Goeze, Almut: Charakterisierung chromosomaler Imbalancen in Adenokarzinomen der Lunge mit Hilfe der Comparativen genomischen Hybridisierung (CGH)

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I. Einleitung

Krebserkrankungen haben bekanntermaßen eine große Bedeutung in der heutigen Zeit. Neben den Herz-Kreislauf-Erkrankungen gehören sie heute zu den häufigsten Todesursachen. Dabei beeinflußt das immer bessere Verständnis der zugrundeliegenden molekularbiologischen Mechanismen der Zellen einen Großteil der onkologischen Praktiken in Krebsprävention, Diagnosestellung und Behandlung. Mit der Identifikation von zellulären Onkogenen und Tumorsuppressorgenen vor über 20 Jahren wurde man sich darüber bewußt, daß Krebs vor allem eine genetische Erkrankung ist (de Vita et al., 1997a). Dabei geht man davon aus, daß es sich um eine Akkumulation von Veränderungen handelt, wobei vor allem Regulatorgene des Zellzyklus eine Rolle spielen: Bei Verlust von Tumor-Suppressor-Genen oder Vervielfältigung von Onkogenen ist der Zellzyklus gestört, woraus ein Tumorwachstum resultieren kann.

Unter allen Krebserkrankungen spielen die Lungenkarzinome eine große Rolle, bei Männern in der westlichen Welt sind es die häufigsten Tumoren, bei Frauen treten nur das Mammakarzinom, Colonkarzinom und Melanome häufiger auf. Während das Lungenkarzinom noch vor 100 Jahren selten war, hat es im Laufe unseres Jahrhunderts sprunghaft zugenommen. Der Altersgipfel liegt im höheren Alter.

Größter Risikofaktor ist das Rauchen, dadurch steigt das Risiko etwa um den Faktor 14. Außerdem wurden auch vermehrt Lungenkarzinome bei Uranbergarbeitern beobachtet (Harley et al., 1992). Ebenso kommt es bei der Verarbeitung von Pechsubstanzen, und durch Arsen, Asbest, Beryllium, Nickel, aromatische Aminen und Chromaten zum gehäuften Auftreten dieser Tumorart (Heilmann et al., 1993).

Die Lungentumoren werden aufgrund ihres unterschiedlichen biologischen Verhaltens und somit unterschiedlicher Behandlung und Prognose in zwei große Gruppen unterteilt: Kleinzellige Lungenkarzinome (small cell lung cancer; SCLC) werden den nichtkleinzelligen Lungenkarzinomen (non small cell lung cancer; NSCLC) gegenübergestellt. Die zweite Gruppe (NSCLC) wird nochmals in die Untergruppen Plattenepithel-Karzinome (squamous cell cancer (SCC), Adenokarzinome und Großzellige Karzinome unterteilt.

Die Adenokarzinome werden heute häufiger diagnostiziert als früher (Caldwell et al., 1996; Fry et al., 1996). Sie treten übermäßig häufig bei Frauen und bei Nichtrauchern auf und sind meist peripher lokalisiert. Histologisch formieren sie sich zu Drüsen und/oder produzieren Schleim. Sie entstehen wahrscheinlich aus dem Oberflächenepithel der Alveolen oder den mukösen Bronchialdrüsen. Die bronchioloalveolären Karzinome als Unterklasse des Adenokarzinoms entstehen wahrscheinlich aus Pneumozyten Typ II.


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1. Epidemiologie des Lungenkarzinomes

Das Lungenkarzinom ist in der westlichen Welt und damit auch in Deutschland die häufigste Krebserkrankung bei Männern. Bei Frauen sind nur das Mamma-, das Corpuskarzinom des Uterus, das Magenkarzinom und das Colon-bzw. Rektumkarzinom häufiger. Nach Daten des Robert-Koch-Institutes betrug der Anteil der Inzidenz von Lungenkrebs an allen Krebsarten 1995 bei den Männer 17,9% (das entspricht ca. 28900 Neuerkrankungen an Lungenkarzinomen), bei Frauen 4.7% (das entspricht ca. 8100 Neuerkrankungen).

