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1.  Einleitung

1.1. Allgemeine Einleitung

Die Kenntnis der pathophysiologischen Veränderungen nach schwerem operativen Trauma beeinflußt die Wahl des Operationsverfahrens und ermöglicht eine problemorientierte prä- und postoperative Behandlung. Dies gilt insbesondere für die Resektion maligner Tumoren. Die posttraumatisch veränderte Stoffwechsellage und Funktionseinschränkungen des pulmonalen- und kardiovaskulären Systems können die hämatogene Absiedlung maligner Zellen begünstigen und so den postoperativen Krankheitsverlauf entscheidend beeinflussen. Die Wahl einer weniger traumatisierenden Operationstechnik und die damit verbundene geringere Beeinträchtigung von Organsystemen und funktionellen Systemen, wie dem Hämostasesystem, könnte mit einem geringeren Risiko der Entstehung maligner Metastasen verbunden sein.

Zusätzlich könnte durch Stimulation des spezifischen Immunsystems die postoperative Entwicklung sekundärer Tumore gehemmt werden. Eine Möglichkeit der Induktion einer spezifischen Immunreaktion wäre die intraperitoneale Injektion autogener Tumorzellfragmente in Kombination mit einem potenten Adjuvans.

1.2. Pathophysiologische Folgen operativer Eingriffe

Charakteristisch für den Postaggressionsstoffwechsel ist der phasenhafte Verlauf. Die Akutphase dauert ca. 12 bis 36 Stunden und ist gekennzeichnet durch massiv erhöhte Plasmakonzentrationen von Katecholaminen, Glucagon, Cortisol und Wachstumshormon. Die Präsens dieser katabolen Hormone führt zu einer ausgeprägten Suppression der Insulinsekretion, weshalb die Akutphase auch Phase des absoluten Insulinmangels genannt wird. In der sich anschließenden Übergangs- oder Postaggressionsphase wird Insulin wieder freigesetzt. Dies geschieht allerdings inadäquat, was einem relativen Insulinmangel gleichkommt. Zusätzlich besteht eine periphere Insulinresistenz mit gestörtem Glucosetransport in die Zelle. In der Reparationsphase normalisiert sich die Insulinsekretion, die antiinsulinergen Hormone kehren in den Normalbereich zurück und anabole Stoffwechselreaktionen überwiegen [1,2].

1.2.1. Neuroendokrine Reaktionen

Nach schwerem Trauma entwickelt sich eine Stoffwechsellage, die das Überleben des Organismus sichern soll. Die zentral vermittelte Steigerung der Sympathikusaktivität mit vermehrter Freisetzung von Adrenalin und Noradrenalin bewirkt eine kardiale Leistungssteigerung zur Aufrechterhaltung des Blutdrucks und führt durch vermehrte Freisetzung von Glucagon und Cortisol zum Anstieg des Blutzuckers und damit zur schnellen Bereitstellung von Energie. Zusätzlich wird durch Aktivieren der Fettge[Seite 12↓]webslipase die Abgabe freier Fettsäuren ins Blut gefördert und die Freisetzung glucoplastischer Aminosäuren aus Proteinen peripherer Gewebe verstärkt [3].

Das aktivierte Renin-Angiotensin-Aldosteron-System bewirkt eine vermehrte Sekretion von Angiotensin II und führt durch Vasokonstriktion zur Erhöhung des Blutdrucks. Die durch eine erhöhte Sekretion von Aldosteron- und Antidiuretischem Hormon bewirkte Flüssigkeitsretention trägt durch Aufrechterhaltung des Volumenstatus ebenfalls zur Stabilisierung des Blutdrucks bei. Allerdings kann es hierbei zu Hypernatriämie bzw. Hypokaliämie kommen, was lebensgefährliche Komplikationen wie Herzrhythmusstörungen zur Folge haben kann [4].

Die Plasmakonzentration von Glucagon ist ca. 18 – 48 h postoperativ erhöht und verhält sich proportional zur Schwere des Traumas. Glucagon bewirkt neben Aktivierung der Lipolyse und Proteolyse eine Erhöhung des Blutzuckers durch Förderung der Gluconeogenese und Glycogenolyse in der Leber [4].

