
TGF-β1 è prodotto nel MM sia dalle cellule tumorali che
dalle cellule stromali midollari e può positivamente regolare la
secrezione di IL-625. I nostri dati dimostrano, infatti, che la
concentrazione di TGF-β1 è più alta sia nella MGUS che nel
MM rispetto ai controlli (Tabella I). Alcuni autori suggeriscono
che il TGF-β1 abbia un doppio ruolo: inibisce la proliferazione
dei linfociti B normali e la secrezione di Ig e promuove la
crescita neoplastica, probabilmente attraverso l'IL-6 e mediante
la resistenza delle cellule tumorali ai suoi effetti inibitori25.
VCAM-1, espresso dallo stroma midollare, appartiene
alla famiglia delle molecole di adesione cellulare (CAM) e
rappresenta un ligando per l'integrina VLA-4, la quale media
l'attacco e, conseguentemente la localizzazione, delle cellule
mielomatose allo stroma midollare26. I livelli di sVCAM-1 sono
395
S Misso et al.
In particular, serum CRP concentration reflects IL-6 activity;
in fact this cytokine stimulates hepatocytic synthesis of
acute phase proteins, such as CRP. For this reason serum
CRP level is a highly significant prognostic factor,
independently of serum β2-M level14.
IL-6 is a pleiotropic cytokine that stimulates
haematopoietic progenitor cells and promotes
differentiation of human B cells16. We found significantly
higher levels of IL-6 in patients with MGUS and MM than
in healthy subjects. It has been demonstrated that IL-6 is
the major growth factor for MM, acting in either an
autocrine or a paracrine fashion17-19. In fact IL-6 and IGF-I,
proliferative and survival factors in MM, induce caveolin1 phosphorylation (implicated in signal transduction and
transmembrane transport)20 and up-regulate telomerase
activity (associated with cell growth, survival and drug
resistance in MM cells)21. In addition, IL-6 may both inhibit
Fas-induced apoptosis and modulate stress-activated
protein kinase (SAPK) activity22.
In this study, serum levels of Fas/APO-1, which belongs
to the family of type-1 membrane proteins that transduce
apoptotic signals, were significantly higher in MGUS and
in the three stages of MM than in controls (Table I and
Figure 1). Fas ligand concentration is significantly elevated
in both Fas receptor-negative MM and in Fas receptorpositive MM with the secretion of Fas splicing variants23;
it, therefore, represents the expression of myeloma cells
escaping host immune surveillance24.
TGF-β1 is produced in MM by both tumour cells and
bone marrow stromal cells and can positively regulate IL-6
secretion25. In fact, our data demonstrate that TGF-β1
concentrations are higher in both MGUS and MM than in
controls (Table I). Some authors suggest that TGF-β1 has a
dual role: it inhibits normal B-cell proliferation and Ig
secretion and promotes neoplastic growth, probably
through IL-6 and by the fact that tumour cells are resistant
to its inhibitory effects25.
VCAM-1, expressed on bone marrow stroma, belongs
to the family of cell adhesion molecules (CAM) and is a
ligand for the integrin VLA-4, which mediates attachment,
and consequently localisation, of myeloma cells to MM
stroma26. We found increased levels of sVCAM-1 in all our
patients (Table I): in both groups the sVCAM-1
concentrations exceeded 3.5 times the values observed in
controls and the upper limit of the normal range. There are
reports of a statistical relationship between sVCAM-1 and
various elements of the cytokine network (IL-2, sIL-2R,
sIL-6R, TNF-α, sICAM-1)27 and β2-M28, so soluble forms
of adhesion molecules probably play a role in the
396
stati trovati aumentati in tutti i nostri pazienti (Tabella I): in
entrambi i gruppi il sVCAM-1 superava di 3,5 volte il valore
osservato nei C ed il limite superiore dei valori di riferimento.
