-Originalia-
Erfassung einer potenziell minimal residualen Tumorerkrankung bei soliden Tumoren – Chancen und Grenzen
Heike Allgayer
Zusammenfassung
Auch solide Tumoren wie Mamma-, Magen- und Colonkarzinome sind möglicherweise schon in einem frühen Stadium, ähnlich hämopoetischen Malignomen, als Systemerkrankung zu betrachten. Eine sog. minimal residuale Tumorerkrankung (MRD) als Resultat einer frühsystemischen Streuung von Tumoreinzelzellen durch den Primärtumor wird für solide Karzinome seit mehreren Jahren diskutiert und als Ursache der häufig auftretenden Rezidive auch nach kurativer Resektion des Primärtumors angesehen. Der Nachweis der MRD wurde in den letzten Jahren in erster Linie immunzytochemisch erbracht, indem die ausschließlich auf epithelialen Zellen vorkommenden Zytokeratinantigene auf dem mesenchymalen Hintergrund des Knochenmarks die Diagnose disseminierter Tumoreinzelzellen ermöglichten. Der prognostisch-klinische und auch biologische Stellenwert der Detektion dieser Zellen insbesondere zum Zeitpunkt der primären Operation wird jedoch aufgrund gegensätzlicher Ergebnisse zahlreicher Studien nach wie vor kontrovers diskutiert. Insbesondere Studien, die im Rahmen der postoperativen Nachsorge eine Änderung des Status der disseminierten Tumorzellen in vielen Patienten zeigten, legen nahe, dass nicht der alleinige Nachweis disseminierter Tumorzellen zum Operationszeitpunkt, sondern vielmehr der zeitliche Längsschnittverlauf und vor allem eine präzisere phänotypische Charakterisierung dieser Zellen in der Lage sein werden, die tatsächliche metastatische und prognostische Relevanz dieser disseminierten Tumorzellen zu charakterisieren. Erste Ansätze hierzu wurden und werden bereits u. a. durch molekularbiologische Ansätze unternommen, die mit großer Wahrscheinlichkeit zu einem umfassenderen, biologisch-molekular orientierten Tumorstaging führen können. Anstrengungen zum therapeutischen Angriff der MRD werden bereits in ersten Studien verfolgt; jedoch kann im Augenblick der alleinige perioperative Nachweis disseminierter Tumorzellen noch nicht als entscheidendes Kriterium für die Auswahl eines bestimmten therapeutischen Konzeptes dienen. Bis dahin ist aber die Bestimmung disseminierter Tumorzellen vor allem für die Beobachtung der postoperativen Entwicklung einer potentiellen MRD im individuellen Patienten, zur Früherkennung einer möglichen Rezidivtendenz auch z. B. nach erfolgter Chemotherapie, sinnvoll.
Schlüsselwörter: Minimal residuale Tumorerkrankung – disseminierte Tumorzellen – solides Karzinom – klinische Prognose – biologische Phänotypisierung
Einleitung
Trotz Standardisierung und Optimierung sowohl der chirurgischen wie auch der multimodalen Tumortherapie konnte die klinische Prognose einiger Krebserkrankungen im letzten Jahrzehnt kaum verbessert werden. Als eine der wesentlichen Ursachen hierfür wird, neben der Expression verschiedener Faktoren, die z. B. Zellwachstum, Transformation und die metastatische Kapazität des Primärtumors beeinflussen [1-6], die Existenz einer frühen minimal residualen Tumorerkrankung (MRD) angesehen. Diese MRD wurde von zahlreichen Arbeitsgruppen während der letzten Jahre hauptsächlich immunzytochemisch im Knochenmark von Patienten mit z. B. Mamma-, Magen-, Colon-, Prostata- und Bronchialkarzinomen untersucht, wobei hauptsächlich epithelspezifische Zytokeratine als Detektionsmarker eingesetzt wurden [7-19]. Obwohl bis dato der Nachweis, dass es sich bei den detektierten Einzelzellen tatsächlich ausschließlich um Tumorzellen handelt, nicht definitiv erbracht wurde, wurde aufgrund von Vergleichsstudien mit Nicht-Tumorpatienten sowie einer plausiblen Korrelation mit der Klinik (makroskopische Tumorstadien, Längsschnittverlauf) zunehmend von dem tatsächlichen Nachweis einer MRD mit ausreichender Sensitivität und Spezifität ausgegangen.
