Der Internist

, Volume 46, Issue 8, pp 861–872

Molekulare Therapie in der Gastroenterologie und Hepatologie

Authors

  • J. Wedemeyer
    • Abteilung Gastroenterologie, Hepatologie und EndokrinologieMedizinische Hochschule Hannover
  • N. P. Malek
    • Abteilung Gastroenterologie, Hepatologie und EndokrinologieMedizinische Hochschule Hannover
  • M. P. Manns
    • Abteilung Gastroenterologie, Hepatologie und EndokrinologieMedizinische Hochschule Hannover
    • Abteilung Gastroenterologie, Hepatologie und EndokrinologieMedizinische Hochschule Hannover
    • Abteilung Gastroenterologie, Hepatologie und EndokrinologieMedizinische Hochschule
Schwerpunkt: Molekulare Ziele der Therapie

DOI: 10.1007/s00108-005-1462-1

Cite this article as:
Wedemeyer, J., Malek, N.P., Manns, M.P. et al. Internist (2005) 46: 861. doi:10.1007/s00108-005-1462-1
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Zusammenfassung

Mittels molekularer Techniken gewonnene Erkenntnisse haben in den letzten Jahren erheblichen Einfluss auf die Behandlung gastrointestinaler und hepatologischer Erkrankungen gewonnen. Die Diagnose bestimmter Erkrankungen wird nicht mehr allein phänotypisch, sondern aufgrund des Genotyps gestellt. Dies betrifft sowohl monogene Erkrankungen als auch die Identifikation von genetischen Risikokonstellationen (z. B. NOD2/CARD15-Mutation bei M. Crohn). Auch für die Therapieplanung bei viralen Erkrankungen wird eine erweiterte molekulare Diagnostik eingesetzt. Die Versuche, die Lebertransplantation in der Behandlung hereditärer Lebererkrankungen durch gezielte genetische Eingriffe (z. B. mittels viraler Vektoren) zu ersetzen, sind noch in der experimentellen Phase, aber die verwendeten Methoden haben bereits wegweisende Verbesserungen erfahren. Mit der molekularen Identifikation neuer Zielstrukturen war die Entwicklung maßgeschneiderter Therapien möglich. Diese finden insbesondere in der Behandlung chronisch entzündlicher Darmerkrankungen und gastrointestinaler Tumorerkrankungen Anwendung.

Schlüsselwörter

AntikörpertherapieGentherapieTNF-αMolekulare Diagnostik

Molecular therapy in gastroenterology and hepatology

Abstract

During recent years, molecular techniques have significantly impacted our understanding and therapeutic concepts in gastrointestinal and liver disease. In a number of diseases, diagnostic work-up includes molecular data that supplements the phenotypical evaluation. This includes monogenic diseases as well as the identification of genetic risk factors (e. g. NOD2/CARD15 mutation in Crohn’s disease) and viral disease. Attempts to replace liver transplantation in hereditary liver disease by targeted molecular interventions (e. g. via viral vectors) are still experimental, but the associated techniques have improved considerably. The molecular identification of therapeutic targets was followed by the development of specifically tailored therapeutics. These agents are mainly used in the treatment of chronic inflammatory bowel disease and gastrointestinal tumors.

Keywords

AntibodyGene therapyTNF-alphaMolecular diagnostics

Der Einfluss molekularbiologischer Erkenntnisse auf das pathophysiologische Verständnis gastroenterologischer und hepatologischer Erkrankungen ist erheblich und schlägt sich in der aktuellen Diagnostik und Therapie nieder. Auf Genomebene konnten viele krankheitsassoziierte mutierte oder polymorphe Loci charakterisiert werden, die zentral an der Pathophysiologie einzelner Krankheitsbilder beteiligt sind. Sie wirken als hereditärer Risikofaktor für die Krankheitsentwicklung (z. B. NOD2/CARD15 bei M. Crohn), als monogene Krankheitsursache (z. B. CTFR bei zystischer Fibrose) oder als erworbene genetische Abberation (z. B. APC beim kolorektalen Karzinom).

Das Verständnis für die Rolle bestimmter Mediatoren und ihrer intrazellulären Signalwege führt zur Definition molekularer Ziele für therapeutische Interventionen. Dies erlaubt eine effiziente Behandlung auch in ehemals therapierefraktären Situationen (z. B. Anti-Tumornekrosefaktor-α-Antikörper bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen). Auch die Spezifität der Medikamente lässt sich bei bekanntem molekularem Ziel schrittweise optimieren. Ein Beispiel dafür ist die antivirale Therapie bei Hepatitis B (Abb. 1). Während die Hemmung der HBV-DNA-Polymerase und reversen Transkriptase mit Nukleosid/Nukleotidanaloga der ersten Generation noch tägliche Dosen im Grammbereich erforderte, werden bei derzeit in Erprobung befindlichen Medikamenten nur noch Tagesdosen im Submilligrammbereich benötigt.
Abb. 1

Entwicklung der Tagesdosen zur Hemmung der Hepatitis-B-Virusreplikation durch Nukleosid-Nukleotidanaloga bei chronischer Hepatitis B (Jahreszahlen entsprechen der klinischen Verfügbarkeit)

Die Entwicklungen der molekularen Therapie in Gastroenterologie und Hepatologie sind vielfältig. Im vorliegenden Artikel werden exemplarisch Themen vorgestellt, die das Potenzial molekularer Therapie für diesen Bereich verdeutlichen.

Molekulare Diagnostik

Hepatologie

Während die molekulare Therapie vielfach noch vor dem Sprung von der experimentellen Phase in die reguläre klinische Anwendung steht, sind in der Diagnostik molekulare Nachweisverfahren bereits fest in die klinischen Algorithmen integriert. Für den Bereich der Lebererkrankungen betrifft dies einerseits die hereditären metabolischen Erkrankungen, andererseits gehört die molekulare Diagnostik auch bei den viralen Lebererkrankungen zum Standard.

Molekulare Nachweisverfahren sind bereits fest in klinische Algorithmen integriert

Die überwiegende Mehrheit der Patienten mit genetischer Hämochromatose weist Mutationen im HFE-Genlokus auf, der für ein atypisches HLA-Klasse-1-Protein kodiert. Durch Nachweis der homozygoten Mutation HFE Cys282Tyr oder der Compound-Heterozygotie mit His63Asp, lässt sich bei diesen Patienten die genetische Grundlage einer Eisenüberladung sichern. Daneben wurden aber auch andere Formen der genetischen Hämochromatose identifiziert, deren Mutationen im Transferrinrezeptor 2, Ferroportin 1 und auf Chromosom 1 lokalisiert sind [1].

