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JOURNAL ONKOLOGIE – Artikel

07. Februar 2013 Stromareaktion im Pankreaskarzinom - „winning the hype or losing hope?“

A. Kleger, T. Seufferlein, Abteilung für Innere Medizin I, Zentrum für Innere Medizin, Universitätsklinikum Ulm.

Das humane Pankreaskarzinom ist eine nahezu immer tödlich verlaufende Erkrankung. Dies beruht neben der meist sehr späten Diagnosestellung auch auf der fehlenden Wirksamkeit konventioneller Chemotherapeutika. Das Verständnis der Biologie der Pankreaskarzinomzellen per se hat über die Jahre hinweg stetig zugenommen, wobei erst in naher Vergangenheit das die Tumorzellen umgebende Stroma für Aufmerksamkeit gesorgt hat. Die durch das Stroma entstehende desmoplastische Reaktion wird von sogenannten aktivierten, pankreatischen Sternzellen (PSC) gebildet und gilt als hauptverantwortlich für die schlechte Penetration von Chemotherapeutika in das Tumorgewebe. Die duale Interaktion zwischen Sternzellen und Tumorzellen fördert außerdem Migration und Überleben und damit die frühe Metastasierung von Pankreaskarzinomzellen. Verschiedene Faktoren beeinflussen die Stromareaktion im Pankreaskarzinom, u.a. die Sekretion von sogenannten Matrix-Metalloproteasen (MMPs). Hinzu kommt eine durch das Stroma induzierte Hypoxie, die über die Sekretion von VEGF einerseits zur weiteren PSC-Aktivierung und andererseits zur lokalen Tumorangiogenese beiträgt. Damit könnte die gezielte Zerstörung des Stromas im Pankreaskarzinom die Wirksamkeit verschiedener Chemotherapeutika verbessern.

Das Pankreaskarzinom ist eine der am tödlichsten verlaufenden humanen Krebserkrankungen, die 5-Jahres-Überlebenszeit liegt hier bei weniger als 5%. Interessanterweise hat sich an dieser Zahl über die letzten Jahre hinweg trotz intensiver Forschung kaum etwas geändert. Selbst die wenigen Patienten, die einer potentiell kurativen Chirurgie zugeführt werden können, haben sogar bei tumorfreiem Absetzungsrand nur ein medianes Überleben von ca. 2 Jahren (1, 2). Ein wesentlicher Faktor dafür scheint die frühe Metastasierung zu sein, die neueren Arbeiten zu Folge bereits in den sogenannten Vorläuferläsionen, den pankreatischen intraepithelialen Neoplasien (PanIN) stattfindet (3, 4). Dieser schrittweise Prozess der Tumorentstehung über PanINs wird von einer fortschreitenden Akquirierung von Mutationen begleitet. Eines der frühesten Ereignisse in dieser Kaskade ist das Auftreten einer aktiven Mutation im K-Ras-Gen, welche über den Verlust von Tumorsuppressorgenen, wie zum Beispiel p53 oder p16, letztlich zur Ausbildung eines invasiven Karzinoms führt (3, 5).

Im Gegensatz zum kolorektalen Karzinom, wo die Adenom-Karzinom-Sequenz durch die Vorsorgekoloskopie zugänglich wird, gibt es bis heute keine zuverlässige Methode zur Frühdiagnose von PanINs. Dies wird zusätzlich durch die extreme Zellarmut des Pankreaskarzinoms verkompliziert, wodurch im Rahmen von Biopsieentnahmen meist nur nicht-diagnostisches Material gewonnen wird.

Interessanterweise gibt es zahlreiche andere Tumoren, die ebenfalls eine ausgeprägte Stromareaktion zeigen, wobei das Pankreaskarzinom mit weniger als 10% Tumorzellen bezogen auf die gesamte Tumormasse eine, wenn nicht die Extremvariante darstellt. Das vorwiegend aus Kollagen vom Typ 1 und 3 bestehende Stroma befindet sich im ständigen Umbau und wird von mesenchymalen Zellen, den sogenannten pankreatischen Sternzellen (PSC), synthetisiert (6, 7). Bis dato hat sich die Erforschung des Pankreaskarzinoms vorwiegend auf die Tumorzellen selbst konzentriert, ohne dabei die offensichtlich für die Tumorbiologie so wichtige Interaktion mit den Stroma-produzierenden Sternzellen näher zu beachten. Die Konsequenzen der ausgeprägten Stromareaktion sind allerdings viel weitreichender als bisher angenommen, da letztlich nicht nur die Proliferation, sondern offensichtlich auch die Metastasierung der Tumorzellen durch PSCs gefördert wird (8-10). Erst in den letzten Jahren konnte dann auch gezeigt werden, dass die Verbindung Stroma - Tumorzelle auch von klinischer Relevanz sein kann. Durch die therapeutische Beeinflussung des Stromas kann das Ansprechen des Tumors auf konventionelle Chemotherapien verbessert werden.

