Interleukin-6 (IL-6) is a pleiotropic cytokine which has been associated not only with pro-inflammatory, but also with tumour-progressive characteristics and induction and maintenance of bone resorption in breast cancer osteolytic bone metastases. Previous studies showed that high serum levels of IL-6 in patients suffering from metastatic breast cancer are associated with poor prognosis, disease progression and increased number of metastatic sites. This might be due to the direct effects IL-6 exerts in tumour cells, leading to tumour cell proliferation and inhibition of apoptosis as well IL-6-induced bone resorption at metastatic sites, which results in an enhanced release of growth factors affecting tumour cells in the bone microenvironment. This work examined whether inhibition of IL-6 signalling in human breast cancer cells with the anti-human IL-6R mAb tocilizumab or inhibition of IL-6 signalling in cells of the bone microenvironment with the anti-murine IL-6R mAb MR16-1 affects tumour progression and tumour-induced osteolysis in a mouse model of breast cancer bone metastases. Athymic nude mice were injected intratibially with the oestrogen-receptor-negative (ER-) human breast cancer cell line MDA- MB-231 and treated with different antibodies or placebo intraperitoneally. In order to impair IL-6 signalling in human breast cancer cells, groups of mice were injected regularly with either tocilizumab, MR16-1 or a combination of both antibodies. Radiographic images of tibiae were taken throughout the course of the study and, after sacrifice of the animals, endpoint analysis of bone and tumour biology was conducted. Furthermore, in a set of in vitro experiments, the effect of tocilizumab on the expression of IL-6 and IL-6R mRNA as well as human IL-6 protein secretion by MDA-MB-231 cells was analysed in order to define whether an autocrine feed-forward mechanism exists leading to augmented IL-6 or IL-6R expression after IL-6R activation. We found that both tocilizumab as well as MR16-1 impaired tumour growth of human breast cancer cells in bone. Animals treated with either antibody displayed diminished sizes of osteolytic areas throughout the study. Endpoint analysis revealed that both antibody treatments lead to a smaller number of active osteoclasts at the bone-tumour interface, smaller tumour areas and greater numbers of apoptotic tumour cells and a smaller number of cells undergoing mitosis in the tumours. The combination of both antibodies did have less effect on osteolysis and tumour growth than the single antibody treatment. In vitro experiments revealed that inhibition of IL-6R activation in MDA-MB-231 cells with tocilizumab led to reduced gene expression leves of IL-6 and IL-6R mRNA.
Das pleiotrope, für seine proinflammatorischen Eigenschaften bekannte, Zytokin Interleukin-6 (IL-6) weist zudem auch tumorprogressive Eigenschaften auf und übt einen Einfluss auf die Induktion und die Aufrechterhaltung der Knochenresorption in osteolytischen Metastasen des Mammakarzinoms aus. In vorhergehenden Studien konnte gezeigt werden, dass Patientinnen mit metastasiertem Mammakarzinom, welche einen hohen IL-6-Serumspiegel aufweisen, sowohl ein höheres Risiko für weitere Krankheitsprogression, vermehrte Metastasen als auch eine generell schlechtere Prognose haben. Dies könnte einerseits an direkten Effekten von IL-6 auf die Tumorzellen liegen, welche zu einer augmentierten Zellproliferation und einer Hemmung der Apoptose führen, als auch an einer IL-6-induzierten vermehrten Knochenresorption mit nachfolgender Freisetzung von Wachstumsfaktoren aus dem ossären Kompartiment, welche letztlich auf die Tumorzellen im Umfeld wirken. In dieser Studie wurde der anti-humane IL-6 Rezeptor Antikörper (IL-6R mAb) Tocilizumab als auch der anti-murine IL-6R mAb MR16-1 in einem murinen Xenograftmodel getestet. Ziel der Studie war es die Effekte der jeweiligen Antikörperbehandlung auf die Tumorprogression und den Grad der tumorbedingten Osteolyse zu definieren. Zellen der humanen östrogenrezeptor-negativen Mammakarzinomzelllinie MDA- MB-231 wurden in Tibiae von athymischen Mäusen injiziert und die Tiere daraufhin mit den jeweiligen Antikörpern oder Placebo behandelt. Um die IL-6 Signaltransduktion in den humanen Mammakarzinomzellen zu blockieren, wurde eine Gruppe von Mäusen regelmässig mit Tocilizumab behandelt, wohingegen einer anderen Gruppe MR16-1 injiziert wurden. Weiterhin untersuchten wir den Effekt der Kombination von beiden Antikörperbehandlungen. Um den Verlauf der Entwicklung von osteolytischen Knochenmetastasen zu dokumentieren, wurden regelmässig radiologische Untersuchungen der Tibiae angefertigt. Endpunktanalysen zielten auf die histologische und immunhistochemische Analyse der Knochenmorphologie und der Tumorbiologie ab. Des Weiteren wurde in einem in vitro Experiment der Effekt von Tocilizumab auf die Expression von humaner IL-6 und humaner IL-6-Rezeptor mRNA und die Sekretion von humanem IL-6 durch MDA-Mb 231 Zellen untersucht. Hierbei stellte sich vor allem die Frage, ob ein autokriner feed-forward Mechanismus nach Aktivierung von IL-6 Rezeptoren in MDA-MB 231 Zellen existiert. Die Behandlung athymischer Mäuse mit Tocilizumab als auch mit MR16-1 führte zu einer Verminderung der Progression von osteolytischen Mammakarzinommetastasen. Hierbei wurde nicht nur der Grad der Knochenresorption verändert, sondern auch die Tumorbiologie der humanen Mammakarzinomzellen im Hinblick auf eine reduzierte Rate an proliferierenden und eine erhöhte Rate an apoptotischen Tumorzellen. Die Kombination beider Antikörperbehandlungen zeigte geringere Effekte als die Behandlung mit den einzelnen Antikörpern. Humane Mammakarzinomzellen, welche in vitro mit Tocilizumab behandelt wurden, zeigten eine reduzierte Rate an IL-6 und IL-6R mRNA Expression und einen Trend in Richtung einer reduzierten IL-6 Protein Sekretion.
