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1  Einleitung

1.1 Das humane Pankreaskarzinom

1.1.1 Epidemiologie

Innerhalb der vergangenen 20 Jahre wurde in allen Ländern der westlichen Welt ein Anstieg der Inzidenz des Pankreaskarzinoms beobachtet (24,123,167,168). In Europa und Nordamerika stellt das Pankreaskarzinom den acht- bis zehnthäufigsten soliden Tumor sowie den zweit- bis dritthäufigsten malignen Tumor des Gastrointestinaltraktes dar (74,214,255-256,264,273,283). Während sich die höchste Inzidenz für das Pankreaskarzinom bei der schwarzen Bevölkerung der USA, auf Hawaii, Maori, Polynesien und Neuseeland mit 12-16/100.000/Jahr (160,167,239) findet, liegt die Inzidenz in Europa bei 8-12/100.000/Jahr (24,160,167,256,283).

Das Pankreaskarzinom galt bis vor etwa 10 Jahren als typisches Malignom der männlichen Bevölkerung, innerhalb der letzten Jahre hat sich das Verhältnis der Inzidenz (Mann : Frau) jedoch auf 1,3-1,5:1,0 verschoben (123,167,256,283). Bei Diagnosestellung liegt das Durchschnittsalter der Patienten mit einem Pankreaskarzinom bei etwa 60 Jahren (123,167,256,283).

Die genauen Ursachen für die Entstehung eines Pankreaskarzinoms sind bislang unbekannt, als einziger sicher nachgewiesener Risikofaktor gilt der Nikotinkonsum, welcher zu einer Verdopplung des relativen Erkrankungsrisikos führt (123,141,167,283). Ferner werden die Ernährung, ein Diabetes mellitus, Koffein, ein Alkoholabusus, eine familiäre Disposition, sowie eine chronische Pankreatitis als potentielle Risikofaktoren diskutiert (123,141,167,283).

1.1.2 Pathologie des Pankreaskarzinoms

1.1.2.1 Makroskopie und Lokalisation

Pankreaskarzinome sind in 70-80% der Fälle im Pankreaskopf lokalisiert, während sich 6-13% im Korpus- und 3-17% im Schwanzteil der Bauchspeicheldrüse entwickeln. Das Pankreaskopfkarzinom tendiert häufig zur Penetration der Duodenalwand beziehungsweise zur Umscheidung des Ductus pancreaticus, wodurch eine Gangobstruktion und ein Ikterus verursacht wird (199). Hingegen können [Seite 10↓]Pankreaskorpus- und –schwanzkarzinome die Magenwand oder das Colon transversum infiltrieren (89).

1.1.2.2 Histologische Differenzierung

Die histologische Einteilung der Pankreaskarzinome erfolgt nach histogenetischen Gesichtspunkten (129), bei der 3 Formen der histomorphologischen Differenzierung unterschieden werden:

1.1.2.2.1 Duktale Karzinome

Diesbezüglich unterscheidet man verschiedene Differenzierungsformen, die in unterschiedlicher Häufigkeit vorkommen (166):

Tubuläres Adenokarzinom

Mit einer Häufigkeit von 82% bilden sie die größte Untergruppe der duktalen Karzinome, wobei solide Abschnitte und drüsig-tubulär differenzierte Anteile nebeneinander gefunden werden können (129). Darüberhinaus können sowohl zystische als auch papilläre Formen beobachtet werden. Die Ausdehnung des Pankreaskarzinoms zeigt eine besondere Affinität zum perineuralen Bindegewebe.

Elektronenmikroskopisch sind an der Oberfläche der Tumorzellen Mikrovilli nachweisbar, im Zytoplasma der Tumorzellen sind als Zeichen der sekretorischen Aktivität Prosekrettropfen angeordnet. Hierbei wird das Sekret partiell in den Epithelzellen retiniert, verdrängt die übrigen Bestandteile des Zytoplasmas und verursacht Einbuchtungen des Zellkerns, oder es kann möglicherweise in die unterschiedlich weiten drüsigen Lichtungen abgegeben werden, in denen unterschiedlich dichte Sekretkomplexe vertreten sind.


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Muzinöses Adenokarzinom

Dieser Karzinomtyp tritt nur bei 1% der exokrinen Pankreastumoren auf. Das muzinöse Adenokarzinom besteht aus tubulären und glandulären Formationen mit ausgeprägter Schleimbildung, hierbei können sich mit Schleim gefüllte Höhlräume bilden, in denen nur einzelne kleinere Tumorzellkomplexe angeordnet sind (129).

Adenosquamöses Karzinom

Charakteristisch für diesen Karzinomtyp ist eine Mischung aus drüsigen Tumoranteilen mit plattenepithelial differenzierten Epithelformationen. Das adenosquamöse Karzinom kommt in 4% der Fälle eines Pankreaskarzinoms vor (83)

Plattenepithelkarzinom

Dieser Pankreaskarzinomtyp ist sehr selten und ist primär im Caput pancreatis lokalisiert. Der Tumor besteht aus soliden, konfluierenden Epithelkomplexen, in denen eine plattenepitheliale Schichtung besteht (129).

Pleomorphes großzelliges Karzinom

Pankreaskarzinome diesen Typs kommen in etwa 4% vor und sind am häufigsten im Korpus- und Schwanzteil der Bauchspeicheldrüse lokalisiert. Histomorphologisch besteht der Tumor aus spindeligen Zellen und enthält in wechselnden Anteilen klarzellige Komponenten wie beim Nieren- oder Nebennierenkarzinom. Darüberhinaus werden glanduläre Formationen und mehrkernige Riesenzellen beobachtet (129).

1.1.2.2.2 Azinäre Karzinome

Azinuszellkarzinom

Dieser Pankreaskarzinomtyp tritt nur etwa in 1% der Fälle der Pankreaskarzinome auf (82). Das Karzinom besteht aus großen polyedrischen Zellen, die sich um mehr oder weniger weite Lichtungen rekrutieren und eine azinäre Grundstruktur bilden. Die Tumorzellen weisen ein granuläres Zytoplasma auf und enthalten ausgereifte oder rudimentär ausgebildete Zymogengranula.

Bei dieser Form des Pankreaskarzioms können aktivierte Pankreasenzyme in die Organumgebung und in das Blutgefäßsystem freigesetzt werden und außerhalb des Organs autodigestiv tryptische Nekrosen erzeugen. Die Prognose des Azinuszellkarzinoms ist ähnlich schlecht, wie diejenige des duktalen Adenokarzioms.


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1.1.2.2.3  Karzinome unklarer Histogenese

Pleomorphes kleinzelliges Pankreaskarzinom

Diese Karzinome sind keiner präformierten Grundstruktur zuzuordnen, wobei sie einen ähnlichen Aufbau wie kleinzellige Bronchialkarzinome zeigen und differentialdiagnostisch gegen Tumormetastasen im Pankreas und gegen maligne Lymphome abzugrenzen sind (129).

1.1.3 Wachstumsverhalten des Pankreaskarzinoms

Neben dem Pankreaskarzinom besteht zumeist im Pankreas eine chronische, fibrosierende Pankreatitis, so daß häufig eine direkte topographische Beziehung zwischen der Tumorausbreitung und der vernarbenden Entzündung vorliegt.

Pankreaskarzinome infiltrieren in das peripankreatische Fettgewebe, in die dorsale Bauchwand, in das Fettgewebe des Mesenteriums, in den Ductus choledochus, in die Gallenblase, in das Duodenum und seltener in die Magenwand oder das Colon transversum. Häufig, das heißt bei 36-95% der Patienten, besteht eine ausgeprägte perineurale Metastasierung (129). Die lymphatische Metastasierung betrifft die parapankreatischen, die paraaortalen und die hilären Lymphknoten der Leber, während die hämatogene Metastasierung am häufigsten zu Lebermetastasen führt. Darüberhinaus können Metastasen in Lunge, Pleura, Sklett und Nebennieren vorliegen.

