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5.  Diskussion

5.1. Einfluß des operativen Traumas auf die Entstehung pulmonaler Metastasen

Die Durchführung einer Laparotomie bewirkte eine signifikant gesteigerte Entwicklung pulmonaler Metastasen. Als mögliche Ursachen werden vor allem die eingeschränkte Lungenfunktion und das posttraumatisch veränderte Hämostasesystem diskutiert. Im Gegensatz dazu hatte der Aufbau eines Pneumoperitoneums keinen Einfluß auf die Entstehung sekundärer Tumore.

Obwohl der Unterschied zwischen Kontroll- und Laparotomiegruppe statistisch nicht signifikant ist, kann das Ergebnis von p = 0,048 (Signifikanzniveau = 0,0167) als deutlicher Trend gewertet werden, welcher die Hypothese des vermehrten Auftretens pulmonaler Metastasen nach schwerem operativen Trauma unterstreicht.

5.1.1. Einfluß der Lungenfunktion nach Laparotomie auf die pulmonale Absiedlung hämatogen, zirkulierender Tumorzellen

Gelangen Tumorzellen in den Blutkreislauf kommt es nach Kontakt mit Thrombozyten, Erythrozyten und anderem Blutbestandteilen zur Bildung von Mikroemboli. Diese können mit dem Blut in die Lunge transportiert werden und dort in den Kapillargefäßen steckenbleiben [61]. Die nach Laparotomie erheblich eingeschränkte Lungenfunktion kann diesen Tumorzellarrest begünstigen. Eine der Ursachen ist die von Euler und Liljestrand beobachtete Reflexerscheinung der Konstriktion von Arteriolen nach Abnahme des alveolären Sauerstoffpartialdrucks [5]. Die Funktionseinschränkung der Lunge bewirkt eine Hypoxie mit reflektorischer Gefäßverengung. Je kleiner der Gefäßdurchmesser, desto größer ist die Barriere für zirkulierende Tumoremboli. Die resultierende, größere Anzahl im Lungenstrombett verbleibender Tumorzellen, verbunden mit reduzierter mechanischer Belastung und längerer Verweildauer, könnte initiale Schritte der Extravasation erleichtern und damit die Entstehung pulmonaler Metastasen begünstigen.

Eine Hauptursache der eingeschränkten Lungenfunktion nach Laparotomie ist der ausgeprägte postoperative Wundschmerz. Der Patient ist aufgrund der Beschwerden nicht bereit, tief einzuatmen. Die verminderte Ventilation der Lunge beeinträchtigt den zillären Schleimabtransport. Das überschüssige Bronchialsekret wird aufgrund der postoperativen Schmerzen nicht abgehustet. Zusätzlich können durch das Trauma Bronchialspasmen verursacht werden. Es kommt zur Retention von Sputum und damit zur Verlegung feinster Bronchien. Die Folge ist eine diffuse Entwicklung von Mikroatelektasen [62].

Abraham Becker et al. beobachteten bei 50% der Patienten nach Oberbauchoperationen das Vorhandensein von Atelektasen [63]. Diese waren im Röntgenbild sichtbar. Lindberg et. al. konnten bei 85% der Patienten nach Unterbauchoperationen Atelektasen im Lungengewebe mittels Computertomographie (CT) nachweisen [64]. [Seite 49↓]Gleichzeitig wurden von allen Patienten Röntgenaufnahmen gemacht, auf denen keine der im CT beschriebenen Atelektasen sichtbar war. Dureul et. al. zeigten, daß operative Eingriffe am Oberbauch die Lungenfunktion und die Funktion des Diaphragmas deutlich stärker beeinträchtigen als Unterbauchoperationen [65]. Diese Ergebnisse lassen die allgemeine Schlußfolgerung zu, daß ein Großteil der Patienten nach ausgedehnten Bauchoperationen Mikroatelektasen aufweisen.

Abb. 14: Pathogenese pulmonaler Metastasen nach Laparotomie

Neben der Retention des Sputums können veränderte thorakale und abdominale Druckverhältnisse für die Entstehung von Atelektasen mitverantwortlich sein. So ist zum Beispiel der intestinale Luftgehalt, insbesondere im Ileum, nach Bauchoperationen oder anderen schmerzhaften Eingriffen deutlich erhöht, wodurch der abdominelle Druck ansteigt und basales Lungengewebe komprimiert werden kann [66].

