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1.  Einleitung

1.1. Einführung

Das Mammakarzinom ist die häufigste Krebserkrankung der Frau. Das Risiko, an Brustkrebs zu erkranken, beträgt altersunabhängig für jede Frau 7-10%. Je später ein Tumor entdeckt wird, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Tumor in ein fortgeschrittenes Stadium eingetreten ist und sich damit die Prognose verschlechtert hat. Besonderes Augenmerk wird daher auf die Brustkrebsfrüherkennung gelegt und versucht, diese zu optimieren. Bisher stehen dabei bildgebende Verfahren wie Mammographie und Sonographie im Vordergrund. Eine regelmäßige Kontrolle scheint besonders wichtig für Frauen zu sein, die ein erhöhtes Risiko für eine Brustkrebserkrankung aufweisen. Dies trifft zu für Familien, in denen das Mammakarzinom gehäuft und vor der Menopause auftritt und für Frauen, die bereits an einer Präkanzerose erkrankt sind. Seit langem ist bekannt, dass die Neubildung von neuen Gefäßen, die Angiogenese, eine wesentliche Rolle bei der Tumorentstehung spielt. Damit Gefäße im Tumor-gewebe entstehen können, werden Wachstumsfaktoren ausgeschüttet. Dieser Prozess findet schon zu einem Zeitpunkt statt, an dem der Tumor noch klein ist und durch klassische Früherkennungsmaßnahmen nicht entdeckt werden kann. Wachstumsfaktoren können im Blut quantitativ gemessen werden. Es wird beschrieben, dass sich bei Krebspatienten erhöhte Werte finden lassen. Damit die Messung eines Parameters in die Routine eingeführt werden kann, muss gewährleistet sein, dass er in der klinischen Situation stabil bleibt und zu aussagekräftigen Ergebnissen führt. Um dies für die Wachstumsfaktoren VEGF und IGF-1, sowie des Bindungsproteins IGFBP-3, zu prüfen, wurden für diese Untersuchung die Serum-Konzentrationen eines klinischen Patientinnenkollektives gemessen und auf Unterschiede innerhalb gebildeter Subgruppen untersucht. Damit eine Aussage über den Nutzen in der Routine gemacht werden kann, gibt es keine Ausschlusskriterien nach Faktoren, welche die Serumwerte beeinflussen könnten und keine prospektive Zusammensetzung der Gruppen.


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1.2.  Fragestellung

1.2.1. Untersuchung der Wachstumsfaktoren VEGF, IGF-1 und IGFBP-3

Es wurden die Serumwerte der Wachstumsfaktoren VEGF, IGF-1 und des Bindungsproteins IGFBP-3 bei Frauen untersucht, die ein erhöhtes Risiko für das Auftreten von Brustkrebs besitzen und in einem Zeitraum von zwei Jahren in der Risikosprechstunde der Frauenklinik der Charité betreut wurden. Die Gruppe setzt sich zusammen aus gesunden Frauen, bei denen in der Familie ein oder mehrere Brustkrebsfälle auftraten und Frauen, die aufgrund einer Präkanzerose behandelt wurden, sowie Frauen, bei denen beide Risikomerkmale zutreffen. Zusätzlich wurden Patientinnen mit einem Mammakarzinom aus dem Patientengut der Frauenklinik als Kontrollgruppe untersucht. Untersucht wurde, ob zwischen folgenden Gruppen Unterschiede der Serumwerte fest-gestellt werden können:

Außerdem wurde untersucht,

1.2.2. Vergleich der Risikomodelle zur Berechnung des Brustkrebsrisikos nach Gail und Chang-Claude

Als zusätzliche Fragestellung ergab sich der Vergleich zwischen den zwei verwendeten Modellen nach Gail [Gail (1989)] und Chang-Claude [Chang-Claude (1994)] zur Berechnung des individuellen relativen Risikos, an Brustkrebs zu erkranken.


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1.3.  Das Mammakarzinom

Das Mammakarzinom ist mit etwa 45.000 Neuerkrankungen und 18.000 Todesfällen im Jahr die häufigste Krebserkrankung bei Frauen in Deutschland. Nach jahrzehntelangem Anstieg der Sterblichkeit ist in Deutschland seit Mitte der 90-Jahre ein deutlicher Rückgang zu verzeichnen. Diese Entwicklung ist auch in anderen Ländern zu beobachten, wobei der Zeitpunkt der Trendwende unterschiedlich ist. Die Inzidenz, also die Zahl der Neuerkrankungen, dagegen steigt, wobei dies auch mit einer Zunahme der diagnostizierten Fälle erklärt werden kann und nicht Ausdruck einer Zunahme des Erkrankungsrisikos sein muss [Becker (2001)]. Das Risiko, an Brustkrebs zu erkranken, liegt für Frauen bei 7-10% [Seidmann (1986) in Baumann (1992)]. Bei fortgeschrittener Erkrankung liegt die 5-Jahres-Überlebensrate bei etwa 50%. Dabei hängt die Prognose vom Stadium nach der TNM-Klassifikation ab, das nach Tumorgröße, Lymphknotenbefall und Fernmetastasierung eingeteilt wird. Eine späte Diagnosestellung erhöht die Wahrscheinlichkeit des Eintritts in ein späteres Stadium. Daher stellt insbesondere die Früherkennung den Gegenstand klinischer Forschung dar.