1.1.4 Klinische Symptome

Bei 75% der Patienten führt die Symptomentrias aus einem Verschlußikterus, Oberbauchschmerzen und einem Gewichtsverlust von durchschnittlich 10kg zum Aufsuchen des Arztes (123,167,256). Da charakteristische Frühsymtpome für das Pankreaskarzinom nicht bekannt sind erfolgt die Vorstellung der Patienten beziehungsweise die Diagnosestellung häufig erst in einem fortgeschrittenen Tumorstadium.

Bei der klinischen Untersuchung imponiert bei der Mehrzahl der Patienten ein Ikterus, das Courvoisiersche Zeichen ist in bis zu 25% der Fälle positiv (167,283), eine Hepatomegalie liegt bei etwa 65% der Patienten vor (283). Beim Auftreten von einem Aszites, einem periumbilikalen oder epigastrisch palpablem Tumor beziehungsweise palpabler Lymphknoten in der Fossa supraclavicularis sinistra wird häufig ein [Seite 13↓]fortgeschrittener Krankheitsverlauf mit einer bereits vorliegenden Fernmetastasierung beobachtet (167).

1.1.5 Prognose

Bei Vergleich von 60 unterschiedlichen malignen Tumorarten durch das Annual Cancer Statistics Review zeigte sich für das Pankreaskarzinom mit einer 5-Jahres-Überlebensrate von lediglich 2-5% die schlechteste Prognose (123,256,283). Das Pankreaskarzinom stellt in den westlichen Ländern die viert- bis fünfthäufigste Todesursache bei bösartigen Neubildungen dar (24,123,160,167,168,205,283), wobei die unkorrigierte MÜZ (mittlere Überlebenszeit) nach Diagnosestellung bei 3-5 Monaten liegt (43,160,214,250,256,283), nach 1 Jahr sind etwa 90% der Patienten verstorben (74,214). In der Literatur wird lediglich über 150 Patienten mit einem histologisch gesicherten Pankreaskarzinom und einer Überlebenszeit von mehr als 10 Jahren nach Diagnosestellung berichtet (32). Nur 12 dieser Patienten wurden nicht chirurgisch therapiert (32). Nach R0-Resektion liegt die MÜZ bei diesen Patienten bei 12-20 Monate (127). Im beschriebenen Patientenkollektiv liegt die 5-Jahres-Überlebensrate (5-JÜR) bei 10-38% (24,123,250,283).

Nur durch die radikale Resektion kann eine dauerhafte Heilung beim duktalen Pankreaskarzinom erzielt werden. Trotz einer Steigerung der Resektionsraten von ursprünglich 10-15% auf nun etwa 40%, ist die 5-Jahres-Überlebensrate nach wie vor wenig befriedigend (25,72,77,215). Die Hauptursache für die ungünstige Prognose des Pankreaskarzinoms ist ein trotz R0-Resektion auftretendes Lokalrezidiv, das in der Regel innerhalb von 3 Monaten zum Tode führt.

1.1.6 Radio- und Chemotherapie

Infolge geringer Ansprechraten des Pankreaskarzinoms auf konventionelle Radio- und Chemotherapien und einer nur geringen Verlängerung der Überlebenzeit bei gleichzeitig starken Nebenwirkungen haben sich weder adjuvante noch neoadjuvante Therapiekonzepte bislang nicht durchsetzen können, so daß es zur Zeit keine allgemein anerkannte Chemotherapie beim postoperativen Tumorrezidiv gibt (25,59,176,215).


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1.1.6.1  Adjuvante Therapiekonzepte

Mit dem Ziel der Reduktion der Lokalrezidivrate nach einer R0-Resektion des Pankreas werden in einigen Kliniken die Radiotherapie und die Chemotherapie zur Prognoseverbesserung beim Pankreaskarzinom eingesetzt. Allerdings führen diese infolge starker Nebenwirkungen zu einer deutlichen Beeinträchtigung der Lebensqualität.

Als adjuvante Verfahren werden die perkutane Bestrahlungstechnik (RT) und die intraoperative Radiotherapie (ioRT) eingesetzt. In einer vergleichenden Studie von Shipley et al (230) bezüglich ioRT versus perkutaner RT zeigte sich kein Unterschied hinsichtlich der Überlebenszeit, allerdings wurde eine bessere lokale Tumorkontrolle nach der ioRT beschrieben.

In einer randomisierten Studie von Dobelbower et al (59) wurden die Überlebenszeitraten beim kurativ resezierbaren Pankreaskarzinom nach einer alleinigen Resektion, nach einer Resektion + adjuvanten ioRT und nach einer Resektion + adjuvanten ioRT + perkutanen Radiotherapie miteinander verglichen. Hierbei zeigte sich ein längeres medianes Überleben unter der letztgenannten Therapie (4 versus 3,5 versus 10,5 Monate). Allerdings wird unter einer ioRT über eine erhöhte Rate von Komplikationen berichtet (118).

Neben der Radiotherapie werden auch adjuvante Chemotherapiekonzepte beim Pankreaskarzinom eingesetzt. Diesbezüglich berichten Kalser et al (116) in einer randomisierten Studie über eine verlängerte mediane Überlebenszeit nach einer Radiotherapie (40 Gray) + 5-Fluorouracil (5-FU) im Vergleich zu einer nur kurativ resezierten Patientengruppe (20 versus 11 Monate). Dies zeigte sich ebenfalls in einer erhöhte 2-Jahres-Überlebenszeitrate (43 versus 18%).

In einer Studie von Yasui et al (282) wurde die adjuvante ioRT (33 Gray) mit einer adjuvanten ioRT + 5-FU, Methotrexat + Leukoverin verglichen. Hierbei war auch unter der Radiochemotherapie die Überlebenszeit verlängert, allerdings zeigten sich geringere mediane Überlebenszeiten (4,8 und 8,5 Monate) im Vergleich zur vorgenannten Studie.


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1.1.6.2  Therapie des lokal fortgeschrittenen Pankreaskarzinoms

Beim Vergleich der Überlebenszeitraten nach einer kombinierten Radio-Chemotherapie mit den jeweiligen Einzeltherapien berichteten Moertel (163) und GTSG (75) über einen Überlebensvorteil unter der Kombinationstherapie. Die mediane Überlebenszeit hatte hier 9,6 versus 5,2 Monate (163) beziehungsweise 6,5 versus 5,1 Monate (9) betragen. Hingegen zeigte sich in der von Klaasen durchgeführten Studie diesbezüglich kein Unterschied (8,3 versus 8,2 Monate).

Auch unter Verwendung hochdosierter Chemotherapiekonzepte wurden bisher keine Vorteile bezüglich des Überlebens beobachtet (117,131,206,254).

1.1.6.3 Chemotherapie des metastasierenden Pankreaskarzinoms

Die mittlere Lebenserwartung bei einem metastasierenden Adenokarzinom des Pankreas liegt ohne Therapie bei 3,5 Monaten. Die Chemotherapieverfahren bewirken insgesamt nur eine Überlebensverlängerung von wenigen Monaten bei gleichzeitig starken Nebenwirkungen (103,132,223).

Die wirksamsten Monosubstanzen zur Therapie des metastasierenden Adenokarzinoms des Pankreas sind 5-FU (14,184,249).

Bei einer vergleichenden Studie von Cullinan (49) an 184 Patienten ergab sich für die Polychemotherapieverfahren kein besseres Überleben als für die Monotherapie.

In Studien zur Polychemotherapie beobachteten Gattani (76), Rothman (216) und Verhees (249) mediane Überlebenszeiten zwischen 2,5 und 14 Monaten. In randomisierten Studien wird eine die mediane Überlebenszeit zwischen 2 und 6,5 Monaten angegeben (256).

Auch die Applikation von 5-FU mit Leukovorin (48,54,217,260) oder Alpha-Interferon (164,223) führte zu keinen besseren Ergebnissen.