Bei der Aufrechterhaltung der physiologischen Druckverhältnisse in Brust- und Bauchraum spielt das Zwerchfell eine entscheidende Rolle. Die Bedeutung der Funktionseinschränkung des Zwerchfells für die eingeschränkte Lungenfunktion nach Laparotomie soll im Folgenden durch Arbeiten von G. T. Ford et. al. und G. Simonneau et. al. dargestellt werden [67,68].

Um die Leistung des Diaphragmas einschätzen zu können, wurde die transdiaphragmatische Druckdifferenz (Pdi) bestimmt. Dazu wurden mittels zweier Ballonkatheter die Drücke in Magen (Pab) und Ösophagus (Pes) gemessen und ihre Differenz (Pab - Pes = Pdi) gebildet. Steigt durch die postoperative Dysfunktion des Zwerchfells der intrapleurale Druck an, wird gleichzeitig der Druck im Ösophagus erhöht. Das wiederum führt zum Absinken der transdiaphragmatischen Druckdifferenz und begünstigt den Kollaps kleiner Bronchien [69].


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Beide Arbeitsgruppen beobachteten einen signifikanten Pdi-Abfall in der frühen postoperativen Phase. Die Dysfunktion des Zwerchfells und die Entwicklung von Atelektasen beeinträchtigen die gesamte Lungenfunktion. Die Vitalkapazität, die expiratorische Sekundenkapazität und das Atemzugvolumen waren nach konventioneller Cholezystektomie signifikant vermindert [67]. Beecher et. al. beobachteten bei Patienten nach Laparotomie eine erhöhte Atemfrequenz, signifikant kleinere expiratorische und inspiratorische Reservevolumina und eine deutlich reduzierte Totale Lungenkapazität [70,71]. Die Arbeitsgruppen von M. L. Diament, G. Hansen und A. K. Pierce zeigten einen signifikanten Abfall des arteriellen Sauerstoffpartialdrucks am ersten postoperativen Tag nach Oberbauch-Laparotomie [72,73,74]. Ein erhöhter venös-arteriell pulmonaler Shunt, bedingt durch die diffuse Bildung von Mikroatelektasen, wurde als eine mögliche Ursache genannt.

Abb. 15: Transdiaphragmatische Druckverhältnisse nach Laparotomie [Pdi - transdiaphragmatischer Druck; Pab - abdomineller Druck; Pes - ösophagealer Druck; Pip - intrapleuraler Druck]

An dieser Stelle soll nochmals auf den eingangs beschriebenen Pathomechanismus der gesteigerten pulmonalen Absiedlung von Tumorzellen bei reduzierter Lungenfunktion eingegangen werden. Im Mittelpunkt steht dabei die traumabedingte Entwicklung von Atelektasen. Da die kollabierten Bronchien nicht ventiliert werden können, ist das dazugehörige peribronchiale Gebiet der Lunge hypoxisch. Dieser Zustand bewirkt die Konstriktion der kleinen Lungengefäße, was zu einer gesteigerten pulmonalen Retention im Blut zirkulierender Tumorzellen führt.


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Abb. 16: Lungenfunktionsparameter