Die einfache und relativ kostengünstige Durchführbarkeit des Nachweises disseminierter Tumorzellen gerade während der primären Tumoroperation sowie der Einsatz neuerer, noch sensitiverer Methoden wie z. B. der PCR [20, 21] hat in letzter Zeit zu einer weiten Akzeptanz disseminierter Tumorzellen als Repräsentanten einer biologisch existenten und prognostisch relevanten MRD geführt [22]. Eine kritische Betrachtung der vorliegenden, zum Teil kontroversen Studien zeigt aber, dass diese Ansicht zugunsten einer differenzierteren Einschätzung der Aussagekraft dieses Nachweises hinsichtlich klinischer Diagnostik und Therapie modifiziert werden sollte. Die folgende Kurzübersicht soll aufzeigen, welche Chancen und Grenzen der Nachweis minimal residualer Tumorzellen im Augenblick beinhaltet.
Nachweis disseminierter Tumorzellen im Knochenmark zum Zeitpunkt der primären Tumoroperation – Grenzen der prognostischen Aussagekraft
Die meisten bisherigen Studien zur MRD basierten ausschließlich auf dem Nachweis disseminierter Tumoreinzelzellen im Knochenmark bei primärer Tumoroperation. Die ersten Studien insbesondere zum Mammakarzinom und die bisher einzige prospektive prognostische Studie an 88 Patienten mit Colonkarzinom [7-9, 14] hatten sich als vielversprechend erwiesen, da sie eine Korrelation des qualitativen Nachweises dieser Zellen zum Operationszeitpunkt mit der klinischen Prognose gezeigt hatten. Die prognostische Bedeutung eines solchen perioperativen Nachweises disseminierter Tumorzellen im Knochenmark ist jedoch durch verschiedene andere Studien sowie durch eine umfassend durchgeführte Metaanalyse [23] relativiert worden. Eine unabhängige prognostische Relevanz des perioperativen Tumorzellstatus wird am ehesten, jedoch bereits mit Vorbehalt, für das Mammakarzinom diskutiert. Eine Studie unserer Arbeitsgruppe mit immunzytochemischer Methodik zum colorektalen Karzinom hat die eigenständige prognostische Bedeutung an einem Kollektiv von 161 kurativ resezierten Patienten bisher nicht bestätigt [24]. Auch beim Magenkarzinom zeigt die kritische Betrachtung der vorliegenden Studien, dass zwar eine Prognoseassoziation möglich ist, insbesondere wenn die Quantität der detektierten Tumorzellen mit einbezogen wird, dass aber der perioperative Nachweis disseminierter Tumorzellen im Knochenmark keineswegs global, sondern nur für bestimmte Subgruppen einen unabhängigen Prognoseparameter darstellt [18]. Ähnliches gilt für das Ösophaguskarzinom, bei welchem eine prognostische Bedeutung für die Tumorzelldissemination im Knochenmark aufgrund gegensätzlicher Ergebnisse verschiedener Studien noch offen ist [25-27].
Eine kritische Betrachtung aller bislang vorliegenden Daten legt bei verschiedenen Tumorentitäten zwar eine gewisse Assoziation zwischen der Tumorzelldissemination und der klinischen Prognose des Patienten nahe, kann jedoch den perioperativen Zellnachweis keinesfalls widerspruchsfrei als neuen unabhängigen Prognoseparameter werten. Dies ist auch plausibel, denn zum Operationszeitpunkt liegen bei noch vorhandenem Primärtumor als potentiellem Streuherd bzw. durch die Einschwemmung epithelialer Zellen in die Blutbahn durch das operative Trauma zwei Einflussvariablen vor, die einen falsch positiven Nachweis biologisch irrelevanter Zellen möglich erscheinen lassen.
Nachweis disseminierter Tumoreinzelzellen in lokoregionären Lymphknoten
Anders scheint die Situation bei der Tumorzelldissemination in den lokoregionären Lymphknoten zu sein. Hier legen verschiedene publizierte Studien die begründete Vermutung nahe, dass der Nachweis von disseminierten Tumorzellen im Lymphknoten stark mit der Prognose assoziiert ist [25, 28, 29]. Studien, welche gleichzeitig den Tumorzellnachweis im Knochenmark und im Lymphknoten führten, zeigten aber auch, dass diese Situationen biologisch keineswegs als vergleichbar angesehen werden können [25, 28, 29] und zudem statistisch keine Korrelation aufwiesen. Die lymphatische Mikrodissemination ist also biologisch unterschiedlich und womöglich nicht, wie die Dissemination in das Knochenmark, Indikator einer systemischen hämatogenen Streuung.