Die nur geringen Unterschiede hinsichtlich der medianen Überlebenszeit scheinen durch die teilweise nur geringen Fallzahlen der Therapiegruppen bedingt zu sein. Alternativ werden Patienten mit einem fortgeschrittenen Pankreaskarzinom mit Gemcitabinen behandelt. In einer klinischen Studie von Popescu (184) et al führte dies zwar nur bei 23,8% der Patienten zu einem klinischen Benefit, allerdings war dieser Anteil im Vergleich zu einer ausschließlich mit 5-FU behandelten Patientengruppe [Seite 16↓]erhöht (23,8% versus 4,8%). Ferner zeigte sich unter Gemcitabinen gegenüber 5-FU eine gering verbesserte Überlebenszeit (5,6 versus 4,4 Monate).

Diese Ergebnisse werden durch Gelber (165) bestätigt, der unter einer Gemcitabin-Therapie bei 27% der Patienten eine verbesserte Lebensqualität beobachtete. Ferner beschreiben Ulrich et al (245) eine Reponse-Rate von 21% bei einer medianen Überlebenszeit von 8,8 Monaten. Hierbei handelt es sich um eine Phase-II-Studie, die als Multicenter-Studie bei Patienten mit einem metastasierenden Pankreaskarzinom durchgeführt wurde.

Obwohl Gemcitabine im Vergleich zu 5-FU vom Patienten besser toleriert werden, wird auch hier über deutliche Nebenwirkungen berichtet. Diesbezüglich beschreibt Moore (165) sowohl hämatologische (Granulozytopenie, Anämie) als auch zahlreiche klinische Nebenwirkungen wie Übelkeit, Erbrechen, Kopfschmerzen oder Myalgien.

1.2 Studienkonzept

Infolge des aggressiven Wachstums- und Metastasierungsverhaltens des Pankreaskarzinoms ist die Prognose bei bislang unzureichenden Therapiekonzepten infaust. Daher erscheint die Evaluierung alternativer Therapiekonzepte erforderlich, um eine Behandlungsmethode zu entwickeln, die mit einer verlängerten Überlebenszeit bei gleichzeitig geringen Nebenwirkungen und einer akzeptablen Lebensqualität verbunden ist.

Die Haupttodesursache bei Patienten mit einem Pankreaskarzinom stellt – neben dem Lokalrezidiv eines resezierten Tumors – die Lebermetastasierung dar. Daher wäre die Entwicklung einer Therapie sinnvoll, die zu einer Verminderung beziehungsweise einer Inhibition der Lebermetastasierung führt.

Zur Überprüfung der Effektivität neuer Behandlungskonzepte für das fortgeschrittene Pankreaskarzinom ist die Etablierung eines standardisierten experimentellen Modells sinnvoll. Als das hierfür geeignetste Tiermodell wird in der Literatur das chemisch induzierte duktale Adenokarzinom des Pankreas des Syrischen Hamsters beschrieben (186,187).


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1.2.1  Fragestellungen

1.2.1.1 Ist das von Pour beschriebene Tiermodell eines duktalen Adenokarzinoms des Pankreas im Syrischen Hamster reproduzierbar?

Im Jahr 1974 gelang es erstmalig Pour et al. am Syrischen Hamster (Mesocricetus auratus) ein duktales Adenokarzinom des Pankreas durch wiederholte subkutane Injektion von 2,2´-dihydroxy-di-N-propylnitrosamin (DIPN) zu induzieren (186,187). Allerdings traten hierbei simultan Malignome in Respirationstrakt, Leber und Niere bei fast allen Tieren auf (186,187). Weitere Experimente mit anderen Nitrosaminderivaten führten schließlich zum N-Nitrosobis-2-oxopropylamin (BOP)-Modell (187) eines duktalen Adenokarzinoms des Pankreas.

Die Substanz BOP verfügt über eine fast 100%ige Pankreasspezifität mit einer extrem geringen Tumorinzidenz in andere Organsystemen (187), die ersten Karzinome treten laut Literaturangaben nach 15 Wochen auf, nach 30 Wochen erreicht ihre Inzidenz 90-100% (184). Die Pankreastumore entstehen multizentrisch, etwa die Hälfte ist makroskopisch sichtbar und ihre histologischen Eigenschaften (gute bis mäßige Differenzierung, Bildung duktaler und papillärer Strukturen, Begleitdesmoplasie, neurale und lymphatische Infiltration) sind gut mit dem humanen Pankreaskarzinom vergleichbar (187). Weitere Parallelen zum humanen Pankreaskarzinom stellen neben einem Gewichtsverlust, einer Diarrhoe, vaskulären Thrombosen und einem Ikterus ein Diabetes mellitus dar (82,147,187,257). Die hohe Induktionsrate des Pankreaskarzinoms und eine relativ kurze Latenzzeit von etwa 7-8 Monaten sowie die gute Vergleichbarkeit des induzierten Karzinoms mit vielen Eigenschaften des humanen Pankreaskarzinoms lassen das Hamstermodell des BOP-induzierten Adenokarzinoms des Pankreas als sinnvollstes Modell für Therapieentwicklungen für das fortgeschrittene Pankreaskarzinom erscheinen.

Allerdings war unklar, ob sich dieses Tiermodell standardisiert reproduzieren ließ. Anhand der Literaturangaben haben wir dieses Modell in unserer Klinik etabliert.

1.2.1.2 Modifikation des Modells zur Steigerung der Lebermetastasierung

Zur Evaluierung neuer Therapiekonzepte auf das Wachstumsverhalten von Lebermetastasen beim fortgeschrittenen duktalen Pankreaskarzinom bedarf es eines standardisierten Tiermodells, das über eine hohe Inzidenz von Lebermetastasen [Seite 18↓]verfügt. Eine bislang für dieses Modell beobachtete Lebermetastaseninzidenz von 20-30% erschien uns zu niedrig, da wir in diesem Fall eine sehr große Gruppenstärke für die Tierversuche benötigt hätten. Aufgrund der restriktiven Handhabung der Genehmigungsverfahren durch die Tierschutzkommission erschien uns daher eine Steigerung der Lebermetastasierung in diesem Modell notwendig.

Unter einer Modifikation der enteralen Fettzufuhr und der Zusammensetzung des Nahrungsfetts wurde im Rattenmodell eine Erhöhung der Inzidenz von azinären Pankreaskarzinomen mit dem Anteil ungesättigter Fettsäuren in der Nahrung beobachtet (5,8,9,11,27,29,205,257), wobei dies primär durch die Linolsäure (LA) bedingt zu sein scheint, während beispielsweise Eicosapentaensäure (EPA) bei anderer Zusammensetzung der übrigen, im Futter enthaltenen, Fettsäuren diese Wirkung nicht zeigte (8,257). Diesbezüglich beobachtete Hasler (84), daß α-Linolensäure (ALA) die durch Gap-Junctions vermittelte interzelluläre Kommunikation inhibierte und möglicherweise über diesen Mechanismus die Rate von Primärtumoren eines Pankreaskarzinoms erhöhte.

Im Modell des duktalen Adenokarzinoms des Pankreas des Syrischen Hamsters wurden für gesättigte und ungesättigte Fettsäuren ebenfalls prokarzinogene Effekte bezüglich des Primärtumors beobachtet, der genaue Pathomechanismus ist allerdings ungeklärt (9,90,91,122,147,174,187,257,261). Ausgehend von einer Inzidenz der Lebermetastasen von 20-30% untersuchten wir daher, ob die Inzidenz, Größe oder Anzahl von Lebermetastasen im verwendeten Tiermodell durch eine erhöhte Konzentrationen von ALA und LA gesteigert werden kann.

In der Literatur wird vermutet, daß die nicht-enzymatische Peroxidation mehrfach ungesättigter Fettsäuren (PUFA=polyunsaturated fatty acids) an der Karzinogenese und Lebermetastasierung beteiligt ist (10,11,51,165,197). Infolgedessen untersuchten wir, ob eine durch α-Linolensäure in Kombination mit Linolsäure gesteigerte Lebermetastasierung mit einer gesteigerten Lipidperoxidation vergesellschaftet ist. Ferner analysierten wir, ob hierdurch auch die Aktivität der Lipidperoxidations-Schutzenzyme GSHPX und SOD beeinflusst wird.