1.4. Familiärer Brustkrebs

Bei 15-20% der erkrankten Frauen ist auch eine Verwandte 1.Grades, also Mutter oder Schwester betroffen [Chang-Claude (1995)]. Dies lässt sich zum einen auf die hohe Inzidenz, zu einem Teil aber auch auf Vererbung zurückführen. Ziel einer speziellen Risikosprechstunde ist es, Frauen mit erhöhtem Risiko aufgrund einer familiären Häufung zu charakterisieren, das individuelle Risiko abzuschätzen und ihnen eine besondere Vorsorge zukommen zu lassen, um ein beginnendes Tumorwachstum möglichst frühzeitig erkennen zu können.

1.5. Erbliche Mutationen

Etwa 5% der Brustkrebsfälle sind durch eine Mutation bedingt [Chang-Claude (1995)], bei Frauen unter 35 Jahre kann in etwa 10% eine Mutation gefunden werden [Langston (1996)]. Bei Mutation der autosomal dominanten Tumorsuppressorgene BRCA 1 auf Chromosom 17q21 und BRCA 2 auf Chromosom 13q12-13 ist das Erkrankungsrisiko stark erhöht. Trägerinnen der häufigeren BRCA 1-Mutation weisen ein Risiko bis zu 87% auf, im Laufe ihres Lebens an Brustkrebs zu erkranken [Chang-Claude (1994)]. Das Risiko, bis zum 50. Lebensjahr zu erkranken, liegt für diese Frauen bei 51% [Easton (1995) in Hampl (1997)]. Zu vermuten ist eine Mutation insbesondere, wenn in Familien gehäuft Brustkrebs vor dem 45. Lebensjahr und zusätzlich Ovarialkarzinome auftreten. Der Nachweis einer Mutation gelingt durch direkte Gendiagnostik über Mutationsanalysen in den BRCA-1 und BRCA-2-Genen oder durch indirekte Diagnostik über Kopplungsanalyse in den betroffenen Familien [Kiechle (2001)]. Neben Mutationen des BRCA 1 und BRCA 2 gibt es weitere Gendefekte, die zu einem erhöhten Risiko für die Brustkrebsentstehung führen. Diese sind aber nur bei einem kleinen Teil der genetisch bedingten Tumoren nachweisbar und häufig Ausdruck einer generellen Disposition zur Krebsentwicklung [Chang-Claude (1995)].

1.6. Modelle zur Berechnung des individuellen Brustkrebsrisikos

Auch wenn eine Mutation nicht nachweisbar ist, haben Frauen mit betroffenen Verwandten ein statistisch höheres Risiko, im Laufe ihres Lebens an Brustkrebs zu erkranken. Zur Abschätzung dieses individuellen Risikos werden folgende Modelle nach Gail und Chang-Claude verwendet.

1.6.1. Modell nach Gail

Das Modell zur Risikoabschätzung nach Gail wurde auf der Grundlage epidemiologischer Daten entwickelt, die im Rahmen des Breast Cancer Detection Demonstration Projekt (BCDDP) zwischen 1973 und 1980 multizentrisch erhoben wurden. Dabei wurde für die Entwicklung des Modells eine Case-Control-Studie mit 5.998 kaukasischen Frauen durchgeführt, die etwa jährlich eine Vorsorgeuntersuchung durchführen ließen. Aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Variablen wurden vier Faktoren ermittelt, für die eine Beeinflussung des individuellen Erkrankungsrisikos angenommen wird:

  1. Menarchealter[Seite 8↓]
  2. Alter bei erster Geburt
  3. Anzahl der an Brustkrebs erkrankten Verwandten 1.Grades (Mutter oder Schwester)
  4. Anzahl der vorausgegangenen Brustbiopsien

Dabei ist das Risiko erhöht bei früher Menarche, hohem Alter bei erster Geburt bzw. Kinderlosigkeit, positiver Familienanamnese bezüglich Brustkrebs und häufigen Biopsien. Errechnet werden kann so das individuelle relative Risiko im Vergleich zum altersspezifischen relativen Risiko, im Laufe des Lebens oder auch in den folgenden fünf Jahren, an Brustkrebs zu erkranken [Gail (1989)].

1.6.2. Modell nach Chang-Claude

Die Risikoabschätzung nach Chang-Claude ist ein Modell, mit dessen Hilfe sich nach Alter und Anzahl der erkrankten Verwandten ein relatives Risiko im Vergleich zur Normalbevölkerung ermitteln lässt. Basis ist eine epidemiologische Studie, die Cancer and Steroid Hormone Study (CASH), die in den Vereinigten Staaten durchgeführt wurde und welche Tabellen liefert, aus denen das individuelle Risiko entnommen werden kann [Claus (1994)]. Für die genaue Angabe des Risikos müssen Verwandtheitsgrad der erkrankten Verwandten (1.Grad bezeichnet Mutter und Schwester, 2.Grad Großmutter, Tante, Cousine mütterlicher- bzw. väterlicherseits) und Erkrankungsalter bekannt sein. Es lassen sich damit die Risiken für die Erkrankung bis zu einem bestimmten Lebensalter aus entsprechenden Tabellen entnehmen.

