Charakterisierung von pulmonaler Hypertonie bei Lungenkrebs

Abstract

60-70 % aller Lungenkrebspatienten weisen bei Erstvorstellung als eines der primären Symptome Dyspnoe auf. Dieser Anteil schweratmiger Patienten steigt bis auf 90 % kurz vor dem Tod. Unter Beachtung von Fallbeschreibungen, die das Auftreten von pulmonaler Hypertonie bei diversen malignen Organerkrankungen nach Tumorzellembolie dokumentieren, bestand das Ziel dieser Arbeit darin, die Beteiligung von pulmonaler Hypertonie an der bei Lungenkrebs nachzuweisenden Dyspnoe zu untersuchen.Drei unterschiedliche Mausmodelle standen zur Verfügung: C57BL/6N-Mäuse, die eine intravenöse Injektion von einer Million Lewis-lung-carcinoma-1-Zellen in die laterale Schwanzvene erhielten, K-rasLA2 Knock-in-Mäuse und SP-C-c-raf-1-BxB-23 transgene Mäuse. Es erfolgten regelmäßige, echokardiographische Untersuchungen wie auch, zu Versuchsende, die hämodynamische Erfassung des rechtsventrikulären systolischen Drucks und des systemisch arteriellen Drucks. Die histologische Auswertung diente der Bestimmung der vaskulären Morphometrie im Tumor-Areal und im Nicht-Tumor-Areal, sowie der Messung des Gesamtkollagengehalts des rechten Ventrikels. Die histologische Evaluierung wurde an den entnommenen murinen Lungen und an humanen Donorlungen ausgeführt. Um zusätzlich den Beitrag von Entzündungszellen an der Pathogenese der pulmonalen Hypertonie zu untersuchen, wurden Makrophagen (CD68+), T-Lymphozyten (CD3+) und dendritische Zellen (CD209+) in den Gefäßwänden des humanen Lungentumorgewebes quantifiziert.In allen murinen Lungentumormodellen veranschaulicht die Echokardiographie eine beeinträchtigte systolische, diastolische und globale rechtsventrikuläre Funktion ebenso wie eine Dilatation des rechten Ventrikels. In der hämodynamischen Messung der Lungentumormodelle wird stets ein erhöhter rechtsventrikulärer systolischer Druck erfasst. Murine und humane Lungentumorschnitte weisen vaskuläre Umbauprozesse im Tumor-Areal auf, die sowohl eine Zunahme der medialen Wandstärke wie auch eine Steigerung des Muskularisierungsgrads betreffen. Die Bestimmung des Gesamtkollagens ermöglicht zudem den Nachweis einer rechtsventrikulären Fibrose. Schließlich kann ein gehäuftes Vorkommen von T-Lymphozyten und Makrophagen in pulmonalen Gefäßwänden des Tumor-Areals in humanen Lungenproben dokumentiert werden.Somit liefert diese Studie klare Beweise für das Vorkommen von pulmonaler Hypertonie bei Lungenkrebspatienten, so wie auch in Lungenneoplasien ausbildenden Tiermodellen. Die durchgeführte echokardiographische Verlaufskontrolle ermöglicht die Schlussfolgerung, dass es sich bei der nachgewiesenen pulmonalen Hypertonie um ein im finalen Lungenkrebsstadium auftretendes Phänomen handelt. Der erhöhte Zellgehalt an T-Lymphozyten und Makrophagen in den pulmonalen Gefäßwänden bringt uns zu der Feststellung, dass diese genannten Immunzellen am vaskulären Remodeling der kleinen Gefäße im Tumor beteiligt sind. Approximately 60 70 % of patients with lung cancer have dyspnea at presentation, and 90 % experience it just prior to death. Considering case reports describing the formation of pulmonary hypertension via pulmonary tumor microemboli from various cancer types, we analyzed the involvement of pulmonary hypertension in the development of dyspnea in lung cancer using different mouse models and human lung tumor samples. Three murine lung cancer models have been used: C57BL/6N-mice that received an injection of Lewis-lung-carcinoma-1-cells (LLC1) via tail vein, K-rasLA2 knock-in-mice and SP-C-c-raf-1-BxB-23 transgene mice. They underwent echocardiographic analyses at different time points and hemodynamic measurements to assess the right ventricular systolic pressure and systemic arterial pressure. Histological evaluation was performed to determine the pulmonary vascular morphometry in the tumor-area as well as the total collagen of the right ventricle. Identical histological analyses have been done in human lung tumor samples. In addition, to understand the contribution of immune cells to the development of pulmonary hypertension in lung cancer setting, pulmonary vascular walls were analyzed in human lung tumor tissue and quantified for macrophages (CD68+), T-lymphocytes (CD3+) and dendritic cells (CD209+). For each mouse model, echocardiography reveals an impaired systolic, diastolic and global function of the right ventricle, as well as a dilated right ventricle. Hemodynamics show an increased right ventricular systolic pressure. Murine and human lung tumor samples demonstrate vascular remodeling, affecting both wall thickness and the degree of muscularization in the tumor-area. The quantification of total collagen enables to prove a right ventricular fibrosis. Higher incidences of T-lymphocytes and macrophages in pulmonary vascular walls were demonstrated in the tumor-area of human lung section.This study provides clear evidence for the existence of pulmonary hypertension in human as well as animal models affected by lung cancer. Repeated echocardiographic analyses show that the detected pulmonary hypertension represents an end-stage phenomenon. The increased content of T-lymphocytes and macrophages in the vascular walls leads us to the hypothesis that these cell types might be involved in the remodeling of small pulmonary vessels in tumors.