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1.2.1.3  Behandlungskonzepte zur Inhibition des Wachstums von Lebermetastasen

Nach der Etablierung eines Tumormodells mit einer hohen Inzidenz von Lebermetastasen evaluierten wir den Einfluß von 3 verschiedenen medikamentösen Behandlungskonzepten auf das Wachstumsverhalten von Lebermetastasen beim Pankreaskarzinom. Da wir als Folge der Verwendung einer fettreichen Experimentaldiät zur Förderung der Lebermetastasierung ebenfalls eine Steigerung des Lipidperoxidations-Stoffwechsels beobachtet hatten, untersuchten wir ferner den Einfluß verschiedener Therapiekonzepte auf den hepatischen Lipidperoxidationsstoffwechsel. Infolge der histologischen Ähnlichkeit dieses Tiermodells zum humanen duktalen Pankreaskarzinom und einem ähnlichen Metastasierungsverhalten erscheinen Rückschlüsse auf die Effizienz der untersuchten medikamentösen Therapieverfahren beim humanen Pankreaskarzinom möglich. Da die Überlebenszeit nach Diagnosestellung eines duktalen Pankreaskarzinoms nur wenige Monate beträgt, wählten wir zur Wahrung der Lebensqualität ausschließlich nebenwirkungsarme Behandlungskonzepte aus. Folgende Therapiekonzepte wurden evaluiert:

1.2.1.3.1 Octreotid und Tamoxifen

In der Literatur liegen Studien zur Behandlung des fortgeschrittenen duktalen Adenokarzinoms des Pankreas mit Octreotid und Tamoxifen vor (214,215). Hierbei zeigte sich unter einer medikamentösen Dauertherapie eine verlängerte Überlebenszeit gegenüber der unbehandelten Kontrollgruppe (215). Allerdings handelte es sich bei diesen Studien um nur geringe Patientenzahlen, darüberhinaus bestand die Vergleichsgruppe aus einer historischen Kohorte.

Ferner war unbekannt, ob lediglich die Kombinationstherapie mit Octreotid und Tamoxifen oder auch die Einzeltherapie zu einer Verminderung des Tumorwachstums beim Pankreaskarzinom führt. Zudem war der mögliche Wirkungsmechanismus von Octreotid und Tamoxifen auf das Tumorwachstum beziehungsweise die Lebermetastasierung beim Pankreaskarzinom bislang ungeklärt. Zur Untersuchung dieser Fragestellung erschien ein standardisiertes experimentelles Vorgehen an einem soliden Tumormodell sinnvoll. Hierbei untersuchten wir zunächst, ob die Kombinationstherapie einen stärkeren Einfluß als die Einzeltherapie auf die

Lebermetastasierung hat. Zur Klärung des Wirkungsmechanismus von Octreotid und [Seite 20↓]Tamoxifen analysierten wir das Gewebe von Lebermetastasen auf Somatostatin- und Östrogenrezeptoren.

Zur Klärung der Wirkung von Octreotid auf das Pankreaskarzinom untersuchten wir, ob eine unter der Hochfettdiät (zur Steigerung der Lebermetastasierung) erhöhte Lipidperoxidation durch die Therapie mit Octreotid reduziert wird, und ob gleichzeitig die Aktivität der Lipidperoxidations-Schutzenzyme Gluthationperoxidase (GSHPX) und Superoxiddismutase (SOD) erhöht werden kann.

Die zugrundeliegende Hypothese lautete, daß die Therapie mit Octreotid zu einer Erniedrigung der intrahepatischen Lipidperoxidation und/oder zu einer Steigerung der intrametastatischen Lipidperoxidation führen und somit die Metastasierung erniedrigen könnte.

1.2.1.3.2 Vitamine A, C und E

In den letzten Jahren wurde vor allem die Rolle antioxidativ wirkender Vitamine in der Karzinogenese von Tumorerkrankungen diskutiert. Definitive Aussagen über protektive Wirkungen sind bisher jedoch noch nicht möglich (63,188). Fast alle vorliegenden klinischen Studien sind epidemiologischer Art und stützen sich entweder auf Ernährungserhebungen oder gemessene Blutwerte. Es wurde weder der Einfluß von Vitaminen auf das Metastasierungsverhalten des Pankreaskarzinoms untersucht, noch wurden biochemische Quantifizierungen des Einflusses der einzelnen Vitamine auf die Lipidperoxidation insbesondere in den Lebermetastasen vorgenommen. Das Verständnis der zugrundeliegenden Wirkmechanismen ist aber für die Entwicklung neuer Behandlungskonzepte von grundlegender Bedeutung.

Vor allem reaktive Sauerstoffspezies schädigen Endothelzellen des Gefäßsystems und werden deshalb auch für ein Ansteigen der Metastasierungsrate verantwortlich gemacht (130,242).

Die Experimentaldiät mit einem erhöhten Fettsäureanteil führt in unserem Tiermodell zu einer Steigerung der Lebermetastasierung. Hierdurch wird die Lipidperoxidation erhöht und die Aktivität der Lipidperoxidations-Schutzenzyme GSHPX und SOD vermindert. Da Vitamine als Radikalfänger wirken untersuchten wir, ob die Vitamine A, C und E zu einer Verminderung der Lipidperoxidation und einer Steigerung der Aktivität der Lipidperoxidationsschutzenzyme führen. Darüberhinaus analysierten wir, ob eine


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Korrelation zwischen dem Einfluß der Einzeltherapie mit Vitamin A, C und E auf die Lipidperoxidation einerseits und der Inzidenz, Größe und Anzahl von Lebermetastasen pro Tier andererseits besteht.

1.2.1.3.3 Celebrex (COX-2-Inhibitor) und Zyflo (5-LOX-Inhibitor)

Biochemisch können nach Phospholipase A2-gesteuerter Freisetzung von Arachidonsäure aus Phospholipiden zwei Hauptwege des Eicosanoidstoffwechsels unterschieden werden. Der erste Stoffwechselweg führt über das Enzym Cyclooxygenase (COX) zur Synthese von Prostaglandinen, der zweite Stoffwechselweg führt über verschiedene Lipoxygenasen (LOX) zur Bildung von Leukotrienen und Hydroxyeicosatetraensäuren (HETE) (52,151,247,275,181).

In den letzten Jahren konnte für bestimmte Tumorarten ein Zusammenhang zwischen einer verstärkten Prostaglandinsynthese und einer erhöhten Invasivität und Aggresivität des Tumorwachstums nachgewiesen werden (112,137,151,238,243,265). Der genaue zugrundeliegende Pathomechanismus ist allerdings bislang ungeklärt. Primär scheinen für das gesteigerte Tumorwachstum Produkte der Cyclooxigenase-2 (COX-2) verantwortlich zu sein, bei der es sich um die induzierbare Isoform 2 der COX handelt (112,247,258). In der Literatur wird diskutiert, daß Prostaglandine möglicherweise in die Steuerung der Apoptose und Angiogenese involviert sind (13,137,151,185,247). Leukotriene und HETE scheinen hingegen maßgeblich für das Metastasierungsverhalten verantwortlich zu sein (1,107,128). So konnte nachgewiesen werden, daß eine gesteigerte Synthese des Leukotriens LTB4 und von 5-HETE verschiedene Tumore zur Synthese von Kollagenase IV befähigt (13,186). Dieses Enzym widerum ist Voraussetzung für die Degradation von Basalmembranen, welche hauptsächlich aus Kollagen Typ IV bestehen. Die Degradation von Basalmembranen stellt widerum eine wichtige Voraussetzung für die Metastasierung dar (13,186).

Während der Einfluß der Eicosanoide auf das Wachstums- und das Metastasierungsverhalten des Kolon-, Mamma- und Bronchialkarzinoms bereits intensiv untersucht wurde (13,186,231), ist der Einfluß der Eicosanoide auf das Pankreaskarzinom bislang ungeklärt (5,90,225). Daher erscheint es sinnvoll den Einfluß der selektiven Hemmung der COX-2 und der 5-LOX sowie der dualen COX-2/5-LOX-Inhibition auf das Tumorwachstum und die Inzidenz, Anzahl und Größe von Lebermetastasen am Tiermodell des duktalen Pankreaskarzinoms zu untersuchen. [Seite 22↓]Darüberhinaus ist bislang ungeklärt, ob die COX-2- beziehungsweise 5-LOX-Inhibition den intra- beziehungsweise perimetastatischen Lipidperoxidationsstoffwechsel und die Aktivität der Lipidperoxidationsschutzenzyme beeinflußt.

