Die Blockade des CXCR2/CXCL2 Signalweges als therapeutischer Ansatz im Glioblastoma multiforme

Abstract

EINLEITUNG Das Glioblastoma multiforme (GBM) ist ein extrem wandlungsfähiger und aggressiver Tumor und stellt Forscher immer wieder vor Herausforderungen. Es existieren bereits zahlreiche Ansätze zur Therapie dieses Hirntumors. Die derzeit etablierte Standardtherapie verlängert das mittlere Überleben der PatientInnen bisher aber nur um wenige Monate. Neue experimentelle Ansätze rücken deshalb immunologische und anti-angiogene Therapien in den Vordergrund. Die über Chemokine vermittelte Chemotaxis ist unter anderem Teil des Immunsystems, Chemokine können aber auch angiogene Wirkung entfalten. Die Signalachse über CXCR2/CXCL2 stellt einen alternativen Angiogenesesignalweg im Glioblastom dar. Ziel dieser Arbeit ist die Erforschung eines neuen therapeutischen Ansatzes zur Verlangsamung des Tumorwachstums durch die Blockade des CXCR2-Signalwegs über den small-molecule Inhibitor SB225002. METHODEN GL261 Glioblastomzellen wurden intrakraniell in ein syngenes Mausmodell implantiert. Der Antagonist wurde mittels osmotischer Minipumpen direkt in den Ventrikel appliziert. Der 14- bzw. 7-tägige Behandlungszeitraum wurde am Tag der Tumorzellimplantation bzw. nach 14-tägiger Tumorwachstumsphase begonnen. Die Tumorvolumina wurden mittels MRT vor Therapiestart und am Ende des Behandlungszeitraumes gemessen. Anschließend wurden die Gewebeproben immunhistochemisch gefärbt und Moleküle des Signalweges, Gefäße, Zellen der perivaskulären Nische und Proliferations- und Apoptosemarker ausgewertet und verglichen. GL261 wurden außerdem in vitro mit SB225002 inkubiert und anschließend in Proliferationsassays analysiert. Die Expression der Gene des Signalweges wurden nach Antagonisttherapie mittels real time-PCR ausgewertet. ERGEBNISSE Die Therapie mit SB225002 führte zu signifikant reduzierten Tumorvolumina um 51% nach Tumorzellimplantation mit simultanem Therapiebeginn. Nach CXCR2-Blockade der etablierten Tumore im zweiten Versuchsaufbau waren die Tumorvolumina um 47% reduziert. Die Anzahl der Mikroglia und Gefäße war nach CXCR2-Blockade durch den Antagonisten signifikant reduziert wohingegen CXCR2, CXCL2, Proliferations- und Apoptose-Marker keine Veränderungen zeigten. Die Proliferation von Tumor- und Endothelzellen war in vitro nach Behandlung mit dem CXCR2-Antagonisten signifikant reduziert, bei den Glioblastomzellen war der beobachtete Effekt größer. Die Behandlung der Tumorzellen mit dem small-molecule Inhibitor veränderte außerdem die Expression der Gene des CXCR2-Signalweges in Tumor- und Endothelzellen. SCHLUSSFOLGERUNG Die Blockade des CXCR2/CXCL2 Signalweges im GBM-Mausmodell resultiert in einer reduzierten Tumorgröße, sowohl im Anfangsstadium als auch in der exponentiellen Tumorwachstumsphase. Der small-molecule Antagonist SB225002 repräsentiert somit einen erfolgsversprechenden neuen Therapieansatz. Tiefergehende Untersuchungen des Signalweges und Studien zu Kombinationstherapien sind nötig, um die Etablierung einer lebenszeitverlängernden Therapie des Glioblastoma multiforme voranzutreiben.

INTRODUCTION Glioblastoma multiforme (GBM) is one of the most aggressive and heterogeneous tumor entities and is still a challenge for clinicians and scientists in the development of new therapy strategies. Under current standard therapies, patients’ overall survival improves only for a few months. New approaches in GBM therapy relate to immunological and anti-angiogenic strategies. The chemokine system and its receptors are part of the immune system but can also act as an alternative angiogenic mediator. Specifically, CXCL2 and its receptor CXCR2 could be identified as an alternative signaling pathway regulating angiogenesis in GBM. This study investigated the blockage of the CXCR2/CXCL2 signaling axis using the small-molecule inhibitor SB225002 as a new therapeutic approach in GBM. METHODS GL261 glioma cells were implanted intracranially into a syngeneic mouse model. Small-molecule antagonist SB225002 was applied to the ventricle system via osmotic mini pumps. Treatment started either on the day of tumor cell implantation and was administered for 14 days or after two weeks of tumor growth with a shorter treatment period of 7 days. MRI measurements of the tumor volumes were carried out before and after treatment period. Immunofluorescence analysis were conducted focusing on therapy induced changes of the signaling pathway, the tumor vasculature and its perivascular niche with accumulation of tumor associated microglia and macrophages (TAMs) as well as the proliferation and apoptosis behavior. In vitro, MTT-proliferation assay as well as gene expression studies were carried out using GL261 glioma cells and endothelial cells. RESULTS Tumor volumes were reduced by 51% when CXCR2 antagonist were administered in the initial growth phase and by 47% starting administration after two weeks of tumor growth. The tumor vasculature was impaired by significantly reduced vessel counts accompanied by reduced accumulation of TAMs, whereas CXCL2/CXCR2 as well as proliferation and apoptosis were unaffected in vivo. CXCR2 antagonization in vitro showed reduced proliferation in MTT-assay of GL261 tumor cells and endothelial cells. Altered gene expression of CXCR1, CXCR2 and CXCL2 could be detected as well. CONCLUSION The blocking of chemokine receptor CXCR2 resulted in significantly reduced tumor volume in vivo among with diminished vasculature. SB225002, a small-molecule CXCR2 inhibitor, may represent a new and promising treatment strategy in fighting glioblastoma multiforme. Now, further studies and combination strategies are needed to establish effective and life prolonging therapy in GBM.