Auch die genetische Basis des α1-Antitrypsinmangels lässt sich bei den meisten Patienten durch den molekularen Nachweis des PiZZ-Genotyps sichern, andere pathogene Allele sind demgegenüber deutlich seltener [2]. Molekulare Analysen haben hier gezeigt, dass auch der heterozygote Genotyp mit einer signifikanten Leberbeteiligung bis hin zur Zirrhose einhergehen kann [3].

Zuletzt sei noch auf den M. Meulengracht-Gilbert verwiesen. Diese ehemals rein klinische Diagnose lässt sich heute durch den Nachweis des UGT1A1*28-Promotorpolymorphismus positiv sichern [4].

Auch für den Bereich der viralen Lebererkrankungen haben molekulare Nachweisverfahren heute einen unverzichtbaren Stellenwert. Dies betrifft neben dem Nachweis und der Quantifizierung der viralen Replikation vor allem die Detektion von Resistenzmutation (z. B. Veränderungen im HBV-YMDD-Motiv), die ein Ansprechen auf antivirale Therapien verhindern können [5].

Chronisch entzündliche Darmerkrankungen

Den chronisch entzündlichen Darmerkrankungen M. Crohn und Colitis ulcerosa liegt ein multifaktorielles Geschehen aus genetischer Prädisposition und Umwelteinflüssen zugrunde [6]. Zeitgleich wurden von 3 unabhängigen Arbeitsgruppen Mutationen auf dem NOD2/CARD15-Gen nachgewiesen, die eine genetische Prädisposition für M. Crohn darstellen [7, 8, 9].

NOD2/CARD15 vermittelt intrazellulär die Monozytenaktivierung durch Muramyl-Dipeptid (MDP), einem Peptidoglykanbestandteil der Bakterienwand und spielt somit eine wichtige Rolle in der angeborenen Immunität [6, 10]. Durch die beschriebenen Mutationen wird diese Aktivierung möglicherweise abgeschwächt bis aufgehoben. Interessanterweise werden homozygote Mutationsträger nur bei M. Crohn aber nicht bei Colitis ulcerosa oder Kontrollpersonen gefunden [9]. Untersuchungen an großen Patientenkollektiven haben gezeigt, dass NOD2/CARD15-Mutationen mit einer Manifestation des M. Crohn im Ileum und rechten Kolon sowie mit einem frühen Manifestationsalter und einem schweren Verlauf assoziiert sind [11, 12, 13, 14]. Eine Assoziation mit dem Ansprechen auf eine Tumornekrosefaktor-α- (TNF-α) Antikörpertherapie konnte aber nicht nachgewiesen werden [15, 16].

Neben dem NOD2/CARD15-Gen wurden noch weitere Suszeptibilitätsloci für die Entstehung chronisch entzündlicher Darmerkrankungen beschrieben [17, 18, 19, 20, 21, 22]. Die therapeutischen Konsequenzen aus dem Nachweis einer NOD2/CARD15-Mutation sind im Moment noch nicht abschließend geklärt. Perspektivisch handelt es sich bei NOD2/CARD15 aber um eine potenzielle spezifische therapeutische Zielstruktur.

Zusammenfassend zeigen die vorliegenden Studien, dass genetische Faktoren signifikant zur Entstehung der chronisch entzündlichen Darmerkrankungen beitragen und dass unterschiedliche Genotypen einen Teil der phänotypischen Varianz bedingen.

Maligne Erkrankungen

Kolorektale Karzinome stellen die häufigsten gastrointestinalen Malignome in Deutschland dar [23]. Zwar sind mit der Stuhluntersuchung auf okkultes Blut und der Koloskopie Screeningverfahren etabliert [23, 24], diese weisen jedoch entweder in ihrer diagnostischen Effizienz oder in der Belastung für den Patienten signifikante Nachteile auf.

Das Verständnis der molekularen Ereignisse während der intestinalen Tumorentstehung liefert die Basis zur Entwicklung spezifischer und sensitiver, nichtinvasiver Stuhltests [25]. Ein frühes Ereignis in der kolorektalen Tumorigenese stellen Mutationen im APC- (Adenomatous Polyposis Coli) Gen dar. Diese und Mutationen in anderen Genen wurden als Grundlage zur Entwicklung neuer Stuhltests verwendet [26, 27]. Hierfür wird DNA aus dem Stuhl isoliert und auf das Vorliegen von Mutationen getestet [27, 28, 29]. Ein anderer Ansatz basiert auf dem Nachweis einer vermehrten DNA-Methylierung im Stuhl [30]. Aufgrund des verfahrensbedingten Aufwands und der damit verbundenen Mehrkosten haben diese Tests bisher aber noch keine weite Verbreitung gefunden.

Gentherapie in der Hepatologie

Lebererkrankungen sind ein wesentlicher Fokus derzeitiger gentherapeutischer Bemühungen [31]. Im Zentrum des Interesses stehen hier hereditäre Stoffwechselerkrankungen, virale Hepatitiden aber auch primäre Malignome und Metastasen.

Als gröbste Form einer Gentherapie steht die Lebertransplantation bei metabolischen Erkrankungen seit Jahren zur Verfügung (Abb. 2; [32]). Versuche, die Lebertransplantation durch die Repopulation der Leber mit phänotypisch gesunden Hepatozyten zu ersetzen (Leberzelltransplantation), befinden sich in der klinischen Erprobung. Da hierzu in der Regel allogene Zellen verwendet werden, kann derzeit noch nicht auf eine immunsuppressive Therapie bei der Leberzelltransplantation verzichtet werden.
Abb. 2

Gentherapeutische Ansätze in der Hepatologie

Ziel der derzeitigen Bemühungen ist es, den Transfer oder die Reparatur einzelner Gene innerhalb der Zelle zu realisieren. Hierfür stehen bereits verschiedene gentherapeutische Konzepte in Zellkultur- und Kleintiermodellen zur Verfügung. Neben der Korrektur des Phänotyps bei hereditären Erkrankungen wird die Gentherapie zur Modulation des Immunsystems, zur DNA-Vakzinierung sowie zur Expression von Antisense-RNA (RNA-Moleküle zur mRNA-Blockade), Ribozymsequenzen (RNA-Moleküle mit enzymatischer Wirkung) und Suizidgenen (Gene mit zytotoxischen Produkten) eingesetzt. Dem großen theoretischen Potenzial dieser Therapieform stehen allerdings bisher ernüchternde klinische Pilotversuche gegenüber, sodass ein breiter klinischer Einsatz im Moment noch nicht absehbar ist.