Das katabole Hormon Kortisol ist einer der charakteristischsten postoperativen Stoffwechsel-parameter. Es steigt durch vermehrte Freisetzung von ACTH innerhalb weniger Stunden rasch an. Bei schwer traumatisierten Patienten wurden Kortisolkonzentrationen von 300 mg im 24 h Sammelurin gemessen. Der Normwert beträgt 15-30 mg/ 24h. Kortisol führt über die Aktivierung der Gluconeogenese ebenfalls zur Erhöhung des Blutzuckers, hemmt die Insulinsekretion und setzt die Insulinempfindlichkeit peripherer Gewebe herab. Weiterhin stimuliert es die Glucagonsekretion, steigert die Proteolyse und mobilisiert Fettdepots. Die antiinflammatorische Wirkung, zum Beispiel die Hemmung der Leukozyteneinwanderung in Entzündungsgebiete, kann zur Verlangsamung zellulärer Abwehrmechanismen führen und wird als eine der Ursachen der postoperativ erhöhten Anfälligkeit für Infektionen diskutiert [4].

1.2.2. Metabolische Veränderungen

Die wichtigsten metabolischen Effekte nach schwerem operativen Trauma sind Hypermetabolismus mit erhöhter Wärmeproduktion, negative Stickstoffbilanz und ein erhöhter Glukosespiegel. Unmittelbar nach dem Trauma kommt es zur exzessiven Proteolyse im Muskel mit erhöhter Harnstoffsynthese und Ausscheidung von Stickstoff im Urin. Die gesteigerte Konzentration im Blut zirkulierender Aminosäuren dient unter anderem der Glukoneogenese und damit der Versorgung von glukoseabhängigem Visceral- und Nervengewebe sowie den immunkompetenten Zellen. Weiterhin werden die freien Aminosäuren zur Protein-Neusynthese, zum Beispiel zur Herstellung von Akute-Phase Proteinen, und zur Unterstützung der lokalen Reparaturvorgänge im Bereich der Operationswunde verwendet.

Das Hauptziel des Organismus in der postoperativen Phase ist die Bereitstellung von Glucose. In der Akutphase wird zur Versorgung der glucoseabhängigen Gewebe Glycogen aus Leber und Muskulatur mobilisiert. Nach wenigen Stunden sind die Reserven jedoch aufgebraucht und Glucose muß über den Weg der Gluconeogenese bereitgestellt werden. Dazu werden glucoplastische Aminosäuren aus der Muskulatur, lipolytisch freigesetztes Glycerin und Lactat aus dem anaeroben Stoffwechsel [Seite 13↓]verwendet. Die bereitgestellte Glucose kann in ausreichender Menge durch die glucoseabhängigen Gewebe nur durch die für den Postaggressionsstoffwechsel charakteristische Insulinresistenz genutzt werden. Das heißt, daß in den peripheren insulinabhängigen Geweben, wie Muskulatur, Fett- und Bindegewebe, die Glucoseaufnahme gedrosselt ist und dadurch vermehrt Glucose für die insulinunabhängigen Organe, wie ZNS, Erythrozyten und Lymphatisches Gewebe zur Verfügung steht [5].

Abb. 1: Pathophysiologische Folgen schwerer operativer Eingriffe mit Auswirkungen auf ZNS, Endothel, Leber und Blutgerinnung. Wesentliche proinflammatorische Mediatoren sind IL-1, IL-6 und TNF-α. IL-1 und TNF-α bewirken unter anderem die Adhäsion neutrophiler Granulozyten am Endothel. IL-6 bewirkt die Synthese Akuter-Phase-Proteine in der Leber.

Die im Rahmen des Postaggressionssyndroms auftretenden Allgemeinveränderungen sind abhängig von der Schwere des operativen Traumas. Die unterschiedlich ausgeprägte Symptomatik beinhaltet unter anderem generalisierte periphere Durchblutungsstörungen, Funktionseinschränkung minderperfundierter Organe bis hin zum akuten Nierenversagen, Ketoazidose, Blutgerinnungsstörungen, respiratorische Insuffizienz und gastrointestinale Funktionsstörungen mit verminderter Darmperistaltik. Bisher existiert keine Möglichkeit das Postaggressionssyndrom kausal zu behandeln. Die Therapie beschränkt sich deshalb auf die Stabilisierung von Zirkulation und Respiration sowie eine adäquate Volumensubstitution. Präventiv ist eine so weit wie möglich atraumatische Operation von großer Bedeutung.


