Modulation des Wachstums und der Bestrahlungs- und Chemosensitivität von humanen malignen Gliomzellen unter Azidose und Hypoxie

Abstract

Azidose und Hypoxie sind wichtige Komponenten des Mikromilieus von Glioblastomen und anderen soliden Tumoren. Dennoch sind ihre Auswirkungen auf die bestehenden Therapieoptionen des Glioblastoms bislang nur unzureichend untersucht. Die vorliegende Arbeit liefert einen Einblick vor allem hinsichtlich der Auswirkung von extrazellulärer Azidose auf Wachstum, Strahlen- und Chemosensitivität sowie der Bedeutung von Hypoxie für die Chemosensitivität bei malignen Gliomzellen. Dabei wurde zunächst das Wachstum der Tumorzellen unter Azidose untersucht. Hierbei war eine Wachstumshemmung vor allem in Zellen mit Wildtyp-p53 nachweisbar. Die Proliferation wurde jedoch in diesen Zellen nicht durch ein dominant-negatives p53 beeinflusst. Die durchflusszytometrischen Untersuchungen ergaben keinen veränderten Zellzyklus unter Azidose. Weiter zeigten die Versuche zur Bestrahlungssensitivität unter Azidose je nach Zelllinie und pH-Wert ein komplexes Bild mit überwiegender Resistenz, zum Teil jedoch auch erhöhter Sensitivität gegenüber Strahlentherapie, so dass keine klaren Schlussfolgerungen zum Einfluss von Azidose auf eine Strahlentherapie in vivo möglich sind. Die Untersuchungen zur Chemosensitivität der Glioblastomzellen unter extrazellulärer Azidose ergaben bei allen untersuchten Zelllinien eine Resistenz gegenüber vielen Chemotherapeutika, darunter Cisplatin, Gemcitabin, Temozolomid, Teniposid und Vincristin. Dabei war die Abschwächung der Wirkung von Temozolomid unter Azidose von besonderer Bedeutung, da dieser Wirkstoff als einer der wenigen wirksameren Chemotherapeutika beim Glioblastom gilt. Überraschend war bei diesen Untersuchungen die einzig bei Lomustin unter Azidose auftretende verstärkte Zytotoxizität. Als wahrscheinlicher Mechanismus wurde eine verlängerte Wirksamkeit von Lomustin unter Azidose nachgewiesen. Eine Zwischenstellung nahm Topotecan ein, da abhängig von Zelllinie und Azidoseausmaß eine Resistenz oder aber verstärkte Zytotoxizität unter Azidose möglich war. Als weiterer Resistenzmechanismus neben der Stabilitätsveränderung unter Azidose wurde als nächstes die Aktivität eines multidrug resistance-Transporters (P-Glykoprotein) bestimmt. Dabei zeigten sich unter Azidose jedoch keine Veränderungen seiner Aktivität, so dass ein verstärkter Efflux durch P-Glykoprotein als Mechanismus der Chemoresistenz bei Glioblastomzellen unter Azidose keine Rolle zu spielen scheint. Untersuchungen zur Chemosensitivität der malignen Gliomzellen unter Hypoxie zeigten für alle untersuchten Chemotherapeutika (Lomustin, Cisplatin, Gemcitabin, Teniposid, Topotecan und Vincristin) eine Resistenz. Die vorliegende Arbeit liefert somit einige Grundlagen für das Verständnis der Auswirkung von Azidose auf Wachstum, Bestrahlungs- und Chemosensitivität sowie von Hypoxie auf die Chemosensitivität von malignen Gliomzellen und kann daher möglicherweise zur Entwicklung wirksamerer Therapiestrategien für Glioblastome beitragen.

Glioblastoma commonly is characterized by acidosis and hypoxia and the histologic features of tissue necrosis and neovascularization. This work shows the effects of extracellular acidosis on growth and response to chemotherapy and irradiation and furthermore the effects of hypoxia on the response to chemotherapy in cultured human malignant glioma cells. Mild acidosis (pH 7,0) inhibited the growth of cell lines that retained wild type p53 activity but did not inhibit the growth of cell lines that were devoid of p53 function. The proliferation was not influenced by a dominant-negative p53, suggesting that loss of p53 activity per se does not mediate escape from acidosis-induced growth inhibition. Moderate acidosis (pH 6,6) inhibited the growth of all cell lines. This acidosis-mediated growth arrest was not associated with a specific type of cell cycle arrest. The changes in radiosensitivity caused by acidosis were not consistent. However acidosis enhanced the cytotoxic effects of lomustine, but conferred protection from cisplatin, gemcitabine, temozolomide, teniposide and vincristine. Topotecan offered resistance but also enhanced cytotoxic effects depending on the degree of acidosis and the cell line. Lomustine exhibited enhanced stability at low pH, providing a putative mechanism for the enhanced cytotoxic effect of lomustine in acidotic conditions. Decreased sensitivity to the other drugs did not result from altered multidrug resistance drug transport activity (p-gp, p-glycoprotein). Hypoxia caused resistance to all examined drugs (lomustine, cisplatin, gemcitabine, temozolomide, teniposide, topotecan and vincristine). Taken together, these results suggest that tissue acidosis and hypoxia may be an important determinant of glioma cell responses to radiochemotherapy.