Der vorliegende Übersichtsartikel versucht daher einen Überblick über die Regulationsmechanismen der Stromareaktion im Pankreaskarzinom zu geben, sowie deren Konsequenzen für den klinischen Alltag zu beleuchten. Außerdem versuchen wir einen Ausblick auf therapeutische Ansätze für das Pankreaskarzinom zu geben, die das Stroma mit einbeziehen.

Die Stromareaktion im Pankreaskarzinom

Zusammensetzung

Die Desmoplasie im Pankreaskarzinom meint die exzessive Proliferation fibrotischen Gewebes mit einer geänderten Zusammensetzung der extrazellulären Matrix (ECM), die letztlich dem Wachstum von Tumorzellen angepasst ist. ECM, aktivierte Fibroblasten, Myofibroblasten, inflammatorische Zellen, PSCs sowie Blut- und Lymphgefäße bilden dabei das sog. Stroma im Pankreaskarzinom (9, 11, 12). Die ECM im Pankreaskarzinom besteht vorwiegend aus Typ-1- und -3-Kollagen sowie aus Fibronectin. Durch die fehlende Basalmembran im Tumor fällt außerdem eine wesentliche Trennung des zellulären vom ECM-Kompartiment weg, was durch den direkten Zell-Matrixkontakt zu einer weiteren Stimulation der Tumorzellen führt (9, 11, 13).

Interessanterweise unterscheidet sich das Verteilungsmuster der ECM in Abhängigkeit vom Tumorgrading. Während in hochdifferenzierten Tumoren die ECM v.a. in großen, dicken Kollagenbündeln vorkommt, findet sich in entdifferenzierten Tumoren eine zufällige Verteilung des Kollagens (11). Setzt man die Menge des Kollagens ins Verhältnis zur Anzahl aktivierter Sternzellen, lässt sich der aktivierte Stromaindex berechnen, welcher invers mit dem Patientenüberleben korreliert. Obwohl Pankreaskarzinomzellen zur eigenständigen Matrixsynthese befähigt sind, steuern die Tumorzellen die Stromareaktion durch die Aktivierung von PSCs. Dieser Crosstalk stellt eine wesentliche Eigenschaft des Pankreaskarzinoms dar (siehe unten; (14)).

Pankreatische Sternzellen (PSCs)

PSCs sind entgegen früherer Annahmen keine aktivierten Fibroblasten, sondern spezielle für die Matrixsynthese im Pankreas verantwortliche mesenchymale Zellen (8). Unter gesunden Bedingungen bilden PSCs ca. 4-7% aller Zellen des Pankreas und finden sich interlobulär bzw. periazinär. Diese Anzahl kann bei einer chronischen Pankreatitis oder einem Pankreaskarzinom auf bis zu 90% ansteigen. Ihr Ursprung ist noch nicht mit letzter Sicherheit geklärt, wobei aber verschiedene Arbeiten nahelegen, dass es zwei PSC-Populationen gibt: eine kleinere Population, die aus dem Knochenmark in das Pankreas migriert sowie eine den Hauptteil bildende, im Pankreas residente Population (15).

Die Isolation und in-vitro-Kultur von PSCs gelang erstmals im Jahr 1998 durch zwei unabhängige Gruppen, die über zwei unterschiedliche Methoden einen den PSCs entsprechenden Zelltyp isoliert haben (8, 16). Spätere Arbeiten konnten zeigen, dass PSCs letztlich sowohl in einem ruhenden als auch einem aktiven Zustand vorkommen, wobei sich beide Zustände in ihrem Markerprofil ganz essentiell unterscheiden. Ruhende PSCs zeichnen sich durch intrazelluläre Vitamin-A-reiche Vesikel aus, welche nach Aktivierung nicht mehr nachweisbar sind. Nur aktivierte PSCs exprimieren α-smooth muscle actin (α-SMA), glial fibrially protein (GFAP) wird hingegen in beiden Aktivitätszuständen exprimiert (8, 9, 16).