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1.3.  Überblick über die Pathogenese hämatogener Metastasen

Der Chirurg J.C.A. Récamier beschrieb 1829 als erster die Pathogenese maligner Metastasen. Er ging davon aus, daß Tumorzellen in Blutgefäße migrieren können und nach hämatogenem Transport an einer anderen Stelle des Körpers Metastasen bilden [6]. Der Internist Armand Trousseau beobachtete 1865 eine hohe Inzidenz von oberflächlichen Venenentzündungen bei Patienten mit gastrointestinalen Tumoren [7]. Im Jahr 1878 formulierte Theodor Billroth eine Theorie, nach welcher Tumorzellen in Gerinnungsthromben des Primärtumors überleben können und nach Abscheidung in den Blutkreislauf als Emboli im Lumen kleinerer Gefäße steckenbleiben. [8]. Diese Theorie erklärt das gehäufte Auftreten von Thrombophlebitiden bei Tumorpatienten und verdeutlicht, daß die Verteilung der Metastasen nicht zufällig geschieht, sondern davon abhängt, welches kapilläre Strombett den Tumorembolus zuerst abfängt. Diese Annahme wurde 1889 durch James Paget nach Autopsie von 735 Tumorpatienten erstmals bestätigt [9]. Nach Invasion der Tumorzellen in den Blutkreislauf, bilden diese mit Blutplättchen, Lymphozyten und anderen Blutkomponenten kleine Emboli. Werden diese Emboli durch das Herz transportiert, können sie im kapillaren Strombett der Lunge steckenbleiben. Nach Arrest der Emboli in den Lungenkapillaren kommt es zur Adhäsion von Tumorzellen an das Endothel und/ oder die Basalmenbran. Der Verschluß der Kapillaren durch die Emboli kann zur Verletzung der Endothelzellen führen, so daß ein direkter Kontakt zwischen Tumorzellen und extrazellulärer Matrix möglich wird. Nach der Adhäsion migrieren die malignen Zellen ins Lungenparenchym, wobei die extrazelluläre Matrixbarriere durch proteolytische Enzyme aufgespalten wird (Abb. 2). Die anschließende Entwicklung von Makrometastasen ist davon abhängig, ob der zur Ernährung der Zellen notwendige neoangiogenetische Prozeß aktiviert werden kann.


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Abb. 2: Pathomechanismen der Entstehung pulmonaler maligner Metastasen


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Das Einsprossen von Blutgefäßen in Tumorgewebe ist die Grundlage für das makroskopische Wachstum von Primärtumoren und Metastasen. Zusätzlich erlangt der Tumor durch die Vaskularisierung das Potential der hämatogenen Absiedlung maligner Zellen. Da die meisten invasiven Tumoren zum Zeitpunkt der Diagnose bereits vaskularisiert sind, ist anzunehmen, daß bei einem großer Teil der Tumorpatienten bereits Fernmetastasen existieren [10,11]. Diese sekundären Tumoren können als Mikrometastasen jahrelang symptomlos im Gewebe verweilen und sind deshalb nur schwer identifizierbar. Das Wachstum der Mikrometastasen wird unter anderem durch die Resektion des Primärtumors aktiviert.

1.4. Regulation der Tumorangiogenese

Die Untersuchung der pathophysiologischen Zusammenhänge zwischen Resektion des Primärtumors und gesteigertem sekundären Tumorwachstum ist seit Jahrzehnten ein wesentlicher Bestandteil der onkologischen Forschung. Dabei stand die Frage im Vordergrund, ob die Resektion des Tumors und/ oder das mit der Operation assoziierte Trauma dieses gesteigerte sekundäre Tumorwachstum bedingen. Die Entdeckung, vom Primärtumor exprimierter, angiostatisch wirksamer Proteine (Angiostatin, Endostatin), die das Wachstum vorhandener Mikrometastasen hemmen, erklärt die Beobachtung des vermehrten Auftretens sekundärer Tumore nach Resektion des Primärtumors [12,13]. Diese Theorie soll kurz dargestellt werden:

Eine Körperzelle, die aufgrund einer genetischen Veränderung maligne entartet, proliferiert ungehindert bis zur Größe von 1 bis 2 mm. Während dieser Zeit ernährten sich die Tumorzellen durch Diffusion. Ohne die anhaltende Zufuhr von Sauerstoff und Nährstoffen kann der Mikrotumor nicht beliebig weiter wachsen. Es bedarf der Anbindung an das Blutgefäßsystem [14]. Der Prozeß der Tumor-Angiogenese wird einerseits durch Produktion angiogenetischer Proteine, wie acitic fibroblast growth factor und vascular enrothelial growth factor angeregt, kann andererseits aber auch durch Abnahme der Konzentration angiostatisch wirksamer Proteine wie Thrombospondin aktiviert werden. Diese Hypothese wurde 1996 durch eine Entdeckung von O'Reilly et. al. wesentlich gefestigt [12]. Es wurde beobachtet, daß der Primärtumor die Angiogenese seiner Metastasen hemmen und dadurch ihr Wachstum wirkungsvoll inhibieren kann. Dieser Prozeß wird durch einen Angiogenese-Inhibitor vermittelt, welcher vom Primärtumor selbst produziert wird. O'Reilly nannte dieses Protein Angiostatin. Es handelt sich um ein 38 kD Protein, welches eine Homologie zu Plasminogen aufweist und ein spezifischer Inhibitor der Endothelzellproliferation ist. Im Jahr 1997 entdeckte dieselbe Arbeitsgruppe das zweite antiangiogenetisch wirksame Protein – Endostatin [13]. Auch diese Substanz wird vom Primärtumor selbst produziert und hemmt das Wachstum seiner Metastasen. Endostatin ist ein C-terminales Fragment von Kollagen XVIII und wirkt ebenfalls durch Inhibition der Proliferation von Endothelzellen [15].