1.2.2 Zweck der Studie

Der Zweck der Studie besteht somit in der Beantwortung der folgenden Fragen:

  1. Ist das von Pour et al beschriebene Tiermodell eines duktalen Adenokarzinoms des Pankreas standardisiert reproduzierbar?
  2. Ist eine Steigerung der Inzidenz der Lebermetastasen durch eine Modifikation der enteralen Ernährung an diesem Modell möglich?
  3. Hat die medikamentöse Behandlung mit Octreotid/Tamoxifen, den Vitaminen A,C und E beziehungsweise die selektive Hemmung der COX-2 und der 5-LOX einen Einfluß auf die Inzidenz, Anzahl und Größe von Lebermetastasen beim duktalen Pankreaskarzinom?
  4. Beeinflussen die genannten Therapiekonzepte den intra- beziehungsweise perimetastatischen Lipidperoxidationsstoffwechsel und die Aktivität der Lipidperoxidationsschutzenzyme?

1.3 Das Somatostatinkonzept

1.3.1 Gesicherte Indikationen

Octreotid kam erstmals bei Patienten mit therapieresistenter Akromegalie infolge eines endokrin aktiven Hypophysenadenoms zum klinischen Einsatz (182), anschließend wurde Octreotid ebenfalls zur Symptomkontrolle bei Patienten mit endokrin aktiven Tumoren des Gastrointestinaltraktes verabreicht. Diesbezüglich gilt Octreotid heute als Mittel der 1. Wahl beim Karzinoid-Syndrom, Verner-Morrison-Syndrom und beim Glukagonom (16,17,100,156) während bei Gastrinomen und Insulinomen bislang keine Symptombesserung durch eine Octreotidbehandlung beobachtet wurde (16). Darüberhinaus stellen akute Blutungen im oberen Gastrointestinaltrakt, wenn diese durch Ösophagusvarizen bei Leberzirrhose bedingt sind, eine weitere Indikation für Octreotid dar (156), wobei die vasokonstriktorische Wirkung von Octreotid im Splanchnikusgebiet ausschlaggebend zu sein scheint (156). Ferner wird Octreotid auch [Seite 23↓]bei Pankreaspseudo- und enterokutanen Fisteln erfolgreich appliziert (156).

Auch in der Pankreaschirurgie wird Octreotid regelmäßig eingesetzt, unter der prä- und postoperativen Octreotid-Gabe konnte eine signifikante Reduktion postoperativer Komplikationen (Pankreasfistel, Abszess, Sepsis und pulmonale Insuffizienz) beobachtet werden, welche vermutlich durch die Inhibition der exokrinen Pankreassekretion bedingt ist (34).

1.3.2 Somatostatin beim Pankreaskarzinom

Der Einfluß von Somatostatin auf das Wachstumsverhalten des Pankreaskarzinoms wurde sowohl durch in-vitro-Untersuchungen als auch an tierexperimentell etablierten Zelllinien sowie an Zellen humaner Karzinome evaluiert. Allerdings sind die vorliegenden Ergebnisse kontrovers. Diesbezüglich wird berichtet, daß einige aus azinären Pankreaskarzinomen der Ratte gewonnene Zelllinien (AR42J, CA20948) durch Octreotid und RC-160 in ihrem Wachstum inhibiert werden. Hingegen sind in diesem Zusammenhang keine Studien an Zelllinien aus duktalen Pankreaskarzinomen des Hamsters bekannt (19,195,201,251,252). Allerdings wurde das Wachstum der humanen Pankreaskarzinomzelllinie MIA PaCa-2 in einigen Studien durch Octreotid und RC-160 gehemmt (53,68,190), in verschiedenen anderen Studien konnte dieser Effekt jedoch nicht bestätigt werden (77,138,139). Von der Vielzahl der weiterhin untersuchten humanen Pankreaskarzinomzelllinien (CAPAN-1, CAPAN-2, CAV, PANC-1, AsPC-1, BxPC-3, CFPAC-1, Hs766T, SU.86.86, SOJ-6, SKI) konnten bisher SKI, CAV, CFPAC-1 und BxPC-3 in ihrem Wachstum durch Octreotid und/oder RC-160 gehemmt werden (190,240,246). In den in der Literatur vorliegenden Studien wurde hingegen das Wachstum aller anderen o.g. Zelllinien nicht durch Somatostatinanaloga inhibiert (68,77,239).

Redding et al. beobachteten 1984 eine Wachstumsinhibition durch verschiedene Somatostatinanaloga im Modell des Azaserin-induzierten Pankreaskarzinoms der Ratte (195). In den darauffolgenden Jahren wurde auch beim Tiermodell des BOP-induzierten duktalen Adenokarzinoms des Pankreas des Hamsters eine Wachstumsinhibition durch RC-160 und Octreotid nachgewiesen (179,222,236,237,285). Allerdings liegen bislang keine experimentellen Ergebnisse über den direkten Vergleich verschiedener Somatostatinanaloga in einem soliden Tiermodell vor.

In der Literatur wird der Einfluß von Octreotid auf das humane Pankreaskarzinom [Seite 24↓]kontrovers diskutiert. In einigen Studien wurde eine Verlängerung der MÜZ unter einer Behandlung mit Octreotid beim fortgeschrittenen Pankreaskarzinom beziehungsweise beim Tumorrezidiv des Pankreaskarzinoms beobachtet, wobei Rosenberg et al. die Octreotidtherapie mit der Gabe des Antiöstrogens Tamoxifen kombinierten (42,73,215,262). Poston et al wiesen auch für die Therapie mit RC-160 eine verlängerte MÜZ nach (185), hingegen konnte in verschiedenen anderen Studien unter der Behandlung mit Somatostatinanaloga keine Verlängerung der MÜZ beim Pankreaskarzinom festgestellt werden (61,66,72,101,124). Neben der Art des Somatostatinanalogons scheint jedoch auch die Dosierung von Octreotid einen Einfluß auf das Wachstumsverhalten des Pankreaskarzinoms zu haben. So zeigten Friess et al., daß für die beschriebenen sehr unterschiedlichen Ergebnisse die jeweils verwendete Dosis verantwortlich sein könnte, da Friess lediglich bei hohen Dosierungen von Octreotid eine Verlängerung der MÜZ beobachtete (73,74). Trotz der beschriebenen Verlängerung der MÜZ unter der Octreotid-Therapie wurde bislang keine Objektivierung der Ansprechraten im Sinne einer Tumorverkleinerung beschrieben. In klinischen Studien wurde jedoch durch verschiedene Autoren ein signifikante Verbesserung der globalen und/oder der gastrointestinalen Lebensqualität erhoben, allerdings sind die Ursachen für diesen Effekt bislang nicht erklärbar (42,66,184,215,262). Im Vergleich zu konventionellen Chemotherapien, zum Beispiel mit 5-Fluorouracil, wurden unter der Octreotid-Therapie nur geringe Nebenwirkungen bei einer gleichzeitig verlängerten Überlebenszeit und einer verbesserten Lebensqualität beobachtet (72,73,215,262).