Der Ruhezustand zeichnet sich funktionell durch eine niedrige Teilungsrate und eine geringe ECM-Synthese-Kapazität aus. Ganz im Gegensatz dazu findet sich im aktiven Zustand eine hohe Teilungsrate und eine starke Migrations-/Motilitätsrate, sowie eine hohe Syntheseleistung für ECM-Komponenten (Kollagen) und den ECM-Umsatz modulierender Proteine (MMPs und TIMPs). Darüber hinaus bilden PSCs Wachstumsfaktoren. Die Aktivierung der PSCs ist multifaktoriell bedingt und kann durch oxidativen Stress, Alkohol und durch die Aktivierung bestimmter Signalkaskaden wie z.B. dem IL6-, TGFβ- oder auch TNFα-Signalweg erfolgen. Interessanterweise erhalten PSCs ihre eigene Aktivierung durch sog. Forward-Loops via Synthese von Zytokinen wie Periostin (9, 13, 14, 17).

Der Crosstalk zwischen PSC und Tumorzelle


Die Interaktion von PSCs und Pankreaskarzinomzellen bildet die Grundlage für die Symbiose der beiden Systeme. Ein noch nicht vollständig untersuchtes Netzwerk von Signalkaskaden, die über autokrines und parakrines Signalling, Feedback- und Feedforward-Loops sowie Zell-Zellkontakte zwischen den beiden symbiotischen Partnern interagieren, bildet dabei die Grundlage (9, 12). So können Tumorzellen bereits den wichtigsten Schritt der PSC-Aktivierung durch die Sekretion von z.B. TNFα oder TGFβ starten (18). Im Weiteren stimulieren Pankreaskarzinomzellen die aktivierten PSCs durch PDGF oder auch IGF1-Sekretion zur Proliferation, wobei PDGF zusätzlich die Migration der PSCs anregt. Über ein komplexes Zytokinsekretionsmuster versuchen die Tumorzellen außerdem den Matrixturnover zu beeinflussen (9, 12). Dabei sezernieren Tumorzellen einerseits in den PSCs Matrixsynthese-fördernde Zytokine wie TGFβ, FGF2 und sonic hedgehog, andererseits werden in den PSCs Matrix-degradierende MMPs gebildet z.B. durch IL1, TGFβ, TNFα oder auch EMMPRIN (Abb. 1) (9).

Lupe
Abb. 1: Der Crosstalk zwischen Pankreatischer Sternzelle und Pankreaskarzinomzelle.
 

Nach Aktivierung der PSCs sind diese maßgeblich an der Stimulation und dem Erhalt Tumor-spezifischer Eigenschaften beteiligt (9, 12, 18-20). Über eine gezielte Aktivierung verschiedener Signalkaskaden, meist parakrine in den Tumorzellen, wird die Aggressivität des Pankreaskarzinoms nach jetzigem Stand der Forschung durch die PSCs verstärkt (12). Vor allem die Proliferation wird durch die Sekretion zahlreicher Zytokine vermehrt. Zu nennen sind an dieser Stelle zahlreiche klassische, physiologischerweise proliferationsvermittelnde Signalwege wie TGFβ, FGF oder auch EGF-Signalling. Diese sind meist aufgrund aktivierter Mutationen im Tumor besonders aktiv und damit empfänglich für parakrine Signale der PSCs (9, 12, 18-20). Weitere von PSCs sezernierte Signalstoffe, die in den Tumorzellen Proliferation anregen, sind CTGF, PDGF und auch SDF-1 (siehe unten).

Neben der Proliferation wird auch spezifisch die Chemoresistenz durch PSCs vermittelt. Dies konnte beispielsweise für den Integrinliganden Periostin gezeigt werden. Nach Aktivierung der PSCs erhält es seine eigene Sekretion durch einen autokrinen Signalkreis und kann dadurch auch unter Chemotherapie und Bestrahlung die für die Tumorzellen protektive Desmoplasie unterstützen (17, 21). Ähnliche Effekte wurden für Galectin und verschiedene Interleukine beschrieben (22, 23). Außerdem schützen PSCs Tumorzellen vor Apoptose (9, 12). Eine weitere interessante Eigenschaft der PSCs positioniert sie als „Wegbereiter der Metastasierung“ durch die Sekretion von Plasminen und MMPs, die letztlich die ECM lokal wieder degradieren und damit Metastasierung erleichtern. Dabei scheinen die PSCs außerdem spezifisch die für Metastasierung so wichtige epithelial-mesenchymale Transition (EMT) in den Karzinomzellen zu induzieren (siehe unten; (4, 24)). So sind z.B. im orthotopen Transplantationsmodell die mit PSCs und Tumorzellen induzierten Tumore größer, aggressiver und resistenter verglichen mit den Tumoren, die nur durch Tumorzellen alleine induziert wurden. Hinzu kommt, dass PSCs in Lebermetastasen der primär pankreatischen Tumoren detektiert wurden, was auf eine Art Ko-Migration der PSCs mit den Tumorzellen hindeutet (25, 10).

