Die Bedeutung der nutritiven Kohlenhydrate für die Pathogenese und experimentelle Therapie des Hepatozellulären Karzinoms

Abstract

Das Hepatozelluläre Karzinom (HCC) stellt die fünfthäufigste Krebsart und zweithäufigste Krebstodesursache weltweit dar. Die steigende Inzidenz in Europa und den Vereinigten Staaten sowie die späte Diagnosestellung und das Fehlen kurativer Therapieformen stellen zentrale Probleme dar. Daher ist die Etablierung innovativer, zielgerichteter Therapieansätze von hoher Bedeutung. Alterationen im Metabolismus, wie z. B. erhöhte Glukoseaufnahme und glykolytische Aktivität (Warburg-Effekt), sind zentrale Charakteristika solider Tumoren. Vor diesem Hintergrund sollte im ersten Abschnitt dieser Arbeit die Wirksamkeit des bekannten Glykolyseinhibitors 2-Deoxy-D-Glukose (2-DG) als therapeutisches Agens zur Behandlung des Hepatozellulären Karzinoms analysiert werden. Dafür wurden zwei humane HCC-Zelllinien in vitro mit 2-DG behandelt und weitergehend untersucht. Hierbei zeigte sich eine antiproliferative Wirkung des 2-DG, welche in vivo im ASV-B-HCC-Mausmodell jedoch nicht bestätigt werden konnte. Dies führte zu der Überlegung, dass hohe Glukosekonzentrationen im Medium und im Tierfutter die Wirksamkeit von 2-DG möglicherweise verringern könnten. Eine Reduktion der Glukose führte zur Verstärkung der antiproliferativen Wirkung des 2-DG in vitro. In immunhistologischen Untersuchungen zeigte sich jedoch kein synergistischer Effekt der Verabreichung von 2-DG mit gleichzeitiger Kohlenhydratreduktion in vivo. Auch in diesem Kontext scheint 2-DG keine Wirkung zu besitzen. Bemerkenswert war die Verringerung der Tumorlast bei alleiniger Verabreichung des kohlenhydratreduzierten Futters. Im zweiten Teil der Arbeit sollten mögliche resistenzvermittelnde Mechanismen un-tersucht werden. Hierfür wurde in zwei HCC-Zelllinien eine Resistenz gegenüber 2-DG herbeigeführt. Untersuchungen der potenziellen resistenzvermittelnden Me-chanismen ergaben eine mögliche Beteiligung des Zink-Metalloenzyms karbonische Anhydrase IX, welches an der Regulation des extrazellulären pH-Werts maßgeblich beteiligt ist. Zusammengefasst konnte eine Verringerung der Tumorlast durch alleinige Reduktion der zugeführten Kohlenhydrate erreicht werden. Zudem wurde ein möglicher molekularer Mechanismus der Resistenzentstehung gegenüber 2-DG ermittelt. Vor dem Hintergrund der schlechten Therapierbarkeit des HCC könnten beide Ansätze eine sinnvolle Ergänzung der aktuellen Behandlungsverfahren des HCC darstellen.

Hepatocellular carcinoma (HCC) is the fifth most common cancer and second leading cause of cancer-related deaths worldwide. Rising incidence in Europe and the United States, late diagnosis and the lack of curative therapies are central problems. Therefore, the establishment of innovative, targeted therapies is of great importance. Metabolic alterations such as increased glucose uptake and glycolytic activity (Warburg effect) are central characteristics of solid tumors. The aim of the first part of this study was to evaluate the efficacy of the well known glycolytic inhibitor 2-deoxy-D-glucose (2-DG) as a therapeutic agent for the treatment of hepatocellular carcinoma. Therefor, two human HCC cell lines were treated with 2-DG in vitro and investigated further. Results revealed an anti-proliferative effect of 2-DG which was not confirmed in vivo in ASV-B-HCC-mice. This led to the idea that high concentrations of glucose in the medium and in animal food can potentially decrease the efficacy of 2-DG. A reduction of glucose resulted in an amplification of the anti-proliferative effect of 2-DG in vitro. Immunohistochemical studies, however, showed no synergistic effect of the administration of 2-DG with simultaneous reduction of carbohydrates in vivo. Again 2-DG seems to have no effect. Interestingly, feeding of the low- carbohydrate food alone caused a remarkable reduction in tumour burden. In the second part of this work possible resistance-mediating mechanisms should be investigated. The resistance towards 2-DG was induced in two HCC cell lines. Studies on potential resistance mechanisms revealed a possible role of the zinc metalloenzyme carbonic anhydrase IX, which is significantly involved in the regulation of extracellular pH. Taken together, a reduction in the tumour burden can be achieved by the sole reduction of the supplied carbohydrates. In addition, a possible molecular mechanism that govern resistance towards 2-DG was determined. In the context of the poor treatability of HCC both approaches could be a useful addition to the current method of treatment of HCC.