Die einfachste Lösung zur Verbesserung der postoperativen Lungenfunktion ist die Wahl eines weniger traumatisierenden Operationsverfahrens. Als solches kommt in erster Linie die Laparoskopie in Frage. Schauer et. al. und Rademaker et. al. untersuchten die postoperative Funktion der Lunge bei Patienten nach konventioneller und laparoskopischer Cholezystektomie [75,76]. Verglichen mit den Patienten der Laparotomie-Gruppe, wurden nach Laparoskopie deutlich bessere Lungenfunktionsparameter gemessen. Die forcierte Vitalkapazität, expiratorische Sekundenkapazität, totale Lungenkapaziät und Sauerstoffsättigung waren nach Laparoskopie, verglichen mit der Laparotomie-Gruppe, wesentlich weniger beeinträchtigt. 90% der laparotomierten Patienten entwickelten Atelektasen. Dabei handelte es sich hauptsächlich um fokale und segmentale Atelektasen. Nach Laparoskopie wurden bei 40% der Patienten weitgehend Mikroatelektasen nachgewiesen. Trotz dieser signifikanten Reduktion der Anzahl der Atelektasen wird deutlich, daß auch ein laparoskopischer Eingriff die Lungenfunktion beeinflussen kann. Wie bei den konventionellen Operationen ist auch hier die Schwere des Traumas von entscheidender Bedeutung. Erice et. al. zeigten, daß eine laparoskopische Cholezystektomie mit einer leichten Einschränkung der Lungenfunktioin einher geht [77]. Im Vergleich dazu hatte eine laparoskopische Herniotomie keinen Einfluß auf die Funktion des Zwerchfells und der Lunge. Auch das Trauma einer Übersichtslaparoskopie scheint keine wesentliche Änderung der Lungenfunktion zu bewirken [78]. Vitalkapazität, Atemzugvolumen und transdiaphragmatischer Druck unterschieden sich nicht von den präoperativen Kontrollwerten.


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Es gilt als sicher, daß laparoskopische Operationen, im Vergleich zur konventionellen Chirurgie eine deutlich bessere postoperative Lungenfunktion bedingen. Im durchgeführten Experiment korreliert diese Beobachtung mit einer signifikant geringeren Anzahl pulmonaler Metastasen.

5.1.2. Einfluß des Hämostasesystems auf die pulmonale Absiedlung hämatogen zirkulierender maligner Zellen

Zu den essentiellen Regelkreisläufen des Organismus, welche durch schweres operatives Trauma beeinflußt werden, zählt neben Hormon- und Immunsystem, Gastrointestinalem System und Kreislauf auch das Hämostasesystem. Die nach Laparotomie beobachtete Hyperkoagulabilität bewirkt eine verlangsamte Mikrozirkulation und verstärkte Bildung kleiner Thromben, was wiederum zur gesteigerten Retention maligner Zellen im kapillaren Strombett unterschiedlicher Organe führen kann [79]. Diese postoperative Entwicklung von Mikrothromben basiert auf der bekannten Virchow‘schen Trias: Endothelalteration, Blutstromveränderung und Veränderung der Blutzusammensetzung.

Die postoperative Störungen der Lungenfunktion führt zur Bildung minderperfundierter hypoxischer Areale mit verringertem Stromzeitvolumen, d. h. die Strömungsgeschwindigkeit des Blutes ist verlangsamt. Weiterhin kommt es zur Schädigung der Endothelzellen durch Tumoremboli, welche in den Lungenkapillaren fest klemmen. Das nach Verletzung des Endothels frei liegende Kollagen führt zur Thrombozytenaggregation [80]. Der dritte und entscheidende thrombogene Stimulus ist die postoperativ erhöhte Gerinnungsbereitschaft oder Koagulabilität des Blutes [81]. Diese kann entweder durch eine geringere Effektivität von gerinnungshemmenden bzw. fibrinolytischen Mechanismen und/ oder durch Expression von prokoagulatorischer Aktivität induziert werden. Beide Reaktionswege werden durch das Trauma indirekt beeinflußt. Eine Schlüsselrolle scheint dabei die nach Laparotomie auftretende Hypoxämie zu spielen. Die verminderte Sauerstoffkonzentration bewirkt eine signifikant erhöhte Konzentrationen von plasminogen Aktivator Inhibitor-1 (PAI-1) im Blut [82]. Die Konzentration von Plasminogen, als fibrinolytisches Protein, ist nach größeren chirurgischen Eingriffen deutlich vermindert [83].

