Untersuchung der zonalen Zellproliferation mittels BrdU in der Leber der B6C3F1 und C57BL Maus nach Verabreichung von drei nicht-genotoxischen Karzinogenen

Abstract

Es wurde die Wirkung von 3 bekannten nicht-genotoxischen Leberkarzinogenen auf die Zellteilungsrate von männlichen B6C3F1 undC57BL Mäusen untersucht. Es handelte sich dabei um Phenobarbital, Chloroform und Wyeth 14,643. Die Substanzen wurden den Tierenüber die Zeiträume von 1, 4 und 13 Wochen verabreicht. Proliferierende Zellen wurden mittels BrdU mit Hilfe einer 7-Tage Miniumpeermittelt. Für verschiedene Substanzen wurde eine promovierende Wirkung vor allem auf bestimmte Hepatozytenpopulationen beschrieben (CHENet al., 1995; CONSTAN et al., 1995; BAHNEMANN, 2000). Um einen eventuell vorhandenen zonalen Effekt der verwendeten Substanzenzu detektieren, wurde als Meßverfahren die lobule-dependent zonal measurement (LZM) Methode (BAHNEMANN und MELLERT, 1997)gewählt. Innerhalb des Leberläppchens wurde in 3 gleichgroßen Zonen gemessen, wobei Zone 1 an das Portalfeld, Zone 3 an dieabführende Vene grenzte und Zone 2 dazwischen lag. Bei unbehandelten Tieren beider Mäusestämme stellte die Zone 2 zu allen 3Meßzeitpunkten die Hauptproliferationszone dar. Dies steht im Gegensatz zu dem von ZAJICEK et al. (1985) an Ratten entwickeltenKonzept der 'streaming liver', wonach in Zone 1 die höchste proliferative Aktivität vorliegt. Die B6C3F1 Maus wies nach 4 und 13 Wochen gegenüber der C57BL Maus höhere Labelingindizes (LI) auf, was mit der deutlich höherenSpontantumorrate der B6C3F1 Maus korreliert. Phenobarbital rief bei beiden Stämmen eine anhaltend gesteigerte Zellteilung über 13Wochen hervor. Nach 4 und 13 Wochen waren die erhöhten LI auf Hepatozyten der Zone 3 begrenzt und wären ohne diezonal-differenzierte Auswertung nicht entdeckt worden. Chloroform verursachte bei B6C3F1 Mäusen eine anhaltend gesteigerteZellproliferation in allen Zonen über 13 Wochen. Die C57BL Maus wies nur nach 1 Woche erhöhte LI auf. Wyeth 14,643 rief bei beidenMäusestämmen zu allen 3 Zeitpunkten und in allen Zonen eine ausgeprägte Zellteilung hervor. Hauptproliferationszone war die Zone 1. MitHilfe der LZM-Methode wurden ebenfalls die Mitose- und Apoptoserate ermittelt. Die Mitoserate, korrelierte gut mit den LI in Zonen mithoher Zellteilungsrate. Deutlich gesteigerte Apoptoseraten fanden sich nach der Behandlung mit Wyeth 14,643. Mit dieser Arbeit konnte gezeigt werden, daß eine Auswertung der Zellteilungsrate in der Leber unter Beachtung der Zonalität notwendigist, da einige Substanzen vor allem auf bestimmte Zonen des Leberläppchens wirken. Bei einer alleinigen Auswertung zufällig gewählterFelder innerhalb des Lebeläppchens können Substanz-induzierte Effekte übersehen werden. Es konnten stammesspezifischeUnterschiede in der Zellteilungsrate aufgezeigt werden, die mit der unterschiedlichen Tumorprävalenz der Stämme übereinstimmten.Weiterhin leistet diese Arbeit einen Beitrag zu einer Datenbank, die als Grundlage für die Erstellung eines Kurzzeitestes zur Beurteilungdes kanzerogenen Potentials nicht-genotoxischer Karzinogene dienen soll. The effects of three non-genotoxic hepatocarcinogens on cell proliferation in the liver of male B6C3F1 and C57BL mice were evaluated.Animals were treated with phenobarbital, chloroform and Wyeth 14,643 for 1, 4, and 13 weeks. Labeling of proliferating cells with BrdU wasachieved using a 7 day mini pump. Some compounds seem to have a proliferative effect only on certain populations of hepatocytes (CHEN et al., 1995; CONSTAN et al.,1995; BAHNEMANN, 2000). Cell proliferation was measured by the lobule-dependent zonal measurement method (LZM; BAHNEMANNand MELLERT, 1997) to detect increases in cell proliferation of hepatocytes in specific zones. The liver lobule was divided into three equalparts with the zone 1 representing the periportal zone, the zone 3 lying close to the central vein and the zone 2 between the two other zones.In control animals of both strains, zone 2 was found to be the zone with the highest proliferative activity. This finding is in contrast to thestreaming liver concept suggested by ZAJICEK et al. (1985) for rat liver according to which zone 1 reveals the highest proliferative activity. The B6C3F1 mouse showed a higher labeling index (LI) after 4 and 13 weeks compared to the C57BL mouse. This might correlate with thehigher tumor prevelance in this strain. Phenobarbital induced in both strains a sustained increase in cell proliferation for up to 13 weeks.After 4 and 13 weeks elevated LI were found only in zone 3. When using a random evaluation scheme, these differences of the LI would nothave been detected. B6C3F1 mice treated with chloroform showed a sustained increase in cell proliferation in all zones for up to 13 weeks.In C57BL mice treated with chloroform an elevated LI could only be detected after 1 week. Wyeth 14,643 induced in both mouse strains atall 3 timepoints and in all 3 zones a marked increase in cell proliferation with a predominance in zone 1. Mitotic and apoptotic rates werealso evaluated using the LZM method. Zones with high proliferative activity also showed increases in the mitotic index. A marked increasein the apototic rate could only be seen after treatment with Wyeth 14,643. The necessity of zonal dependent evaluation of cell proliferation in the liver could be demonstrated as a consequence of the induction of cellproliferation by some compounds in only a specific zone of the liver lobule. When measuring the LI randomly throughout the whole liverlobule, there is always the risk to miss these compound specific zonal effects. It was possible to show strain specific differences in cellproliferation that correlate with tumor prevalence in the different strains. Furthermore, this work yields cell proliferation data for a databasefor short-time carcinogenicity evaluating non-genotoxic carcinogens.