1.7. Präkanzerosen

Als Präkanzerosen werden präinvasive Veränderungen des Brustdrüsengewebes bezeichnet. Etwa 15-25% der diagnostizierten Präkanzerosen gehen nach einer Latenzzeit von mehreren Jahren in ein invasives Wachstum über. Die Diagnose einer Präkanzerose erhöht das Risiko, an einem Mammakarzinom zu erkranken, um ein 7-faches [Franceschi (1998)]. Aufgrund der häufigen Multizentrizität des Mammakarzinoms ist auch die besondere Vorsorge bei Patientinnen mit behandelter Präkanzerose wichtig, um ein beginnendes Tumorwachstum an anderer Stelle möglichst frühzeitig zu erkennen. Dabei werden die Präkanzerosen nach dem Gewebe, von dem sie ausgehen, in das Carcinoma ductale in situ (DCIS) und das Carcinoma lobulare in situ (CLIS) unterschieden. Außerdem wird die Atypische ductale Hyperplasie (ADH) den Präkanzerosen zugerechnet.

1.7.1. Carcinoma ductale in situ (DCIS)

Das häufigere DCIS geht von den Milchgängen aus und überschreitet deren anatomische Grenzen zunächst nicht. Gehen Tumorzellen zugrunde, entstehen strahlenförmige, unregelmäßig begrenzte Mikroverkalkungen [Riede (1995)], die in 70-95% der durch Mammographie diagnostizierten Tumoren (50-60% der Fälle) vorkommen [Schmidt-Matthiesen (1982 )]. Die Überlebenswahrscheinlichkeit beim DCIS beträgt bei adäquater Therapie, die je nach Index in brusterhaltender Operation mit Nachbestrahlung bzw. subkutaner Mastektomie mit nachfolgender Tamoxifenbehandlung besteht, bei 94-96% [Schmidt-Matthiesen (1982 )]. Patientinnen mit einem DCIS haben gegenüber der Normalbevölkerung ein 4- bis 10-fach erhöhtes Risiko, an Brustkrebs zu erkranken [Wärnberg (2000)].

1.7.2. Carcinoma lobulare in situ (CLIS)

Das CLIS geht von den Azini der Lobuli aus und kommt in 60-80% der Fälle multizentrisch und in 18-69% der Fälle bilateral vor. Es ist klinisch und mammographisch schwer zu erkennen und daher häufig ein Zufallsbefund nach Biopsie. Das CLIS wird eher als Ausdruck einer Disposition zur malignen Entartung des Brustdrüsengewebes gesehen als die direkte Vorstufe eines invasiven Tumors [Franceschi (1998)]. So ist das Risiko, an Brustkrebs zu erkranken, für Frauen mit CLIS etwa 12-fach gegenüber der Normalbevölkerung erhöht [Frykberg (1999)]. Therapie ist die Exzision im Gesunden, die wegen der häufigen Multizentrizität allerdings problematisch ist [Schmidt-Matthiesen (1982 )].

1.7.3. Atypische ductale Hyperplasie (ADH)

Als weitere Präkanzerose gilt die ADH, die als proliferierende Mastopathie mit Zell- und [Seite 9↓]Kernatypien bezeichnet wurde (Prechtel Grad 3). Im Gegensatz zum DCIS lassen sich in den Epithelproliferaten noch Drüsenepithelien von Myoepithelien unterscheiden. Patientinnen mit ADH haben ein vier- bis fünffach erhöhtes Risiko gegenüber der Normalbevölkerung, an Brustkrebs zu erkranken [Riede (1995), Page (1985)], dies betrifft vor allem das prämenopausale Auftreten [Marshall (1997)].

1.8. Behandlung mit Toremifen (Fareston®)

Seit langem werden in der Behandlung des Mammakarzinoms Antiöstrogene eingesetzt. Für die adjuvante Therapie wird eine Sterblichkeitsreduktion um 17% angegeben [Becker (2001)]. Chemisch handelt es sich bei den Präparaten um substituierte Triphenyläthylabkömmlinge [Bruns (1994)]. Als klassischer Wirkungsmechanismus gilt dabei der kompetitive Antagonismus an den Östrogen-Rezeptoren der Tumorzellen [Pollak (1992)]. Es werden aber auch andere Angriffspunkte diskutiert. So lassen sich spezifische Bindungsstellen im Zytoplasma, die „antiestrogen binding sites“, finden, die sowohl in östrogenabhängigen als auch in östrogenunabhängigen Tumorzellen vorkommen [Sutherland (1980) in Bruns (1994)]. Zusätzlich wird eine hormonunabhängige zytotoxische Wirkung der Antiöstrogene beschrieben, deren Mechanismus noch nicht vollständig geklärt ist [Bruns (1994)]. Häufigstes Präparat zur Therapie des Mammakarzinoms ist das Tamoxifen, das neben der antiöstrogenen Wirkung aber auch eine deutliche östrogene Wirkung besitzt. In den letzten Jahren wurden daher neue Antiöstrogene mit schwächerer östrogener Wirkung entwickelt, unter ihnen das Toremifen, das zusätzlich eine deutliche zytotoxische Wirkung zeigt [Zaccheo (1986) in Bruns (1994)]. Die Verlängerung der Überlebenszeit durch adjuvante Gabe von Antiöstrogenen ist für Patientinnen mit hormonabhängigen Tumoren durch verschiedene Studien gesichert [Delozier (1986), Fisher (1986)]. Interessanterweise findet sich allerdings auch ein positiver Effekt bei der Behandlung östrogenunabhängiger Tumoren [Early Breast Cancer Trialists Collaborative Group (1992) in Friedl (1993)], der durch hormonunabhängige Wirkungsmechanismen erzielt werden muss. Möglicher Erklärungsansatz ist dabei die Beeinflussung von Wachstumsfaktoren.