Neben der postoperativ verstärkten Hemmung der Fibrinolyse kommt es zu einer gesteigerten prokoagulatorischen Aktivierung. Wiederum ist die Hypoxämie von entscheidender Bedeutung. Bei kultivierten Endothelzellen, Monozyten und glatten Muskelzellen bewirkt der Sauerstoffabfall eine deutlich erhöhte Expression von Gewebsthromboplastin [81,84]. Gewebsthromboplastin ist ein potenter Aktivator des Extrinsischen Blutgerinnungssystems. Außerdem steigert Hypoxie die Adhäsion von polymorphkernigen, neutrophilen Granulozyten an Endothelzellen, wobei die erhöhte Produktion von „Plättchenaktivierendem-Faktor (PF-3)“ durch das Endothel als Hauptmechanismus diskutiert wird. Die erhöhte PF-3 Konzentration führt zur Adhäsion und Aggregation von Thrombozyten und damit zur Aktivierung des Intrinsischen Blutgerinnungssystems. Dieser Vorgang wird durch die postoperativ gesteigerte [Seite 53↓]Thrombozytenzahl und erhöhte Adhäsionsbereitschaft der Thrombozyten erheblich erleichtert [85].

Innerhalb von 6 Stunden nach Einsetzen einer Hypoxämie, können elektronenmikroskopisch Fibrinbeläge in den Kapillargefäßen der Lunge nachgewiesen werden. Zusätzlich kommt es zur verkürzten Blutungszeit mit erhöhter Konzentration von Fibrinogen und Faktor VIII [84]. Dieses Mikromilieu bietet ausgezeichnete Voraussetzungen für die Entstehung kleiner Thromben, welche nach pulmonaler Mikroembolie den Arrest im Blut zirkulierender, maligner Zellen begünstigen können [86].

Abb. 17: Schema der Blutgerinnung

In einer umfangreichen Arbeit von Lars Iversson wurde gezeigt, daß eine künstlich induzierte Thrombozytopenie, die Anzahl pulmonaler Metastasen signifikant senken kann [87]. Weiterhin wurde beobachtet, daß die nach Laparotomie erhöhte Inzidenz von Lungenmetastasen bei deutlich reduzierter Thrombozytenzahl nicht auftrat. Auch die Hemmung der Blutgerinnung durch Heparin und Cumarinderivate bewirkte einen massiven Abfall experimenteller, durch intravenöse Injektion maligner Zellen induzierter Lungenmetastasen [88].

Neben der Applikation von antikoagulativen Medikamenten kann durch Reduktion des operativen Traumas die postoperativ erhöhte Gerinnungsbereitschaft des Blutes deutlich gesenkt werden. Es konnte gezeigt werden, daß die laparoskopische Entfernung der Gallenblase, im Vergleich zur konventionellen Cholezystektomie, eine wesentlich geringere prokoagulatorische Aktivität des Blutes zur Folge hat [89]. Als Nachweismethode diente die Thrombelastographie. Das Thrombelastogramm gibt [Seite 54↓]einen Überblick über Thrombozytenzahl und Thrombozytenfunktion sowie über den Ablauf des endogenen Gerinnungssystems und der Fibrinolyse. Nach konventioneller Cholezystektomie waren die Reaktionszeit, d.h. die Zeit bis zum Gerinnungseintritt, und die Thrombusbildungszeit, also die Geschwindigkeit der einsetzenden Gerinnung, im Vergleich zur Laparoskopie signifikant verkürzt.

Zusammenfassend können die Aktivierung des Hämostasesystems und die Einschränkung der Lungenfunktion als Hauptursachen der nach Laparotomie erhöhten pulmonalen Absiedlung maligner Zellen genannt werden. Neben dem gesteigerten Tumorzellarrest in den Kapillaren der Lunge könnte eine beschleunigte Extravasation der Tumorzellen ins Lungenparenchym die Entwicklung pulmonaler Metastasen zusätzlich begünstigen.