Durch die hohe Malignität dieser Tumorart sowie der meist erst späten Entdeckung wegen langer Symptomarmut ist die Bedeutung dieser Tumorart hinsichtlich der Mortalität noch herausragender: 26,7% der Todesfälle durch Krebserkrankung bei Männern und 7,9% bei Frauen werden durch Lungentumoren hervorgerufen. Damit ist dies bei den Männern die häufigste Tumorart, bei Frauen die dritthäufigste Tumorart, die zum Tode führt. Die 5-Jahres-Überlebensrate insgesamt wird bei Männern mit weniger als 9% angegeben, bei Frauen liegt sie bei 17% (Robert-Koch-Institut), in den USA wird die 5JÜR mit 13% angegeben (de Vita et al., 1997a), womit das Lungenkarzinom zu den prognostisch ungünstigsten Formen bösartiger Neoplasien gehört.

Die altersspezifische Inzidenz hat den für viele Krebslokalisation typischen Verlauf mit einem stetigen Anstieg und einem Maximum der Erkrankungshäufigkeit zwischen dem 75. und 80. Lebensjahr. Das mittlere Erkrankungsalter liegt bei 69 Jahren.

Während die Inzidenz bei Männern in Deutschland seit etwa 20 Jahren nahezu konstant bleibt bzw. ein rückläufiger Trend beginnt, steigt bei Frauen die Inzidenz mit einer jährlichen Zuwachsrate von etwa 3% an.

2. Klassifizierung der Lungenkarzinome

Wie bereits erwähnt werden die Lungentumoren in zwei große Gruppen unterteilt: Kleinzellige Lungenkarzinome (small cell lung cancer; SCLC) werden den nichtkleinzelligen Lungenkarzinomen (non small cell lung cancer; NSCLC), mit den Untergruppen Plattenepithel- (squamous cell cancer; SCC), Adeno- und Großzelligen Karzinomen gegenübergestellt.

Wie allen andere bösartigen Tumoren werden auch die Lungenkarzinome in eine TNM-Klassifikation eingeordnet, und einem histologischem Grading je nach Differenzierungsgrad unterworfen. Für die Prognose eines Tumors und zur Erstellung einer Behandlungsstrategie sind folgende Faktoren von Bedeutung: histologische Klassifizierung und Differenzierung (Grading) des Tumors sowie Stadienzugehörigkeit, bestimmt durch Größe, Lage, Ausbreitung und Metastasierungsgrad des Tumors.


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2a. Histologische Einteilung der Lungen- und Pleuratumoren nach WHO

Die Adenokarzinome werden zu den bösartigen epithelialen Tumoren der Lunge gerechnet.

Ebenfalls zu dieser Gruppe gehören die Plattenepithelkarzinome, Kleinzelligen Lungenkarzinome, Großzelligen, Adenosquamösen Karzinome, Karzinome mit pleomorphen, sarcomatoiden oder sarcomatösen Elementen, Karzinoide, Karzinome des Speicheldrüsentyps und nicht klassifizierte Karzinome. Jede dieser Gruppen wird noch in weitere Untergruppen unterteilt. Dabei wird das Adenokarzinom in folgende Subtypen unterteilt:


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Häufige histologische Formen des Adenokarzinoms der Lunge

A: azinäres Adenokarzinom (HE)

B: papilläres Adenokarzinom (HE)

C: solides Adenokarzinom mit vornehmlich zytoplasmatischer Schleimbildung (PAS)

D: bronchioloalveoläres Karzinom (HE)

E: klarzellige Anteile in einem soliden Adenokarzinom (HE)

F: Adenokarzinom mit starker Schleimbildung (HE)


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Häufig sind mehrere Differenzierungs- und Wachstumsformen in einem Tumor nachweisbar. Das bronchiolo-alveoläre Karzinom ist eine Sonderform des Adenokarzinoms und unterscheidet sich von anderen Adenokarzinomen im Ausbreitungs- und Metastasierungsmuster. Es wächst entlang der Alveolen und kleidet diese aus, durch Verschleppung der Tumorzellen über die Atemwege treten häufig Metastasen in der Lunge auf. Andere Adenokarzinome metastasieren dagegen vorwiegend hämatogen.