Nach Resektion des Primärtumors kommt es zum Wegfall dieser Angiogenese-Inhibitoren. Die Folge ist ein gesteigertes Wachstum der vorhandenen Mikrometasta[Seite 17↓]sen. Diese Interaktion zwischen Primär– und Sekundärtumor verdeutlicht, welcher komplexe Mechanismus der Beobachtung der vermehrten Entwicklung von Metastasen nach Tumorresektion zugrunde liegt.

1.5. Ausgesuchte Tierexperimente zur postoperativen Tumorentwicklung

Ein invasiver, gut vaskularisierter Tumor kann auf hämatogenem Weg täglich mehrere Millionen maligne Zellen freisetzen [16,17]. Allerdings überleben nur ca. 0,01% dieser zirkulierenden Tumorzellen den Metastasierungsprozeß. Ein Grund dafür ist die hohe mechanische Belastung, welcher die Zellen im Blutkreislauf ausgesetzt sind [18]. Eine Verringerung dieser mechanischen Belastung durch Senkung des Blutdrucks und Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit des Blutes könnte den Prozeß der hämatogenen Absiedlung maligner Zellen begünstigen. Mosley et. al. untersuchten im Mausmodell die Wirkung der Amputation einer hinteren Extremität auf die Entwicklung pulmonaler Metastasen [19]. Alle Tiere trugen zum Zeitpunkt der Amputation ein bereits in der Flanke etabliertes, metastasierendes „Lewis lung“ Karzinom. Die schwer traumatisierten Tiere entwickelten im Vergleich zur Kontrollgruppe eine deutlich höhere Anzahl pulmonaler Metastasen. Ursachen für das vermehrte Tumorwachstum könnten die postoperative Einschränkung der Lungenfunktion und die traumabedingte Aktivierung des Hämostasesystems sein. Beides beeinflußt das pulmonale Mikromilieu und somit den dort stattfindenden Absiedlungsprozeß der malignen Zellen. Im Folgenden werden ausgewählte Aufsätze zu diesem Thema vorgestellt. Es sei im voraus vermerkt, daß es sich dabei ausschließlich um Tierexperimente handelt.

1.5.1. Pulmonaler Arrest hämatogen zirkulierender maligner Zellen

Bishop et. al. untersuchten die pulmonale Absiedlung im Blut zirkulierender Tumorzellen nach Laparotomie [20]. Es konnte gezeigt werden, daß die Anzahl in der Lunge arrestierender Tumorzellen bei den laparotomierten Tieren, im Vergleich zur Kontrollgruppe, signifikant gesteigert war. Dazu wurden 106 radioaktiv markierte Mastozytomzellen zwei Stunden nach durchgeführter Laparotomie intravenös injiziert und die pulmonale Radioaktivität bestimmt. Anschließend wurde der Versuch mit B16 Melanomzellen wiederholt. Auch in diesem Experiment war die Anzahl der pulmonal nachgewiesenen radioaktiv markierten B16 Melanomzellen nach Laparotomie deutlich erhöht. Trotz der ähnlichen Ergebnisse wurden nur nach Injektion der B16 Melanomzellen signifikant mehr pulmonale Metastasen nachgewiesen. Die intravenöse Applikation der Mastozytom Zellen hatte keinen Einfluß auf die Entwicklung von Makrometastasen. Bishops Beobachtungen machen deutlich, daß die einzelnen Schritte der Tumorpathogenese, ausgehend vom Arrest der Zellen in den Lungenkapillaren über die Extravasation ins Parenchym bis hin zur Entwicklung der Makrometastasen, von der Aggressivität und Immugenität der verwendeten Tumorzellen abhängig sind. [Seite 18↓]Die Anzahl makroskopischer Metastasen als einzige zu untersuchende Größe, könnte deshalb zu falschen Schlußfolgerungen führen.

