The effect of omega-3 fatty acids on hepatocellular carcinoma in a transgenic mouse model

Abstract

Liver tumors, particularly hepatocellular carcinoma (HCC), are a major cause of morbidity and mortality worldwide. The development of HCC is mostly associated with chronic inflammatory liver disease of various etiologies. Previous studies have shown that omega-3 (n-3) polyunsaturated fatty acids (PUFA) dampen inflammation in the liver and decrease formation of TNF-alpha. The study presented here aimed to investigate the influence of an increased tissue status of n-3 PUFA on hepatocellular carcinogenesis. We used the transgenic fat-1 mouse model, which endogenously forms n-3 PUFA from n-6 PUFA, to determine the effect of an increased n-3 PUFA tissue status on tumor formation in the diethylnitrosamine (DEN)-induced liver tumor model. At 8 months of age, we examined the 15 livers (9 fat-1 and 6 wild-type mice in the control group) by MRI, macroscopically and microscopically, measured markers of inflammation in the serum and evaluated inflammation, fibrosis, and tumor formation using immunohistochemistry. We determined expression of NFkB, levels of PUFA and lipid mediators of liver tissue. Our results showed a decrease in tumor formation, in terms of size and number of tumors in fat-1 mice compared to wild-type (wt) littermates, as documented by both in vivo measurements by MRI and in post-mortem gross assessments. The decreased tumorigenesis was associated with decreased plasma TNF-alpha levels in fat-1 mice, indicating decreased pro-inflammatory activity in these mice. Furthermore, there was less COX-2 expression and a decreased activation of hepatic stellate cells in the livers of fat-1 mice reflecting a lower fibrotic activity. Lipidomics analyses of lipid mediators revealed significantly increased levels of the n-3 PUFA-derived 18-hydroxyeicosapentaenoic acid (18-HEPE) and 17-hydroxydocosahexaenoic acid (17-HDHA) in the livers of fat-1 animals treated with DEN, which could contribute to the dampened inflammation status in these animals. The results of this study provide evidence that an increased tissue status of omega-3 polyunsaturated fatty acids suppresses liver tumorigenesis, likely through inhibiting liver inflammation. The findings also point to a potential anti-cancer role for the n-3 PUFA-derived lipid mediators 18-HEPE and 17-HDHA, which down-regulate the important pro- inflammatory and pro-proliferative factor TNF-alpha.

Tumorerkrankungen der Leber, insbesondere das hepatozelluläre Karzinom (HCC), gehen weltweit mit hohen Morbiditäts- und Mortalitätsraten einher. Chronisch entzündliche Lebererkrankungen unterschiedlicher Ätiologie bilden die Hauptursache der Entstehung von HCC. Es ist bekannt, dass omega-3 (n-3) mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFA) sowohl die Entzündungsreaktion in der Leber als auch die Bildung des Tumornekrosefaktoralphas (TNF-alpha) vermindern. Ziel dieser Forschungsarbeit war es, den Einfluss von einer erhöhten n-3 PUFA-Konzentration im Lebergewebe auf die hepatozelluläre Karzinogenese zu untersuchen. Um den Effekt eines erhöhten n-3 PUFA Gehalts auf die Tumorentstehung in einem Diethylnitrosamin (DEN)-induzierten Tumormodel messen zu können, verwendeten wir das transgene fat-1 Mausmodel, welches n-6 PUFA endogen zu n-3 PUFA umwandelt. Im Alter von 8 Monaten erfolgte bei den insgesamt 15 Mäusen (9 fat-1 und 6 Wildtyp-Mäuse in der Kontrollgruppe) die mikroskopische und makroskopische Untersuchung der Mäuselebern, welche durch Magnetresonanztomographie (MRT) ergänzt wurde, die Messung der serologischen Entzündungsparameter sowie eine immunhistochemische Analyse der Tumorentwicklung und des Entzündungs- und Fibrosierungsgrads der Leber. Darüber hinaus wurden die Expression von NFkB sowie die PUFA- und Lipidmediatorenspiegel im Lebergewebe bestimmt. Die in-vivo MRT-Messungen wie auch die post-mortem durchgeführten makroskopischen Untersuchungen der Mäuse ergaben, dass die fat-1 Mäuse im Vergleich zu ihren Geschwistern vom Wildtyp hinsichtlich der Tumorgröße und -anzahl eine deutlich verminderte Tumorentwicklung aufwiesen. Diese ging mit verminderten TNF- alpha-Plasmaspiegeln, einer geringeren Expression von COX-2 und einer reduzierten Aktivierung von hepatischen Ito-Zellen einher, was auf eine abgemilderte pro-inflammatorische und fibrotische Aktivität hinweist. Die Analyse der Lipidmediatoren ergab zudem signifikant erhöhte Spiegel der von n-3 PUFA abgeleiteten 18-Hydroxyeicosapentaensäure (18-HEPE) und 17-Hydroxydocosahexaensäure (17-HDHA) im Lebergewebe der DEN-behandelten fat-1 Mäuse, was zum verminderten Entzündungsgrad beigetragen haben könnte. Die Ergebnisse unserer Untersuchungen liefern klare Hinweise darauf, dass eine erhöhte Konzentration von omega-3 mehrfach ungesättigten Fettsäuren im Lebergewebe von Mäusen die Entwicklung hepatischer Tumore unterdrücken kann. Der Mechanismus dahinter scheint über eine Hemmung der begleitenden hepatischen Entzündungsreaktion vermittelt zu werden. Diese Resultate deuten auf eine potentiell anti-maligne Eigenschaft der von n-3 PUFA abstammenden Lipidmediatoren 18-HEPE und 17-HDHA hin, welche den pro-inflammatorischen und pro-proliferativen Faktor TNF-alpha down-regulieren.