Die Inhibition des epidermalen Wachstumsfaktorrezeptors als innovativer Therapieansatz bei gastrointestinalen Tumoren

Abstract

Der epidermale Wachstumsfaktorrezeptor (EGFR) ist ein interessantes Target für neuartige, zielgerichtete Krebstherapien. Überexpression und/oder unphysiologisch gesteigerte Aktivität des EGFR sind für viele Tumorentitäten beschrieben und besitzen eine funktionelle Bedeutung für die Entstehung und Progression der Tumore. Seit kurzem stehen zur Inhibition des EGFR bzw. der ihm nachgeschalteten mitogenen Signalwege drei Arzneistoffe zur Verfügung. Zum einen die Inhibitoren der intrazellulären Tyrosinkinase des Rezeptors (TKIs) Gefitinib (IressaTM) und Erlotinib (TarcevaTM), zum anderen der gegen die liganden-bindende Domäne des Rezeptors gerichtete monoklonale Antikörper Cetuximab (ErbituxTM). Ziel dieser Arbeit war es, das Konzept der EGFR- Inhibition am Modell des hepatozellulären Karzinoms (HCC) sowie des Ösphaguskarzinoms zu evaluieren. Hierzu wurden Experimente an zwei hepatozellulären- und drei Ösophaguskarzinomzelllinen sowie an Primärzellkulturen von Ösphaguskarzinomen durchgeführt. In allen Zelllinien wurde die Expression des EGFR nachgewiesen. Eine Blockade des EGF-Rezeptors durch Gefitinib und Erlotinib sowie Cetuximab hemmte das Wachstum der Tumorzellen signifikant. Die antiproliferativen Effekte der EGFR-Inhibition beruhten auf einer Induktion sowohl von Zellzyklusarrest am G1/S-Kontrollpunkt als auch von mitochondrienabhängiger Apoptose. Darüber hinaus wurden die Mechanismen der durch EGFR-Inhibition induzierten Apoptose und des Zellzyklusarrests untersucht: Über eine Hemmung der ERK1/2- sowie der STAT- Aktivierung kommt es zu transkriptionellen Veränderungen Apoptose und Zellzyklus-relevanter Gene. Apoptoseinhibierende Mitglieder der Bcl-2-Familie wurden supprimiert, während apoptoseinduzierende Caspasen und gadds, welche auch mit Zellzyklusarrest assoziiert werden, überexprimiert wurden. Die Zellzyklusinhibitoren p21Waf1/CIP1 und p27Kip1 wurden überexprimiert, der Zellzykluspromoter Cyclin D1 hingegen supprimiert. Zusätzlich konnte die Expression des insulin-ähnlichen Wachstumsfaktorrezeptors 1 (IGF-1R) gezeigt, die Transaktivierung des EGFR durch IGF-1R-vermittelte mitogene Stimuli nachgewiesen und die Hemmung dieses "cross-talks" durch EGFR-TKIs demonstriert werden. Auf der Grundlage dieser Untersuchungen konnte eine wichtige Strategie zur Überwindung von Resistenzen gegenüber anti-EGFR-basierten Therapien konzipiert werden, da der IGF-1R über kompensatorische Mechanismen der EGFR- Inhibition entgegen wirken kann. Die Untersuchung der Signaltransduktion lieferte darüber hinaus wertvolle Ansatzpunkte für das Design künftiger kombinationstherapeutischer Ansätze. So wurde die Wirkung konventioneller Chemotherapeutika durch gleichzeitige EGFR-Inhibition verstärkt. Ebenfalls führte die simultane Blockade von EGFR und IGF-1R, als auch ein dualer Angriff am EGF-Rezeptor zu einer Potenzierung der Einzelwirkungen. Die Übertragbarkeit der in dieser Arbeit am Modell des HCC erarbeiteten Ergebnisse auf das Ösophaguskarzinom legt nahe, dass es sich nicht um zelltypspezifische Effekte handelt, sondern unabhängig vom Tumormodell auftretende Wirkmechanismen, die daher auch für weitere Tumorentitäten Gültigkeit besitzen könnten. Die Blockade des EGFR stellt somit einen vielversprechenden neuartigen Ansatz zur Behandlung des HCC und des Ösophaguskarzinoms dar. Die Therapiemöglichkeiten beider Tumorentitäten könnten somit um das Konzept der EGFR-Inhibition erweitert werden. Künftig sollte durch in-vivo-Untersuchungen sowie klinische Studien die Anwendbarkeit des hier vorgestellten Ansatzes evaluiert werden.

The epidermal growth factor receptor (EGFR) is a promising target for innovative cancer therapy. EGFR-overexpression and/or dysregulation is described for several tumor entities and has been demonstrated to be important for tumor growth and progression. Recently two classes of EGFR inhibitors have been developed: Tyrosine kinase inhibitors that target the catalytic domain of the EGFR such as gefitinib (IressaTM) and erlotinib (TarcevaTM) and monoclonal antibodies like cetuximab (ErbituxTM) that target the ligand-binding extracellular domain of the receptor. The aim of this study was to investigate EGFR inhibition in hepatocellular (HCC) and esophageal carcinoma cell models. Experiments were performed using two established hepatocellular and three esophageal cancer cell lines, as well as primary cell cultures of human esophageal carcinoma. Expression of the EGFR was demonstrated for all cell lines. EGFR-blockade by gefitinib, erlotinib or cetuximab significantly inhibited tumor cell growth. The antiproliferative effects observed were due to an induction of cell cycle arrest at the G1-to-S transition as well as by induction of mitochondria-dependent apoptosis. The underlying molecular mechanisms were elucidated. EGFR-blockade led to an inhibition of ERK1/2 as well as STAT activation which resulted in transcriptional changes of apoptosis and cell cycle regulating genes. Antiapoptotic members of the Bcl-2 family were found to be suppressed whereas proapoptotic caspases were overexpressed. The cell cycle inhibitors p21Waf1/CIP1 und p27Kip1 were overexpressed, while on the other hand the cell cycle promoter cyclin D1 was suppressed in response to EGFR inhibition. Additionally, growth arrest and DNA-damage inducible genes (gadds) being associated with apoptosis induction and cell cycle arrest were also found to be upregulated. Furthermore, the expression of the insulin-like growth factor receptor 1 (IGF-1R), the transactivation of EGFR-mediated mitogenic signaling by IGF-1R and the inhibitory effects of EGFR-tyrosine kinase inhibition on the receptor-receptor cross talk were examined. On the basis of these findings, a novel approach to overcome resistance towards anti EGFR based therapy strategies was established, for IFG-1R downstream signaling is known to be able to compensate for a blocked primary EGFR pathway. Investigations on downstream EGFR signaling provided a rationale for future clinical investigations of anti-EGFR based combination therapy. The antineoplastic potency of conventional cytostatics was enhanced when EGFR was simultaneously inhibited. Moreover, an isochronal inhibition of EGFR and IGF- 1R as well as dual-agent blockade of the EGFR led to enhanced antineoplastic effects as compared to monotherapeutic approaches. As similar results were obtained in HCC and esophageal carcinoma cells EGFR inhibition for cancer treatment appears to be a general principle and this work can be regarded as a proof of principle. In conclusion, EGFR-inhibition represents a promising approach for the treatment of both HCC and esophageal cancer thus improving the limited treatment options for both tumor entities. The transfer of this innovative therapeutic concept should be evaluated in vivo and in clinical studies in the future.