Matthias, Christoph: Molekularbiologische Untersuchungen zum Einfluß genetischer Wirtsfaktoren auf das Erkrankungsrisiko und den Krankheitsverlauf von Patienten mit Plattenepithelkarzinomen im Kopf-Hals-Bereich

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Kapitel 8. Zusammenfassung

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, genetische Wirtsfaktoren zu identifizieren, die das Erkrankungsrisiko und den Verlauf von Kopf-Hals-Tumor-Erkrankungen beeinflussen. Dazu wurden an einem Kollektiv von 465 Patienten mit Plattenepithelkarzinomen im Kopf-Hals-Bereich sowie einer Kontrollgruppe von 260 Personen mit molekularbiologischen Nachweismethoden Genvariationen in Enzymen analysiert, die Zigarettenrauch-assoziierte Karzinogene metabolisieren. Weiterhin wurden in diesen Studiengruppen Mikrosatelliten-Polymorphismen nahe den Tumor-Nekrose-Faktor-Genen bestimmt.

258 der Kopf-Hals-Tumor-Patienten wurden nach histologisch überprüfter R0-Resektion bis zu 5 Jahre nach Primärtherapie nachbetreut. Diese Gruppe wurde nach einem Einfluß der o.g. Genvariationen auf die initiale Tumorgröße, einen Halslymphknotenbefall zum Zeitpunkt der Diagnosestellung, den histologischen Differenzierungsgrad der Tumoren sowie Tumorrezidive und Zweittumoren untersucht.

Folgende Ergebnisse wurden ermittelt:

  1. In der Fall-Kontroll-Studie konnten signifikante Unterschiede in den Genotyp-Frequenzen der Glutathion S-Transferasen GSTM1, GSTM3 und GSTP1 zwischen der Patientengruppe und der Kontrollgruppe nachgewiesen werden. Dem mit 2 funktionsfähigen Allelen einhergehenden Genotyp GSTM1AB konnte ein signifikanter, protektiver Einfluß gegenüber allen Tumorlokalisationen im Kopf-Hals-Bereich zugeschrieben werden. Der GSTM3BB-Genotyp, der durch ein intragenes Motiv für den Transkriptionsfaktor YY1 zu einer verstärkten Expression des kodierten Enzyms führen kann, erwies sich als signifikant protektiv nur gegenüber Larynxkarzinomen. Immunhistochemische Untersuchungen, die das GSTM3-Enzym innerhalb der Epithelien des oberen Aerodigestivtrakts ausschließlich in den Zilien des respiratorischen Epithels des Larynx nachweisen konnten, untermauerten den auf diese Region beschränkten Einfluß. Der Wildtyp des GSTP1-Polymorphismus, dessen Protein nicht über die Enzymaktivität-beeinflussende Mutation nahe der hydrophoben Bindungsstelle verfügt, war bei den Kopf-Hals-Tumor-Patienten seltener vorhanden als bei den Kontrollpersonen. Diesem Genotyp konnte somit ebenfalls ein protektiver Einfluß