Gentherapie hereditärer Lebererkrankungen

Die genetische Grundlage der monogenen hereditären Lebererkrankungen ist für die meisten Krankheitsbilder geklärt. Dabei muss zwischen verschiedenen Erkrankungsgruppen differenziert werden, für die jeweils spezifische gentherapeutische Ansätze entwickelt werden müssen.

Die therapeutisch einfachste Situation liegt bei Erkrankungen mit einem Mangel an Exportproteinen vor (z. B. Hämophilie). Hier muss die ausreichende Sekretion der entsprechenden Proteine in die Zirkulation sichergestellt werden. Dazu ist es nicht notwendig, dass die Proteinproduktion hepatisch erfolgt. Bei hepatozellulären Proteinen ist es dagegen unerlässlich, die korrekte subzelluläre Lokalisation sicherzustellen. Dies betrifft Zellmembranproteine wie Rezeptoren (z. B. LDL-Rezeptor) oder Transporter (z. B. Gallensäuretransporter) aber auch Defekte des Energie- oder Aminosäurestoffwechsels (z. B. Defekte der Atmungskette). Selbst wenn nur ein Teil der physiologischen Stoffwechselleistung wiederhergestellt wird (z. B. 10–20%), lässt sich häufig eine signifikante Verbesserung des Phänotyps feststellen.

Neben den Mangelerkrankungen, die durch einen additiven Gentransfer therapiert werden können, finden sich Erkrankungen, bei denen der Schaden durch das mutierte Genprodukt selbst entsteht. So kommt es beim α1-Antitrypsinmangel zur intrazellulären Akkumulation inkorrekt gefalteter Proteine, die für den Leberschaden verantwortlich sind. Bei der ATTR-Amyloidose lagert sich mutiertes Transthyretin in peripheren Organen ab und führt zu deren Funktionsverlust. Bei dieser Gruppe von Erkrankungen muss ein möglichst vollständiger Austausch der defekten Gene durch den Wildtyp angestrebt werden.

Der Austausch eines Gens durch den Wildtyp kann mittels homologer Rekombination erfolgen. Für die Reparatur von Punktmutation in der Zelle werden gegenwärtig neue Verfahren etabliert. Dabei werden chimäre RNA-DNA-Oligonukleotide verwendet, die unter Ausnutzung des zelleigenen Reparaturapparats zu einem singulären Basenaustausch führen sollen [33]. Mit dieser Strategie lassen sich möglicherweise vektorbedingte Nachteile umgehen.

Die ersten klinischen Versuche mit vektorbasierter Gentherapie bei Lebererkrankungen wurden in den 1990er Jahren bei Patienten mit LDL-Rezeptormangel und Ornithintranscarbalymasemangel durchgeführt [34, 35]. Neben der begrenzten Effizienz war es der Todesfall beim zweitgenannten Patienten, der zu einem passageren Stopp weiterer klinischer Versuche führte. Zu den in letzter Zeit erzielten Fortschritten gehört die Einführung adenoviraler Vektoren mit verminderter Immunogenität und sog. Gutless-Adenoviren, denen Teile des ursprünglichen viralen Genoms fehlen [36, 37]. Als Alternative zu den adenoviralen Vektoren wurde neben anderen auch der Einsatz von Retroviren und Lentiviren überprüft, wofür zumindest im Kleintiermodell erste vielversprechende Ergebnisse vorliegen [38, 39]. Obwohl Sicherheitsaspekte auch bei diesen neueren Vektoren immer noch ein signifikantes Problem darstellen [40], sind mittlerweile wieder klinische Versuche zur Gentherapie angelaufen. Allein in Großbritannien wurde für 2004 von 26 laufenden gentherapeutischen Studien berichtet [41].

Gentherapie viraler Lebererkrankungen

Der Erwerb von genetischem Fremdmaterial im Rahmen von Viruserkrankungen stellt ein weiteres Ziel gentherapeutischer Bemühungen dar. Die meisten Erfahrungen liegen zur prophylaktischen und therapeutischen DNA-Vakzinierung vor. Alternativ zu diesem immunologischen Ansatz werden Konzepte zur direkten Blockierung der viralen Replikation verfolgt. Dabei kommen auch innovative Verfahren wie Antisense-Oligonukleotide, Ribozyme, dominant negative Proteine (Proteine, die intrazelluläre Signalwege unterbrechen) und intrazellulär exprimierte Antikörper zum Einsatz.

HBsAg-exprimierende Plasmidvektoren haben in Mausexperimenten nach intramuskulärer Injektion zu einer zügigeren und ausgeprägteren humoralen und zellulären Immunantwort geführt als rekombinantes HBsAg-Protein [42]. Phase-I-Studien am Menschen haben die Sicherheit und Effizienz der DNA-Vakzine bestätigt [43, 44]. Auch in refraktären Situationen wie nach erfolgloser Impfung mit rekombinantem Impfstoff oder bei chronischer Hepatitis B waren HBV-DNA-Vakzine erfolgreich [45, 46]. Zur weiteren Wirkungssteigerung besteht die Möglichkeit einer Koexpression mit immunmodulierenden Substanzen wie Interleukin 2, Interleukin 12, Interferon γ oder GM-CSF [47]. Ein solches Koexpressionsprinzip wurde auch für das Hepatitis-C-Core-Antigen getestet [48]. Dabei ist im Moment noch nicht klar, welche Komponenten des Hepatitis-C-Virus am geeignetsten für derartige Impfstrategien sind.

In Zellkultur konnte die Hemmung der Virusreplikation bei Hepatitis B und C durch Antisense-Oligonukleotide, Ribozyme und dominant negative Proteine gezeigt werden [49, 50, 51, 52]. In Tiermodellen konnte eine transiente Wirkung durch Antisense-Oligonukleotide erreicht werden [31]. Daten zur Anwendung beim Menschen liegen bisher nicht vor.