Die Ergebnisse der Arbeitsgruppe um C.J. Bishop wurden mehrfach bestätigt. Skolnik et. al. zeigten, daß nach bilateraler Femurfraktur die Anzahl von i.v. injizierten, radioaktiv markierten malignen Zellen in der Lunge, im Vergleich zur Kontrollgruppe, verdoppelt war [21]. Ebenso beobachteten Page et. al. einen 2-fach gesteigerten pulmonalen Arrest intravenös applizierter Tumorzellen nach operativer Eröffnung der Bauchhöhle [22]. Durch perioperatives Verabreichen von Morphium konnte die erhöhte Anzahl pulmonaler Tumorzellen bei laparotomierten Tieren auf das Niveau der Kontrollgruppe reduziert werden. Gleichzeitig wurde ein deutlicher Abfall der traumabedingten hohen Kortisol-Plasmakonzentration beobachtet. Ein kausaler Zusammenhang zwischen diesen beiden Beobachtungen wurde von Fidler I. J. et. al. und Kodama M. et. al. untersucht [23,24]. Beide Arbeitsgruppen beobachteten einen signifikant gesteigerten Arrest von radiomarkierten malignen Zellen in der Lunge nach Verabreichen von Triamcinolon und Hydrokortison. Kodama et. al. konnten zusätzlich eine deutlich verminderte Überlebenszeit der Versuchstiere und eine signifikant gesteigerte Anzahl von pulmonalen Metastasen nach Gabe von Hydrokortison nachweisen.

Van den Brenk et. al. zeigten, daß die Verabreichung von Katecholaminen eine ähnliche Wirkung auf die Entwicklung von Lungenmetastasen haben kann [25]. Die intraperitoneale Injektion von Adrenalin führte zu einer signifikanten Steigerung der Anzahl pulmonaler Metastasen. Die erhöhten Konzentrationen von Glukokortikoiden und Katecholaminen nach schwerem operativen Trauma können allerdings nur zum Teil mit dem gesteigerten Tumorwachstum in Verbindung gebracht werden. Bishop et. al. zeigten, daß auch beidseitig adrenalektomierte Tiere, nach Laprotomie, eine deutlich gesteigerte Anzahl maligner Zellen im kapillaren Strombett der Lunge aufweisen [20]. Ursachen dieser Beobachtung könnten die, nach Laparotomie erheblich eingeschränkte Lungenfunktion und das aktivierte Blutgerinnungssystem sein. Beide Mechanismen werden später noch ausführlicher dargestellt.

1.5.2. Operatives Trauma und die Entwicklung von Fernmetastasen

Takekoshi et. al. beobachteten nach Resektion subkutaner, in der Flanke von Ratten etablierter Mammakarzinome mit anschließender Laparotomie eine wesentlich erhöhte Anzahl pulmonaler Metastasen als nach Tumorresektion allein [26]. Sellwood et. al. zeigten, daß laparotomierte „Wistar“ Ratten, welchen zuvor intravenös maligne Zellen injiziert wurden, verglichen mit der Kontrollgruppe, eine deutlich gesteigerte Anzahl von Makrometastasen entwickelten [27]. In einem weiteren Experiment, welches sich durch Verwendung einer anderen Tierart („C-minus“ Mäuse) vom ersten Versuch unterscheidet, konnten Sellwood et. al. die Hypothese der traumabedingten gesteigerten pulmonalen Tumorabsiedlung nicht verifizieren [28]. Das gleiche Ergebnis beobachteten Schatten et. al. nach i.v. Injektion von S-91 Melanom-Zellen in DBA-strain Mäuse [29]. Eine Laparotomie führte bei diesem Tiermodell zu keiner ge[Seite 19↓]steigerten pulmonalen Tumorabsiedlung. Hattori et. al. untersuchten den Einfluß von Thorakotomie, Thorakolaparotomie und Laparotomie auf die Entwicklung pulmonaler Metastasen [30]. Thorakotomie und Thorakolaparotomie bewirkten eine signifikant höher Anzahl von Lungenmetastasen und eine deutlich verringerte 50- Tage Überlebenszeit. Das chirurgische Trauma einer Laparotomie hatte im Gegensatz zur Thorakotomie keinen Einfluß auf Tumorwachstum und Überlebenszeit. Das Experiment von Hattori et. al. zeigt, daß die Schwere des operativen Traumas erheblichen Einfluß auf den postoperativen Krankheitsverlauf maligner Erkrankungen haben kann. Im Tierexperiment ist zusätzlich Art, Alter, Gewicht und Allgemeinzustand der Versuchstiere von entscheidender Bedeutung.