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    zugeschrieben werden, der bei Pharynxkarzinomen ausgeprägter war als bei Larynxkarzinomen. Diese regionalen Unterschiede konnten erneut mit immunhistochemischen Nachweismethoden unterstützt werden. GSTP1 zeigte eine breite Verteilung in allen äußeren Schichten des pharyngealen Plattenepithels; in den Epithelien des Larynx war eine schwächere Anfärbung nachweisbar.
  2. Signifikante Unterschiede in den Genotyp-Frequenzen der Cytochrom P450 CYP1A1, CYP2D6 und CYP2E1 zwischen der Patienten- und Kontrollgruppe konnten nicht ermittelt werden. Eine signifikante Risikobeeinflussung konnte diesen Polymorphismen somit nicht zugeschrieben werden.
  3. Unter den Mikrosatelliten-Polymorphismen nahe den Tumor-Nekrose-Faktor (TNF)-Genen wurde das TNFB3-Allel signifikant häufiger bei Larynxkarzinom-Patienten verglichen mit Kontrollpersonen oder Mundhöhlen- und Pharynxkarzinom-Patienten nachgewiesen. Diesem Allel konnte somit ein risikovermittelnder Einfluß zugeschrieben werden, der für Homozygotie (dem Vorliegen zweier TNFB3 Genkopien) mit einem Risikofaktor von etwa 5-6 verbunden war. Da andere Arbeitsgruppen bei Personen mit dem TNFB3-Allel eine Beeinflussung der TNFalpha Expression, eine Verbindung zum HLA-Typ B8 sowie Störungen in der Initiierung von Immunantworten bei PCP, Zöliakie und dem systemischen Lupus erythematodes bereits beschrieben haben, kann auch in der Pathogenese des Larynxkarzinoms eine Störung in der Immunantwort auf dysplastische Zellen und Tumorzellen vermutet werden.
  4. Eine signifikante Interaktion in der Risikovermittlung konnte für das gleichzeitige Vorliegen des TNFB3-Allels und des CYP1A1 m2-Wildtyps nachgewiesen werden. Personen mit dieser Genotyp-Kombination zeigten einen stärkeren Effekt auf die Risikobeeinflussung als jeder der Einzelfaktoren. Da bekannt ist, daß CYP-Enzyme durch TNFalpha induziert werden können, läßt sich vermuten, daß bei diesen Patienten neben Störungen in der Immunregulation eine Beeinflussung der Expression von CYP1A1 vorliegt.
  5. Verschiedene Altersgruppen der Patienten wiesen teilweise erhebliche Unterschiede in den Genotyp- bzw. Allel-Frequenzen auf. Bei Patienten, die bereits um das 50. Lebensjahr an einem Kopf-Hals-Karzinom erkrankten, waren ausgeprägtere Genvariationen nachweisbar

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    (GSTM1AB, TNFD3), während bei Patienten in fortgeschrittenem Alter die für das Gesamtkollektiv ermittelten Risikofaktoren zunehmend unbedeutender wurden.
  6. Patienten, die wenig oder nicht rauchten und keinen Alkohol tranken, wiesen signifikante Unterschiede in den TNF-Mikrosatelliten-Allelen auf, welche ebenfalls mit Regulationsstörungen von TNFalpha in Verbindung gebracht wurden. Bei Patienten mit geringem Genußmittelkonsum waren TNF-Allele signifikant häufiger nachweisbar, die von anderen Arbeitsgruppen bereits als Risikofaktor für die Entwicklung von Kolonkarzinomen beschrieben wurden.
  7. Bei dem Vergleich der Patienten-Genotypen mit den Tumorcharakteristika zeigte sich eine signifikante Beeinflussung des histologischen Differenzierungsgrads. Patienten mit undifferenzierten Tumoren wiesen gehäuft das defekte GSTT1-Gen auf. Im Gegensatz dazu konnte das TNFD6-Allel signifikant häufiger bei Patienten mit gut differenzierten Tumoren nachgewiesen werden. Der Genotyp GSTM1B war signifikant häufiger mit einem positiven Halslymphknotenbefall assoziiert. Synergistische Effekte für die Prädisposition, undifferenzierte Tumoren zu entwickeln, konnte den Genotyp-Kombinationen GSTT10 / GSTM3AA und CYP1A1 m2-Wildtyp / TNFB4 zugeschrieben werden. Ein vergleichbarer Zusammenhang bestand zwischen der Genotyp-Kombination CYP2D6PM / GSTM3AA und dem Nachweis von Halslymphknoten-Metastasen.
  8. Das Auftreten von Tumorrezidiven war bei gleichzeitigem Nachweis des TNFB1- und TNFD5-Allels (B1D5-Haplotyp) signifikant erhöht. Der Einfluß war bei Patienten mit Mundhöhlen /Pharynxkarzinomen ausgeprägter als bei Patienten mit Larynxkarzinomen. Dieser Haplotyp konnte bereits mit einer gestörten Immunantwort in Verbindung gebracht werden und ist gehäuft bei Patienten mit PCP nachweisbar.
  9. Die ausgeprägtesten Genvariationen lagen bei den Patienten vor, die einen Zweittumor im Kopf-Hals-Bereich entwickelten. Alle bisher identifizierten Risikogenotypen (GSTT1 0, GSTM3AA, CYP1A1 m2-Wildtyp, TNFB3) traten in dieser Subpopulation vermehrt auf. Trotz der geringen Patientenzahl von 39 konnten diesen Genvariationen signifikante Unterschiede in den Allel-/Genotyp-Frequenzen mit Risikofaktoren zwischen 2,5 und 5 zugeordnet werden. Die Häufung von Risiko-Genotypen bei Patienten mit Mehrfachtumoren