PSCs bilden im Pankreaskarzinom die Tumorstammzellnische


Der genannte Crosstalk stellt PSCs aber nicht nur als supportive Zellpopulation im Pankreaskarzinom dar, sondern vielmehr auch als die zelluläre Komponente der Tumorstammzellnische (20, 26-28). Im Jahr 2007 gelang es der Arbeitsgruppe um Prof. Heeschen erstmals, sog. Tumorstammzellen im Pankreaskarzinom zu identifizieren. Dabei handelt es sich um eine selbsterneuernde Zellpopulation, die sich durch ein spezifisches Markerpanel auszeichnet und sich grundlegend in ihren Eigenschaften von den „normalen“ Tumorzellen unterscheidet. Diese Zellen zeigen eine endogene Resistenz gegen konventionelle Chemotherapie und konnten in Transplantationsexperimenten den kompletten Primärtumor regenerieren. Nodal/Activin-Signalling ist maßgeblich an der Selbsterneuerung dieser Zellen beteiligt (26). Interessanterweise konnten die Wissenschaftler um Heeschen außerdem zeigen, dass das Zytokin Nodal von den PSCs im Pankreaskarzinom sezerniert wird und damit für die Selbsterneuerung des Tumors maßgeblich verantwortlich ist (20). Damit ergeben sich grundlegende Konsequenzen für die Tumortherapie, da nur das duale Targeting der für die Desmoplasie verantwortlichen PSCs und der Tumorzellen einen dauerhaften Erfolg zu gewährleisten scheint. Ansätze dafür gibt es bereits (27).

Konsequenzen der Desmoplasie

Die Konsequenzen der ausgeprägten Stromareaktion sind von enormer Bedeutung für die Therapie und Diagnostik des Pankreaskarzinoms. Letztlich resultieren im Wesentlichen drei Probleme, die sich jeweils mehr oder weniger gegenseitig bedingen.

Reduzierte diagnostische Sensitivität


Ein großes Problem beim Pankreaskarzinom ist ein nahezu völlig fehlendes diagnostisches Zeitfenster. Dieses Zeitfenster bezeichnet die Zeit vom Auftreten der frühesten, detektierbaren Vorläuferzellläsion bis zum Übergang in ein lokal fortgeschrittenes oder metastasiertes Karzinom. Bis dato existierten keine diagnostischen Tools oder Biomarker, die es dem klinisch tätigen Arzt bzw. dem Wissenschaftler ermöglichen, dieses Zeitfenster diagnostisch zu erfassen (12, 29). Ein großes Problem stellt auch hier die Desmoplasie dar. Die lokale Stromareaktion ist bereits um frühe Vorläuferläsionen wie z.B. PanIN 1 oder auch um tubuläre Komplexe bzw. atypisch flache Läsionen nachweisbar (28). Daher könnte man erwarten, dass in den auf Perfusion basierenden Schnittbildverfahren ein größer erscheinender und damit detektierbarer Defekt generiert wird. Da die Detektionsschwelle der konventionellen Schnittbildverfahren bei ca. 5 mm liegt, sind diese Läsionen aber trotzdem häufig nicht zugänglich (30). Hinzu kommt, dass die Stromareaktion im Pankreas per se ein erhöhtes Entartungsrisiko birgt, da offensichtlich bereits aktivierte PSCs (z.B. bei der chronischen Pankreatitis) durch deren Interaktion mit dem Pankreasparenchym dort zu genomischer Instabilität und damit zur Tumorentstehung beitragen können (31). Dies erklärt auch das vielfach erhöhte Risiko für ein Pankreaskarzinom bei Patienten mit chronischer Pankreatitis (32). Daher wäre eine großflächige Organbiopsie von Hochrisikopatienten prinzipiell eine denkbare Option, um ein frühes Screening zur Detektion von Vorläuferläsionen zu ermöglichen. Ein solches Vorgehen wird beim Prostatakarzinom bereits breitflächig eingesetzt, wobei die mehrfache, blinde Prostatastanzbiopsie die diagnostische Sensitivität erhöht (33). Kritisch ist an dieser Stelle zu erwähnen, dass die Biopsie der Prostata nur bei gleichzeitig erhöhtem PSA (Prostata-spezifisches Antigen)-Wert durchgeführt wird. Ein solch sensitiver Tumormarker, der ein invasives Vorgehen hinreichend rechtfertigt, fehlt allerdings beim Pankreaskarzinom völlig (29). Außerdem ist ein solches Vorgehen aufgrund der geringen Tumorzelldichte in Pankreaskarzinomen und der damit geringen Wahrscheinlichkeit, auswertbares Tumorzellmaterial zu gewinnen, viel zu gering. Vielversprechender könnten in Zukunft z.B. molekulare Methoden sein, die spezifisch das Tumorstroma erkennen. Genau wie bei den bisher verfolgten molekularen Screeningansätzen (z.B. Tumor-spezifische Fluoreszenzproben oder spezifische Kontrastverstärker im MRT) ist aber auch hier eine nicht ausreichende Spezifität zu erwarten (34, 35).

