Lorenz Biggemann

• In der Onkologie bleibt das grundlegende Ziel, neue Strukturen zu identifizieren und ihre Eignung für therapeutische Ansätze zu prüfen. Seit einigen Jahren wird der Stoffwechsel von Tumoren als zur Entwicklung neuer Therapiestrategien untersucht, nachdem dieser bereits Anfang des 20. Jahrhunderts im Fokus des wissenschaftlichen Interesses stand. So berichtete der Nobelpreisträger Otto Warburg bereits im Jahr 1923 über eine starke Bildung von Milchsäure an Gewebeschnitten solider Tumoren in Gegenwart von Sauerstoff. Für diese Eigenschaft vonIn der Onkologie bleibt das grundlegende Ziel, neue Strukturen zu identifizieren und ihre Eignung für therapeutische Ansätze zu prüfen. Seit einigen Jahren wird der Stoffwechsel von Tumoren als zur Entwicklung neuer Therapiestrategien untersucht, nachdem dieser bereits Anfang des 20. Jahrhunderts im Fokus des wissenschaftlichen Interesses stand. So berichtete der Nobelpreisträger Otto Warburg bereits im Jahr 1923 über eine starke Bildung von Milchsäure an Gewebeschnitten solider Tumoren in Gegenwart von Sauerstoff. Für diese Eigenschaft von Tumoren, die bei normalen Körperzellen nicht beobachtet wird, hat sich die Bezeichnung „Warburg-Effekt“ durchgesetzt, der als Anpassung an die in soliden Tumoren vorherrschenden Sauerstoffbedingungen interpretiert wird. Der Warburg-Effekt führt dazu, dass Tumorzellen einen so genannten glykolytische Stoffwechsel aufweisen, der durch einen hohen Glukoseumsatz in der Glykolyse und eine massive Bildung von Laktat charakterisiert ist. Wird die Tumorzelle daran gehindert, die für die Glykolyse notwendigen Reduktionsäquivalente mit Hilfe der Laktatdehydrogenase zu reoxidieren, verringert sich der Umsatz von Glukose über die Glykolyse und die Tumorzelle gerät in ein Energiedefizit. Wird die Tumorzelle daran gehindert, Laktat aus dem Zellinne-ren über die Transporter MCT1 und MCT4 nach außen zu schleusen, so kommt es zu einer intrazellulären Übersäuerung. Beide Strategien führen zum Zelltod. Als Hemmstoff für die Zielstruktur Laktatdehydrogenase wurde Natri-umoxamat (NaOx) und als Hemmstoff für die Zielstruktur MCT1 bzw. MCT4 wurde α-Cyano-4-Hydroxyzimtsäure (CHC) gewählt. Ihre Wirkung auf die Zellvitalität und den Zellstoffwechsel wurde an der Zervixkarzinomzelllinie SiHa und der kolorektalen Adenokarzinomzelllinie WiDr untersucht, die beide sowohl die Laktatdehydrogenase LDH-A als auch die Monocarboxylat-Transporter MCT1 und MCT4 exprimieren. Die Untersuchungen zum Tumorstoffwechsel wurden bei Sauerstoffkonzentrationen von 5 % und 1 % durchgeführt. Bei SiHa war die Hemmung des Laktatexports durch den MCT-Inhibitor CHC erfolgreich und bewirkte eine starke Inhibition des Zellwachstums auch in Hypoxie (1 % Sauerstoff). Die Inkubation mit CHC führte bereits nach 48 Stunden zu zelltoxischen Effekten; nach 120 Stunden lag der Anteil vitaler Zellen nur noch bei 50 %. Die CHC-vermittelte Hemmung der MCT verringerte bei SiHa den Verbrauch an Glukose um ca. 50 % und die Produktion von Laktat um ca. 40 % nach 24 Stunden. Auch bei WiDr wurden durch CHC ausgelöste zelltoxische Effekte bereits nach 24 Stunden beobachtet. Die Hemmung der Laktatdehydrogenase verminderte in beiden Tumorzelllinien eindeutig die Laktatbildung und gleichzeitig den Glukoseverbrauch um mehr als 50 % innerhalb von 24 Stunden. Dabei nahm die Wirksamkeit der LDH-Inhibition mit abnehmender Sauerstoffkonzentration zu. Während das Zellwachstum bei 5 % Sauerstoff verzögert war, nahm bei 1 % Sauerstoff der Anteil vitaler Zellen um ca. 50 % ab. Die Daten zur Kombination aus Natriumoxamat und 5-FU belegen, dass die Inhibition der Laktatdehydrogenase die Wirksamkeit von 5-FU erhöht und dass diese Kombination nicht nur bei 21 % Sauerstoff wirksam ist, sondern auch bei der für Tumoren physiologisch relevanteren Sauerstoffkonzentration von 1 %. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit bestätigen als „proof of concept“, dass die Hemmung der Laktatdehydrogenase und der MCT zur Inhibition des glykolytischen Stoffwechsels von Tumorzellen führt. Weitere Untersuchungen sind zweifelsohne notwendig, um die molekularen Mechanismen im Detail zu verstehen, doch scheinen beide Strategien über das prinzipielle Potential zur Entwicklung einer neuartigen Form der Krebstherapie zu verfügen. Dabei wird sicherlich von Bedeutung sein, dass beide Strategien insbesondere in Hypoxie, in der die Wirksamkeit von Chemotherapeutika und Strahlentherapie begrenzt ist, ebenfalls Effekte aufweisen.…
• Studies on the anticancer potential of target structures in the lactate metabolism of tumour cells