1.9. Mammakarzinomfrüherkennung für Patientinnen mit erhöhtem Risiko

Im Rahmen des Konsortiums Hereditäres Mamma- und Ovarialkarzinom der Deutschen Krebsgesellschaft wurde ein Früherkennungsprogramm für Frauen mit familiärer Belastung erarbeitet. Es beinhaltet neben der regelmäßigen Selbstuntersuchung der Brust nach fachärztlicher Anleitung die Tastuntersuchung durch den betreuenden Facharzt in 3-monatigem Abstand und die sonographische Untersuchung der Brust und der Eierstöcke in 6-monatigem Abstand. Fakultativ kann der Tumormarker Ca-12-5 bestimmt werden. In 1-jährlichem Abstand wird vom 25.-65. Lebensjahr eine Kernspintomographie (MR) und ab dem 30. Lebensjahr eine Mammographie der Brust durchgeführt. Zusätzlich sollte eine Stuhlprobe auf okkultes Blut untersucht werden [Kiechle (2001)].


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1.10.  Angiogenese

Um die Versorgung mit Nährstoffen und Sauerstoff zu gewährleisten, ist jedes Gewebe von kleinen Blutgefäßen, den Kapillaren, durchzogen. Da sich die auskleidenden Zellen, die Endothelzellen, unter physiologischen Umständen beim Erwachsenen kaum noch teilen, verändert sich dieses dichte Netz aus Gefäßen nur sehr wenig. Ausnahmen sind die Neubildung von Kapillaren während der Wundheilung, einer Schwangerschaft und während des Menstruationszyklus. Diese Aussprossung von neuen Gefäßen wird als Angiogenese bezeichnet [Folkman (1996)]. Die dafür notwendige Teilung der Endothelzellen wird über ein komplexes System aus stimulierenden und inhibitorischen Faktoren reguliert. Bei einigen Krankheitszuständen findet sich eine überschiessende Angiogenese. Dazu gehören beispielsweise rheumatoide Arthritis, diabetische Retinopathie, Psoriasis und Hämangiome [Heits (1998)]. Besonders bei der Tumorentstehung spielt die Angiogenese eine entscheidende Rolle, da erst mit dem Anschluss an das Gefäßsystem der Transport für Nährstoffe und die Möglichkeit zur Ausbreitung gewährleistet ist [Folkman (1995)]. Das Wachstum aller soliden Tumoren und deren Metastasierung ist von der ausreichenden Versorgung mit Blutgefäßen abhängig. Hat ein Tumor eine Größe von 1-2 mm überschritten, kann er nicht mehr durch Diffusion versorgt werden. Er beginnt als parakrine Signalstoffe Wachstumsfaktoren auszuschütten, die zu den benachbarten Endothelzellen diffundieren und dort eine Veränderung des Zytoskeletts und eine Auflösung der Basalmembran bewirken. Diese proteolytische Zerstörung der Basalmembran erfolgt durch sezernierte Metalloproteasen und Plasminogen-Aktivatoren [Kroll (2000)]. Infolgedessen kommt es zu einem Austritt von Flüssigkeit und chemotaktischen Stoffen in das Gewebe. T-Lymphozyten, Mastzellen und Makrophagen werden angelockt und setzen weitere proangiogene Mediatoren frei [Heits (1998)]. Unter dem Einfluss dieser Wachstumsfaktoren teilen sich die Endothelzellen und wandern Richtung Tumor, dabei bilden sie Röhren. Diese neuen Tumorkapillaren enthalten mehr Endothelzellen als physiologische Kapillaren [Folkman und Shing (1992) in Herbstritt (1994)], die Permeabilität ist größer [Dvorak (1991) in Herbstritt (1994)]. Nach Ummantelung durch Perizyten und einer Ablagerung von extrazellulären Matrixkomponenten wie Elastin, Kollagen und Fibrillin werden die Kapillaren in größere Gefäße umgewandelt und erhalten Anschluss an das bestehende Gefäßnetz [Kroll (2000)]. Damit es zu dieser Gefäßneubildung im Tumor kommt, müssen von den Zellen sowohl angiogenetische Faktoren ausgeschüttet werden, als auch antiangiogenetische Faktoren (vor allem Angiostatin und Endostatin) unterdrückt werden. Es kommt zum „angiogenic switch“ [Harris (1997), Locopo (1998)]. Auslösender Reiz für diesen Prozess ist vor allem eine Hypoxie und eine Hypoglykämie [Harris (1997)] des Gewebes [Fiedler (2001)]. Der Tumor geht mit dem Anschluss an das Gefäßsystem von einem avaskulären in ein vaskuläres Stadium über, es resultiert neben der Größenzunahme die Möglichkeit zur Metastasierung [Folkman (1992)], da die neu gebildeten Kapillaren durchlässige Basalmembranen besitzen, die die Penetration von Tumorzellen erleichtern [Harstrick (2000)]. Unter den mehr als 25 bekannten proangiogenetischen Peptiden [Locopo (1998)] ist das wohl potenteste Mitogen der vaskuläre endotheliale Wachstumsfaktor VEGF, auch als vaskulärer Permeabilitätsfaktor (VPF) bezeichnet.