1.3.3 Somatostatin-Rezeptoren

Zunächst erfolgte die Isolation von natürlichem Somatostatin aus Hypothalami von Schweinen, die Aufklärung der Struktur von Somatostatin gelang schließlich durch Bruzeau (32). Während als Wirkung von Somatostatin zunächst nur die Hemmung der hypophysären Sekretion von Wachstumshormon galt (187) entdeckte man, daß Somatostatin in vielen Organen des Menschen synthetisiert wird und vielfältige Wirkungen besitzt, die vor allem inhibitorischer Natur sind (181,183). Die antiproliferative Wirkung von Somatostatin auf viele Zelltypen höherer Organismen (52,183) scheint durch apoptoseinduzierende Effekte bedingt zu sein (228). Während Somatostatin die Produktion oder Sekretion vieler regulatorischer Peptide, wie Insulin, Glukagon, Gastrin, Sekretin, Cholezystokinin, vasoaktivem intestinalem Polypeptid, [Seite 25↓]Motilin und Peptid YY inhibiert (17,18,68,156,183,198,222,258) wird neben der biliären und gastrointestinalen Motilität auch die pankreatische Sekretion von Bikarbonat und Proteinen durch Somatostatin beeinflußt (16). Daneben hemmt Somatostatin die Produktion von IGF-1 (insulin-like growth factor), EGF (epithelial growth factor) und TGF-α (transforming growth factor) (26,183,202,258).

Die Wirkung von Somatostatin wird über spezifische Zelloberflächen-Rezeptoren vermittelt, von denen bislang 5 Subtypen bekannt sind und die als SSTR1-5 (somatostatin receptor) bezeichnet werden (19,26,183). Bei den 5 Subtypen handelt es sich um membranständige integrale Proteohormonrezeptoren mit 7 Transmembrandomänen (26,183), wobei zwischen den SSTR-2, -3, und -5 Sequenzhomologien bis zu 90% und zwischen den SSTR-1 und -4 Homologien bis zu 80% bestehen (26,97). Allerdings betragen die Sequenzhomologien zwischen diesen beiden Gruppen nur 50-60% (26,97). Während die Interspeziesidentität sehr hoch zu sein scheint, ist die Intraspeziesidentität mit anderen membranständigen Rezeptoren nur gering ausgeprägt (26,183). Der beim Menschen am häufigsten exprimierte Subtyp ist der SSTR-2, welcher am zahlreichsten im ZNS und in der Niere vorkommt (279). Während sich der SSTR-1 am häufigsten im Gastrointestinaltrakt findet, scheint das Vorkommen des SSTR3 auf das Großhirn beschränkt zu sein (26,97,183). Über die physiologische Verteilung der SSTR-4 und -5 ist bisher wenig bekannt (183,193,194). Nach der Bindung von Somatostatin an seinen Rezeptor wird die intrazelluläre Aktivität der Adenylatzyklase inhibiert, wobei noch nicht hinreichend geklärt ist, ob alle 5 Rezeptor-Subtypen diese Funktion über Pertussistoxin-sensitive Guaninnukleotid-bindende Proteine (G-Proteine) ausüben (183,202). Nach Aktivierung von SSTR-2 und eventuell auch von SSTR-1 wird die Phosphotyrosin-Phosphataseaktivität mit folgender Inaktivierung von Tyrosinkinasen gesteigert (183). Darüberhinaus hat der SSTR-2 Verbindung zu K+- und Ca2+-Kanälen der Zellmembran und beeinflußt somit auch die Membranpolarisation (183). Darüberhinaus stimulieren die SSTR-2 und -5, möglicherweise aber auch alle anderen Subtypen, die intrazelluläre Aktivität der Phospholipase C (183,202). Bezüglich des SSTR-5 vermuten Buscail et al. zusätzlich eine Wirkung über den Phosphoinositol-Kalzium-Weg (35,36).


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1.3.4  Synthetische Somatostatin-Analoga

1.3.4.1 Entwicklung

Aufgrund der vielfältigen physiologischen Wirkungen erschien Somatostatin schon kurz nach seiner Entdeckung als pharmakologisch interessante Substanz. Da die potentiell therapeutisch verwertbaren Funktionen von Somatostatin jedoch durch die mit 3 min extrem kurze Plasmahalbwertszeit und das fehlende Wissen über die SSTR stark limitiert war, wurde mit der Entwicklung synthetischer Analoga begonnen (16,22,97,183,190,279). Hiervon sind heute nur noch drei Präparate klinisch relevant: hierzu gehören das von Bauer et al. entwickelte SMS201-995 (Octreotid, neuerdings auch Octreotid-Monatsdepot LAR) sowie die von Veber et al. bzw. Cai et al. entwickelten Komponenten RC-160 und BIM23014 (Somatuline) (22,38). Diese drei Somatostatin-Analoga binden an den SSTR-2 mit annähernd gleicher, hoher Affinität. Ferner binden RC-160 und Octreotid mit moderater Affinität an den SSTR-3, darüber hinaus bindet RC-160 mit geringer Affinität an den SSTR-4, an welchen Octreotid nicht bindet. Darüberhinaus binden beide Analoga nicht an den SSTR-5. Somatuline bindet mit gleich hoher Affinität an die SSTR2, 3 und 5, an die SSTR-1 und -4 hingegen nicht (41,97,183,193,202). Für neuere Analoga wie CGP23996 oder MK678 ist binden vorrangig an die SSTR-2 und -3 mit den unter 1.2.1. beschriebenen biochemischen Auswirkungen.

1.4 Einfluß der Vitamine A, C und E auf die Karzinogenese

Aufgrund der zentralen Rolle des Radikalenstoffwechsels in der Karzinogenese sind insbesondere antioxidativ wirkende Vitamine für die Prävention und Therapie von Tumorerkrankungen von großem Interesse (199). Allerdings ist bislang ungeklärt, inwieweit die Vitamine A, C und E das Wachstumsverhalten von Lebermetastasen beim duktalen Pankreaskarzinom beeinflussen.

1.4.1 Vitamin A

In einigen tierexperimentellen Studien konnte Vitamin A das Auftreten von induzierten Tumoren verhindern, doch inwieweit es wirklich Einfluß auf die Inzidenz von Tumorerkrankungen hat, wird in der Literatur widersprüchlich diskutiert (199,275). Teilweise inverse signifikante Zusammenhänge wurden in Bezug auf die [Seite 27↓]Serumretinolkonzentration und die Inzidenz von Pankreas-, Mamma-, Cervix- und Prostatakarzinom gefunden (188). Keine oder nur mäßige Zusammenhänge wurden zwischen dem Vitamin A-Konsum und der Inzidenz des Bronchial- sowie Ovarialkarzinoms festgestellt (62). In Studien an Kolonkarzinom-Zelllinien von Ratten inhibierte Vitamin A die Zellproliferation und induzierte die Apoptose (154).

Vitamin A gehört chemisch zu den Isoprenoidlipiden. Der Organismus nimmt es teils direkt oder in Form der Provitamine, der Carotinoide, auf. Vitamin A hat keinen einheitlichen Wirkmechanismus, sondern Funktionen in diversen Bereichen. Es wirkt so z.B. auf Wachstum, Entwicklung und Differenzierung des gesamten epithelialen Gewebes (234). Hierbei sind Retinol und Retinsäure wirksam, die eine Zunahme der Rezeptorendichte für den sog. epidermalen Wachstumsfaktor bewirken und die Bildung von „gap-junctions“ stimulieren (278). Es wird vermutet, daß Vitamin A durch Beeinflußung der Genexpression und der Glykoproteinsynthese auf verschiedene nukleäre und extranukleäre Ebenen regulierend eingreift. Eine bedeutende Rolle kommt Vitamin A weiterhin im Sehvorgang zu. Vermutlich beeinflußt es auch die Immunabwehr des Organismus positiv (278).

1.4.2 Vitamin C

Im Organismus stellt Vitamin C gemeinsam mit den Tocopherolen das wichtigste alimentäre Redoxsystem dar (63). Mit Vitamin E steht Vitamin C im engen Zusammenspiel bei der Abwehr reaktiver Sauerstoffradikale. Es übt eine Schutzwirkung auf Thiamin, Riboflavin, Panthotensäure, Biotin, Folsäure, Vitamin A und E aus. Andererseits schützen reduzierende Agentien wie Glutathion und Cystein die Ascorbinsäure vor Oxidation. Desweiteren hemmt Ascorbinsäure die Bildung von Nitrosaminen aus Nitrit und sekundären Aminen (240). Eine Reihe von weiteren Einflüßen auf das Immunsystem und auf endokrine Regelsysteme werden diskutiert. Als Teil des antioxidativ wirkenden Redoxsystems läßt sich auch bei Vitamin C ein antikanzerogener Effekt vermuten. Eine Vielzahl von Studien haben einen inversen Zusammenhang zwischen der Aufnahme von Ascorbinsäure und Tumorinzidenz postuliert (188). So konnte teilweise eine inverse Korrelation im Auftreten von Magen-, Ösophagus, Mamma- und Bronchialkarzinom festgestellt werden, jedoch sind die Ergebnisse über den protektiven Effekt uneinheitlich (275).


