Zytotoxizität von Treosulfan nach Glutathiondepletion durch BSO bei humanen Glioblastomzellen

Abstract

Hintergrund: Trotz beachtlicher Fortschritte in der Tumortherapie, wurde für Patienten mit malignem Gliom, dem häufigsten hirneigenen Tumor im Erwachsenenalter, die Prognose kaum verbessert. Zytostatikaresistenz ist ein entscheidender Faktor, durch den die Chemotherapie maligner Gliome nur zu unbefriedigenden Ergebnissen führt. In einer kürzlich erschienen Arbeit konnte an zwei Zelllinien maligner Gliome die Zytostaikaresistenz durch eine Kombinationsbehandlung mit Treosulfan, einem Alkylanz, und D, L-Buthionin-[S, R]-Sulfoximin (BSO), ein Glutathion-Synthetase-Hemmer, überwunden werden. In der Literatur gibt es Hinweise auf eine Beteiligung von Glutathion bei der Zellantwort auf CD95L und TNF-alpha. Deshalb wurde untersucht, ob eine Resistenzüberwindung durch Glutathion-Depletion mit BSO und die damit verbundene erhöhte Empfindlichkeit gegenüber der Zytotoxizität von Treosulfan möglicherweise mit dem CD95/CD95L-System in Verbindung steht. Maligne Gliomzellen sind gegenüber TNF-alpha-vermittelte Zytotoxizität nicht empfindlich. Daher war auch von Interesse, ob bei malignen Gliomzellen durch BSO gegenüber TNF-alpha Zytotoxizität induziert werden kann. Methoden und Ergebnisse: Alle zwölf humanen malignen Gliomzelllinien (T98G, LN-229, LN-18, LN-428, LN-319, LN-308, U251MG, U138MG, U373MG, U87MG, D247MG, A172) und die Rattengliomzelllinie C6 reagierten in der Zellkultur auf eine BSO-Behandlung im Konzentrationsbereich von 1 bis 1000 µM mit einer konzentrationsabhängigen Glutathion-Depletion. Bei allen Zelllinien wurde ein synergistischer, zytotoxischer Effekt für die Behandlung mit Treosulfan und BSO erzielt. Im Gegensatz dazu führte eine Glutathion-Depletion durch BSO bei keiner der Zelllinien zu einer erhöhten Empfindlichkeit gegenüber CD95L- oder TNF-alpha-vermittelter Apoptose. Durch eine Glutathion-Depletion mit BSO konnte die Resistenz maligner Gliomzellen gegenüber TNF-alpha-vermittelter Apoptose nicht überwunden werden. Keine der zwölf humanen malignen Gliomzelllinien zeigte nach Inkubation mit BSO eine Veränderung der CD95-Expression, CD95L vermindert nicht den Glutathion-Gehalt humaner Gliomzelllinien und eine Präexposition der Zellen mit CD95L führt nicht zu einer erhöhten Sensibilität gegenüber der Zytotoxizität von Treosulfan. Bei gleichzeitiger Exposition maligner Gliomzellen gegenüber Treosulfan und CD95L, mit oder ohne BSO, zeigten sich additive, aber keine synergistischen Effekte der Zytotoxizität beider Substanzen. Auch bei crm-A transfizierter Zelllinien, die resistent gegen CD95L-vermittelte Apoptose sind, konnte eine verstärkte Zytotoxizität von Treosulfan durch Glutathion-Depletion mittels BSO nachgewiesen werden. Bei der Rattengliomzelllinie C6 wurde ebenfalls ein synergistischer Effekt für die Zytotoxizität von BSO und Treosulfan erzeugt. In-vivo konnte im C6-Ratten-Gliommodell an Sprague Dawley-Ratten durch Treosulfan eine Reduktion des Tumorvolumens von 18% gegenüber den Kontrollen induziert werden. Durch eine Kombinationsbehandlung mit Treosulfan und BSO wurde eine Reduktion des mittleren Tumorvolumens von 59% erzielt, BSO alleine zeigte keinen signifikanten Effekt Schlussfolgerung: Bei allen hier untersuchten Zelllinien kann ein synergistischer Effekt der Zytotoxizität für die Behandlung mit Treosulfan und BSO erzielt werden. Jedoch hat eine Glutathion-Depletion keinen Einfluss auf CD95L- oder TNF-alpha-vermittelte Apoptose und für CD95L und Treosulfan bestehen lediglich additive, zytotoxische Effekte. Somit zeigt sich die gesteigerte Zytotoxizität von Treosulfan durch BSO unabhängig vom CD95/CD95L-System. Der synergistische, zytotoxische Effekt von Treosulfan und BSO kann auch im Tiermodell erzeugt werden und bewirkt dort eine deutlich größere Tumorvolumenreduktion als eine Treosulfan-Monobehandlung.

Cytotoxicity of treosulfan after BSO-induced glutathione depletion in glioma cells.

The glutathione synthase inhibitor, buthionine sulfoximine (BSO), specifically enhances the cytotoxic effects of treosulfan in human glioma cells. BSO depletes glutathione and greatly enhances treosulfan cytotoxicity in all the 12 human malignant glioma cell lines examined. None of these cell lines showed enhanced susceptibility to CD95L- or tumor necrosis factor (TNF)-alpha-induced apoptosis when glutathione is depleted. The combination of serial systemic BSO applications (300 mg/kg) and a single systemic dose of treosulfan (2.5 g/kg) reduced the growth of intracranially growing rat C6 gliomas in vivo by 73% whereas treosulfan alone reduced tumor growth by 16% and BSO alone had no effect. BSO lowered glutathione levels to 25-30% in peripheral blood mononuclear cells (PBMC) and to 50% in the glioma tissue. The glutathione levels in the non-tumor-bearing contralateral hemisphere were unaffected by systemic BSO treatment. The main side effects of treosulfan, gastrointestinal and bone marrow toxicity, were not significantly enhanced by BSO.