Studie: Claudia Friesen, Inis Hormann, Mareike Roscher, Iduna Fichtner, Andreas Alt, Ralf Hilger, Klaus-Michael Debatin & Erich Miltner (2014). Opioid receptor activation triggering downregulation of cAMP improves effectiveness of anti-cancer drugs in treatment of glioblastoma. Cell Cycle, 13(10):1560-70

Darstellung von Nina N. Kleineberg

Vorwort: Methadon wird seit den 1960er Jahren als Substitutionsmittel (‚Heroin-Ersatz’) bei Opioidabhängigen erfolgreich eingesetzt. Des Weiteren kann es als Opioid-Schmerzmittel zum Einsatz kommen. In letzter Zeit wird ein neuer Anwendungsbereich der Substanz diskutiert – Methadon als Ergänzung zur Chemo-Therapie bei Krebserkrankungen.

Im Ersten Deutschen Fernsehen (ARD) wurde vor kurzem (Frühjahr 2017) ein Beitrag ausgestrahlt, in dem ‚Methadon als Krebsmittel’ in Bezug auf das Glioblastoma multiforme thematisiert wird. Dem zugrunde liegen Ergebnisse aus der Grundlagenforschung von Frau Dr. Claudia Friesen, einer Chemikerin aus Ulm, die in Laborexperimenten und Tierversuchen vermeintlich vielversprechende Ergebnisse für Methadon in der Glioblastom-Therapie gefunden hat. Aufgrund der bislang unzureichenden Evidenz bei fehlenden klinischen Studien fallen Expertenmeinungen diesbezüglich sehr unterschiedlich aus.

Die Erforschung neuer Therapieoptionen für das Glioblastoma multiforme hat eine sehr hohe klinische Relevanz, sodass sich ein Blick auf die zugrunde liegenden biochemischen Untersuchungen lohnt.

Hintergrund: Das Glioblastoma multiforme ist der häufigste maligne Hirntumor beim Erwachsenen. Die Therapie beinhaltet eine chirurgische Resektion, Chemotherapie, Bestrahlung und ggf. monoklonale Antikörper zur Angiogenese-Hemmung. Trotz der umfassenden Therapieversuche ist die Prognose mit einer medianen Überlebenszeit von 14 Monaten infaust.

Zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP) wird durch die Adenylylcyclase generiert und fungiert als Second Messenger bei der Signalübertragung in verschiedenen physiologischen und pathologischen Zuständen. Es kann Kinasen aktivieren und ist für die Regulationen von Ionenkanälen relevant. Die Signalübertragung mit cAMP spielt eine wichtige Rolle in der Kontrolle der Apoptose (programmierter Zelltod), der Zelldifferenzierung und dem Zellwachstum [1, 2].

Die Apoptose-Induktion stellt eine Schlüsselrolle in den meisten zytotoxischen Antitumor-Therapien dar [3]. In Chemo- und Strahlenresistenten Tumorzellen findet sich eine Blockade in der Signalkaskade des programmierten Zelltodes [4, 5].

Opioidrezeptor-Agonisten können inhibitorische Gi-Proteine aktivieren, die wiederum die Adenylylcyclase hemmen und somit zu einer Reduktion von cAMP führen. Bei D,L-Methadon handelt es sich um einen -Opioidrezeptor-Agonist.

Fragestellung: Hat D,L-Methadon eine additive Wirkung zum Chemotherapeutikum Doxorubicin auf Glioblastomzellen?

Methode: Die Hauptuntersuchung befasst sich mit der Wirkung des Opioidrezeptor-Agonisten D,L-Methadon in Kombination mit dem Zytostatikum Doxorubicin auf in-vitro kultivierte Glioblastomzellen und Glioblastomstammzellen.

Hierfür wurden Zellkulturen mit den Substanzen Doxorubicin und D,L-Methadon alleine und in Kombination „behandelt“ und dann verschiedene Effekte auf die Zellen, wie die Apoptoserate, die Aufnahme von Doxorubicin in die Zellen sowie sein Efflux aus den Zellen mittels Durchflusszytometrie gemessen.

In einem Experiment wurde die Exprimierung von Opioidrezeptoren auf den Zelloberflächen nach Doxorubicin-Gabe bestimmt.

Weitere Zellkulturen wurden mit dem Opioidrezeptor-Antagonisten Naloxon „behandelt“, wobei durch eine Blockade der Opioidrezeptoren das konsekutive Ausbleiben der Opioidrezeptor-vermittelten Effekte untersucht wurde.

Neben den in-vitro-Untersuchungen wurde ein in-vivo Nacktmaus-Experiment durchgeführt. Hierfür wurden Glioblastomzellen in 16 weibliche Nacktmäuse subkutan transplaniert. Nach der Randomisierung erfolgte bei der Hälfte die orale Verabreichung von Methadon mit täglich steigenden Dosen über drei Wochen. Zwei mal pro Woche wurde die Tumorgröße in zwei Dimensionen bestimmt und das Tumorvolumen berechnet. Aus ethischen Gründen wurden die Mäuse am 33. Tag nach der Transplantation der Krebszellen getötet.

Details zu den untersuchten Zelllinien, den angewandten biochemischen Messverfahren, sowie den genauen Dosierungen der verabreichten Medikamente sind der Originalarbeit zu entnehmen [6].