1.5.3. Postoperatives Wachstum von Primärtumoren

Buinauskas et. al. injizierten "Walker 256" Tumorzellen in das subkutane Fettgewebe von Holtzman Ratten und beobachteten den Einfluß einer Zöliotomie auf die Entwicklung solider, subkutaner Primärtumoren [31]. Die Laparotomie mit anschließender Resektion des Zäkums führte zu einer deutlich gesteigerten Größenzunahme der Tumoren mit signifikant reduzierter Überlebenszeit der Versuchstiere. Zöllner et. al. injizierten „Pankreas Adenokarzinomzellen“ in das Fersenpolster von BD X Ratten und untersuchten den Einfluß einer Laparotomie auf das Tumorwachstum [32]. Die laparotomierten Versuchstiere entwickelten signifikant größere Tumoren und wiesen eine deutlich vermehrte regionale Lymphknotenmetastasierung auf. Die Ergebnisse beider Experimente deuten auf einen engen Zusammenhang zwischen operativem Trauma und Tumorwachstum hin. Die Autoren machen die posttraumatisch eingeschränkte Funktion des Immunsystems für das gesteigerte Tumorwachstum verantwortlich. Es wird vermutet, daß die Immunabwehr der laparotomierten Versuchstiere auf die malignen Zellen nur noch bedingt reagieren kann, was eine vermehrte postoperative Tumorentwicklung zur Folge hat.

Die klinische Situation unterschiedet sich vom Experiment allerdings beträchtlich. Im Gegensatz zu den synergetischen Tumorzellen, welche den Versuchstieren verabreicht werden, handelt es sich beim Tumorpatienten um autogene Zellen, d.h. körpereigene Zellen gegen die der Organismus von vornherein keine wirkungsvolle Immunreaktion initiieren kann. Die posttraumatisch eingeschränkte Immunfunktion des Patienten hat demnach eine weitaus geringere Bedeutung für die Entstehung von Metastasen als bisher angenommen [33].


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Tab. 1 Zusammenfassung der unter 1.5 beschriebenen Experimente


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1.6.  Behandlung maligner Erkrankungen durch Immuntherapie

1.6.1. Unspezifische Immuntherapieansätze

Zu Beginn des letzten Jahrhunderts beobachtete der New Yorker Chirurg William Coley, daß bakteriell infizierte Hauttumoren, im Vergleich zu nicht infizierten Malignomen, eine erhöhte Rückbildungstendenz aufweisen. Coley induzierte lokale, bakterielle Infektionen im Tumorbereich und erzielte einige eindrucksvolle Behandlungserfolge [34].

Die Hypothese, daß eine unspezifische Stimulation des Immunsystems malignes Wachstum inhibieren könnte, ist in des letzten Jahrzehnten intensiv untersucht worden. Die meiste Aufmerksamkeit wurde dabei dem Tuberkuloseimpfstoff BCG (Bacillus Calmette-Guerin) gewidmet. Von den verschiedenen Therapieansätzen mit BCG ist allerdings nur die lokale Instillation zur Prophylaxe des Blasenkarzinomrezidivs übriggeblieben. Als einen Wirkmechanismus vermutet man die Ansammlung antigenpräsentierender Zellen im Rahmen der durch BCG ausgelösten, lokalen Entzündung. Diese antigenpräsentierenden Zellen können wiederum T-Zellen aktivieren und so eine zelluläre Immunantwort gegen maligne Zellen auslösen [33].

Neben zahlreichen anderen Substanzen zur Immunstimulation findet vor allem das Antihel-mintikum Levamisol Verwendung in der Tumortherapie. Mehrere Klinische Studien zeigten, daß die Rezidivrate bei Patienten mit radikal reseziertem Kolonkarzinom und anschließender adjuvanter Therapie bestehend aus 5- Fluorouracil (5-FU) und Levamisol, im Vergleich zur alleinigen Gabe von 5-FU, gesenkt werden kann [35]. Levamisol stimuliert die zelluläre Abwehr durch Potenzierung der T-Lymphozyten-Differenzierung bei Antigenstimulation. Außerdem kommt es zur Erhöhung der Aktivität der Effektor-Lymphozyten und der zytotoxischen T-Zellen. Weiterhin besteht die Möglichkeit einer direkten antiproliferativen Wirkung von Levamisol auf die malignen Zellen, wie sie unter anderem der Tumortherapie mit Interferon α zugeschrieben wird [33]. Neben Interferon wird Interleukin-2 (IL-2) zur unspezifischen Immuntherapie maligner Tumore eingesetzt. Die hochdosierte Applikation von IL-2 bei Patienten mit Nierenzellkarzinom bewirkte eine Verbesserung der CR-Rate (complete remission) [36]. IL-2 steuert Proliferation und Differenzierung naiver T-Zellen, beeinflußt aber auch das Wachstum von B-Lymphozyten und natürlicher Killerzellen [37].