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1.4.3  Vitamin E

Vitamin E umfaßt alle Tocopherol- und Tocotrienolderivate, wobei α-Tocopherol die bioaktivste Form darstellt. Die Wirkungen der Tocopherole sind vielfältig. Sicherlich spielt die antioxidative Wirkung und ihre Fähigkeit, aggressive Sauerstoffradikale unschädlich zu machen, eine besondere Rolle. Als fettlösliches Vitamin ist Tocopherol in der Lage, insbesondere die Membransysteme der Zelle vor der Lipidperoxidation zu schützen (88,104). Als kettenabbrechendes Antioxidanz beendet es Kettenreaktionen während der Lipidperoxidation, die durch freie Radikale ausgelöst wurden (46). Hierbei reduziert Vitamin E anfallende Lipidperoxyl-Radikale zu Lipidperoxiden, welche weiter mit Hilfe der GSHPX unschädlich gemacht werden.

In einer tierexperimentellen Studie beispielsweise berichteten Williams et al. nach einer Vitamin E-Mangelernährung über eine gesteigerte Empfindlichkeit der hepatischen Mikrosomen gegenüber reaktiven Sauerstoffspezies und erhöhter Lipidperoxidation (277). Über die antioxidative Wirkung hinaus werden auch eine direkte stabilisierende Wirkung auf biologische Membranen vermutet (104). Erhöhte Aktivitäten von Xanthinoxidase und Kreatinkinase im Serum von Tieren mit Vitamin E-Mangel wurden als Hinweis gewertet, daß Tocopherol ebenfalls regulierend auf die Synthese verschiedener Enzyme wirkt (150).

Die Frage, ob eine Korrelation zwischen der Vitamin E-Aufnahme und der Inzidenz bestimmter Tumorerkrankungen besteht, wird kontrovers diskutiert (63,130). Zwar wurden bei Untersuchungen des Einflusses von Vitamin E auf das Bronchial-, Colon-, Pankreas- bzw. Schilddrüsenkarzinom teilweise deutliche Tumorwachstumsinhibitionen beobachtet (62,69,188), die bisherigen Ergebnisse machen definitive Aussagen jedoch zum jetzigen Zeitpunkt unmöglich. Somit erscheinen weitere Untersuchungen zur Evaluierung der Effekte von Vitaminen auf die Karzinogenese erforderlich.


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1.5  Lipidperoxidation und oxidativer Stress

1.5.1 Bedeutung der Hochfetternährung und der Lipidperoxidation in der Karzinogenese und Metastasierung

Die Ernährung scheint die Entstehung vieler maligner Tumore, insbesondere im Gastrointestinaltrakt, zu beeinflussen. Insbesondere die Fettsäurenkomposition wird als wichtiger Faktor für die Karzinogenese und Metastasierung diskutiert (85,98,108,113,140,143,178). Diesbezüglich gelang uns im Tiermodell des chemisch induzierten Pankreaskarzinoms der Nachweis einer durch Supplementierung von Linolsäure (LA) und Linolensäure (LnA) erhöhten Lebermetastasierung (261). Auch durch andere Arbeitsgruppen wurde eine wachstumsfördernde Wirkung von LA auf die Tumorzellen im gleichen, aber auch in anderen Tumormodellen und in in-vitro-Untersuchungen, nachgewiesen (99,108,114,140). Demgegenüber wurden für andere Fettsäuren, beispielsweise γ-Linolensäure (GLA), Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA) proliferationsinhibierende Effekte bei verschiedenen Karzinomen sowohl in vitro als auch tierexperimentell beobachtet (65,67,86,135,211,220,248). Auch LnA zeigte in einigen Studien antiproliferative Effekte (67,113), während unter der Ernährung mit EPA wachstumsfördernde Aktivitäten beobachtet wurden (8-11,178).

Die Vermutung, daß vor allem die mehrfach ungesättigten Fettsäuren (PUFA) der n-3-Serie eine wachstumsinhibierende Wirkung haben und die PUFA der n-6-Serie eher wachstumsfördende Effekte aufweisen, ist nicht mehr aufrecht zu erhalten, da auch n-3-PUFA (EPA) proliferationsfördernde Effekte und n-6-PUFA (LnA) antiproliferative Eigenschaften gezeigt haben. Zwar beobachteten Hawkins et al., daß das Ausmaß der antiproliferativen Wirkung der PUFA mit der Anzahl der Doppelbindungen zunimmt (84), andererseits war in anderen Studien die nur 3-fach ungesättigte GLA wirksamer als die 6-fach ungesättigte DHA, so daß hier kein allgemeingültiges Phänomen vorzuliegen scheint (108,114).

Die Klärung dieser Frage wird allerdings dadurch erschwert, daß bei normaler Ernährung sowohl des Menschen als auch der Versuchstiere in Tiermodellen immer Gemische aller PUFA in unterschiedlichen Relationen vorliegen. Dies ist insofern unverzichtbar, da LnA und LA essentielle Fettsäuren (EFA) darstellen, deren Synthese [Seite 30↓]vom Körper nicht geleistet werden kann. Die Synthese ihrer Downstream-Metaboliten

(EPA und DHA sowie Arachidonsäure [AA]) ist nur möglich, wenn die Zelle über Desaturasen und Elongasen zur Einfügung von Doppelbindungen und zur Kettenverlängerung verfügt. Hierdurch könnte die antiproliferative Wirkung bestimmter PUFA auf Tumorzellen bedingt sein. Diese exprimieren häufig keine Desaturasen, können also PUFA nicht weiter entsättigen (95), so daß ihnen das Substrat zur Lipidperoxidation fehlt. In einer Studie von Horrobin führtedie Zugabe von hochungesättigten Fettsäuren (HUFA) wie EPA oder DHA zur Überbrückung dieses Stoffwechselweges zu einer exzessiven Produktion von Lipidsuperoxiden und sukzessive zum Zelltod (95). Fraglich ist die Reproduzierbarkeit dieses Ergebnisses, da Tumorzellen in bisherigen Studien nur in einem geringen Ausmaß durch eine gesteigerte Lipidperoxidation geschädigt wurden (115). Andererseits könnten die o.g. Ergebnisse die fehlende antiproliferative Wirkung von weniger ungesättigten Fettsäuren (LA, LnA) erklären, da diese ein schlechteres Substrat für die Lipidperoxidation darstellen und von den Tumorzellen nicht zu besseren Substraten utilisiert werden können. Dennoch deuten die Literaturergebnisse darauf hin, daß es bei einer Steigerung der Lipidperoxidation in Tumorzellen – auch bei einer geringeren Empfindlichkeit gegenüber Lipidperoxiden – letztendlich zu Membranschä-den und zum Tumorzelltod kommt (106).