5.1.3. Extravasation maligner Zellen – Rolle der Adhäsionsmoleküle

Die Migration der Tumorzellen durch die Gefäßwand ist ein grundlegender Bestandteil der Pathogenese von Tumormetastasen. Dieser Mechanismus gleicht der Extravasation von neutrophilen Granulozyten [90]. Nach Aktivierung der Endothelzellen durch Entzündungsmediatoren (TNF-α; IL-6; IL-1β) werden innerhalb weniger Minuten auf der Oberfläche der Endothelzellen Selektine exprimiert. Diese Zelladhäsionsmoleküle interagieren mit Kohlenhydratepitopen bestimmter Glycoproteine der Leukozyten und führen zu einer reversiblen Anheftung der neutrophilen Zellen an die Gefäßwand. Dieser erste Adhäsionsschritt bewirkt eine zweite, stabilere Bindung zwischen sogenannten Integrinen, exprimiert auf der Granulozytenoberfläche, und den CAM- Rezeptoren (cell adhesion molecule) des Endothels. Die CAM Expression wird analog der Selektin-Hochregulation durch proinflammatorische Zytokine induziert. Mit der resultierenden festen Bindung der Zelle an die Gefäßwand beginnt die Diapedese. Die auf der migrierenden Zelle exprimierten Integrine bewirken zusätzlich eine feste Bindung zwischen Granulozyt und Basalmembran. Um die Basalmembran passieren zu können, zerstört der neutrophile Granulozyt die extrazelluläre Matrix mit Hilfe proteolytischer Enzyme und wandert unter dem chemotaktischen Einfluß von Interleukin 8 in das Parenchym [90].

Die Mechanismen der Adhäsion und Invasion maligner Zellen gleichen dem beschriebenen Verlauf der Extravasation neutrophiler Granulozyten. Auch hier kommt es unter Einfluß proinflammatorischer Zytokine zur Expression von Selektinen (E-Selektin und P-Selektin) auf den Endothelzellen. Diese binden sogenannte Sialyl-Lewis-Glycoproteine (sLe Epitope), die bereits auf Tumorzellen nachgewiesen wurden. Maehara et. al. beobachteten, daß Adenokarzinomzellen mit einer hohen sLe Rezeptordichte eine deutlich gesteigerte Bindung mit aktivierten Endothelzellen eingehen [91]. Monoklonale Antikörper gegen sLe Epitope bzw. das Blocken der Selektin-Expression inhibierten dagegen die Adhäsion zwischen Tumor- und Endothelzellen.

Die für die zweite festere Bindung zwischen Tumor- und Endothelzellen verantwortlichen Integin-Rezeptoren der migrierenden Tumorzelle bestehen aus alpha- und be[Seite 55↓]ta-Unter-einheiten. Beide Rezeptortypen werden von den, im Experiment verwendeten, intravenös injizierten, TA3-Hauschka Tumorzellen auf der Zelloberfläche exprimiert [92]. Beta(1)-Integrine können mit CAM–Rezeptoren der Endothelzellen adhäsive Bindungen eingehen. Alpha(5) und alpha(6)-Integrine sind bekannt für Bindungen mit Fibronektin- und Laminin Proteinen der Basalmembran. Die Up- und Down-Regulation der Adhäsionsrezeptorenfamilien erfolgt überwiegend im Zusammenspiel mit stimulierenden und supprimierenden Zytokinen. Die Endothelzellen können nach entsprechendem Stimulus innerhalb von Minuten die Dichte verschiedener Rezeptortypen deutlich erhöhen. Nach 2 - 6 Stunden erreicht die Rezeptordichte ein Maximum, um dann innerhalb von 24 Stunden wieder auf Normalwerte abzufallen. Ist die Funktion der Rezeptoren erfüllt, werden sie abgeworfen oder eingefahren [90].

Die postoperative Entzündungsreaktion mit erhöhten Konzentrationen proinflammatorischer Zytokine kann eine Hochregulation der beschriebenen Adhäsionsrezeptoren bewirken und damit zur verbesserten Adhäsion der malignen Zellen an das Endothel und Migration in das Parenchym beitragen.

5.2. Perioperative Immuntherapie zur Prävention pulmonaler Metastasen

5.2.1. Stimulation des unspezifischen Immunsystems durch MPL-A

Die Stimulation des unspezifischen Immunsystems durch separates Verabreichen von Monophosphoryl Lipid A bewirkte keine signifikante Einschränkung der Tumorentwicklung (p = 0,015; Signifikanzniveau 0,005). Allerdings zeigte sich ein deutlicher Trend, der eine inhibierende Wirkung des perioperativ verabreichten MPL-A auf die Entstehung pulmonaler Metastasen andeutet. Eine der Ursachen ist die hohe Immugenität der intravenös injizierten, synergetischen Karzinomzellen. Die Versuchstiere waren in der Lage, eine spezifische Immunreaktion gegen die malignen Zellen zu initiieren, welche durch das Adjuvans MPL-A verstärkt wurde.