Gentherapie des hepatozellulären Karzinoms

Das hepatozelluläre Karzinom (HCC) entsteht zumeist auf dem Boden einer chronischen Lebererkrankung. In Abhängigkeit von der zugrundeliegenden Ätiologie schwankt das HCC-Risiko erheblich und erreicht bei Patienten mit chronischer viraler Hepatitis mehr als 50% [53].

Ein Einsatz gentherapeutischer Verfahren ist dabei in verschiedenen Stadien der Erkrankung denkbar (Tabelle 1). Auf die Therapie der akuten und chronischen Hepatitis wurde oben bereits eingegangen. Die HCC-Entwicklung selbst bietet verschiedene molekulare Angriffspunkte.
Tabelle 1

Stadienabhängige Therapieziele beim hepatozellulären Karzinom

Primärprävention des hepatozellulären Karzinoms

  Primärerkrankung verhindern (z. B. Hepatitisvakzination)

  Chronifizierung verhindern (z. B. Behandlung bei akuter Hepatitis)

  Leberzirrhose verhindern (z. B. antivirale Therapie der chronischen Hepatitis)

  Entwicklung des hepatozellulären Karzinoms verhindern

Therapie und Sekundärprävention des hepatozellulären Karzinoms

  Tumorbehandlung (z. B. Resektion)

  Rezidivprävention

Mutationen des p53-Tumorsuppressorgens finden sich in mehr als der Hälfte aller HCC [54]. Zellkulturexperimente mit HCC-Zellen haben gezeigt, dass der Transfer des Wildtyp-p53-Gens zur Wachstumsinhibition und erhöhten Chemosensitivität gegenüber Cisplatin führt [55].

Auch eine Modulation des Zytokinmilieus kann zur Tumorregression führen, was an Mäusen durch die Überexpression von TNF-α und Interleukin 2 gezeigt wurde [56, 57]. Als immuntherapeutisches Verfahren kommt auch die DNA-Vakzinierung mit Tumorantigenen wie α-Fetoprotein in Frage [58].

Eine weitere Strategie ist die tumorspezifische Überexpression medikamentenmetabolisierender Enzyme (z. B. Herpes-Simplex-Virus-Thymidinkinase, Purinnukleosidphosphorylase), diese können applizierte Prodrugs in ihre aktive Form überführen und so eine lokale Tumorlyse induzieren [59, 60]. Zusätzlich hat sich bei dieser Therapie gezeigt, dass nicht nur die transduzierten Zellen selbst, sondern auch benachbarte Zellen und nicht direkt behandelte Fernmetastasen zugrunde gehen (Bystander-Effekt; [61]).

Die Vielzahl der vorgestellten Ansätze zeigt das Potenzial der Gentherapie für das hepatozelluläre Karzinom.

Die benannten Verfahren waren zwar im Kleintiermodell erfolgreich, ein klinischer Einsatz ist allerdings derzeit aber noch nicht absehbar.

Mediatormodulierende Therapie bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen

In der Immunpathogenese chronisch entzündlicher Darmerkrankungen spielen interzelluläre Mediatoren eine signifikante Rolle für die Ausprägung und Unterhaltung der chronischen Entzündungsreaktion. Die Charakterisierung definierter Ziele führte zur Entwicklung maßgeschneiderter Therapeutika, deren Einfluss auf den Verlauf chronisch entzündlicher Darmerkrankungen untersucht wurde (Abb. 3). Diese zielgerichtete Therapie steht im Gegensatz zu den bisherigen unspezifischen Ansätzen wie Aminosalizylaten, Steroiden oder Immunsuppressiva. Der Einsatz von Antikörpern gegen Mediatoren bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen steht beispielhaft für ähnliche Therapiekonzepte in der gesamten Gastroenterologie (Tabelle 2).
Abb. 3

Ansatzpunkte mediatorgezielter Therapien bei M. Crohn. Antigenpräsentierende Zellen präsentieren bakterielle Antigene gegenüber T-Zellen. IL-12-Sekretion induziert eine Differenzierung zu TH1-Zellen. Durch TNF-α- und Interferon-γ-Sekretion der TH1-Zellen werden Makrophagen aktiviert, deren Zytokinfreisetzung antiapoptotisch auf die TH1-Zellen wirkt und so die Entzündung unterhält. Zielstrukturen für Antikörpertherapien, die sich in klinischer Prüfung befinden, sind rot dargestellt

Tabelle 2

Modulation von Mediatoren durch monoklonale Antikörper

Antikörper

Zielstruktur

Anwendung in der Gastroenterologie

Infliximab (Remicade®), Adalimumaba, CDP-571a, CDP-870a

Tumornekrosefaktor-α (TNF-α)

Chronisch entzündliche Darmerkrankung

Etanercept, (Enbrel®)

TNF-α-Rezeptor

Chronisch entzündliche Darmerkrankung

Natalizumaba

α4-Integrin

Chronisch entzündliche Darmerkrankung

MRAa

Interleukin-6-Rezeptor (IL6-R)

Chronisch entzündliche Darmerkrankung

ABT-874 (J695)a

Interleukin 12 (IL-12)

Chronisch entzündliche Darmerkrankung

Fontolizumaba

Interferon-γ

Chronisch entzündliche Darmerkrankung

Basiliximab (Simulect®), Daclizumab (Zenapax®)

Interleukin-2-Rezeptor (IL2-R)

Lebertransplantation

Cetuximab (Erbitux®), ABX-EGF

Endothelial Growth Factor Receptor (EGF-R)

Kolorektales Karzinom

Bevacizumab (Avastin®), Anti-VEGFR2a

Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF)

Kolorektales Karzinom

a Noch nicht zugelassen.

Anti-TNF-α-Strategien

Der erste (und bislang einzige) für die Therapie des M. Crohn zugelassene Wirkstoff dieser Art ist Infliximab. Dies ist ein monoklonaler, gegen das proinflammatorische Zytokin TNF-α gerichteter, chimärer IgG1-Antikörper. Die Zulassung besteht für anderweitig therapierefraktäre Verläufe von akutem oder fistelbildendem M. Crohn, für die in doppelblinden, placebokontrollierten, multizentrischen Studien ein positiver Effekt von Infliximab gezeigt werden konnte [62, 63, 64].