Abb. 1: Schritte der Tumorangiogenese [Harstrick (2000)]


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1.10.1.  Vascular endothelial growth factor (VEGF)

Der vaskuläre endotheliale Wachstumsfaktor VEGF wird von nahezu allen soliden Tumoren gebildet und sezerniert. Er wirkt endothelspezifisch und nimmt damit eine besondere Stellung unter den proangiogenetischen Faktoren ein [Marmé (1998)].

1.10.1.1. Physiologie

Zu der Familie der vaskulären endothelialen Wachstumsfaktoren gehören neben dem VEGF-A die verwandten Faktoren VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D, VEGF-E und der placenta growth factor (PIGF), über deren Funktion und Bedeutung noch wenig bekannt ist [Kroll (2000)]. Im folgenden ist mit dem Terminus VEGF das VEGF-A gemeint. Das humane VEGF kommt in mindestens fünf Isoformen [Locopo (1998)] vor. Im Serum findet sich vor allem das VEGF165 [Houck (1991)], ein homodimeres Glykoprotein mit einer molekularen Masse zwischen 39 und 45 kDa [Claffey (1995)].Für die Signalübermittlung wurden zwei Rezeptoren identifiziert, der VEGF-Rezeptor 1 (FLT-1) und der VEGF-Rezeptor 2 (FLK-1[KDR]). Beide gehören zur Familie der Rezeptor-Tyrosinkinasen, bei Aktivierung resultiert eine Erhöhung der zytosolischen Calciumionenkonzentration [Heits (1998)]. Die Expression dieser Rezeptoren findet sich vor allem an proliferierenden Endothelzellen, wie sie im Bereich eines Tumors vorkommen, oder in dessen unmittelbarer Nähe [Fiedler (2001)]. Diese selektive Expression der Rezeptoren wird vor allem stimuliert durch VEGF selbst und dem basic Fibroblast Growth Factor (bFGF) [Marmé (1998)]. Außerdem kommt es zu verstärkter Expression bei Hypoxie [Kroll (2000)]. Eine Aktivierung der Rezeptoren bewirkt eine Chemotaxis auf Endothelzellen und Monozyten und fördert deren Proliferation und Migration [Heits (1998)]. Außerdem wird die Gefäßpermeabilität erhöht, die Expression von Proteasen stimuliert und die Freisetzung von Stickstoffmonoxid gesteigert [Kroll (2000)].

1.10.1.2. Regulation des VEGF-Spiegels

Die VEGF-Synthese wird über verschiedene Mediatoren wie Steroidhormone, Zytokine und Tumorpromotoren mit hemmenden oder fördernden Effekten reguliert [Heits (1998)]. Zu den fördernden Faktoren gehören der Platelet Derived Growth Factor (PDGF), der basic Fibroblast Growth Factor (bFGF), der Tumor Necrosis Factor #α (TNF-α), der Transforming Growth Factor α und β (TGFα, TGFβ) sowie die Zytokine Interleukin 1β und Interleukin 6 [Marmé (1998)]. Den größten Einfluss hat das lokale Sauerstoff- und Glucoseangebot. Bei Gewebehypoxie und Glucosemangel wird vermehrt VEGF gebildet [Shweiki (1995)]. Als Mechanismus dafür konnte neben verstärkter VEGF-Expression eine Stabilisierung der VEGF-mRNA bei verringertem Sauerstoff-Partialdruck im Gewebe identifiziert werden [Marmé (1998)].