È stato dimostrato che esiste una correlazione tra sVCAM1 e vari elementi del network citochinico (IL-2, sIL-2R, sIL6R, TNF-α, sICAM-1)27 e con la β2-M28, perciò le forme
solubili delle molecole di adesione probabilmente possono
giocare un ruolo nella patogenesi del MM, ma a tutt'oggi la
loro peculiare attività non è stata ancora chiarita. In
aggiunta, l'espressione di VCAM-1 nelle cellule endoteliali
è regolata dall'IL-13, una citochina multifunzionale elaborata
dai linfociti T attivati29. Sulla base dei nostri risultati, il
Syndecan-1 sembra un valido indice prognostico
dell'evoluzione a MM. Infatti, la sua concentrazione è più
alta nel MM rispetto alla MGUS e rispetto ai soggetti sani
(Tabella I); inoltre, nell'ambito dei soggetti con MM, i più
elevati valori di Syndecan-1 sono stati registrati nei pazienti
allo stadio III (Figura 1). Questa molecola è espressa sulle
cellule linfoidi B nei vari stadi di differenziazione30. Il CD138
è un proteoglicano eparan-solfato transmembrana31, capace
di legare numerose molecole: componenti della matrice
extra-cellulare (come il collagene di tipo I32, la fibronectina33
e la trombospondina34), citochine e fattori di crescita (come
TGF-β1 e FGF-2)35. Il Syndecan-1 regola varie funzioni
cellulari (adesione, proliferazione ed apoptosi) e
probabilmente gioca un ruolo nell'oncogenesi36. Nei pazienti
con MM, il CD138 è espresso, nel midollo osseo, solo sulle
cellule mielomatose37 e, nel sangue periferico, sulle
plasmacellule maligne38. I nostri risultati mostrano che la
MGUS evolvente a MM presenta alte concentrazioni di
sCD138 rispetto alla MGUS non evolvente, anche se questa
differenza non è statisticamente significativa a causa della
grande dispersione dei dati e, di conseguenza, per un ampio
errore standard (Figura 3). D'altra parte, i livelli sierici di
Syndecan-1 sono significativamente più elevati nel MM
originatosi dalla MGUS rispetto alla MGUS non evolvente
(Figura 3). I dati osservati possono essere spiegati dal fatto
che le cellule mielomatose apoptotiche perdono
rapidamente il Syndecan-139. Infine, alti livelli di Syndecan1 sono associati con un'alta percentuale di plasmocitosi
midollare ed elevati livelli di β2-M40; per tale motivo, esso
costituisce un parametro prognostico indipendente e
potrebbe essere utile nella classificazione prognostica del
MM41. In conclusione, al di là dell'ormai noto ruolo della
β2-M, della CRP e dell'IL-6, possiamo affermare che il
Syndecan-1 potrebbe avere un valore prognostico
nell'evoluzione delle gammapatie monoclonali, sebbene non
sia ancora chiaro se un'aumentata concentrazione di
Syndecan-1 nel MM risulti critica per lo sviluppo della
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Cytokines and monoclonal gammopathies
pathogenesis of MM although their particular activities
have not yet been clarified. In addition, VCAM-1 expression
in endothelial cells is regulated by IL-13, a multifunctional
cytokine produced by activated T cells29.