Die weit verbreitete Annahme, daß eine traumabedingte Immunsuppression der Grund für das vermehrte Auftreten maligner Metastasen nach schwerem, operativem Trauma ist und eine einfache Stärkung des Immunsystems dieses gesteigerte Tumorwachstum inhibieren könnte, basiert auf der Theorie der immunologischen Überwachung [33]. Diese Theorie geht davon aus, daß die Erkennung und Elimination maligner Zellen eine primäre Funktion des Immunsystems ist. Das heißt, das Immunsystem besitzt die Fähigkeit, Tumorzellen von gesunden Körperzellen zu unterscheiden und sie, ähnlich wie fremde Zellen oder virusinfizierte Zellen, zu eliminieren. Die ungehinderte Entwicklung von Tumoren wäre demnach auf ein Versagen der Immunüberwachung zurückzuführen.

Das entscheidende Argument gegen die Theorie der immunologischen Überwachung basiert auf der Beobachtung, daß es bei fast vollständigem Versagen des Immunsystems, wie bei der HIV-Infektion, zu keinem vermehrten Tumorwachstum kommt, welches nicht unmittelbar auf eine Infektion zurückzuführen ist. Die vermehrt auftreten[Seite 56↓]den Lymphome oder Hauttumoren sind virusinduzierte Tumoren, deren Entstehung mit der verminderten Immunfunktion der Patienten einher geht.

Obwohl Tumorzellen spezifische Antigene exprimieren, die sie von anderen Zellen unterscheiden, ist das Immunsystem nicht in der Lage, wirkungsvoll auf diese Veränderungen zu reagieren. Einer der Gründe ist die geringe Immugenität, d. h. das Fehlen und/ oder die ungenügende Expression von MHC-1 Rezeptoren und costimulierenden Rezeptoren auf der Zelloberfläche. Weiterhin sind Tumorzellen befähigt, gegen sie gerichtete Antikörper durch Endozytose aufzunehmen und anschließend abzubauen. Eine dritte Möglichkeit der Immreaktion zu entgehen, ist die Expression von immunsupprimierenden Zytokinen wie dem transformierenden Wachstumsfaktor-β (TGF-β) [33].

Es steht außer Frage, daß schweres, chirurgisches Trauma eine deutliche Einschränkung der Immunfunktionen hervorruft. Das diese Immunsuppression für das vermehrte, postoperative Auftreten maligner Metastasen verantwortlich ist, konnte bisher allerdings nicht bestätigt werden.

5.2.2. Stimulation des sypezifischen Immunsystems durch Tumorzellvakzine

Verglichen mit den unbehandelten Versuchstieren (OP-Gruppe) bewirkte die Injektion lysierter Tumorzellen eine signifikant geringere Anzahl pulmonaler Metastasen. Die Kombination aus lysierten Tumorzellen und Monophosphoryl Lipid A hatte den deutlichsten Einfluß auf das Tumorwachstum. Die Tiere der MPL-A + LTZ Gruppe entwickelten, im Vergleich zu allen anderen laparotomierten Versuchstieren (OP-Gruppe, LTZ- Gruppe, MPL-A-Gruppe) signifikant weniger Lungenmetastasen. 70% der Tiere dieser Gruppe zeigten keinerlei malignes Wachstum. Im Gegensatz dazu entwickelten 100% der unbehandelten, laparotomierten Versuchstiere (OP-Gruppe) pulmonale Metastasen. Die perioperativ induzierte, spezifische Immunantwort gegen hämatogen, zirkulierende, maligne Zellen basiert auf zellulären und humoralen Mechanismen.