1.10.1.3. Bedeutung für die Tumorentstehung

Bei der Entstehung eines soliden Tumors spielt VEGF als wichtigstes Mitogen der Angiogenese eine entscheidende Rolle [Claffey (1996)]. Er kann in nahezu allen soliden Tumoren gefunden werden [Fiedler (2001)]. Durch Erhöhung der Gefäßdurchlässigkeit und Bildung von neuen Gefäßen werden Größenzunahme und Metastasierung ermöglicht [Heits (1998)]. Mehrere Studien an unterschiedlichen Tumorzelllinien (dazu gehören neben Brustkrebszellen auch Tumorzellen des Gastrointestinaltraktes, des ZNS, des Harntraktes und des Ovars) zeigen eine Erhöhung der Expression von VEGF-mRNA im malignen Gewebe [Yamamoto (1996)]. Besonders im hochmalignen, schnell proliferierenden Tumorgewebe [Brown (1995)] und dort vor allem in hypoxischen Arealen [Harris (1997)] ist die Expression deutlich erhöht. Es zeigt sich außerdem ein Zusammenhang mit bekannten Onkogenprodukten wie HER-2/neu und K-ras. Desweiteren ist die Expression von VEGF-mRNA bei Mutation des Tumor-suppressorgenes p53 gesteigert [Locopo (1998)]. Ist Tumorgewebe stark vaskularisiert, können höhere VEGF-Konzentrationen gegenüber schwach vaskularisierten Tumoren gemessen werden [Toi (1996)]. Im Tiermodell konnte bereits gezeigt werden, dass das Tumorwachstum durch eine Rezeptorblockade [Aiello (1995)] und durch die Gabe von [Seite 13↓]Antikörpern [Kondo (1993)] gehemmt wird. Auch kann dadurch die Metastasierungsneigung gesenkt werden [Melnyk (1996) in Heits (1998)].

1.10.1.4. Beeinflussung durch Antiöstrogene

Es hat sich gezeigt, dass Östrogene und Progesteron die Freisetzung von VEGF in einigen Brustkrebszelllinien fördern [Heits (1998), Hyder (1998) in Locopo (1998)]. Es lässt sich also für VEGF eine Beeinflussbarkeit durch Antiöstrogene vermuten.

1.10.2. Bedeutung der Angiogenese für Diagnose und Prognose

Die Neubildung von Gefäßen gilt als wichtiger Prozess für die Entstehung eines malignen Tumors und den weiteren Verlauf der Krankheit. Entscheidend ist dabei die Entwicklung eines Tumors vom avaskulären Stadium, das über einen sehr langen Zeitraum anhalten kann, zum vaskulären Stadium, in dem der Tumor beginnt, expansiv zu wachsen und letztendlich zu metastasieren. Zur Beobachtung der Angiogenese im Tumorgewebe kann die Gefäßdichte histologisch gemessen werden. Dabei findet man Bereiche mit einer besonders hohen Dichte, den „hot spots“, in denen die Angiogenese ihren Anfang nimmt [Folkman (1994)]. Weidner (199 2) beschreibt die Dichte der Gefäßbildung als einen prognostischen Marker bei Patientinnen mit Brustkrebs. Für den Prozess der Angiogenese ist die Ausschüttung von VEGF entscheidend. Es findet sich eine positive Korrelation zwischen VEGF-Expression und der immunohistochemisch gemessenen Gefäßdichte [Toi (1994)]. Von mehreren Autoren wird daher die Verwendung des VEGF als Parameter zur Diagnose, Prognose und Verlaufskontrolle vorgeschlagen. Die Messung von VEGF in Serum oder Plasma der Patientin könnte möglicherweise Hinweise auf die Entwicklung eines Tumors, auf seine Masse und auf seine Ausbreitung geben [Heits (1997)]. In verschiedenen Studien werden hohe Serum-VEGF-Konzentrationen mit prognostisch schlechten Parametern maligner Tumorerkrankungen assoziiert [Lee (2000)]. So wird eine Erhöhung der Serum-VEGF-Konzentration in Abhängigkeit von der Tumormasse [ Heits (1997)] und der Geschwindigkeit des Tumorwachstums [Dirix (1996) in Lee (2000)] beschrieben. Linderholm (1998) und Gasparini (1997) fanden eine Korrelation zwischen hohen VEGF-Konzentrationen und einer schlechteren Prognose der Erkrankung. Linderholm (1998) zeigt, dass ein erhöhter VEGF-Spiegel bei lymphknoten-negativen Mammakarzinompatientinnen mit einem kürzeren rezidivfreien Intervall und einer verringerten Überlebenszeit einhergeht.

1.10.3. Antiangiogenetische Therapie

Eine Beeinflussung der Angiogenese wird als Möglichkeit zur Behandlung einer malignen Tumorerkrankung beschrieben. Ein Vorteil dieses Therapieansatzes ist, dass eine Gefäßneubildung in gesundem Gewebe außer während des Menstruationszyklus und einer Schwangerschaft nicht vorkommt, und daher antiangiogenetische Medikamente normale Gefäße nicht schädigen [Folkman (1996)]. Zur Hemmung der Gefäßneubildung erscheinen drei Strategien erfolgsversprechend:

  1. Inhibition und/oder Neutralisation angiogener Mediatoren wie VEGF
  2. Inhibition der Synthese und des Umbaus der Gefäßmembran und des Abbaus der extrazellulären Matrix
  3. Inhibition der Endothelzellproliferation und –migration

