Mechanismen zur Aktivierung des Warburg-Effekts bei HPV-assoziierten Plattenepithelkarzinomen des Kopf-Hals-Bereichs

Abstract

Plattenepithelkarzinome des Kopf-Hals-Bereiches (HNSCC, Head and Neck Squamous Cell Carcinoma) zählen zu den sechs häufigsten Tumorerkrankungen weltweit. Diese können in HPV-assoziierte und Noxen-induzierte Tumoren unterteilt werden. Klinisch auffällig ist, dass HPV-assoziierte Primärtumoren bei Erstdiagnose eine geringere Primärtumorgröße, jedoch in der Mehrzahl der Fälle ausgeprägte regionäre Lymphknotenmetastasen aufweisen. Dennoch weisen Patienten mit HPV-assoziierten HNSCC ein besseres Therapieansprechen und eine bessere Gesamtprognose auf. Die beschriebenen Charakteristika lassen darauf schließen, dass bei HPV-assoziierten HNSCC eine gänzlich andere Biologie der Karzinogenese zu Grunde liegt. HIF1 ist ein aus einer α- (HIF-1α) und β- Untereinheit bestehender heterodimerer Proteinkomplex. Die HIF-1α Protein Degradation wird sauerstoffabhängig reguliert. Als Resultat intratumoraler Hypoxie oder genetischer Veränderungen wird HIF-1α in vielen humanen Tumoren überexprimiert, was zur transkriptionellen Aktivierung von Schlüsselgenen der Angiogenese, des Glukosemetabolismus, des Zellüberlebens, der Zellproliferation, Invasion und Metastasierung führt. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, welchen Einfluss HPV auf die HIF-1α-Expression in HNSCC hat. Dafür wurden HPV-positive und -negative HNSCC-Zellen nach adaptiven Reaktionen auf Hypoxie sowie retrospektive Patientenproben hinsichtlich der HIF-1α, GLUT-1, LDHA und CA9 Expression analysiert. Des Weiteren erfolgte die Korrelation der experimentellen Ergebnisse mit metabolischen Parametern des 18F-FDG PET/CT sowie dem Gesamtüberleben. Die Untersuchungen ergaben, dass HPV-positive HNSCC-Zellen unter Normoxie und Hypoxie höhere HIF-1α- und PHD2-Proteinwerte zeigten. Die Hydroxylierung von HIF-1α war zudem in HPV-positiven HNSCC-Zelllinien unter PHD und proteasomaler Inhibition reduziert. In-vitro-Wundheilungstests zeigten eine Beeinträchtigung der Migration und Proliferation durch die Aktivierung des HIF-1α-Signalwegs nur bei HPV-negativen Zelllinien. Im Gegensatz dazu wurde die Migration und Proliferation in HPV-positiven Zelllinien durch HIF-1α spezifische siRNA beeinträchtigt. In der immunhistochemischen Untersuchung der HIF-1α „targets“ GLUT-1, LDHA und CA9 konnte gezeigt werden, dass sich HPV-assoziierte als auch HPV-negative OPSCC hinsichtlich der Expression unterscheiden. Weiterhin unterscheiden sich die glykolytischen Parameter, gemessen im 18F-FDG PET-CT in Abhängigkeit des HPV-Status und sind in HPV-positiven OPSCC deutlich homogener. Onkogene Viren sind in der Lage im HPV-assoziierten HNSCC, durch direkte und indirekte Interaktion mit zellulären Regulatoren, wie HIF-1α, die Karzinogenese zu beeinflussen. Aufgrund dessen stellt HIF-1 ein potenzielles Target für eine gezielte Tumortherapie dar.