Chancen durch Beobachtung des zeitlichen Längschnittverlaufs und durch molekulare Phänotypisierung
Der Pool disseminierter Tumorzellen umfasst potentiell verschiedenste Tumorzellen mit unterschiedlichster metastatischer Kapazität, wie es auch bereits 1977 für primäre Tumoren demonstriert wurde [30]. Diese Hypothese wird durch die Studien unterstützt, die über den perioperativen Tumorzellnachweis im Knochenmark hinaus eine Längsschnittbeobachtung der Tumorzellentwicklung im Rahmen der Nachsorge von kurativ operierten Patienten vorgenommen haben. Eine erste Studie hierzu von Mansi et al. beim Mammakarzinom [17] beobachtete eine Elimination primär disseminierter Tumorzellen im Längsschnittverlauf in einem Großteil der beobachteten Patienten, eine kleine Studie von Schlimok et al. [31] bei nahezu 50%. Eine eigene Studie an 78 kurativ resezierten Patienten mit Magenkarzinom mit primär sowohl positivem als auch negativem Tumorzellstatus im Knochenmark beobachtete in 36% der Fälle eine Änderung des Tumorzellstatus im postoperativen Verlauf von positiv nach negativ und umgekehrt [32]. Die postoperative Entwicklung disseminierter Tumorzellen korrelierte nun aber signifikant mit der späteren Überlebenswahrscheinlichkeit der betreffenden Patienten, wobei Patienten mit ansteigender Tumorzellzahl bzw. kontinuierlich hohem Zellnachweis später meist ein klinisches Rezidiv entwickelten. Hingegen blieben die Patienten mit Tumorzellelimination oder kontinuierlich niedrigen Tumorzellzahlen in der Regel klinisch unauffällig. Diese Ergebnisse sprechen zusammengefasst dafür, dass erst die zeitliche Auseinandersetzung der mit unterschiedlichen phänotypischen Eigenschaften ausgestatteten Tumorzellen mit den Bedingungen des Organismus die biologisch-klinische Manifestation einer minimal residualen Tumorkomponente bedingt. Eine Phänotypisierung der MRD hinsichtlich ihres biologisch-metastatischen Potentials halten wir daher für die Anwendung der MRD als Prognosefaktor und als zukünftiges therapeutisches Angriffsziel für entscheidend. Ein erster Ansatz hierzu wurde von unserer Arbeitsgruppe mit der Definition des Urokinasetyp-Plasminogen-Aktivator-Rezeptors versucht, der bei der Phänotypisierung zytokeratin-positiver Zellen im Knochenmark in der Lage war, eine deutliche Prognoseassoziation u-PAR-positiver Zellen aufzuzeigen. Der Nachweis einer u-PAR-Expression korrelierte zudem mit der im Follow-up in Nachpunktionen beobachteten quantitativen Zunahme der Tumorzellzahl und postulierte damit eine Positivselektion von Zellen mit dem u-PAR-Phänotyp in vivo [32, 33]. Die doppelt-immunozytochemische Methode basierte auf dem Protokoll von Riesenberg et al., die damit bei disseminierten Tumorzellen des Prostatakarzinoms vielversprechende Ergebnisse zum PSA-Nachweis demonstriert hatten [12]. Andere Untersuchungen zeigten eine differentielle Expression von z. B. dem c-erbB-2 Onkogen oder MHC Klasse I auf disseminierten Tumorzellen [34-36]. Der Nachweis solcher biologisch aussagekräftiger Antigene ließ eine erste Interpretation zum funktionellen Status dieser Zellen (z. B. "dormancy", Apoptose, proliferatives und metastatisches Potential) zu [11, 31, 37, 38].
Aktuell weiterführende Analysen auf genetischer Ebene (z. B. durch komparative Genomanalyse, Einzelzell-PCR und Microarray-Technik) sollten in Zukunft in der Lage sein noch umfassender molekulare Marker zu definieren, die eine Abschätzung der individuellen metastatischen Relevanz dieser Zellen ermöglichen [39]. Langfristig halten wir es für denkbar, dass die umfassende molekular-phänotypische Charakterisierung eine detaillierte Abschätzung des auch klinischen Risikos einer nachgewiesenen Tumorzelldissemination aufgrund der Biologie dieser Zellen ermöglicht.