Schlechte Penetration von Chemotherapeutika


Ein weiteres Problem der ausgeprägten Stromareaktion ist eine Hypovaskularisierung der Tumore sowie die dadurch entstehende Hypoxie, was wiederum zur Selektion besonders aggressiver Subklone führt. Das aktivierte Stroma umgibt das invasive Karzinom und geht ihm teilweise sogar voraus. Daraus ergibt sich auch das typische his-topathologische Bild einer chronischen Pankreatitis im benachbarten Gewebe des invasiven Karzinoms. Dies ergibt sich durch die oben genannten para-krinen Signale der Tumorzellen, die zur Aktivierung von PSCs im periazinären Raum des Pankreasparenchyms führen. Die daraus resultierende extensive Matrixsynthese führt zur Kompression der sich im periazinären Raum befindlichen Kapillaren, wodurch eine relative Hypoxie aufgrund reduzierter Blutperfusion und Sauerstoffdiffusion im Karzinom entsteht (36). Passend zu dieser Argumentation findet sich ein reziprokes Verhältnis zwischen ECM-Menge und Vaskularisation im Tumor (37), welches sich durch den ständigen Crosstalk zwischen PSC und Tumorzelle mit fortschreitender Tumormasse verstärkt. Infolgedessen finden sich im Pankreaskarzinom besonders niedrige Konzentrationen von konventionellen Chemotherapeutika, wodurch sich die genannte Resistenz der Tumoren ergibt.

Die chronische Hypoxie bewirkt in Tumorzellen eine geänderte Stoffwechsellage mit einer Verschiebung in Richtung Glykolyse. Damit einhergehend findet sich die verstärkte Expression des Hypoxie-induzierten Transkriptionsfaktors HIF1α. Verschiedene Arbeiten konnten zeigen, dass die hohe HIF1α-Expression mit einer besonders schlechten Prognose auch bei anderen Tumoren einhergeht (38). Zusammengefasst hat dies verschiedene Gründe: (i) Hypovaskularisation führt zu geringen Medikamentenkonzentrationen im Tumor; (ii) Die extremen Überlebensbedingungen selektionieren für besonders resistente Subklone; (iii) Die extremen Bedingungen führen zum Abbau der Matrix mit dem Ziel der Invasion; (iv) Dies geht mit der durch Hypoxie induzierten EMT einher und führt letztlich zu Metastasierung.