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    kann als Bestätigung für den Einfluß dieser Genvariationen an einem zweiten Kollektiv angesehen werden und untermauert damit deren Bedeutung. Auch ließe sich nach Bestätigung der Genotyp-Frequenzen an einem größeren Kollektiv von Patienten mit Mehrfachtumoren ein mehrstufiges Risikomodell entwickeln, welches es ermöglichen würde, aus einem Kollektiv von Kopf-Hals-Tumor-Patienten etwa 1/3 der Patienten zu identifizieren, die ca. 2/3 der Zweittumoren entwickeln werden.

In der Fall-Kontroll-Studie wurde eine Risikobeeinflussung von Genvariationen an GSTM1-, M3- und P1-Genorten, die mit Veränderungen im Stoffwechsel von Karzinogenen einhergehen, erstmalig in einer Studie an Kopf-Hals-Karzinomen systematisch untersucht.

Obwohl die Bedeutung des Konfliktes zwischen Wirtsorganismus einerseits und dysplastischer Zelle und Tumorzelle andererseits unumstritten ist, liegen bisher wenige Untersuchungen über genetisch determinierte Veränderungen im Immunsystem von Tumorpatienten vor. Die Typisierung der TNF-Mikrosatelliten-Allele wurde zunächst in der immunologischen Forschung angewandt. Erst in letzter Zeit wurden die dort erhaltenen Erkenntnisse auf Tumorpatienten übertragen, beispielsweise mit Kolonkarzinomen und Hautbasaliomen. In der vorliegenden Arbeit ist erstmalig der Nachweis erbracht, daß TNF-Genvariationen bei Kopf-Hals-Tumoren alleine und in Kombination mit CYP1A1-Genotypen einen risikovermittelnden Einfluß haben.

Von verschiedenen Autoren wurde bereits vermutet, daß die Tumorentstehung bei besonders jungen Patienten, wie auch bei Patienten, die nicht den intensiven Konsum an exogenen Genußgiften teilen, von genetischen Risikofaktoren bestimmt wird. In beiden Untergruppen konnten signifikant gehäuft TNF-Allele nachgewiesen werden, die mit Störungen in der Initiierung von Immunantworten und einer verminderten Fähigkeit, TNFalpha zu bilden, in Verbindung gebracht werden. Im Gegensatz dazu konnte bestätigt werden, daß Kopf-Hals-Tumoren mit zunehmendem Alter und zunehmendem Genußmittelkonsum unabhängig von den hier bestimmten genetischen Wirtsfaktoren entstehen.

Darüber hinaus konnten sowohl den Polymorphismen an den GST- und CYP-Genorten, wie auch den TNF-Mikrosatelliten Einflüsse auf das Tumorverhalten und den weiteren Krankheitsverlauf zugeschrieben werden. Eine Beeinflussung des histologischen


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Differenzierungsgrads, ferner eines zervikalen Lymphknotenbefalls wie auch das Auftreten von Tumorrezidiven nach R0-Resektionen sowie die Prädisposition einen Zweittumor zu entwickeln, konnte den untersuchten Genvariationen zugeschrieben werden. Die Bedeutung, welche diese Polymorphismen im weiteren Krankheitsverlauf haben, scheint ihre traditionelle Rolle als risikovermittelnde Genvariationen in Fall-Kontroll-Studien zu übertreffen. Nach den hier vorliegenden Ergebnissen muß kritisch in Frage gestellt werden, ob der Mechanismus, durch den die GST- und CYP-Polymorphismen das Tumorverhalten beeinflussen, allein auf ihrer Beeinflussung des Entgiftungsstoffwechsels beruht. Mit veränderten Enzymaktivitäten allein läßt sich kaum erklären, weshalb die GSTT1-, CYP2D6- und CPY1A1-Polymorphismen keinen signifikanten Einfluß auf die Entstehung von Kopf-Hals-Tumoren hatten, der durch die Beeinflussung des Abbaus von Zigarettenrauch-assoziierten Karzinogenen zu erwarten wäre. Hingegen ließ sich eine Beeinflussung des histologischen Differenzierungsgrads (GSTT1, CYP1A1 m2-Mutation) des Auftretens von Halslymphknoten-Metastasen (CYP2D6) sowie eine Häufung von Mehrfachtumoren (GSTT1, CYP1A1 m2-Mutation) nachweisen.