Therapeutische Ansätze
Angesichts der Entwicklung hin zu einer immer präziseren Phänotypisierung disseminierter Tumorzellen und einer dadurch bald verbesserten Identifizierbarkeit einer biologisch-klinisch relevanten MRD erscheint es sehr wichtig Strategien zu entwickeln, welche die tatsächliche MRD therapeutisch eliminieren kann. Es ist unserer Ansicht nach jedoch unwahrscheinlich, dass ein relativ unspezifischer therapeutischer Ansatz hier erfolgreich sein kann. So konnte durch Chemotherapie bisher kein signifikanter Effekt auf minimal residuale Tumorzellen gezeigt werden [42]. Die bisher einzige publizierte prospektiv-randomisierte Studie, welche immuntherapeutisch auf die Elimination disseminierter Tumorzellen durch einen monoklonalen Antikörper abzielt, wurde von Riethmüller et al. vorgelegt. Diese erste Studie an 189 Patienten verwendete einen Antikörper gegen 17-1A, ein auf vielen epithelialen Zellen vorkommendes membranständiges Glykoprotein [40], im adjuvanten Therapieansatz bei Patienten mit kurativ reseziertem colorektalen Karzinom und demonstrierte eine signifikante Prognoseverbesserung [41]. Diese Studie wurde jedoch ohne Stratifizierung hinsichtlich des Nachweises disseminierter Tumorzellen durchgeführt, ebenso erfolgte kein Monitoring disseminierter Tumorzellen. Der diskutierte Wirkmechanismus, die Elimination disseminierter Tumorzellen durch den Antikörper 17-1A, konnte daher in dieser Studie nicht gezeigt werden.
Dennoch ist es in Zukunft vorstellbar, dass immuntherapeutische Ansätze Instrumente zu einem therapeutischen Targeting der MRD sein könnten. Diese sollten jedoch möglichst unter Berücksichtigung molekularer Eigenschaften der individuellen MRD, in kontrollierten Studien stratifiziert, anhand des Nachweises disseminierter Tumorzellen überprüft werden. Eine weitere viel versprechende Chance sehen wir in molekular-gentechnologischen Strategien, die ebenfalls darauf abzielen können, individuell auf der MRD identifizierte molekulare Faktoren zu beeinflussen. Im Augenblick kann das Monitoring disseminierter Tumorzellen zumindest nach Applikation etablierter adjuvanter Therapien als Indikator für das weitere Überleben des Patienten verwendet werden, wie viel versprechende Arbeiten an Mammakarzinompatientinnen zeigen [42]
Zusammenfassung
Disseminierte Tumorzellen können bei differenzierter Auswertung durchaus als Indikatoren einer minimalen residualen Tumorerkrankung nach kurativer Operation des Karzinoms betrachtet werden. Das Vorliegen solcher disseminierter Tumorzellen vor allem perioperativ kann allerdings nur als ein Indiz der möglichen Entstehung einer manifesten MRD gesehen werden. Die wirkliche biologische Entstehung einer MRD hängt u. E. dann im Verlauf von der zeitlichen Auseinandersetzung phänotypischer Eigenschaften der Tumorzellen mit Umgebungsbedingungen ab. Wir sehen diese Zellen also zwar als eine notwendige Voraussetzung, aber keinesfalls als hinreichende Bedingung für das Zustandekommen einer späteren metastasierten Erkrankung. Umso wichtiger ist es Methoden voranzutreiben, die in der Lage sind das biologische Potenzial der Einzelzelle möglichst umfassend zu charakterisieren, wodurch bald u. U. tatsächlich schon zum Operationszeitpunkt eine Aussage über die biologisch-klinische Gefährlichkeit einzelner Zellen gemacht werden kann.
Der einfache Nachweis epithelialer Zellen im Knochenmark zum Operationszeitpunkt, sei es durch Immunzytochemie oder PCR, ist zum jetzigen Zeitpunkt noch kein wissenschaftlich fundierter Parameter, um daraus Therapieempfehlungen außerhalb von Studien ableiten zu können. Die Beobachtung des postoperativen zeitlichen Verlaufs der Entwicklung dieser Zellen kann dagegen durchaus Aussagen über die drohende Gefahr eines Tumorrezidivs sowie das outcome nach einer Chemotherapie ermöglichen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass, sobald eine zuverlässige detailliertere molekulare Charakterisierung dieser Zellen möglich ist, eine Eingliederung in biologisch-molekulare Stagingmodelle [43] zusammen mit anderen biologischen Parametern erfolgen wird, die in der Lage sein werden, Patienten hinsichtlich ihres individuellen Risikos präziser einschätzen zu können und ggf. auch entsprechend darauf basierenden neuen Therapiestrategien zuzuordnen.
Anschrift der Verfasserin:
PD Dr. med. Heike Allgayer, PhD
Chirurgische Klinik und Poliklinik, Klinikum Großhadern, Ludwig-Maximilians-Universität München, 81377 München. E-Mail: DAllgayer@aol.com
Telefon: 089-7095-1
Fax: 089-7004418
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