2b. Grading der Lungenkarzinome (NSCLC):

Je nach Differenzierung der Tumorzellen werden Karzinome in verschiedene Grade eingeteilt, gut differenzierte Tumoren werden mit G1, Tumoren mit undifferenzierten Zellen mit G4 bezeichnet.

2c. TNM-Klassifikation bei Lungenkarzinomen

Die Primärtumor-Klassifikation richtet sich in erster Linie nach der Tumorgröße, der Invasion in die Pleura oder Nachbarorgarne sowie den Abstand zur trachealen Bifurkation. Adenokarzinome sind dabei vorwiegend peripher lokalisiert. Speziell werden unterschieden:

TX: Primärtumor wird nicht asserviert, oder Bestätigung des Vorhandenseins durch maligne Zellen im Sputum oder Bronchiallavage ohne Visualisierung durch Bildgebung oder Bronchoskopie

Ein weiteres Kriterium zur Klassifikation eines Tumors ist das Lymphknotenstadium. Neben der groben Unterscheidung von Vorhandensein oder Abwesenheit von Lypmphknotenmetastasen (pN0/pT+) richtet sich die Unterteilung der Lymphknotenstadien nach deren Lokalisation:

Von großer prognostischer Bedeutung ist das Aufteten von Metastasen. Dieser Aspekt geht folgendermaßen in die TNM-Klassifikation ein:

2d. Stadieneinteilung von Lungenkarzinomen

Basierend auf die TNM-Klassifikation wurde folgende klinische Stadieneinteilung festgelegt. Die verschiedenen Stadien unterscheiden sich in Prognose und Behandlungsstrategie.

Okkultes Karzinom:

TX

N0

M0

Stadium 0:

Tis

N0

M0

Stadium IA:

T1

N0

M0

Stadium IB:

T2

N0

M0

Stadium IIA:

T1

N1

M0

Stadium IIB:

T2

N1

M0

T3

N0

M0

Stadium IIIA:

T1

N2

M0

T2

N2

M0

T3

N1,N2

M0

Stadium IIIB:

jedes T

N3

M0

T4

jedes N

M0

Stadium IV:

jedes T

jedes N

M1


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3. Therapie von NSCLC unterschiedlicher Stadien

Stadium 0 (Carcinoma in situ)

Das Carcinoma in situ sollte durch Operation heilbar sein, allerdings existiert eine hohe Inzidenz von Zweitkarzinomen, von denen viele nicht resektabel sind. Deshalb sollte die am wenigsten invasive Technik gewählt werden. Als Alternative für eine sorgfältig ausgewählte Gruppe von Patienten wird die endoskopische Phototherapie mit einem Hämatoporphyrin-Derivat beschrieben (Furuse et al., 1993).

Stadium I

Die Therapie der Wahl ist die Operation. Dabei wird in der Regel eine Lobektomie mit Lymphadenektomie durchgeführt. Prinzipiell besteht auch die Möglichkeit einer eingeschränkten Resektion (sog. atypische Resektion), bei der lediglich der Tumor entfernt wird. Beim Vergleich von Lobektomie mit eingeschränkter Resektion zeigte sich eine Verminderung der lokalen Rezidive bei Lobektomierten, aber keine signifikanten Unterschiede in der totalen Überlebenszeit (Ginsberg et al., 1995).

Bei Inoperabilität kann eine Strahlentherapie mit kurativem Ansatz in Erwägung gezogen werden. Dabei sollte eine Bestrahlung mit mindestens 6.000 cGy mit Megavoltage-Technik durchgeführt werden. Damit kann ein vergleichbares Ergebnis der 5JÜR wie mit einer operativen Therapie erreicht werden (Noordijk et al., 1988).