[Harstrick (2000)]. Das VEGF/VEGF-Rezeptorsystem scheint als Ziel einer antiangiogenetischen Therapie besonders geeignet, da das Vorkommen der VEGF-Rezeptoren auf Gefäßendothelien beschränkt ist, die Tumoren durchziehen oder in deren unmittelbarer Nähe zu finden sind [Marmé (1998)]. VEGF kann durch lösliche VEGF-Rezeptoren neutralisiert werden, in dem durch die hochaffine Bindung der löslichen Rezeptoren eine Bindung des VEGF an die Rezeptoren der Endothelzellen vehindert wird. Außerdem kann die VEGF-Rezeptor-Tyrokinase durch einen spezifischen Inhibitor direkt gehemmt werden [Marmé (1998)]. Neben der Beeinflussung des VEGF/VEGF-Rezeptorsystems gibt es als weitere Möglichkeit die direkte Inhibition der Angiogenese durch blockierende Substanzen wie [Seite 14↓]Angiostatin, Endostatin und Thrombospondin-1/2 [Gasparini (1999)]. Experimentelle Studien zeigen, dass eine Blockade der VEGF-Aktivität einen Wachstumsstillstand von Tumoren hervorrufen kann [Goldman (1998), Luo (1998) in Kranz (1999)]. Es lässt sich allerdings von der alleinigen Behandlung mit Angiogenese-Inhibitoren keine schnelle Remission des Tumors erwarten. Hauptziel ist hierbei die Dauertherapie zur Verzögerung des Krankheitsprogresses. Auch eine Kombination mit anderen Chemotherapeutika oder Bestrahlung ist vorstellbar, im Tiermodell wurden dabei bereits Erfolge erzielt [Folkman (1996)].


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1.11.  Insulin-like growth factor 1 (IGF-1) und das Bindungsprotein IGFBP-3

Der Insulin-like growth factor 1 wirkt als starkes Mitogen für normale und abnormale Zellen. Seine Aktivierung führt zu erhöhter Proliferationsneigung und verringerter Apoptoserate. Die Regulation der IGF-1-Konzentration wird in hohem Maße von seinen Bindungsproteinen beeinflusst.

1.11.1. Physiologie

Der Insulin-like growth factor 1 (IGF-1) ist ein Polypeptid mit einer Größe von 7 kDa, dessen Struktur Ähnlichkeiten mit dem Proinsulin aufweist [Rosen (1999)]. Die Wirkungsvermittlung findet an einem Rezeptor statt, der zu der Familie der Tyrosin-Kinasen gehört. Der Großteil des zirkulierenden IGF-1 wird in der Leber produziert und sezerniert. Damit entspricht die Wirkungsweise einem endokrinen Hormon. Es findet sich allerdings auch eine lokale Produktion in vielen unterschiedlichen Geweben, dabei wird entweder dieselbe Zelle (autokrin) oder eine angrenzende Zelle beeinflusst (parakrin) [Zapf (1997)]. Diese lokale Produktion ist für eine normale Entwicklung ausreichend, wie Experimente an Mäusen mit fehlender IGF-1-Produktion der Leber gezeigt haben [Werner (2000)].

1.11.2. Regulation des IGF-1-Spiegels

Die Wirkung von IGF-1 an seinem spezifischen Rezeptor wird über ein komplexes Regulationssystem gesteuert. Dazu gehören neben dem, derselben Familie angehörenden, Liganden IGF-2 und den Rezeptoren IGF-1-R und IGF-2-R (einem Mannose-6-Phosphat-Rezeptor) noch verschiedene Bindungsproteine und Proteasen. Stärkster Auslöser der Produktion in den Leberzellen, und damit für den Anstieg des Serumspiegels, ist die Ausschüttung des Wachstumshormons (GH) aus der Hypophyse. Allerdings wird auch eine Beeinflussung durch Thyreoid- und andere Steroidhormone angenommen [Pollak (1992)]. Somit kann die IGF-1-Produktion durch zahlreiche physiologische oder pathologische endokrinologische Faktoren beeinflusst werden. Entscheidend aber für die Wirkung des Serum-IGF-1 ist das Zusammenspiel mit seinen Bindungsproteinen. Bekannt sind bisher sieben Proteine [Oh (1998)] , IGFBP-1 bis IGFBP-7, die in Serum und Zellen in unterschiedlichen Konzentrationen vorkommen. 75-95% des zirkulierenden IGF-1 liegen als ein tertiärer Komplex von 150 kDa [Oh (1998)] mit dem IGFBP-3 und der acid-labile subunit (ALS) vor [van Doorn (2001)]. Durch diese Bindung hat das IGF-1 eine Halbwertszeit von 12-16 Stunden. Da es als Komplex die Gefäßmembran nicht durchdringen kann, wird seine Wirkung verhindert. Das IGFBP-3 erfüllt somit die Funktion eines zirkulierenden IGF-Speichers. Etwa 20 % sind an einen kleineren Komplex von 40-50 kDa gebunden, der die Gefäßmembran durchdringen kann und eine Halbwertszeit von etwa 30 Minuten hat [Zapf (1997)]. Damit IGF-1 die Gefäßmembran passieren und an seinen Rezeptor binden kann, muss der tertiäre Komplex von Proteasen gespalten werden [Oh (1998)]. Diese Proteolyse ist in katabolen Situationen wie bei einer malignen Tumorerkrankung, aber auch bei Schwangerschaft und Stoffwechselkrankheiten wie beispielsweise dem insulinpflichtigen Diabetes mellitus, erhöht [van Doorn (2001)]. Zur Veranschaulichung des Regulationssystem soll folgende Abbildung dienen.