1.6.2. Spezifische Immuntherapieansätze

Die Geschichte der Tumorvakzinierung beginnt 1777 mit einem Selbstversuch des englischen Arztes John M. Nooth, der sich mehrfach Tumorgewebe eines Patienten injizierte, um so das Auftreten eines eigenen malignen Tumors zu verhindern [38]. Wissenschaftlich fundiertere Experimente zu diesem Thema wurden erst in den fünfziger Jahren des letzten Jahrhunderts durchgeführt. Klein et. al. zeigten, daß die Vakzinierung von Versuchstieren mit Tumorzellen desselben Inzuchtstammes, das [Seite 22↓]Wachstum eines später transplantierten Tumors deutlich inhibierte [39]. Diese spezifische Immunreaktion war durch Lymphozyten auf andere Tiere übertragbar. Im Gegensatz zu synergetischen malignen Zellen sind autogene Tumorzellen meistens nicht immunogen genug, um eine wirkungsvolle Immunreaktion auslösen zu können [40]. Ihre Immunogenität kann durch gleichzeitiges Verabreichen adjuvanter Substanzen wesentlich gesteigert werden. Nach der erfolgreichen Anwendung in unterschiedlichen Tiermodellen wurden zahlreiche klinische Studien durchgeführt, welche in der Mehrzahl enttäuschend ausfielen [33]. Die beiden vielversprechendsten Entwicklungen der modernen Tumorvakzinierung sollen im Folgenden kurz dargestellt werden:

Tumorzellen exprimieren spezifische Antigene, welche durch MHC-Klasse I Moleküle auf der Zelloberfläche präsentiert werden. Um eine naive CD-8 positive Zelle zu aktivieren, muß diese eine Bindung mit dem MHC-I Molekül und einem costimulierenden Rezeptor eingehen. Diese costimulierenden Moleküle (B7.1/B7.2 oder CD80/CD86) werden von der Tumorzelle nicht exprimiert, d.h. die immunkompetente Zelle kann nicht aktiviert werden. Transfiziert man die Tumorzelle mit dem Gen, welches für B7 kodiert, exprimiert diese den costimulierenden Rezeptor und die naiven CD-8 positiven T-Zellen werden aktiviert [41].

Abb. 3: Transfektion von Tumorzellen mit den Genen für den costimulatorischen Rezeptor B7 erhöht ihre Immugenität

Eine andere Möglichkeit der Induktion einer tumorspezifischen Immunantwort ist die Gen-modifikation oder Antigenbeladung von antigenpräsentierenden, dendritischen Zellen. Ent-sprechend den Langerhanszellen der Epidermis können dendritische Zel[Seite 23↓]len Antigene aufnehmen, in die regionalen Lymphknoten wandern und naive T-Zellen aktivieren. Dentritische Zellen exprimieren alle wichtigen costimulierenden Rezeptoren sowie MHC-Klasse I und MHC-Klasse II Moleküle. Diese Oberflächenrezeptoren ermöglichen es ihnen, nicht nur zytotoxische T-Zellen zu aktivieren, sondern auch eine dauerhafte, humorale Immunantwort mit Differenzierung von T-Gedächtniszellen zu initiieren [33].

Abb. 4: APC können Tumorantigene in Kombination mit einem costimulatorischen Signal auf ihrer Oberfläche exprimieren und dadurch T- und B-Zellen aktivieren

1.6.3. Verstärkung der Immunreaktion durch das Adjuvans Monophosphoryl-Lipid-A

Monophosphoryl Lipid A (MPL-A) ist ein Derivat der Lipopolysaccharide gramnegativer Bak-terien. Es entsteht durch Phenolextraktion der Bakterienzellwände mit anschließender Ent-toxifizierung durch Versetzen mit Salzsäure. Der Toxizitätsverlust korreliert mit dem Wegfall der Phosphatgruppe in der Position 1 des reduzierten Zuckers. Das entstandene Monophos-phoryl Lipid A ist 1000 mal weniger toxisch als das anfangs vorhandene Diphosphoryl-Gly-colipid [42]. Lipopolysaccharide bestehen im wesentlichen aus zwei Anteilen, einem Polysaccharid, welches ein hochpotentes Antigen darstellt und dem adjuvanten Lipid A, welches die Reaktion des Immunsystems auf das Antigen massiv verstärkt [43]. Durch den Prozeß der Enttoxifizierung wird die Immugenität des Antigens fast vollständig aufgehoben, so daß es nach Verabreichen des entstandenen Monophosphoryl Lipid A zu keinerlei toxischen Nebenwirkungen kommt [44,45].

