Resistenzfaktoren bei der chemotherapeutischen Behandlung maligner Gliome

[Ulrich]

Quelle: http://www.klinik.uni-mainz.de/Neurochir/forschung/gruppen/onkologie/artikel/resistenzfaktoren.htm

Hinweis: Im Originalartikel (siehe Link) findet man auch die MRT-Bilder, auf die Bezug genommen wird. Ulrich.

Zitat: Resistenzfaktoren bei der chemotherapeutischen Behandlung maligner Gliome


Nikolai J. Hopf1, Dorothee Koch1, Thomas Hundsberger2 und Tim Demuth1


Neurochirurgische1 und Neurologische2 Klinik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz


Gliome sind die häufigsten hirneigenen Tumore beim Menschen. Hirneigene Tumore sind Tumore, die aus dem Organ "Gehirn" selbst entstanden sind. Gliome entstehen aus dem Stützgewebe des Gehirns, den sogenannten Gliazellen. Gutartige, d.h. langsamwachsende Tumore können als Astrozytome, Oligodendrogliome oder als Mischgliome (Oligoastrozytome) differenziert sein. Die aggressivsten Tumore sind undifferenziert und werden unter dem Begriff Glioblastom zusammengefasst. Hinter dieser Diagnose histologisch gleichartiger Geschwülste verbirgt sich aber eine Reihe biologisch sehr unterschiedlicher Tumore. Diese Tatsache ist u.a. für die sehr unterschiedliche Reaktion auf spezifische Therapeutika verantwortlich.


Die derzeitige Behandlung der Glioblastome setzt sich aus einer lokalen, einer regionalen und einer systemischen Behandlung zusammen. Die wichtigste lokale Behandlung, also die Therapie des sichtbaren Tumors, stellt die Operation dar. Es ist allgemein akzeptiert, dass eine vollständige Entfernung des sichtbaren Tumors mit einer längeren Überlebenszeit verbunden ist. Von daher sollte eine vollständige Resektion angestrebt werden. Durch den Einsatz moderner intraoperativer Bildgebung wie dem CT, dem MRT oder dem 3D-Ultraschall ist dies zunehmend auch in zuvor als inoperabel eingestuften Fällen möglich. Alternativ zur Operation kann der sichtbare Tumor auch durch eine stereotaktische Bestrahlung mit einer Gammastrahlenquelle (Gamma Knife) oder einem Linearbeschleuniger (LINAC) zerstört werden. Bei entsprechendem klinischen Zustand des Patienten sollte aber im Anschluss sowohl eine regionale als auch eine systemische Therapie erfolgen, um verbliebene Tumorzellen im Resektionsrand und migratorisch besonders aktive Tumorzellen in der weiteren Umgebung zu behandeln. Dies erscheint insbesondere auch vor dem Hintergrund wichtig, dass zwar 80% aller Rezidive in der Tumorrandzone entstehen aber Tumorzellen im Tierexperiment auch aus Gewebeproben der gegenüberliegenden Hirnhälfte isoliert werden konnten.


Als regionale Therapie der Wahl steht eine Bestrahlung der Tumorhöhle und des angrenzenden Gehirns, die sogenannte Teilschädelbestrahlung, zur Verfügung. Die besondere Empfindlichkeit des Gehirns gegenüber Strahlen begrenzt die maximale Dosis. Eine zuverlässige Vernichtung verbliebener Tumorzellen ist daher nicht möglich. Die Strahlendosis reicht aber theoretisch aus, um Tumorzellen so zu schädigen, dass eine weitere Zellteilung nicht mehr möglich ist. Immer wieder finden sich aber auch Tumor-Rezidive in weiter entfernten Regionen des Gehirns, die nicht von einer Teilschädelbestrahlung erfasst werden können (Abb.1). Aus diesen Gründen erscheint eine gleichzeitige oder unmittelbar anschließende systemische Therapie sinnvoll.



Abb.1: Rezidiv-Tumorwachstum in der gegenüberliegenden Hirnhälfte (Pfeil) nach Resektion und Bestrahlung eines links occipitalen Glioblastoms (Sternchen).


Die klassische Form systemischer Therapien ist die Chemotherapie. Neben der Entwicklung neuer hochpotenter aber nebenwirkungsarmer Substanzen steht derzeit die Erforschung systemischer Therapiestrategien auf genetischer und immunologischer Basis im Vordergrund. Diese kommen zwar bereits in streng kontrollierten Studien an einzelnen Neuroonkologischen Zentren am Patienten zur Anwendung, sind aber derzeit noch als experimentelle Therapieform anzusehen und haben daher in der standardisierten Therapie keinen Platz.