Diffuse Infiltration und damit frühe Inoperabilität

Die epithelial-mesenchymale Transition (EMT) bezeichnet den Übergang von epithelialen zu mesenchymalen Eigenschaften in der Biologie und geht physiologischerweise mit dem Verlust der Zell-Zellkontakte und einem erhöhten Migrationsverhalten einher. EMT ist ein physiologischer Prozess und findet erstmals während der Gastrulation bei Ausbildung der sog. Primitive Streak im Embryo statt (39). In der Embryonalentwicklung sind Migration und zelluläre Plastizität wichtige Eigenschaften, um schnelle Differenzierung an verschiedenen Orten im Embryo zu ermöglichen. Da Invasion und Migration Grundvoraussetzungen für metastatisches Wachstum sind, spielt die EMT auch bei der Tumorentstehung eine besondere Rolle und interessanterweise v.a. beim Pankreaskarzinom. Die EMT geht dabei, passend zum embryonalen Kontext, mit einer De-Differenzierung und dem Gewinn von „Stemness“ in den Tumorzellen einher. So konnte eine kürzlich erschienene Arbeit zeigen, dass bereits im PanIN-Stadium, also schon bevor klassische Malignitätskriterien vorliegen, sich einzelne Zellen aus dem Verband lösen und im Blut zirkulieren. Dieser Prozess war direkt mit EMT assoziiert und führte zu Absiedlungen der Zellen in der Leber. Weitere Analysen dieser Zellen zeigten deutliche Unterschiede verglichen mit klassischen Karzinomzellen und wiesen vermehrt Eigenschaften von Tumorstammzellen auf. Interessanterweise konnte die Anzahl dieser im Blut zirkulierenden Zellen durch die Induktion von Inflammation und Fibrose mittels experimentell-induzierter Pankreatitis deutlich erhöht werden (4).

Da Hypoxie wiederum über die Induktion von HIF1α zahlreiche Zielgene induziert, die für Migration verantwortlich sind, ist es naheliegend, dass die starke Hypoxie im Pankreaskarzinom die treibende Kraft für die frühe Invasion und Metastasierung ist. Da Invasion aber gleichzeitig den Abbau der im Vorfeld synthetisierten Matrix verlangt, ist die durch Hypoxie induzierte Induktion von MMPs in PSCs nur logisch (40). Eine kürzlich erschienene Arbeit schließt diesen Kreis, indem sie zeigt, dass Hypoxie in vitro „Stemness“ in Pankreaskarzinomzellen induziert (41).

Konsequenzen für die Tumortherapie

Zahlreiche zielgerichtete Therapie-formen haben zwischenzeitlich den Weg in die klinische Anwendung versucht, mit mehr oder aber meist weniger großem Erfolg. Die einzige zielgerichtete Therapieform, die bis dato die Zulassung in Kombination mit der Standardtherapie Gemcitabin erlangt hat, ist Erlotinib. Dabei handelt es sich aber um einen Tyrosinkinaseinhibitor, der primär die Tumorzellen und nicht das Stroma beeinflusst (42). Im Folgenden sollen kurz die derzeit verfolgten Ansätze zur zielgerichteten Therapie der Tumor-Stromainteraktion vorgestellt werden.

Inhibition von MMPs


Stroma-regulierende MMPs stellen eine große Familie proteolytischer Enzyme dar, die letztlich über die Degradation und Remodellierung den Matrixturnover unter physiologischen und pathologischen Bedingungen regulieren (18). Es existieren zahlreiche Isoformen, von denen insbesondere MMP-2 und MMP-9 im Pankreaskarzinom überexprimiert sind (43, 44).

Das Zusammenspiel Matrix-degradierender Proteine im Pankreaskarzinom scheint aber noch deutlich komplexer zu sein als bisher angenommen. So konnten neben den genannten MMPs auch deren Inhibitoren, die sog. Tissue inhibitors of metalloproteinases (TIMPs) ebenfalls überexprimiert im Pankreaskarzinom gefunden werden. Aufgrund dieser wichtigen Funktion der Tumorzellen erschien die therapeutische Inhibition von MMPs als ein sinnvolles Konzept.

Erstmals wurde Marimastat, ein Multi-MMP-Inhibitor, nach vielversprechenden präklinischen Daten in einem größeren Kollektiv in der Monotherapie vs. Gemcitabin untersucht. Dabei zeigte sich zumindest keine Unterlegenheit verglichen zur Standardtherapie. Daher wurde in einer Folgestudie die Kombination aus Marimastat vs. Kombinationstherapie mit Gemcitabin untersucht. Dabei ergab sich keinerlei Vorteil durch die Zugabe des Multi-MMP-Inhibitors. Wenig später wurde ein weiterer MMP-Inhibitor untersucht, der spezifisch MMP2, 3 und 9 inhibiert. Diese Studie, die Gemcitabin mit dem Inhibitor allein verglich, musste nach der ersten Zwischenanalyse abgebrochen werden, da die mit dem MMP-Inhibitor behandelten Patienten signifikant kürzer lebten (45, 46).