MPL-A ist ein pleiotrop wirksames Glycolipid, dem in erster Linie adjuvante Eigenschaften zugesprochen werden, d. h. im Gemisch mit einem Antigen wird die Im[Seite 24↓]munantwort gegen dieses Antigen verstärkt. Ein möglicher Mechanismus dieser resultierenden, erhöhten Immugenität des Antigens wird im Folgenden kurz dargestellt:

Ein nichtbakterielles Proteinantigen, zum Beispiel ein spezifisches Tumorprotein, wird vom Makrophagen erkannt, aufgenommen und automatisch auf der Oberfläche der antigenpräsen-tierenden Zelle exprimiert. Allerdings wird der Makrophage nicht aktiviert, d. h. er exprimiert nicht die notwendigen costimulierenden Zelloberflächenrezeptoren, welche den Kontakt mit der T-Zelle ermöglichen [46]. Moore et. al. beobachteten, daß die intraperitoneale Injektion von MPL-A, die Expression der costimulierenden Rezeptoren B7-1 auf Peritonealmakrophagen signifikant erhöht [47]. Durch diese Stimulation des Makrophagen mit Expression der costimulierenden Signale, sind T-Zellen jetzt in der Lage, das nicht-bakterielle Antigen zu erkennen und eine Immunantwort auszulösen.

Abb. 5: Strukturformel Monophosphoryl Lipid-A [R1: C14-O-C14 // R2: C14-OH // R3: C14-O-C14 //
R4: C14-OH]

Monophosphoryl Lipid A wurde in zahlreichen Studien als Adjuvans verwendet und führte bei jeder Anwendung zu einer erhöhten Immunantwort gegen das zusätzlich verabreichte Antigen [48,49,50,51,52,53]. Neben der adjuvanten Wirkung konnten auch direkte Einflüsse auf immunkompetente Zellen nachgewiesen werden. Inkubation von Peritoneallymphozyten mit MPL-A bewirkte die Expression von Interferon-γ und Interleukin-2 [54,55]. Beide Zytokine gehören zum charakteristischen Profil von TH-1 Helferzellen, einer funktionellen Klasse der CD-4 positiven Lymphozyten. TH-1 Helferzellen vermitteln zelluläre Immunreaktionen, aktivieren Makrophagen und regen B-Zellen an, opsonierende Antikörper zu bilden. Moore et. al. bestätigten, daß MPL-A die Differenzierung von CD-4 T-Lymphozyten in TH-1 Helferzellen induziert und dadurch antigenpräsentierende Zellen aktiviert werden [47].

Die zelluläre Immunantwort beginnt mit der Stimulation naiver, CD-8 positiver T-Zellen, welche sich in zytotoxische T-(Killer) Zellen (CTL) umwandeln und die antigenpositiven (Ag+) Zielzellen zerstören. Das Antigen muß in Verbindung mit einem MHC-I Rezeptor auf der Oberfläche der Zielzelle exprimiert werden. Cho et. al. beobachteten, daß B16 Melanomzellen nur eine geringe Anzahl von MHC-I Rezeptoren exprimieren [56]. Nach Stimulation mit MPL-A war die MHC-I Expressionsdichte der [Seite 25↓]B16 Melanomzellen deutlich erhöht. Als eine der Ursachen wird die MPL-A vermittelte Interferon-γ Expression der TH1- Helferzellen diskutiert.

Abb. 6: MPL-A kann bei Antigen präsentierenden Zellen [APC] (Makrophagen, dentritische Zellen) ein costimulatorisches Signal auslösen

Ravindranath et. al. untersuchten, ob MPL-A die Induktion einer spezifischen Immunreaktion auf einen solidem, bei Mäusen etablierten Tumor verstärkt und dadurch zur Tumorregression beitragen kann [57]. Die Tiere wurden mit einer Kombination aus nicht-vitalen B16 Melanomzellen und MPL-A immunisiert und anschließend ein subcutaner B16 Melanomtumor induziert. Die vaccinierten Mäuse lebten, verglichen mit der Kontrollgruppe, signifikant länger und wiesen ein deutlich geringeres Volumen des Primärtumors auf.


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12.11.2004