Auch der Einfluß der PUFA auf die Invasivität und Metastasierung der Tumorzellen wird in der Literatur kontrovers diskutiert. Die Metastastasierungskaskade, das heißt die Invasion und die Etablierung von Metastasen, verläuft über mehrere getrennte Schritte. Hierbei gelten als wichtigste Vorgänge die Zell-zu-Zell-Adhäsion im Primärtumor, die Adhäsion und Invasion durch Degradation der Basalmemban und der extrazellulären Matrix, die Intravasation, die Verschleppung in der Zirkulation und das Überleben der dortigen Immunmechanismen, die Adhäsion am Endothel und die folgende Extravasation sowie die Etablierung sekundärer Foci mit Neovaskularisation und Angiogenese. In experimentellen Studien beobachteten Jiang et al, daß beispielsweise die Zell-zu-Zell-Adhäsion im Tumor durch bestimmte PUFA begünstigt und somit das Invasionspotential gesenkt wird (108,109). Andererseits wird die Adhäsion der Tumorzellen an der extrazellulären Matrix durch PUFA erniedrigt, wodurch ebenfalls die Invasivität verringert sein könnte (108,114,161,212,213). In diesem Zusammenhang wurde in einigen tierexperimentellen Studien eine erniedrigte Anzahl von Tumorzellen in den peritumoralen Blutgefäßen beschrieben (98,99), allerdings ist dieser Effekt bisher [Seite 31↓]nur für EPA und DHA detaillierter untersucht worden (55,56,106,213). Weiterhin liegen in der Literatur experimentelle in-vivo beziehungsweise in-vitro-Studien vor, in denen eine Förderung der Metastasierung oder des Invasionspotentials durch PUFA nachgewiesen werden konnte (5,8-11,261). Allerdings ist der Zusammenhang zwischen PUFA und der Metastasierung einerseits sowie der Lipidperoxidation andererseits bisher nur unzureichend untersucht worden (106,155,197,259).

1.5.2 Definition und Vorkommen der Lipidperoxidation

Aerobe Organismen sind der Entstehung von Sauerstoffradikalen ausgesetzt, als Radikale werden Moleküle mit einem ungepaarten Elektron im Außenorbital bezeichnet. Der Begriff „Sauerstoffradikale“ erfaßt sowohl freie O2-Radikale wie auch nicht radikalische reaktive Sauerstoffspezies. Das entscheidende Merkmal der Sauerstoffradikale ist ihre enorme Reaktionsfähigkeit, als Sauerstoffradikale im weitesten Sinne bezeichnet man die in Tab. 1 aufgeführten Substanzen.

Tab. 1: Sauerstoffradikale und ihre Entstehung (93,192)

Formel

Name

Entstehung

.O2 -

Superoxidradikal

Leukozytenaktivierung, Autooxidationsreaktionen, Elektronentransport

.OH

Hydroxylradikal

Bildung aus dem Superoxidradikal

1O2

Singulett-Sauerstoff

Bildung aus Waserstoffperoxid

H2O2

Wasserstoffperoxid

nicht-enzymatische Bildung aus .O2 -, direkte Bildung aus O2

RO.

Alkoxyradikal

Lipidperoxidationsprodukt

ROO.

Peroxyradikal

Lipidperoxidationsprodukt

ROOH

Lipidhydroperoxid

Lipidperoxidationsprodukt

R.

Lipidradikal

Lipidperoxidationsprodukt

-OCl

Hypochlorit

Reaktionsprodukt der Myeloperoxidase


[Seite 32↓]

Superoxidradikale, Wasserstoffperoxid und Hydroxylradikale werden im Rahmen der Elektronentransportkette in den Mitochondrien nahezu jeder Körperzelle werden gebildet (49), in Peroxisomen entsteht in hohem Maße Wasserstoffperoxid (190). Infolge inflammatorischer Vorgänge erfolgt die Aktivierung von Makrophagen und führt zu einem starkem Anstieg ihres Sauerstoffverbrauchs, wobei ca. 70% des gebildeten Sauerstoffs in Superoxidradikale umgewandelt werden (83,219,270). Darüberhinaus bewirken der Katecholaminmetabolismus und die Aktivierung der Arachidonsäurekaskade mit konsekutiver Eicosanoidsynthese die Entstehung von reaktiven Sauerstoffspezies (152).

Sauerstoffradikale werden durch die im weiteren Verlauf der Arbeit beschriebenen Mechanismen physiologischerweise effektiv eliminiert, so daß schädigende Prozesse hierdurch inhibiert werden. Im Falle einer vermehrten Produktion und/oder einer gestörten Eliminierung, führt die Akkumulation der reaktiven Moleküle allerdings zu einer Vielzahl von Schädigungsprozessen; neben der Oxidation funktioneller Gruppen in Proteinen und der Hydroxylierung von Nukleinsäuren nimmt die Lipidperoxidation (LPO) hier eine exponierte Funktion ein. Die LPO wird als unspezifische Oxidation mehrfach ungesättigter Fettsäuren (PUFA) in den Phospholipiden verschiedener Membransysteme der betroffenen Zelle definiert. Sie beginnt durch radikal-induzierte Wasserstoffabstraktion an der α-Methylengruppe unkonjugierter Doppelbindungen, wobie Alkylradikale als Zwischenprodukt entstehen, die durch Dienkonjugation intramolekular stabilisiert werden. Die hieraus folgende sterische Konfigurationsänderung bedingt eine Streckung des Moleküls, hierdurch erfolgt die erste Störung des intermolekularen Membrangefüges der Membran. Ferner kommt es zur Bildung von Peroxidradikalen, Endoperoxiden, Alkoxy- und Peroxyradikalen. Wird dieser circulus vitiosus nicht durch die antioxidativen Schutzmechanismen unterbunden, so führt die weiterlaufende Propagation bis hin zu Kohlenwasserstoffen wie Ethan oder Penthan, welche dann ausgeschieden werden (123). Dies hat eine vollständige Zerstörung der Membran zur Folge. Die Integrität der Organelle bzw. der Gesamtzelle ist somit aufgehoben. Darüberhinaus können die während dieses Prozesses entstehenden Endoperoxide ihrerseits Kettenbrüche hervorrufen, bei denen Aldehyde, wie zum Beispiel Malondialdehyd oder 4-Hydroxynonenal, entstehen. Diese Substanzen sind ebenfalls hochreaktiv und besitzen analytische Bedeutung für die [Seite 33↓]Beurteilung des Ausmaßes der Lipidperoxidation in einem Gewebe, wie dies im Methodikteil später dargestellt wird.

1.5.3 Enzymatische und nicht-enzymatische Schutzmechanismen

Zur Verhinderung der beschriebenen Zellschädigungen bestehen neben der Kompartimentierung der meisten sauerstoffradikal-abhängigen Zellfunktionen auch enzymatische sowie nicht-enzymatische Schutzmechanismen.

Zu diesen Schutzenzymen gehört die Superoxiddismutase (SOD), die in einer zytosolischen und einer mitochondrialen Isoform vorliegt. Die Isoenzyme unterscheiden sich durch das Metallion im aktiven Zentrum. Während die zytosolische SOD je 1 Molekül Cu2+ und Zn2+ enthält, liegt bei der mitochondrialen SOD 1 Molekül Mn3+ im aktiven Zentrum vor. Durch die SOD wird die ansonsten spontan ablaufende Dismutation des Superoxidradikals zu Wasserstoffperoxid und molekularem Sauerstoff um den Faktor 109 beschleunigt (71).

Ferner gehört die Glutathionperoxidase (GSHPX) zum enzymatischen Schutzsystem vor oxidativem Streß. Sie verhindert die Reduktion von Wasserstoffperoxid und organischen Peroxiden. Die GSHPX-Aktivität wird zu 70% im Zytosol und zu 30% in den Mitochondrien gefunden.

Darüberhinaus schützen die Katalase und die Glutathion-S-Transferasen vor oxidativem Streß.

Einen nicht-enzymatischen Schutz vor Schädigungen durch Sauerstoffradikale stellen vor allem die Vitamine E und C dar. Durch die Reaktion von Vitamin E mit einem Peroxyradikal wird das Tocopherolradikal gebildet, welches zu Tocopherolchinonderivaten oxidiert. Daraufhin entstehen stabile polymere Produkte und führen zu einer Beendigung der oxidativen Schädigungsprozesse, durch den Einbau von Vitamin E in Membranen erfolgt somit ein effektiver Schutz vor Lipidperoxidation (94). Im Vergleich hierzu stellt Vitamin C ein Redoxsystem dar, bei dessen Oxidation ein stabiles Radikal synthetisiert wird, welches keine weiteren Schädigungen hervorruft. Die Regeneration erfolgt über verschiedene Reduktionsmittel, wie reduziertes Glutathion oder die NADH-abhängige Reduktase.


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27.05.2005