Für die chemotherapeutische Behandlung des Glioblastoms sind derzeit 3 Regime zugelassen und zwar ausschließlich zur Behandlung von Rezidiven. Diese sind die Polychemotherapie nach dem PCV-Schema (Procarbazin, CCNU, Vincristin), ACNU/VM 26 (Nimustin, Teniposid) sowie die Monotherapie mit Temodal® (Temozolomid). Weitere Substanzen, die aufgrund guter Erfahrungen im Einsatz bei anderen Tumorerkrankungen auch in größerem Umfang bei Glioblastom-Patienten Einsatz fanden sind Methotrexat, Cytarabin, Topotecan und Etoposid. Aufgrund der einfachen oralen Applikationsweise und den geringen Nebenwirkungen ist in den letzten Jahren vor allem Temozolomid breitflächig eingesetzt worden. Alle zugelassenen Chemotherapie-Regime (PCV, ACNU/VM 26, Temodal) weisen ähnliche Erfolgsraten auf und zeigen beim Glioblastom Ansprechraten zwischen 30 und 60% (Abb.2). Für die relativ geringen Erfolgsraten werden u.a. Resistenzmechanismen verantwortlich gemacht. Diese werden vornehmlich durch Enzyme vermittelt, die durch ihre Funktion die Wirkung der Chemotherapeutika aufheben oder deutlich abschwächen. Die wichtigsten derzeit bekannten Resistenzfaktoren sind die Glutathion-S-Transferase (GST), das p-Glycoprotein (p-gp) und die O6-Methylguanin-Methyltransferase (MGMT). Um die Relevanz und Arbeitsweise dieser Resistenzmechanismen besser zu verstehen, ist ein Grundverständnis auch der Wirkweise der unterschiedlichen Chemotherapeutika notwendig.


 

Abb. 2: Patientin mit multilokulärem Glioblastom links fronto-parietal vor (links oben und unten) und nach (rechts oben und unten) Chemotherapie mit Temozolomid.


Die Mehrzahl der nachgewiesenermaßen wirksamen Chemotherapeutika bei Gliomen gehören der Gruppe der "Alkylanzien" an. Vertreter dieser Gruppe sind Natulan® (Procarbazin), Temodal® (Temozolomid) und die sogenannten Nitroseharnstoffe ACNU (Nimustin), BCNU (Carmustin) und CCNU (Lomustin). Ihre Wirkung beruht auf der Erstellung einer Strukturänderung des Erbmaterials (DNS), welche schließlich zum programmierten Zelltod, der sogenannten Apoptose, führt. Die beschriebene Strukturänderung ist normalerweise dauerhaft und führt ausschließlich bei sich teilenden (proliferierenden) Zellen zum Tod. Da diese Veränderungen grundsätzlich alle Körperzellen betreffen, sind solche Substanzen für die Therapie von Gliomen besonders gut geeignet, die aufgrund spezifischer Gewebeeigenschaften (z.B. hoher Fettgehalt des Gehirns) oder erhöhter Stoffwechselaktivität (z.B. bei schnellwachsenden Tumoren) zu einer Kumulation im Tumorgewebe führen. Die wichtigsten Nebenwirkungen ergeben sich aus einer Störung der Blutbildung, so dass es zu einer Beeinträchtigung der Immunabwehr, der Blutgerinnung und des Sauerstofftransportes kommen kann.

Das Vincristin ("V" aus dem PCV-Schema) gehört zur Gruppe der "Alkaloide". Diese binden an die "Spindelproteine", welche für die geordnete Zellteilung notwendig sind. In höheren Konzentrationen kommt es auch direkt zu Brüchen der Chromosomen. Auch diese Substanz zeigt eine höhere Konzentration in nervalen Geweben. Daraus resultiert allerdings auch als schwerwiegende Nebenwirkung eine deutliche Neurotoxizität, d.h. es kann zu einer dauerhaften Schädigung von Nerven, oft des Hörnerven oder der Gefühlsnerven der Beine und Arme kommen.


Methotrexat und Cytarabin gehören zu der Gruppe der "Antimetabolite". Alle letztgenannten Substanzen zielen mit ihrer Wirkung also auch auf eine Behinderung der Zellteilung ab, denn die hohe Teilungsrate der Tumorzellen ist derzeit die einzige Möglichkeit einer Differenzierung zwischen gesunden Zellen und Tumorzellen. Solange man keine spezifischen Merkmale (Antigene) kennt, die nur auf den Tumorzellen und nicht auf den gesunden Zellen vorkommen, ist eine selektivere Behandlung von Tumorzellen nicht möglich. Daher ist die Suche solcher gliom-spezifischer Antigene ein wichtiger Aspekt der aktuellen neuroonkologischen Forschung.