Abb. 2: Die Abbildung zeigt das komplexe Regulationssystem, an dessen Ende die Aktivierung der IGF-1-Rezeptoren steht [Ellis (1998)]

1.11.3. Bedeutung für die Tumorentstehung

Dem IGF-1 wird als Mitogen bei der Entstehung von Brustkrebs und anderen malignen Tumoren eine wichtige Rolle zugeschrieben. Durch experimentelle Studien konnte gezeigt werden, dass sich die Proliferation von Brustkrebszelllinien durch IGF-1 stimulieren lässt [Jones (1995)] und durch eine Blockade der Rezeptoren durch Antikörper inhibiert wird [Rohlik (1987)]. Immunozytochemische Untersuchungen zeigen, dass die Lokalisation der IGF-1-Rezeptoren im schnell proliferierenden Bereich des Tumors zu finden ist [Pollak (1989)]. Der starke Einfluss des IGF-1 auf das Tumorwachstum konnte durch in vivo Studien bestätigt werden. Bei Mäusen, die ein IGF-1-Defizit aufweisen oder die mit IGF-1-Rezeptor-Antikörpern behandelt wurden [Arteaga (1989)], ist die Entstehung von Tumoren gebremst. Inwieweit ein Zusammenhang zwischen der Konzentration an Bindungsproteinen und der Entstehung eines Tumors besteht, ist noch nicht vollständig geklärt. Angenommen wurde bisher, dass eine Erhöhung der Bindungsproteine die Wirkung des IGF-1 erniedrigt. Es zeigte sich, dass die IGF-1-Wirkung in vitro reduziert ist, wenn IGFBP-3 in hoher Konzentration vorliegt, da die Affinität des IGF-1 zu dem Bindungsprotein höher ist als zu seinem Rezeptor [Martin (1995) in Oh (1998)]. Im Tiermodell fand sich allerdings auch eine inhibierende Wirkung des IGFBP-3 [Pratt und Pollak (1994)]. Neben der Beeinflussung des IGF-1-Spiegels hat IGFBP-3 zusätzlich eine IGF-unabhängige Wirkung, welche die Apoptoserate erhöht. Diese Wirkung wird an spezifischen Proteinen der Zelloberfläche von Brustkrebszellen vermittelt [Oh (1998)].


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1.11.4.  Beeinflussung durch Antiöstrogene

Die Ausschüttung von IGF-1 aus den Leberzellen wird von der Höhe des Östrogenspiegels beeinflusst, da Östrogen die Ausschüttung des Wachstumshormons (GH) aus der Hypophyse fördert und somit indirekt für einen Anstieg des IGF-1 verantwortlich ist [Pollak (1992)]. Übermittelt wird dieser Prozess über spezifische Östrogenrezeptoren in der Hypophyse [McEwen (1979)]. Bei östrogenrezeptor-positiven Brustkrebszellen führt zusätzlich die Stimulation der Rezeptoren an der Tumorzelle zu einer Ausschüttung von IGF-1, welches dann eine autokrine und parakrine Wirkung auf die umliegenden Zellen zeigt [Bruns (1994)]. Wird durch das Antiöstrogen Tamoxifen die GH-Ausschüttung in den Hypophysenzellen unterdrückt, kommt es zu einem Abfall des IGF-1-Spiegels [Malaab (1992)]. Zusätzlich kommt es durch die Hemmung der Phosphorylierung zu einer direkten Beeinflussung der IGF-1-Rezeptoren durch Tamoxifen [Guvakova (1997)]. Auch wird eine Abnahme der Rezeptorzahl beschrieben [Huynh (1996) in Pollak (1998)]. Da sich in östrogenabhängigen Brustkrebszelllinien mehr IGF-1-Rezeptoren als in den hormonunabhängigen Zellen finden lassen [Pekonen (1988), Peyrat (1992)], wird angenommen, dass hormonabhängige Tumoren stärker durch eine Antiöstrogentherapie beeinflusst werden können. Auch das IGFBP-3, das Bindungsprotein mit der höchsten Konzentration im Brustkrebsgewebe [Yu (1998)], zeigt eine Beeinflussbarkeit durch Antiöstrogene. Die Produktion des Bindungsprotein wird gesteigert [Pratt (1993)]. Gegensätzlich zum IGF-1 findet sich in östrogenabhängigen Tumorzellen eine niedrigere Konzentration des Bindungsproteins als in östrogenunabhängigen Zellen [Dubois (1995].


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1.12.  Zielsetzung dieser Studie

Es leitet sich ab, dass die Messung der Wachstumsfaktoren VEGF, IGF-1 und des Bindungsproteins IGFBP-3 im Serum eine zusätzliche Möglichkeit zur Früherkennung eines beginnenden malignen Prozesses sein könnte, wenn bereits geringe Veränderungen sensitiv erfassbar wären. Diese Arbeit untersucht, ob die Beobachtung der Serumwerte von Risikopatientinnen in der Klinik geeignet ist, um Aussagen über ein individuell erhöhtes Risiko innerhalb eines erhöhten Gruppenrisikos zu machen. Außerdem wird die intraindividuelle Konstanz der Werte über einen längeren Zeitraum untersucht, um die Verwendbarkeit der Faktoren als diagnostischen und prognostischen Parameter zu prüfen.


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17.02.2004