Wichtige Nebenwirkungen von Infliximab stellen neben vermehrten, zum Teil lebensbedrohlichen Infektionen allergische Reaktionen vom Spättyp (Typ IV) dar. Infliximab ist aufgrund seiner Struktur (humanes Fc- und murines Fab-Fragment) immunogen und führt zur Formation humaner antichimärer Antikörper (HACA), die neben akuten Infusionsreaktionen und Hypersensitivitätsreaktionen vom verzögerten Typ zu einem Verlust der Wirksamkeit von Infliximab führen können. Durch parallele immunsuppressive Therapie und regelmäßige Applikation kann die Bildung von HACA vermindert werden [65].

Außerdem befinden sich bereits verschiedene, aufgrund Ihrer Struktur potenziell weniger immunogene TNF-α-Antikörper in der klinischen Erprobung. Adalimumab ist wie Infliximab ein monoklonaler IgG1-TNF-α-Antikörper, der jedoch keine Mauskomponenten besitzt und somit vollständig humanisiert ist. Er wird im Gegensatz zu Infliximab subkutan appliziert. Eine Wirksamkeit bei aktivem M. Crohn wurde gezeigt [66].

Im Gegensatz zu Infliximab und Adalimumab ist CDP571 ein humanisierter TNF-α-Antikörper der IgG4-Subklasse, der kein Komplement bindet. Seine Wirkung konnte allerdings in einer Phase-III-Studie nicht bestätigt werden [67]. Ebenfalls gegen TNF-α gerichtet ist der Wirkstoff CDP870, der jedoch kein kompletter Antikörper, sondern ein polethylenglykolgebundenes Fab-Fragment ist [68]. Placebokontrollierte Studien stehen hier noch aus.

Einen weiterer Ansatz zur Anti-TNF-α-Strategie stellt die Gabe eines löslichen TNF-α-Rezeptors dar (z. B. Etanercept, Enbrel®; Onercept). Etarnercept, das bei der rheumatoiden Arthritis wirksam ist, zeigte beim akuten M. Crohn jedoch keine verbesserte Wirksamkeit gegenüber Placebo [69, 70].

Weitere Mediatoren

Neben TNF-α sind auch andere Mediatoren der Entzündungskaskade Gegenstand aktueller Untersuchungen (Abb. 3). Der M. Crohn ist charakterisiert durch eine TH1-gerichtete Entzündung mit erhöhten Spiegeln von Interleukin 12 (IL-12), das eine erhöhte Produktion von TNF und IFN-γ induziert. Vor kurzem wurden die Ergebnisse einer doppelblinden, placebokontrollierten, multizentrischen Studie mit einem IL-12-Antikörper publiziert [71]. Die wöchentliche, subkutane Gabe des IL-12-Antikörpers führte im Vergleich zu Placebo signifikant häufiger zu einem Therapieansprechen (75% vs. 25%).

Integrine vermitteln die Migration und Aktivierung von Leukozyten in entzündetem Gewebe. Natalizumab ist ein α4-Integrin-spezifischer Antikörper, der diesen Vorgang hemmt und bei aktivem M. Crohn wirksam zu sein scheint [72].

Interleukin-10-Knock-out-Mäuse entwickeln eine chronische Darmentzündung [73]. Diese tierexperimentellen Daten waren die Grundlage zur Substitution von IL-10 im Rahmen chronisch entzündlicher Darmerkrankungen. Diese Therapie zeigte jedoch nur begrenzte Wirkung und konnte sich bisher nicht etablieren [74, 75, 76].

Vielversprechend sind die Ergebnisse einer Phase-II-Studie mit einem humanisierten monoklonalen Interleukin-6-Rezeptorantikörper (MRA), die bei 2-wöchentlicher Gabe ein Ansprechen bei aktivem M. Crohn zeigten [77]. Im Vergleich eher enttäuschend sind die Ergebnisse einer Phase-II-Studie mit einem Interferon-γ-Antikörper (Fontolizumab) zur Behandlung des aktiven M. Crohn [78]. Die subkutane Applikation von rekombinantem GM-CSF (Granulocyte Macrophage Colony Stimulating Factor, Sargramostim) zeigte in einer Phase-II-Studie keine Effektivität bezüglich des Ansprechens [78].

Die Vielfalt der in Untersuchung befindlichen Antikörper bzw. Zytokine zeigt, in welchem Umbruch sich die Therapie der chronisch entzündlichen Darmerkrankungen zurzeit befindet. Auch die Kombination bestimmter Antikörper und Zytokine stellt eine Option für zukünftige Therapiestrategien dar. Die Charakterisierung weiterer molekularer Ziele, die Möglichkeit der Herstellung entsprechender, zielgerichteter Therapeutika sowie die Identifizierung potenzieller Responder z. B. durch genetische Testung, lassen zukünftig auf weitere wesentliche Verbesserungen in der Therapie chronisch entzündlicher Darmerkrankungen hoffen.

Molekulare Therapie gastrointestinaler Tumoren

Die Entwicklung neuer Substanzen, die spezifisch in die Aktivierung von Wachstumsfaktorrezeptoren, intrazellulären Signaltransduktionskaskaden oder kritischen subzellulären Strukturen eingreifen, eröffnet der gastroenterologischen Onkologie eine breite Palette innovativer Therapieoptionen (Abb. 4). Möglicherweise wird sich aus diesen neuen Behandlungsmethoden auch ein Paradigmenwechsel in der Tumorklassifizierung ableiten, die sich dann eher an der Behandelbarkeit mit spezifischen Inhibitoren als an anatomisch-histologischen Merkmalen orientiert. Diese Überlegungen sollten auch in die Planung von Phase-I- und -II-Studien einfließen.
Abb. 4

Angriffspunkte molekularer Therapien in der Behandlung gastrointestinaler Tumoren

EGF-Rezeptorinhibitoren

Die Hemmung des epidermalen Wachstumsfaktorrezeptors (Epidermal Growth Factor Receptor, EGFR) durch spezifische Antikörper oder Blockade der intrinsischen Rezeptortyrosinkinase ist die am besten etablierte molekulare Therapie in der gastrointestinalen Onkologie.