Inhibition des Hedgehog-Signalwegs

Der Hedgehog-Signalweg spielt eine entscheidende Rolle in der Modulation von Zellzyklus, Angiogenese und Apoptose. So konnten in allen analysierten Tumoren einer großen genomweiten Sequenzierungsstudie zum Pankreaskarzinom der Hedgehog-Signalweg als mutiert im Sinne einer Aktivierung nachgewiesen werden (47). Interessanterweise scheint Hedgehog aber auch einen Einfluss auf die Stromareaktion im Pankreaskarzinom zu haben, weswegen seine Inhibition als äußerst vielversprechend erscheint (48). Hinzu kommt, dass der Hedgehog-Signalweg offensichtlich besonders in Tumorstammzellen aktiv ist (27).

Basierend auf diesen Kenntnissen untersuchten Wissenschaftler um den renommierten Professor David Tuveson die Auswirkungen eines Inhibitors des Hedgehog-Signals in Hinblick auf seine Stroma-depletierende und damit anti-tumorale Wirkung in einem Mausmodell. Zuerst wurden unter Verwendung verschiedener Ansätze die entstehenden Tumoren in Hinblick auf deren Vaskularisation und deren intratumorale Konzentration von Gemcitabinmetaboliten untersucht. Dabei bestätigten die Wissenschaftler die nahezu nicht nachweisbaren Gemcitabinmetaboliten sowie eine ausgeprägte Hypovaskularisation im Tumor. Basierend auf diesen Daten wurde der Hedgehog-Inhibitor IPI-926 allein und in Kombination mit Gemcitabin angewendet, wobei ein verzögertes Absterben der Tiere in der kombinierten Behandlungsgruppe erzielt werden konnte. Dies ging einher mit einer transienten Stromadepletion, erhöhten Vaskularisation sowie erhöhten Konzentration von Gemcitabinmetaboliten im Tumor. Leider war der Effekt nur transient, was auf mögliche Adaptationsprozesse im Tumor hindeutet. Trotzdem sind die Daten von der Idee des Konzepts her betrachtet hochinteressant, da offensichtlich das Stromatargeting die Karzinomzellen empfindlicher für konventionelle Chemotherapieregime macht und damit die protektive Wirkung des Stromas auf den Tumor unterstreicht (49).

Eine weitere hochinteressante, allerdings ebenfalls präklinische Arbeit, findet sich zum Thema Hedgehog und Pankreastumorstammzellen. Da Hedgehog in pankreatischen Tumorstammzellen überexprimiert ist, wurde die Inhibition des Signalwegs in Hinblick auf seine Tumorstammzell-depletierende Wirkung in Kombination mit Gemcitabin und einem mTOR-Inhibitor untersucht. Die Triple-Therapie erbrachte deutliche Erfolge in Bezug auf das Überleben der Tiere und auf den selektiven Verlust der Tumorstammzellen. Kritisch sei angemerkt, dass es sich um ein orthotopes Transplantationsmodell handelte, welches kaum Stromareaktion zeigt, und damit den humanen Phänotyp nicht vollständig widerspiegelt (27). Verschiedene Hedgehog-Inhibitoren werden derzeit in Phase-I-Studien untersucht.

Aktivierung des CD40-Rezeptors

Ein weiterer Ansatz zur Stromadepletion fokussiert auf der mit ihr einhergehenden Entzündung. Verschiedene Arbeiten zeigen, dass bereits im Anfangsstadium der Tumorentstehung Leukozyten das Stroma infiltrieren und dort eine lokale Immunsuppression bewirken und somit die Stromareaktion weiter stimulieren. CD40 gehört zur Tumornekrosefaktor-Rezeptor-Familie und ist besonders wichtig für die T-Zell-bedingte Anti-Tumoraktivität. Die Aktivierung des CD40-Rezeptors könnte daher eine duale Rolle auf Stroma und Tumor haben. Daher untersuchten Wissenschaftler die Wirkung eines CD40-agonistischen Antikörpers an Patienten mit metastasiertem Pankreaskarzinom sowie in einem entsprechenden Mausmodell. Im Menschen konnten teilweise beeindruckende Erfolge erzielt werden, wobei ein Patient neoadjuvant der Operation zugeführt werden konnte. Interessant war das fehlende leukozytäre Infiltrat sowie die geringere Stromareaktion im Resektionspräparat. Weitere Analysen wurden daher in einem Mausmodell zum Pankreaskarzinom durchgeführt. Dort konnte durch die Behandlung eine deutlich reduzierte Entzündung sowie eine Tumor- und Stromareduktion induziert werden. Interessanterweise waren dafür nicht wie erwartet zytotoxische T-Zellen, sondern durch den CD40-agonistischen Antikörper aktivierte Makrophagen verantwortlich (50).