Die Schutzmechanismen der Tumorzellen (und auch der gesunden Zellen) gegenüber diesen hochwirksamen Medikamenten sind vielfältig. Der bekannteste Mechanismus ist die unspezifische "Entgiftung" durch das p-Glycoprotein (p-gp). Dieses Enzym kommt insbesondere in solchen Organen des Menschen in höheren Konzentrationen vor, die am Stoffwechsel entscheidend beteiligt sind, nämlich der Niere, Leber und Darm. Es ist in der "Export-Fabrik" der Zelle (Golgi-Apparat) und an der Zellmembran selbst zu finden und ist mit einer energieverbrauchenden Pumpe zu vergleichen. Insbesondere die Alkaloide wie Vincristin werden durch diese Pumpe aus der Zelle entsorgt. Auch das Gen (mdr 1), welches den Bauplan für dieses Enzym enthält, ist seit längerem bekannt. p-gp kann unter bestimmten Bedingungen, z.B. unter chemischem Stress im Rahmen einer Chemotherapie in der Zelle vermehrt gebildet werden.


Selbst gegen die vermeintlich unwiderruflichen Veränderungen an der DNS, die durch Alkylanzien (Temozolomid, Procarbazin, ACNU, BCNU, CCNU) hervorgerufen werden, hat die Natur einen Ausweg gefunden. Auch bei diesem Resistenzmechanismus ist ein Enzym im Spiel, welches in sehr unterschiedlicher Aktivität in gesunden Zellen und Tumorzellen vorkommen kann. Dieses Enzym heißt O6-Methylguanin-Methyltransferase (MGMT). MGMT kann in seiner aktiven Form die Strukturänderungen an der DNS rückgängig machen und so Tumorzellen vor dem programmierten Zelltod retten (Abb.3). Neben der erwähnten unterschiedlichen Grundaktivität kann MGMT zusätzlich auch durch exogene Faktoren induziert, d.h. in seiner Aktivität gesteigert werden.


Die Hoffnung durch die Bestimmung der Konzentration von p-gp eine Aussage über das Resistenzpotential zu erreichen, konnte bisher leider nicht erfüllt werden. So fanden sich sowohl bei sensiblen als auch bei hoch resistenten Tumorzellkulturen im Chemosensibilitätstest mit verschiedenen Chemotherapeutika keine Unterschiede in der Konzentration des p-gp. Allerdings wurden diese Untersuchungen mit Methoden durchgeführt, die zwar die Menge nicht aber die Funktion des Enzyms darstellen konnten. Möglicherweise ergeben Untersuchungen der Funktion des in gleicher Menge vorhandenen Enzyms doch Unterschiede, die mit dem Resistenzpotential übereinstimmen. Diese Untersuchungen fehlen aber bis heute. Das Interesse der Forschung hat sich derzeit auf die Analyse der differenzierten Bedeutung und der Möglichkeit der Beeinflussung eines weiteren Resistenzmechanismus, nämlich von MGMT, konzentriert.


Abb. 3: Schematische Darstellung der Entstehung von chemoresistenten (oben) und chemosensiblen (unten) Gliomen für die Substanz Carmustin (BCNU) aufgrund unterschiedlicher Aktivität des Resistenzfaktors MGMT (aus: Esteller M et al, NEJM 343: 1350-1354, 2000).


Der MGMT-Gehalt von Zellen oder Geweben kann auf unterschiedliche Weise bestimmt werden. Einerseits ist die Bestimmung auf der Ebene des Erbmaterials, also der Aktivität des Genes selbst möglich. Hierbei wird die Menge der spezifischen Kernsäure (mRNA) untersucht, welche den Bauplan für das Enzym MGMT darstellt. Zum Anderen kann auch die Aktivität des Enzyms direkt bestimmt werden. Beide Verfahren werden derzeit in Mainz an Patienten, die sich einer Neurochirurgischen Operation unterziehen müssen in Kooperation mit dem Institut für angewandte Toxikologie (Leiter Prof. Kaina) untersucht. Bereits jetzt hat sich eine gute Korrelation der beiden Verfahren gezeigt, was für die Richtigkeit der Ergebnisse spricht. Zusätzlich wird der MGMT-Gehalt der Tumorzellen dieser Patienten in Kultur mit der Reaktion auf verschiedene Chemotherapeutika im Reagenzglas verglichen, also ein sogenannter Chemosensibilitätstest durchgeführt sowie der klinische Verlauf engmaschig verfolgt.