Von verschiedenen Autoren wurde bereits vermutet, daß die Polymorphismen in den detoxifizierenden Enzymen nicht nur einen Einfluß auf den Stoffwechsel von Karzinogenen aus dem Zigarettenrauch haben. Ihr Einfluß auf das Tumorverhalten und den Krankheitsverlauf läßt sich eher durch eine Beeinflussung von Mutationshäufigkeiten in Onkogenen (z.B. in Ki-ras und p53 durch CYP2D6-Genotypen) oder einer Beeinflussung der Zelldifferenzierung (GSTP1, CYP-Genorte) erklären. Eine weitere, bereits diskutierte Möglichkeit wäre, daß diese Polymorphismen mit anderen Genen, z.B. Tumorsuppressorgenen, auf benachbarten Chromosomenabschnitten in Verbindung stehen. Sie würden somit Marker für andere funktionell relevante Genvariationen darstellen. Interessanterweise liegen alle Genpolymorphismen, für die ein Einfluß auf das Tumorverhalten und den weiteren Krankheitsverlauf nachgewiesen werden konnte, auf Chromosomenabschnitten, die im Tumorgewebe häufig von DNA-Verlusten betroffen sind und auf denen Tumorsuppressorgene vermutet werden. So könnte der Einfluß der TNF-Marker auf einer Beeinflussung des TNF2-Promotors nahe TNF oder eines vermuteten


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Tumorsuppressorgens auf Chromosom 6p beruhen. Tumorsuppressorgene werden weiterhin auf Chromosom 22q13 (nahe CYP2D6 und GSTT1) sowie auf dem Chromosomenabschnitt 11q13 (nahe GSTP1) vermutet.

Der Stellenwert dieser Arbeit ist zunächst darin zu sehen, daß die bereits von mehreren Autoren vermuteten endogenen Faktoren, die sowohl die Empfänglichkeit gegenüber Kopf-Hals-Tumoren als auch den Verlauf der Erkrankung beeinflussen, mit Genvariationen an Genorten der GST , CYP und nahe den TNF-Genen in Verbindung gebracht werden konnten.

Die multifaktorielle Genese der Kopf-Hals-Karzinome gilt heute als gesichert. Exogene Faktoren spielen bei der Entwicklung der Tumoren sicherlich die entscheidende Rolle. Der Einfluß, den genetische Faktoren insbesondere im weiteren Krankheitsverlauf haben, läßt sich nach den vorliegenden Untersuchungen nur abschätzen. Da diese Untersuchungen nur teilweise in der Routine durchgeführt werden könnten (CYP- und GST-Genotypen), andere Untersuchungen aber aufwendigere Methoden erfordern (Identifizierung der TNF-Marker nach Fluoreszensmarkierung im Gensequenzierer), läßt sich zum jetzigen Zeitpunkt ein Einsatz in der Klinikroutine noch nicht propagieren. Die ermittelten Risikofaktoren einzelner Genpolymorphismen überschreiten selten Werte von 3-4. Risikofaktoren zwischen 5 und 10 konnten nur für Homozygotie des TNFB3-Markers, Genotyp-Kombinationen (beispielsweise TNFB3 / CYP1A1 m2-Wildtyp) oder in einzelnen Subpopulationen ermittelt werden.

Von Epidemiologen werden Risikofaktoren von 20 und mehr gefordert, um Tests für den Einsatz in der Klinikroutine zu empfehlen. Diese Werte sind bisher nicht erreicht worden.

Die vorliegende Arbeit zeigt aber auf, daß das Potential dieser Art von molekulargenetischen Untersuchungen in der Identifizierung von Risiko-vermittelnden Genotyp-Kombinationen liegt. Deren Routinebestimmung könnte bereits in naher Zukunft sinnvoll werden, um Patienten, die ein hohes Risiko haben, beispielsweise ein Rezidiv oder einen Zweittumor zu entwickeln, engmaschiger nachzukontrollieren und früher identifizieren zu können, um damit ihre schlechte Prognose zu verbessern.


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Mon Sep 30 17:18:40 2002