5.2.3. Prinzip der Induktion einer spezifischen Immunreaktion –
Die zelluläre Immunantwort

Immunreaktionen können durch die Art der verabreichten Antigene beeinflußt werden. Eine zelluläre Immunantwort kann nur durch Protein-Antigene induziert werden [46]. Die Induktion einer humoralen Immunreaktion ist durch Kontakt der B-Zellen mit Nukleinsäuren, Proteinen, Polysacchariden, Lipiden und anderen Substanzen möglich. Das Immunsystem ist dann voll aktiviert, wenn zelluläre und humorale Reaktionen ausgelöst werden. Um diese effizienteste Reaktion zu induzieren, wurden den Versuchstieren lysierte Tumorzellen, d.h. Protein-Antigene und Nicht-Protein-Antigene, verabreicht.

Im Folgenden werden die Standart-Immunreaktionen, welche durch die Tumorvakzinierung induziert werden, kurz erläutert [46]. Nach intraperitonealer Injektion der ly[Seite 57↓]sierten Tumorzellen werden die Zelltrümmer durch Makrophagen phagozytiert. Peritoneale Makrophagen und dendritische Zellen gehören zur Gruppe der antigenpräsentierenden Zellen, d. h. sie können körperfremde oder veränderte Proteine erkennen und in Kombination mit MHC-Molekülen und costimulierenden Faktoren auf ihrer Zelloberfläche exprimieren. Tumorspezifische Proteine, welche von Makrophagen auf MHC-I Molekülen exprimiert werden, aktivieren naive CD-8+ T-Zellen, die sich anschließend in zytotoxische CD-8+ Killerzellen umwandeln. Treffen diese zytotoxischen CD-8+ T-Zellen auf vitale, maligne Zellen, lysieren sie diese durch Ausschütten von Zytotoxinen. Voraussetzung ist die Expression von MHC-I Oberflächenrezeptoren mit dem entsprechenden Antigen durch die Tumorzelle. Ohne dieses Signal kann die Killerzelle die maligne Zelle nicht identifizieren [46].

Abb. 18: Naive CD8 T- Zellen werden durch Anitgenpräsentierende Zellen (APC) aktiviert, differenzieren sich in zytotoxische T-Zellen und zerstören die malignen Zellen

Eine zweite Möglichkeit der Aktivierung zellulärer Immunreaktionen besteht in der CD-4+ T-Zell vermittelten Stimulation naiver CD-8+ T-Zellen. Hierbei müssen sowohl die CD-4+ T-Zelle als auch die naive CD-8+ T-Zelle Antigene auf der Oberfläche derselben antigenpräsentierenden Zelle erkennen. Die CD-4+ T-Zelle kann die antigenpräsentierende Zelle dazu aktivieren, stärker costimulierende Aktivität zu entwickeln, wodurch die naive CD-8+ T-Zelle leichter aktiviert wird. Weiterhin kann die CD-4+ T-Zelle durch Sekretion von Interleukin-2 die naive CD-8+ T-Zelle zur Proliferation und [Seite 58↓]Differenzierung anregen. CD-4+ T-Zellen spielen eine Schlüsselrolle bei der Aktivierung der zellulären und der humoralen Immunität. Die Präsentation von Tumorantigenen in Kombination mit MHC-II Molekülen durch Makrophagen und dendritische Zellen führt nach Kontakt mit naiven CD-4+ T-Zellen zur Stimulation und Differenzierung in zwei funktionelle Klassen: TH1-Zellen oder TH2-Zellen (T-Helferzellen). Wie die Differenzierung der naiven CD-4+ T-Zellen gesteuert wird, ist weitestgehend unbekannnt. Sie kann durch das Zytokin-Profil beeinflußt werden, daß während der ersten proliferativen Phase der T-Zell-Aktivierung zugegen ist. TH1-Zellen aktivieren unter anderem Makrophagen und naive CD-8+ T-Zellen, d.h. zelluläre Immunreaktionen werden initiiert. Dominiert die Klasse der TH2-Zellen oder T-Helferzellen, wird die Antikörperproduktion, also die humorale Immunantwort aktiviert [93].