Stadium II

Auch im Stadium II ist die Therapie der Wahl die Operation. Dabei muß allerdings das Risiko der hohen postoperativen Mortalität bei Pneumektomie (5-8%) und Lobektomie (3-5%) mitbetrachtet werden.

Nichtoperable Patienten im Stadium II und ausreichender pulmonaler Reserve können für die Radiotherapie mit kurativem Ansatz geeignet sein (Komaki et al., 1985).

Viele operativ behandelte Patienten entwickeln regionale Lymphknoten- oder Fernmetastasen. Eine adjuvante Chemotherapie mit Cisplatin, Doxorubicin und Cyclophosphamid führte zu einer leichten Erhöhung der rezidivfreien Überlebenszeit vor allem im ersten postoperativen Jahr und einer Verlängerung der totalen Überlebenszeit (Holmes, 1994).


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Stadium III

Je nach klinischen Umständen kommt für Patienten mit Tumoren im Stadium IIIa die Strahlentherapie, Chemotherapie, Operation oder die Kombination dieser Möglichkeiten in Frage. Bei Patienten mit N2-Tumoren stellte sich die präoperative (neoadjuvante) Chemotherapie als effektiv heraus (Rosell et al., 1994).

Patienten mit Tumoren des Stadiums IIIb profitieren nicht von einer alleinigen Operation, ihnen wird am besten geholfen mit initialer Chemotherapie, Chemotherapie plus Bestrahlung oder alleiniger Bestrahlung.

Insgesamt zeigten Patienten im Stadium III bei einer Kombination von Radio- und Chemotherapie (Kombination auf Cisplatin-Basis) eine 10%ige Reduktion der Mortalität im Vergleich zur alleinigen Radiotherapie (Non-small Cell Lung Cancer Collaborative Group, 1995).

Stadium IV

Wichtigste Therapieform im Stadium IV ist die Chemotherapie. Kombinations-Chemotherapien auf Cisplatin- oder Carboplatinbasis zeigen objektive Rückbildungsraten (dabei einige wenige vollständige Rückbildungen). Dadurch profitieren die Patienten im Vergleich zu supportiver Pflege am meisten (Souquet et al., 1993).

Radiotherapie kann bei der symptom-orientierten Behandlung aufgrund der lokalen Invasion von NSCLC z.B. in Trachea, Oesophagus oder Knochen oder bei Gehirnmetastasen effektiv sein.

In vielen Fällen ist der palliative Einsatz von endobronchialer Lasertherapie und/oder Brachytherapie zur Behandlung von proximal obstruierenden Läsionen sinnvoll (Miller et al., 1990).

Weitere aktuelle Informationen zur Therapie von Lungenkarzinomen sind über die Internetseite http://www.meds.com/pdq/nonsmallcell_pro.html erhältlich.


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4. Risikofaktoren für die Entwicklung eines Lungenkarzinoms

4a. Rauchen

Das Rauchen, insbesondere Zigarettenrauchen, ist unumstritten der Hauptrisikofaktor für die Entwicklung eines Lungenkarzinoms. Dabei geht man davon aus, daß bei den Männern ca. 80% der Lungenkarzinome diesem Karzinogen zuzuschreiben sind (Minna et al., 1989). Bei Frauen liegt die Rate mit ca. 75% etwas niedriger, der Anstieg des Lungenkarzinoms bei Frauen wird aber der Änderung des Rauchverhaltens zugeschrieben, da es heute mehr Raucherinnen als früher gibt.

Das relative Risiko liegt verglichen mit Nichtrauchern für alle Typen zusammengefaßt bei 13.4, die einzelnen Untergruppen sind unterschiedlich davon betroffen: Bei Großzellern liegt das relative Risiko bei 34.3, bei Plattenepithelkarzinomen bei 18.8, bei Kleinzelligen Lungenkarzinomen bei 14.3 und bei Adenokarzinomen bei 7.9 (Barbone et al., 1997).

