Der Einfluss des Immunsystems auf die peritoneale Ausbreitung von Ovarialkarzinomen

Eines der Hauptprobleme bei der Behandlung von Eierstockkrebs ist die früh auftretende, lokale Metastasierung im Peritoneum, die zu einer hohen Sterblichkeitsrate führt. Die zugrundeliegenden Mechanismen für diese peritoneale Metastasierung scheinen sich grundlegend von jenen der Fernmetastasierung (über Blut- oder Lymphgefäße) zu unterscheiden. Laut aktuellen Studien beeinflusst das Immunsystem im Peritoneum das lokale Metastasierungsverhalten stark, wohingegen bei Fernmetastasierung Epithelial-mesenchymale Transition (EMT) bzw. anschließende Mesenchymal epitheliale (MET) Transition die wichtigsten Mechanismen darstellen. In diesem Projekt möchten wir zwei klinisch unterscheidbare Arten von peritonealer Tumorausbreitung molekular definieren: i) miliar, d.h. viele kleine Tumorauflagerungen im Gegensatz zu ii) nicht-miliar, d.h. wenige größere Tumorknoten (oder nur retroperitoneale Lymphknotenmetastasen). Das Ziel dieses Projekts ist eine integrative Analyse mehrerer Omics-Daten (lange RNAs, miRs und Exom), die mit der neuen Standardmethode Next Generation Sequencing generiert werden. Sowohl verschiedene Gewebe (Blut, Aszites und Ovartumor und Peritonealmetastase) als auch deren Subfraktionen (Immun- und Tumorzellen) werden analysiert. Zusätzlich werden die zellulären Bestandteile der Gewebesubfraktionen mittels Durchflusszytometrie und Immunofluoreszenzfärbung charakterisiert; die subzellulären Fraktionen mittels Immunoassays und Metabolomik. Alle Ergebnisse werden schließlich integriert, um die zwei Tumorausbreitungstypen, miliar und nicht-miliar, zu charakterisieren. Erste Daten zeigen drei grobe Unterschiede zwischen Patientinnen mit miliarer Tumorausbreitung im Vergleich zu nicht-miliarer Ausbreitung: i) Die Tumorzellen sind epithelialer. ii) Das Immunsystem ist weniger proinflammatorisch. Und iii) Patientinnen dieser Gruppe haben ein signifikant schlechteres Überleben. Diese Ergebnisse werfen die Frage alternativer Therapien für diese Patientinnen auf. Das Alleinstellungsmerkmal dieses Projekts ist die Etablierung integrativer Analysestrategien, die sowohl Omics-, als auch niedrigdimensionale Daten inkludiert, insbesondere im Hinblick auf biologische Netzwerke. Wir widmen uns damit der klinisch äußerst relevanten Frage, wie sich die zwei verschiedenen Tumorausbreitungstypen unterscheiden. Wir sind überzeugt, dass dieses system- medizinische Konzept der integrativen Analyse die Zukunft der translationalen Krebsforschung darstellt.

In diesem Projekt wurde die Biologie zweier Typen von Tumorwachstum im Peritonealraum (der Bauchhöhle) von Eierstockkrebspatientinnen vom häufigsten histologischen Typ, dem hochgradig serösen Eierstockkrebs, untersucht. Der erste mit vielen kleinen Tumoren an den Bauchraumwänden (miliar) mit schlechter Prognose und der zweite mit wenigen großen Tumoren (non-miliar) mit besserer Prognose. Ersterer ist gekennzeichnet durch eine epithelialere (ursprünglichere) Zellcharakteristik, vmtl. abstammend von den Eileitern, einer stärkeren systemischen und lokalen Entzündungsreaktion, einer geringeren erworbenen Immunantwort, daher auch vmtl. einer geringeren Ansprechrate auf klassische Immuntherapien. Zweitere zeichnet sich durch eine mesenchymalere (malignere) Zellcharakteristik aus, die in anderen Tumortypen eher eine schlechtere Prognose verursachen würde, im Eierstockkrebs aber nicht, da die dadurch geföderte Fernmetastasierung eine geringere Rolle spielt. Epithelialere Zellen haben es leichter sich an die Bauchraumwand anzuheften und lokale Metastasen zu bilden, der häufigsten Komplikation beim Eiertockkrebs. Klassische Marker für eine Inhibierung der Immunantwort durch den Tumor (PD-1, PD-L1) korrelieren im Eierstockkrebs mit einer besseren Prognose, anders als in den meisten anderen Tumortypen, wie z.B. dem malignen Melanom oder dem Lungenkrebs. Vmtl. hängt dieser verkehrte Zusammenhang mit der Mutationsrate in den Tumortypen zusammen. Eierstockkrebs ist mit wenigen Mutationen assoziiert, das Melanom oder der Lungenkrebs mit vielen. Zusätzlich ist die Menge der Marker für eine Inhibierung der Immunantwort direkt mit der Menge der Proteine korreliert, die normalerweise ihr gesamtes Selbst dem Immunsystem präsentieren und damit signalisieren, dass alles in Ordnung ist. Die Tumore mit niedriger Markerkonzentration haben zusätzlich eine verringerte Präsentation, was sie suspekt und daher angreifbar für das Immunsystem macht. Das könnte für die schlechtere Prognose mit verantwortlich sein. Interssanterweiser ist aber eine höhere Frequenz an PD-1 Markern auf tumorinfiltrierenden Immunzellen mit einer besseren Prognose aber eine höhere Frequenz an PD-L1 Markern auf Immunzellen mit einer schlechteren Prognose assoziiert. Ersteres macht die Immunzellen vmtl. anfälliger auf ihre Inhibierung (gut für den Patienten), zweitere inhibieren vmtl. selbst das Immunsystem (schlecht für den Patienten). Weiters wurde ein Zusammenhang zwischen dem non-miliaren Tumortyp und der Aktivität von neutrophilen Immunzellen (ein Teil der angeborenen Immunantwort) entdeckt, insbesonders mit einer deren Funktionen, der Bildung von Neutrophil Extracellular Traps, abgekürzt NETs. Zusätzlich mit den NETs wird das Protein S100A8 aus den Zellen entlassen und das Verhältnis von S100A8 zu dem klassischen Inflammationsmarker C-Reaktives Protein (CRP) in der Bauchraumflüssigkeit korreliert positiv mit dem non-miliaren Tumortyp und, wenn hoch, mit längerem Überleben.