On the basis of our results, syndecan-1 seems to be a
valid prognostic indicator of the evolution to MM. In fact,
its concentration in MM was higher than in MGUS and in
healthy subjects (Table I); moreover, within the subsets of
MM, the highest levels of syndecan-1 were recorded in
patients with stage III disease (Figure 1). This molecule is
expressed on lymphoid B cells at various stages of
differentiation30. CD138 is a transmembrane heparan sulfate
proteoglycan31 able to link numerous molecules: extracellular matrix components (such as type I collagen32,
fibronectin33 and thrombospondin34), cytokines and growth
factors (such as TGF-β1 and FGF-2)35. Syndecan-1 regulates
various cell functions (adhesion, proliferation and apoptosis)
and probably plays a role in oncogenesis36. In MM patients,
CD138 is expressed, in bone marrow, only on myeloma cells37
and, in peripheral blood, on malignant plasma cells38. Our
results show that the concentration of sCD138 in cases of
MGUS evolving into MM was higher than in the not evolving
cases although this difference was not statistically significant
because of a large dispersion of data and, consequently, a
large SEM (Figure 3). Nevertheless, serum syndecan-1 levels
were significantly higher in MM that had evolved from
MGUS than in not evolving MGUS (Figure 3). These
observations can be explained by a rapid lost of syndecan-1
by apoptotic myeloma cells39. Finally, high levels of
syndecan-1 are associated with a high percentage of bone
marrow plasmocytosis and β2-M levels40; indeed, syndecan1 is an independent prognostic parameter and should be
useful in the prognostic classification of MM41. In
conclusion, besides confirming the well known role of β2-M,
CRP and IL-6, the results of our study suggest that
syndecan-1 levels may have a prognostic value for the
evolution of monoclonal gammopathies, although it is not
yet clear whether the increased serum level of syndecan-1
in MM is critical for the development of disease or whether
it is a secondary characteristic related to the pathological
progression of the disease.
Acknowledgements
The authors have the pleasure of thanking Dr.
Francesca Giordano for editing the text.
malattia o rappresenti una caratteristica secondaria correlata
alla progressione patologica.
Riassunto
Scopo di questo studio è stato quello di valutare
l'influenza di alcune citochine nell'evoluzione delle
gammapatie monoclonali. Sono stati studiati 51 pazienti
affetti da mieloma multiplo (MM), suddivisi in 3 gruppi in
base alla stadiazione (MM1, MM2, MM3), 60 pazienti con
gammapatia monoclonale di significato non determinato
(MGUS) e 50 soggetti di controllo in apparente buona salute
(C). Abbiamo testati i livelli sierici di sCD138 (Syndecan-1),
TGF-β1, sVCAM-1, IL-13, Fas/APO-1, IL-6,β2-Microglobulina
(β2-M) e proteina C reattiva (CRP). In un follow-up di 5
anni, la MGUS è evoluta a MM3 in 7 pazienti su 60 (11,6%);
questi sono stati ri-esaminati per evidenziare un eventuale
modifica nell'assetto citochinico. Le concentrazioni della
β2-M e della CRP mostravano livelli significativamente
crescenti dai C, ai MGUS ed ai 3 stadi di MM. I livelli di
TGF-β1, sVCAM-1, Fas/APO-1 e IL-6 erano significativamente
più alti, mentre quello dell'IL-13 più basso, nei pazienti con
MGUS e con MM rispetto a C (p<0,001). sCD138 era
significativamente più basso nei MGUS e più alto nei MM, a
paragone con C (p<0,001). D'altronde, il TGF-β1 era
significativamente più alto, mentre l'IL-6 e il sCD138 erano
significativamente più bassi, nei MGUS rispetto ai MM
(p<0,001). Nei pazienti con MM al 3° stadio, solo il
Syndecan-1 era significativamente elevato rispetto agli altri
stadi (p<0,001), mentre tutte le altre citochine non
mostravano delle differenze significative tra i 3 stadi di
malattia. Tra gli MGUS evoluti a MM3 e gli MGUS stabili,
non evoluti, non abbiamo trovato differenze significative
nei valori delle citochine. Inoltre, nei 7 pazienti con MGUS
evoluta a MM3 non c'erano modificazioni significative nei
livelli citochinici registrati all'inizio dello studio ed alla
fine del follow-up. Al di là del ruolo già conosciuto della
β2-M, della CRP e dell'IL-6, possiamo concludere che anche
il Syndecan-1 ha un valore prognostico per l'evoluzione
delle gammapatie monoclonali.
Parole chiave: MGUS, mieloma, citochine, IL-6, syndecan-1
Ringraziamenti
Gli autori hanno il piacere di ringraziare la
Dott.ssa Francesca Giordano per l'editing dell'articolo.
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S Misso et al.
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