In der Gruppe der Nichtraucher geht man davon aus, daß auch bei ihnen 1/3, wenn sie mit Rauchern zusammenwohnen, bzw. 1/4 in der Gesamtgruppe der Nichtraucher durch das Passivrauchen verursacht wird (Wald, 1986). Es wird angenommen, daß Passivraucher die gleichen chemischen Substanzen inhalieren, allerdings mit einem höheren Anteil von N-nitrosaminen und kleinerer Partikelgröße (Hoffmann et al., 1993).

Folgende Substanzen des Zigarettenrauches werden als Kanzerogene bzw. Mutagene betrachtet: Benzopyrene, Dibenzanthrazene, Nicotin, Tabak-spezifische Nitrosamine, Nickel, Cadmium und 210Po als Partikel sowie Hydrazine und Vinylchlorid in der Gasphase.

Außerdem scheinen diese Inhaltsstoffe die Karzinomentstehung durch andere Substanzen wie Asbest oder Radon überproportional stark zu fördern (Loebl et al., 1984). Bei der Kombination von Rauchen und Asbest bzw. Radon besteht mehr als ein additives Lungenkarzinomrisiko.

4b. Berufsbedingte Risikofaktoren

Durch folgende Substanzen steigt das Risiko der Entwicklung eines Lungenkarzinoms bei berufsbedingter Exposition auch ohne Rauchen: Asbest, Radon, Chlormethyläther, polyzyklische aromatische Hydrocarbonate, Chrom, Nickel und anorganische Arsen-Verbindungen (Fraumeni et al., 1975; Fraumeni et al., 1982). Weitere Substanzen erhöhen das Risiko bei starken Rauchern.


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4c. Ernährungsfaktoren

Antioxidanzien wie die Vitamine C und E, Karotinoide oder Selen spielen in der Prävention der Krebsentstehung eine große Rolle. Sie fangen Radikale ab, die endo- oder exogen durch Tabakrauch, Lösungsmittel oder Umweltverschmutzung entstanden sind. Während Vitamin C und E sowie Karotinoide freie Radikale abfangen, ist Selen eine Komponente von antioxidativen Enzymen (Dorgan et al., 1991).

4d. Weitere Risikofaktoren

Menschen mit eingeschränkter Lungenfunktion (Nomura, 1991) zeigen ein erhöhtes Erkrankungsrisiko. Auch die familiäre Prädisposition spielt eine gewisse Rolle (Osann, 1991).

5. Prognosefaktoren

Nach Diagnosestellung ist es nötig, das Stadium der Erkrankung festzustellen, um so eine adäquate Therapie einleiten zu können. Das Hauptkriterium für die Prognose ist das klinische Stadium der Erkrankung, also Größe und Lage des Tumors sowie das Vorhandensein bzw. Fehlen von Lymphknoten- und Fernmetastasen.

Tumoren der Stadien I und II sowie operable Tumoren des Stadiums III haben dabei durch die Operation eine bessere Prognose als Tumoren, die operativ nicht oder nicht vollständig entfernt werden können. Während die 5-Jahres-Überlebensrate bei Tumoren des Stadiums I bei 60-80% liegt, sinkt diese bei Tumoren im Stadium IIIB und IV unter 5%.

Die histologischen Untergruppen haben ebenfalls einen Einfluß auf die Prognose, auch wenn dieser geringer ist als das Stadium. So haben Adenokarzinome, außer den T1 N0-Tumoren dieser Gruppe, insgesamt eine schlechtere Prognose als Plattenepithelkarzinome (de Vita et al., 1997b). Selbst bei kurativ angesetzten Operationen kann es zur Metastasierung kommen, und zwar bei Großzellern in 14%, bei Plattenepithelkarzinomen in 17%, bei Adenokarzinomen in 40% und bei Kleinzellern in 63% der Fälle, was häufig die schlechte Prognose der Adenokarzinome und der Kleinzeller bedingt.