Die EGFR-Familie umfasst 4 verwandte Rezeptoren EGFR (ErbB1, HER1), ErbB2 (HER2/neu), ErbB3 (HER3) und ErbB4(HER4). Diese bestehen aus einem extrazellulären, für die Ligandenbindung notwendigen Anteil, einer transmembranösen Domäne sowie dem für die Weiterleitung des Signals notwendigen intrazellulären Anteil. Zur intrazellulären Domäne des Rezeptors gehört eine Tyrosinkinase, deren Aktivierung für die nachgeschalteten Signaltransduktionskaskaden essenziell ist.

Nach der Ligandenbindung werden eine Vielzahl intrazellulärer Signaltransduktionskaskaden aktiviert. Deren Inhibition beeinflusst verschiedene biologische Funktionen wie Zellproliferation, Apoptose, Tumorangiogenese, Metastasierung und Chemotherapieresistenz [79]. Durch kompetitive Verdrängung des EGFR-Liganden (TGF-α, EGF) vom EGF-Rezeptor blockiert der monoklonale Antikörper MAb225 (Cetuximab, Erbitux®) die Aktivierung dieser Signaltransduktionskaskaden.

Die hauptsächliche klinische Anwendung der EGFR-Inhibition ist das metastasierte Kolonkarzinom [80]. Cetuximab hat hier die Zulassung zur Behandlung von Patienten nach Versagen von irinotecanhaltigen Protokollen, nachdem gezeigt wurde, dass die Behandlung irinotecanrefraktärer Patienten mit Cetuximab und Irinotecan zu einer Überwindung der Irinotecanresistenz mit Verlängerung des progressionsfreien Überlebens führt [81].

Ein weiterer Ansatz zur Modulation der Chemotherapiesensitivität wurde in Pankreaskarzinommodellen untersucht. Hier erzielte die Kombination von Cetuximab und Gemcitabin in präklinischen Modellen eine additive Wirksamkeit in Bezug auf die Apoptose-Induktion und die Hemmung der Angiogenese [82]. Verschiedene Phase-II-Studien überprüfen diese neuen Therapieschemata derzeit an größeren Patientenzahlen.

Eine 2. Substanzgruppe zur Hemmung der EGF-Rezeptoraktivität sind die Tyrosinkinase-Inhibitoren. Nach Aufnahme in die Zelle binden diese Substanzen reversibel (Gefitinib, Iressa®; Erlonitib, Tarceva®) oder irreversibel (EKB569) an die katalytische Domäne der Tyrosinkinase. Eine Phase-Ib-Studie verzeichnete Remissionen oder ein Stillstand der Erkrankung bei 70% der mit Erlonitib und Gemcitabin behandelten Patienten mit lokal fortgeschrittenem Pankreaskarzinom [83]. Die Ergebnisse einer randomisierten, placebokontrollierten Phase-III-Studie, in der die Erlonitib-Gemcitabin-Kombination bei Pankreaskarzinom untersucht wurde, zeigten eine signifikant verbesserte 1-Jahres-Überlebensrate im Vergleich zur Monotherapie mit Gemcitabin (21 vs. 17%; Moore MJ, ASCO Gastrointestinal Cancers Symposium 2005). Die Wirksamkeit dieser neuen Substanzen wird derzeit in Phase-II- und -III-Studien auch bei kolorektalen Karzinomen und Ösophaguskarzinomen untersucht.

VEGF-Inhibitoren

Die Inhibition des Vascular Endothelial Growth Factors (VEGF) als neuer Bestandteil der Erstlinientherapie beim metastasierten kolorektalen Karzinom gehört zu den wichtigsten Entwicklungen im Bereich der molekularen Therapie in der Gastroenterologie. VEGF (VEGF A) gehört zu einer Familie von 6 sezernierten Glykoproteinen, die in teils gewebsspezifischer Weise an unterschiedliche Rezeptormoleküle binden. Hierdurch wird durch verschiedene molekulare Mechanismen die Entstehung neuer Blutgefäße induziert [84]. Aufgrund der beschränkten Fähigkeit solider Tumoren, Flüssigkeit und Nährstoffe durch osmotische Prozesse aufzunehmen, ist ihr Wachstum auf die Versorgung durch Blutgefäße angewiesen.

Die erste antiangiogene Substanz, die zur Behandlung gastrointestinaler Tumoren zugelassen wurde, ist der Anti-VEGF-Antikörper Bevacizumab (Avastin®; [85]). Bei Patienten mit metastasiertem kolorektalem Karzinom wies die Kombination von Bevacizumab mit Irinotecan, 5-FU und Leucovorin (IFL) die größte jemals verzeichnete Verlängerung im progressionsfreien Überleben einer Phase-III-Studie auf (10,6 vs. 6,2 Monate). Darüber hinaus war auch die mittlere Überlebenszeit signifikant verlängert (20,3 vs. 15,6 Monate; [86]). Bevacizumab wurde daher für die Erstlinientherapie in Kombination mit IFL und 5-FU bei Patienten mit kolorektalen Karzinomen zugelassen.

Bevacizumab zeigte die größte jemals verzeichnete Verlängerung im progressionsfreien Überleben einer Phase-III-Studie

Daneben befinden sich eine Reihe anderer antiangiogenetischer Substanzen in der klinischen Erprobung. Hierzu zählt PTK787/ZK22584, ein oral verfügbarer Inhibitor der intrinsischen VEGFR-Tyrosinkinase.

Ras/Raf-Inhibitoren

Aktivierende Mutationen in Genen der Ras-Familie sind bei gastrointestinalen Tumoren häufig. Sowohl die Wildtypproteine als auch die in Tumorzellen exprimierten Mutanten müssen, um ihre volle biologische Aktivität zu erlangen, am Carboxylterminus farnesyliert werden. Dies eröffnet die Möglichkeit, durch Hemmung der Farnesyltransferasen selektiv in RAS-abhängige Signaltransduktionsketten einzugreifen [87]. Verschiedene Farnesyltransferase-Inhibitoren (FTI) befinden sich derzeit in der klinischen Erprobung.

Nach vielversprechenden präklinischen Ergebnissen wurde R115777 (Zarnestra®) insbesondere bei Pankreaskarzinomen eingesetzt, die eine hohe Prävalenz von Ras-Mutationen aufweisen. Die Ergebnisse der bislang vorgestellten Phase-II- und -III-Untersuchungen waren jedoch enttäuschend [88]. Die Gründe hierfür könnten in der Aktivierung alternativer Modifikationsmechanismen für Ras-Proteine liegen (z. B. Geranylierung). Auch bei kolorektalen Karzinomen erzielte R115777 bei vorbehandelten Patienten bisher keine signifikante Verbesserung des progressionsfreien Überlebens.