Konjugation konventioneller Chemotherapeutika an körpereigene Proteine

Der letzte hier vorgestellte Ansatz beschäftigt sich mit konventioneller Chemotherapie unter Verwendung alternativer Präparationen, um die Tumorzytotoxizität zu verbessern. Ein wesentliches Problem konventioneller Chemotherapeutika ist die geringe Konzentration intra- bzw. perizellulär im Tumor (51). Daher könnte die Konjugation des Medikaments an Substanzen, die über endogene Rezeptoren aufgenommen werden, zu einer verbesserten Wirkung führen. Die Wahl des endogenen Rezeptors steuert somit die Spezifität, wodurch z.B. Tumor und Stroma attackiert werden können. Ein solcher Rezeptor ist das Glycoprotein SPARC (secreted protein acid rich in cysteine), welches Albumin bindet.

SPARC ist ein hochkonserviertes Protein, das den Matrixturnover reguliert. Es wird in Stroma- sowie in den Tumorzellen selbst im Pankreaskarzinom exprimiert. Hohe Expression ist mit hoher Tumoraggressivität assoziiert, wobei Patienten mit hoher SPARC-Expression ein signifikant kürzeres Überleben aufweisen (51). Die Konjugation des etablierten Chemotherapeutikums Paclitaxel an Albumin führt daher zu einer verbesserten Tumorwirkung durch die Albumin-getriggerte Aufnahme des Medikaments nach Bindung an das SPARC-Protein (51). Die bisherigen Daten dazu sind äußerst vielversprechend und zeigen bei bis zu 67% der behandelten Patienten ein klinisches Ansprechen. Außerdem konnten in den bisherigen Studien durch diese Behandlung mehr Patienten der neoadjuvanten Operation zugeführt werden (51). Es ist naheliegend, dass dabei v.a. auch die Expression von SPARC auf Stroma- und Tumorzellen von Bedeutung ist, da dadurch letztlich ein duales Targeting möglich wird.

Zusammenfassung

Die Therapie des Pankreaskarzinoms bleibt schwierig, trotz zahlreicher z.T. vielversprechender Therapieansätze. Die Stromareaktion und insbesondere deren zelluläre Komponente, die PSCs, sind für die Therapieresistenz von besonderer Bedeutung. Daher sind v.a. Therapieansätze, die beide Komponenten adressieren von besonderem Interesse im Rahmen zukünftiger Therapieregime.


 

Dr. rer. med. Alexander Kleger

Abteilung für Innere Medizin I, Zentrum für Innere Medizin
Universitätsklinikum Ulm
Albert-Einstein-Allee 23
89081 Ulm

Tel.: 0731/500 44728
Fax: 0731/500 44440
E-Mail: alexander.kleger@uni-ulm.de



 

Prof. Dr. med. Thomas Seufferlein

Abteilung für Innere Medizin I, Zentrum für Innere Medizin
Universitätsklinikum Ulm
Albert-Einstein-Allee 23
89081 Ulm

Tel.: 0731/500 44501
Fax: 0731/500 44502
E-Mail: thomas.seufferlein@uniklinik-ulm.de


Abstract


A. Kleger, T. Seufferlein, Abteilung für Innere Medizin I, Zentrum für Innere Medizin, Universitätsklinikum Ulm

Pancreatic Ductal adenocarcinoma (PDAC) is one of the leading causes of cancer related deaths in the developed world. The survival rate of less than 2 years for most cases is predominantly due to late diagnosis and a lack of efficiency in conventional chemotherapeutic strategies. Therefore in recent years, a major focus has been placed on understanding the biology of the tumour microenvironment. In particular, the stromal cell compartment has attracted much attention and as a result we now have gained considerable new insights into the role which these cells play within PDAC. The desmoplastic reaction induced by the stroma is mainly built by so-called activated pancreatic stellate cells. Up to now, it is has been postulated that these cells may be the driving force blocking penetration of chemotherapeutic agents into the tumor core. The dual interaction between stellate cells and tumor cells supports survival and promotes migration of the tumor cells and thereby reinforces their metastatic potential. Several factors e.g. secreted matrix metallproteinases influence the stroma reaction in pancreatic cancer. Moreover, stroma-induced hypoxia drives VEGF secretion and subsequently feeds tumor angiogenesis. Thus, directed therapy targeting also the stroma within pancreatic cancer may help to improve efficiency of conventional chemotherapy.

Keywords: pancreatic ductal adenocarcinoma, stroma


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