Bei den nicht-resizierbaren Tumoren (Stadium III und IV) ist die 5JÜR sehr gering. Es wurde nach Prognosefaktoren vor Behandlungsbeginn gesucht. Folgende Faktoren wurden beschrieben (de Vita et al., 1997c):


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Aberrierende Gen-Expression:

-ras-Familie

 

-myc-Familie

 

-HER-2/neu (p185)

 

<1>

Tumor-assoziierte Antigene:

-Blutgruppenantigene

 

-Antigen 43-9F

 

-Serum CA 12

Andersartige Faktoren:

-Tumorzell-DNA-Gehalt

 

-Wachstumsfaktoren

 

-Tumorzellproliferation (schlechte Prognose bei hoher Proliferation)

 

<2>

 

-Tumor-Angiogenese-Faktor

 

-Neuroendokrine Differenzierung

 

<3>

Zu vielen dieser Prognosefaktoren gibt es widersprüchliche Untersuchungsergebnisse. Mutationen von K-ras bei allen NSCLC und p53 bei Adenokarzinomen gelten als negative Prognosefaktoren mit verringerter Lebenserwartung (Huang et al 1998). Insgesamt sind die Publikationen bezüglich dieser neuen molekularen Marker jedoch widersprüchlich, insbesondere p53 als Prognosefaktor beim Lungenkarzinom ist noch höchst umstritten.

Hinsichtlich des DNA-Gehaltes einer Tumorzelle wurde eine geringere Überlebenszeit von Patienten mit aneuploiden Tumoren im Vergleich zu diploiden Tumoren beobachtet (Zimmerman et al., 1987). Bei Adenokarzinomen im Stadium I wurde eine geringere 5JÜR und gehäuftes Auftreten von Gehirnmetastasen bei Tumoren mit >30% abnormer DNA beobachtet (Roberts et al., 1998).


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6. Krebs als genetische Erkrankung

Krebs kann als polygenetische Erkrankung betrachtet werden. Er wird verursacht durch Mutationen mehrerer Tumor-assoziierterter Gene, wobei insbesondere Onkogene und Tumorsuppressorgene zu unterscheiden sind. Die Kanzerogenese ist ein Prozeß in mehreren Einzelschritten, erst die Addition mehrerer genetischer Veränderungen führt zur Entstehung eines manifesten Karzinoms. Auch in präneoplastischen Veränderungen wie Hyperplasien, Dysplasien oder Carcinomata in situ sind bereits genetische Veränderungen vorhanden. Dabei ist der Tumorphänotyp genetisch determiniert, es handelt sich um eine Störung und Deregulierung physiologisch aktiver oder mutierter Gene auf DNA-, RNA- und Proteinebene.

Ein Tumorwachstum entsteht durch ein Ungleichgewicht zwischen überschießender Proliferation und vermindertem Absterben von Tumorzellen, der Apoptose (programmierter Zelltod).

Onkogene, genauer Mutationen in Proto-Onkogenen, fördern die Tumorentstehung, während Tumorsuppressorgene sie verhindern. Dabei wirken Onkogene dominant, das heißt die Mutation eines Allels reicht aus zur Entfaltung der onkogenen Wirkung. Tumorsuppressorgene (TSG) wirken rezessiv, das heißt beide Allele eines TSGs müssen mutiert sein, damit es zur Tumorentstehung kommt.

Onkogene und Tumorsuppressor-Gene interagieren vielfach mit Proteinen des Zellzyklus. Die Abbildung zeigt Zusammenhänge im Zellzyklus: Cycline, Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs) und deren Interaktion mit Tumorsuppressor-Genen und Onkogenen.


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6a. Wichtige Onkogene

Protoonkogene, die Komponenten der Zellsignale zur Zyklusregulation kodieren, können in Lungentumoren abnormale Aktivität zeigen und als Onkogene wirken.

6b. Tumorsuppressorgene


Fußnoten:

<1>

-p53

<2>

-lösliche Interleukin-2-Rezeptoren

<3>

-Verlust von Chromosom 3p


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