Unterhalb von RAS fungiert die RAF-Kinase (ARAF, BRAF, RAF1) als wichtiger Mediator von mitogenen und auch von antiapoptotischen Signalen. Einerseits kommt es zur Aktivierung des MEK-RSK-Signalweges, der schließlich zur Phosphorylierung und Inaktivierung des proapoptotischen Proteins BAD führt. Andererseits spielt die MEK-unabhängige Aktivierung von NF-kB eine Rolle. B-RAF-Mutationen wurden bei kolorektalen Karzinomen identifiziert, sie betreffen einen Teil des RAF-Proteins der zur Kontrolle der Kinaseaktivität notwendig ist. Mutationen in diesem Bereich führen daher zur konstitutiven Aktivität der Kinase und der von B-RAF abhängigen Signaltransduktionskaskaden [89].

Der Bis-Aryl-Harnstoff Bay 43-9006 ist der erste klinisch getestete RAF-Kinase-Inhibitor. Neben der RAF-Kinase hemmt er auch andere Tyrosinkinasen wie die VEGFR-2 und -3, sowie die c-kit-Kinasen. In Phase-I-Studien zeigte die Substanz bei milden Nebenwirkungen Effekte gegen unterschiedliche solide Tumoren [90]. Bay 43-9006 wird derzeit bei Patienten mit hepatozellulären Karzinomen und Pankreaskarzinomen evaluiert.

MEK-Inhibitoren

Der Ras-RAF-Signaltransduktionsweg bewirkt die Aktivierung der MEK-Kinasen (MEK1, MEK2). Diese ubiquitär exprimierten Kinasen sind an der Transformation einer Vielzahl verschiedener Zelltypen beteiligt [91]. In den letzten Jahren wurde mehrere hochspezifische MEK-Inhibitoren entwickelt. CI-1040 wurde bereits in klinischen Phase-I- und -II-Studien evaluiert. Präklinische Untersuchungen zeigten eine signifikante Proliferationsinhibition von Kolonkarzinomzelllinien sowohl in vitro als auch in vivo [92]. Die initial positiven Ergebnisse wurden in Phase-II-Untersuchungen allerdings nicht bestätigt [93].

PD0325901 und ARRY-142886 sind neuere hochselektive MEK-Inhibitoren mit einer stärkeren Aktivität als CI-1040. Ein klinisch potenziell wichtiger Unterschied zu den mit ATP um die Bindung an das katalytische Zentrum der Kinase kompetitierenden Tyrosinkinase-Inhibitoren wie Imatinib (Glivec®) ist, dass es sich bei den MEK-Inhibitoren um nichtkompetitive Inhibitoren handelt. Diese Eigenschaft könnte verhindern, dass die onkogene Kinase durch Mutationen im katalytischen Zentrum, wie für bcr-abl beobachtet, eine Resistenz gegenüber dem Inhibitor ausbildet. Sowohl PD0325901 als auch ARRY-142886 hemmen signifikant das Wachstum von verschiedenen menschlichen Tumoren in Mausmodellen und sind kürzlich in erste klinische Studien aufgenommen worden [94].

PI3-Kinase/AKT-Inhibitoren

Verschiedene Wachstumsfaktorrezeptoren führen zur Aktivierung der PI3-Kinase. PI3-Kinase bewirkt über die Bildung membrangebundener Phosphoinositide eine Translokation der Proteinkinase AKT an die Zellmembran. Nach der AKT-Aktivierung phosphoryliert diese zahlreiche Substrate, die an der Zellproliferation und der Apoptosesuppression beteiligt sind [95]. Die initiale Identifizierung der AKT-Kinase führte bereits zum Nachweis von AKT-Amplifikationen in Adenokarzinomen des Magens [96]. Seitdem wurden in vielen Tumoren Veränderungen in der Expression sowohl der AKT als auch der PI3-Kinase nachgewiesen. Die Erzeugung des BCR/ABL-Fusionsgens und der daraus resultierenden aktiven Form der bcr-abl-Kinase (CML) sowie die Amplifikation des HER-2/neu-Gens (Brustkrebs) sind weit verbreitete genetische Veränderungen, die zu einer Daueraktivierung des PI3/AKT-Signaltransduktionsweges führen. Des Weiteren weisen ca. 16% aller menschlichen Tumoren Mutationen in der Phosphatase PTEN auf, welche die Aktivität der PI3-Kinase in der Erzeugung von Phosphoinositiden reguliert [97].

Der Verlust von AKT-Aktivität sensibilisiert Zellen gegenüber proapoptotischen Signalen. Dies ist u. a. auf die Fähigkeit von AKT zurückzuführen, das proapoptotische Protein BAD zu phosphorylieren und damit zu inaktivieren, welches seinerseits die Apoptose-induzierenden Proteine BAX und BAK reguliert. AKT inhibiert außerdem Transkriptionsfaktoren der FoxO-Familie, die in der Regulation vieler Apoptose-induzierender Gene wie beispielsweise dem FAS-Liganden von großer Bedeutung sind. AKT steigert auch die Aktivität des antiapoptotisch wirkenden Transkriptionsfaktor NF-kB [98]. Gleichzeitig aktiviert AKT die Target-of-Rapamycine- (mTOR-) Kinase, die ebenfalls für die Aufnahme von Nährstoffen und damit für die Zellproliferation notwendig ist. Rapamycin oder Derivate dieses Makrolidantimykotikums wie CCl-779 inhibieren mTOR, was in erster Linie zu einer vermehrten Expression des Zellzyklusinhibitors p27kip1 und damit zu einer Arretierung der Zelle in der G1-Phase führt.

Erste Phase-I-Studien an Patienten mit metastasierten Pankreaskarzinomen haben gezeigt, dass CCI-779 nicht zur Beeinflussung des Immunsystems führt und dass die Nebenwirkungen beherrschbar waren. Erste Phase-II-Studien bei Patienten mit Nierenzellkarzinomen und Patientinnen mit Brustkrebs wiesen auf eine Aktivität der Substanz bei diesen Tumoren hin. Allerdings zeigte CCI-779 keine lineare Beziehung zwischen der eingesetzten Dosis und der Rate aufgetretener Nebenwirkungen [99].