Erste Ergebnisse zeigen, dass etwa 1/3 der Tumorkulturen eine deutliche Aktivität des Enzyms MGMT aufweisen. Diese Kulturen zeigen auch überdurchschnittlich häufig Resistenzen gegen die getesteten Chemotherapeutika (Temozolomid, Procarbazin). Auf Grund der noch zu geringen Zahl der untersuchten Patienten kann eine Aussage über die praktische Relevanz der Bestimmung des MGMT-Gehaltes für den individuellen Patienten noch nicht endgültig gemacht werden. Tendenziell scheint jedoch ein Zusammenhang zwischen einem hohen MGMT-Gehalt und einem schlechten Ansprechen einer Chemotherapie mit alkylierenden Substanzen vorzuliegen. Ein Umkehrschluss, nämlich dass ein niedriger MGMT-Gehalt immer mit einem guten Ansprechen der Therapie vergesellschaftet ist, ist allerdings leider auch nicht möglich. Dies beruht insbesondere darauf, dass MGMT induziert werden kann. Das bedeutet, dass die Aktivität des Enzyms sowohl durch eine Bestrahlung als auch durch das Chemotherapeutikum selber gesteigert werden kann. Dennoch ist die Wahrscheinlichkeit eines guten Ansprechens des Tumors auf die genannten Substanzen zumindest anfänglich sehr viel größer.


Neben der Vorhersagemöglichkeit der Wirkung einer speziellen Chemotherapie bietet MGMT aber auch therapeutische Ansätze. So ist es bereits jetzt möglich MGMT durch die Substanzen O6-Benzylguanin und O6-Bromothenylguanin spezifisch zu hemmen. Da MGMT aber wahrscheinlich in gleicher Weise in Körperzellen und in Tumorzellen vorhanden ist, würde eine Hemmung auch der MGMT in gesunden Zellen zu einer Zunahme der Nebenwirkungen führen, insbesondere der Beeinträchtigung der Blutbildung. Daher wird an Konzepten gearbeitet, MGMT möglichst nur in Tumorzellen zu hemmen. Dies ist z.B. durch die Kopplung der genannten Hemmstoffe an Zuckermoleküle vorstellbar. Dadurch käme es in Geweben erhöhter Stoffwechselaktivität für Zucker, wie dies für Gliome der Fall ist, zu einer vermehrten Aufnahme auch der angekoppelten Hemmstoffe. Ausreichende experimentelle Daten für einen klinischen Einsatz liegen aber derzeit noch nicht vor.


Zusammenfassend erscheint die systemische Therapie die zukunftsträchtigste Komponente auf dem langen und mühsamen Weg der Heilung maligner Gliome. Solange keine spezifischen Erkennungsmerkmale auf Tumorzellen gefunden werden, bleibt nur der Einsatz solcher Medikamente, die zwar vornehmlich im kranken Gewebe wirken, aber immer auch gesunde Zellen und Gewebe schädigen können. Gerade die Schutzmechanismen der gesunden Körperzellen sind aber für die Resistenz der Tumorzellen verantwortlich. Von daher erscheint die lokale Reduktion dieser Resistenzmechanismen auf genetischer oder enzymatischer Ebene ein erfolgversprechender Weg. Das Wissen um die Aktivität der verschiedenen Resistenzmechanismen ist zudem ein weiterer wichtiger Schritt auf dem Weg zu einer individuellen Chemotherapie, die nach den ganz speziellen Eigenschaften eines individuellen Tumors zusammengestellt werden sollte. Neben den Kriterien der Chemoresistenz sind vor allem die unterschiedlichen Wachstumseigenschaften für solch ein Therapiekonzept wichtig. So gibt es Tumore, die ein überdurchschnittliches Größenwachstum aufgrund einer extrem hohen Teilungsrate (Proliferation) aufweisen und solche, die aufgrund einer besonders hohen Beweglichkeit (Migration) vornehmlich in das umgebende Gewebe einwachsen (Invasion). So werden in der Zukunft neben den klassischen antiproliferativen (wachstumshemmenden) Chemotherapeutika insbesondere solche Substanzen eine wichtige Rolle spielen, die die Beweglichkeit der Tumorzellen hemmen. Solche anti-invasiven Substanzen sind derzeit ebenfalls unter intensiver Erforschung und im Einzelfall auch schon experimentell einsetzbar.




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[Ulrich]

Hier ein Bericht darüber, daß man die Reparaturwirkung des MGMT "austricksen" könnte. Das MGMT ist ein "Suizid-Enzym", das verbraucht wird, wenn es reagiert (ein"normales" Enzym ist "wiederverwertbar"). Man muß nur - sagen die Autoren - genügend Temodal verabreichen... Zumindest wird darüber spekuliert, auf diese Weise die Resistenz "auszuhebeln".

Titel des Artikels: New (alternative) temozolomide regimens for the treatment of glioma

Zwei Autoren sind aus Heidelberg, der dritte ist Prof. Weller (jetzt Zürich, früher Tübingen).