Abb. 19: Aktivierungsstadien der CD4-T-Zellen

5.2.4. Die humorale Immunantwort

B- Lymphozyten phagozytieren Antigene und präsentieren diese in Kombination mit MHC-II Molekülen auf ihrer Zelloberfläche. Diese MHC-Klasse-II-Komplexe werden von antigen-spezifischen, bewaffneten T- Helferzellen (TH2-Zellen) erkannt, worauf sich die B- Lymphozyten in antikörperproduzierende Plasmazellen und B-Gedächtniszellen umwandeln. B- Gedächtniszellen sind in der Lage, nach Zweitkontakt mit dem Antigen sofort spezifische Antikörper zu bilden. Für eine Langzeitaktivierung des Immunsystems ist deshalb die Aktivierung der humoralen Immunreaktion von außerordentlich großer Bedeutung. Die Hauptfunktionen der Antikörper sind Antigen-Neutralisierung, Opsonierung und Komplementaktivierung. Die Opsonierung der antigentragenden Zellen durch Antikörper bewirkt die Aktivierung von Makropha[Seite 59↓]gen und führt somit zum verstärkten Abbau der Tumorzellen. Zusätzlich können antikörperbehaftete Tumorzellen von natürlichen Killerzellen erkannt werden, welche nach Kontakt die Zerstörung der malignen Zellen initiieren. Das stimulierte Komplementsystem führt ebenfalls zur Opsonierung der Tumorzellen und kann durch Generieren membranangreifender Komplexe die Lyse der maligen Zellen verursachen [94].

Bakterielle Polysaccharide, Proteine und Lipopolysaccharide können naive B-Lymphozyten auch ohne T-Zell-Hilfe stimulieren. Diese thymusunabhängigen Antigene (TI-Antigene) können B-Zellen durch verschiedene Mechanismen aktivieren und lassen sich so in zwei Klassen unterteilen. Die Antigene der ersten Klasse (TI-1-Antigene) besitzen die Eigenschaft, die Proliferation und Differenzierung von B-Zellen direkt anzuregen. Diese polyklonale Aktivierung mit anschließender Antikörperproduktion beginnt im Gegensatz zur T-Zell-abhängigen Stimulation sehr früh. Allerdings können TI-1-Antigene weder einen Isotypenwechsel der Antikörper noch die Bildung von B-Gedächtniszellen effizient induzieren [94].

Abb. 20: Aktivierung der B-Zellen

Die zweite Gruppe von thymusunabhängigen Antigenen (TI-2-Antigene) besteht hauptsächlich aus Zellwandpolysacchariden gramnegativer Bakterien. An dieser Stelle sei nochmals erwähnt, daß Monophosphoryl Lipid A ein Lipopolysaccharid-Derivat ist, d. h. der adjuvante Effekt von MPL-A könnte auch auf TI-2-Antigen ähnlichen Wirkmechanismen basieren. Die Vernetzung von Zelloberflächenimmunglobulinen der reifen B-Lymphozyten durch TI-2-Antigene bewirkt eine frühe und effektive Anti[Seite 60↓]körperproduktion gegen Nichtproteinantigene. Das Sezernieren dieser Antikörper kann durch Kontakt mit T-Helferzellen gesteigert werden. Diese Interaktion kann zusätzlich einen Isotypwechsel der Antikörper hervorrufen mit der Folge einer spezifischeren Immunität [94].

Im Tiermodell kann die Aktivierung des Immunsystems nach intraperitonealer Injektion lysierter, allogener Tumorzellen, bei anschließender Applikation vitaler, maligner Zellen zu einem deutlich eingeschränktem Tumorwachstum führen. Dieses Phänomen ist seit vielen Jahrzehnten bekannt und leider nur von geringer klinischer Relevanz. Der Grund dafür ist die hohe Immugenität synergetischer Zelllinien, die sich im Gegensatz zu autogenen Tumorzellen genetisch vom Versuchstier unterscheiden. Trotzdem ist es außerordentlich beeindruckend, daß die Stimulation eines körpereigenen Systems die massive Vernichtung hochaggressiver Tumorzellen bewirken kann. Dies geschieht durch ein Zusammenspiel zellulärer und humoraler Immunreaktionen, wobei die Bedeutung der einzelnen Reaktionen am Gesamtprozeß nicht sicher angegeben werden kann. Sollte es gelingen, das Immunsystem gegen maligne Zellen wirkungsvoll zu aktivieren, stünde eine neue, äußerst aussichtsreiche Therapieform maligner Erkrankungen zur Verfügung.


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12.11.2004