Flavopiridol

Flavopiridol ist der erste Cyclin-Kinase-Inhibitor, der die Phase der klinischen Testung erreichte. Es inhibiert die für die Zellzyklusprogression essenziellen cyclin-abhängigen Kinasen 1, 2 und 4 (cdk1, cdk2, cdk4). Damit wird die Zelle sowohl am G1/S- als auch am G2/M-Übergang blockiert. Neben den Cyclin-Kinasen werden auch Protein-Kinase C, cAMP-Kinase und EGFR-Kinase gehemmt [100].

Phase-I-Studien zeigten Effekte von Flavopiridol bei Patienten mit Kolonkarzinom. Daraufhin wurden mehrere Phase-II-Studien initiiert, die bislang jedoch keine Wirksamkeit der Monotherapie bei Magenkarzinom oder Kolonkarzinom nachweisen konnten [101]. Der Fokus derzeitiger Untersuchungen liegt auf dem Wirksamkeitsnachweis in Kombinationstherapien mit anderen Chemotherapeutika [102]. So konnte in präklinischen Untersuchungen gezeigt werden, dass durch sequenzielle Gabe von Paclitaxel und Flavopiridol eine deutliche Wirkungssteigerung mit starker Aktivierung der Caspase 3 und Auslösung von apoptotischem Zelltod erreicht werden kann. Eine Phase-I-Studie fand bei akzeptablen Toxizitäten Effekte bei vorbehandelten Patienten mit Ösophaguskarzinom. Diese Ergebnisse wurden in einer kürzlich vorgestellten Phase-II-Studie jedoch nicht bestätigt.

Antisense-Oligonukleotide

Neben dem Einsatz spezifischer Inhibitoren kann die Onkogenaktivität in Tumorzellen auch durch die Verwendung von Antisense-Oligonukleotiden unterdrückt werden. Diese DNA-Moleküle binden an die mRNA entsprechender Zielgene, was zur RNAse-H-abhängigen Zerstörung der mRNA und gleichzeitiger Freisetzung des Oligonukleotids führt [103].

In präklinischen und Phase-I-Studien wurde eine Wirksamkeit von Antisense-Oligonukleotiden gegen RAF-Kinase (ISIS 5132), Protein-Kinase-C-alpha (ISIS 3521), Proteinkinase-A (GEM 231) und HRAS (ISIS 2503) nachgewiesen [104]. In Phase-II-Studien zeigten jedoch weder ISIS 5132 noch ISIS 3521 eine Wirksamkeit als Einzelsubstanz in der Erstlinientherapie bei Patienten mit metastasiertem Kolonkarzinom [105]. Das gegen H-RAS gerichtete Oligonukleotid ISIS 2503 führte in Kombination mit Gemcitabin bei Patienten mit metastasiertem oder lokal fortgeschrittenem Pankreaskarzinom zu einer Überlebensrate von 57% nach 6 Monaten Behandlung [106]. Dieses vielversprechende Ergebnis muss jetzt in Phase-III-Studien an größeren Patientenzahlen überprüft werden.

Proteasominhibitoren

Eine neuartige Gruppe von Substanzen, die vor kurzem in die Therapie maligner Erkrankungen eingeführt wurden, sind die Proteasominhibitoren. Das 26S-Proteasom ist ein Multiproteinkomplex aus einer katalytischen und einer regulatorischen Untereinheit. Die wichtigste Funktion des Proteasoms besteht im proteolytischen Abbau von multi-ubiquitinylierten Proteinen. Etwa 80% aller zellulären Proteine werden ubiquitinyliert, was in der Regel das Signal zum Abbau des betreffenden Proteins durch das Proteasom darstellt. Ubiquitinylierungsprozesse sind daher für die Homöostase der Zelle von außerordentlicher Bedeutung. Die Inhibition des Proteasoms führt zur Akkumulation verschiedener Proteine, die entweder zum Zellzyklusarrest (p21, p27) oder zur Apoptose (IkB, BAX u. a.) beitragen [107].

Die erste Substanz dieser Gruppe, die eine Zulassung in der Tumortherapie erhalten hat, ist PS-341 (Bortezomib; Velcade®). Bortezomib führt durch Bindung an die 20S-Untereinheit zur reversiblen Inhibition des Proteasoms. Aufgrund sehr guter Ergebnisse in einer kürzlich vorgestellten Phase-II-Studie bei Patienten mit therapierefraktärem multiplen Myelom wurde Bortezomib zugelassen [108]. Erste Phase-I- und -II-Studien bei gastrointestinalen Tumoren werden derzeit durchgeführt. Eine Phase-II-Studie bei metastasiertem kolorektalem Karzinom zeigte allerdings keine ausreichende Wirksamkeit von PS-341 und eine relativ große Zahl therapieassoziierter Nebenwirkungen [109]. Für den Bereich der gastrointestinalen Onkologie bleibt somit abzuwarten, welchen Stellenwert diese neue Substanzgruppe erreichen wird.

Fazit für die Praxis

In der Gastroenterologie und Hepatologie sind wir mit einem manchmal unübersehbar wirkenden Berg neuer molekularer Erkenntnisse konfrontiert. Diese haben unser pathophysiologisches Verständnis vieler Krankheitsbilder grundlegend modifiziert und manchen Paradigmenwechsel bewirkt. Die molekulare Diagnostik ist bereits integraler Bestandteil vieler klinischer Algorithmen. Auch die ersten molekularen Therapieverfahren haben in den letzten Jahren einen festen Platz im therapeutischen Repertoire gefunden. Die größte Erfahrung liegt mit der mediator-modulierenden Therapie vor. Aber auch erste Substanzen zur Beeinflussung intrazellulärer Signalkaskaden wurden für den klinischen Einsatz zugelassen, viele weitere befinden sich derzeit in der klinischen Erprobung. Demgegenüber sind gentherapeutische Verfahren heute noch weitgehend experimentell.

Interessenkonflikt:

Der korrespondierende Autor versichert, dass keine Verbindungen mit einer Firma, deren Produkt in dem Artikel genannt ist, oder einer Firma, die ein Konkurrenzprodukt vertreibt, bestehen.

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