Ergebnisse: Die additive Gabe D,L-Methadon zu dem Zytostatikum Doxorubicin zeigte eine gesteigerte Apoptoserate in Glioblastomzellen im Vergleich zu den Zellen, die Doxorubicin ohne D,L-Methadon erhalten hatten. Angenommen wird, dass die Opioidrezeptor-Aktivierung die Zellen für den Doxorubicin-induzierten Zelltod sensibilisiert. Die höheren Apoptoseraten zeigten sich bei primären menschlichen Glioblastomzellen zu den Messzeitpunkten nach 120 und 144 Stunden, sowie bei Glioblastomstammzellen nach 140 Stunden.

Defiziente Caspasenaktiverung wurde in chemo- und strahlenresistenten Krebszellen gefunden [7]. Die Untersuchungen zeigte bei der Kombination von D,L-Methadon mit Doxorubicin eine stärkere Aktivierung von Caspasen. Kongruent hierzu führte die Applikation eines Caspaseninhibitors zu den mit D,L-Methadon+Doxorubicin „therapierten“ Zellen zu einer Hemmung der Apoptose. Dies suggeriert, dass die Caspasenaktivierung einen relevanten Schritt in der Tumortherapie mit Doxorubicin darstellt und dieser Effekt möglicherweise durch die Opioidrezeptor Aktivierung durch D,L-Methadon verstärkt wird.

Apoptose-inhibierende Proteine wie XIAP und Bcl-XL wirken ebenso durch Caspasenhemmung [8]. Es zeigte sich, dass die Kombination von Doxorubicin mit D,L-Methadon zu einer Downregulierung von XIAP und Bcl-XL in Glioblastomzellen und -stammzellen führte. Die Opioidrezeptorblockade mit Naloxon führte im Umkehrschluss zu einer verminderten Downregulierung.

Weiterhin zeigten Messungen, dass die additive Gabe von D,L-Methadon zu Doxorubicin die Aufnahme von Doxorubicin in die Zellen verstärkt und seinen Efflux aus der Zelle im Vergleich zur alleinigen Doxorubicin-Gabe verlangsamt. Diese Effekte wurden zu den Messzeitpunkten nach 4, 8 und 23 Stunden nach der Applikation erfasst.

Die Opioidrezeptordichte wurde bei Zellkulturen, die einmal mit und einmal ohne Doxorubicin behandelt wurden, mittels Durchflusszytometrie untersucht. Hier zeigte sich, dass Doxorubicin die Exprimierung von Opioidrezeptoren auf Glioblastomzellen erhöht. Dies würde bedeuten, dass in der Kombination von Methadon und Doxorubicin über die höhere Opioidrezeptordichte mehr Methadon Moleküle an Gliolbastomzellen binden könnten und damit möglicherweise die therapeutische Wirkung von Doxorubicin verstärkt werden könnte.

Um den angenommen Zusammenhang von Apoptose-Induktion und Caspasen-Aktivierung durch die Opioidrezeptor-Agonisten und der konsekutiven Downregulierung von cAMP zu untersuchen, wurden Zellen mit dem Opioidrezeptor-Antagonisten Naloxon behandelt. In der Tat führte die Blockade der Opioidrezeptoren mit Naloxon zu einer Senkung der Apoptoserate. Dies suggeriert, dass die Aktivierung von Opioidrezeptoren eine Schlüsselrolle in der Caspasen-Aktiverung in Glioblastomzellen spielt.

In dem in-vivo Tierexperiment in Nacktmäusen wurde die Wirkung von Methadon auf die Tumorgröße untersucht. Die Mäuse, die mit Methadon verabreicht bekommen haben, zeigten eine niedrigere Tumorgröße als die Vergleichsgruppe an den Tagen 19 bis zum Ende des Experimentes (Tag 33).

Fazit: In dieser Studie wurde gezeigt, dass eine Downregulierung von cAMP durch Opioidrezeptor-Aktivierung die Effektivität des Zytostatikums Doxorubicin auf Glioblastomzellen in-vitro steigert. Durch Steigerung der Caspasenaktivität in Tumorzellen und Downregulierung von anti-apoptitischen Proteinen XIAP und Bcl-XL wurde eine erhöhte Apoptoserate bei den Glioblastomzellen gemessen, bei denen zu Docoxrubicin additiv D,L-Methadon zugeführt wurde. Weiterhin war das Tumorwachstum unter D,L-Methadon im Tierexperiment geringer. Die Autoren der Arbeit schlussfolgern, dass durch die additive Anwendung von Opioidrezeptor-Agonisten, wie D,L-Methadon, zu der Chemo-Therapie in der Krebstherapie eine Verbesserung der Therapieerfolge zu erwarten sei.

Kommentar des Autors: Die Ergebnisse von Frau Dr. Claudia Friesen machen Hoffnung auf eine neue Therapiestrategie bei dem hoch malignen Hirntumor Glioblastom (und anderen Tumoren), jedoch sollten einige Aspekte unbedingt beachtet werden.

Die beschriebenen Effekte von Methadon additiv zu Doxorubicin auf Glioblastomzellen sind bisher nur in Experimenten im Rahmen der Grundlagenforschung - sprich in-vitro Untersuchungen und Tierexperimenten - gezeigt worden. Das bedeutet, dass die Wirkung beim Menschen noch völlig unklar ist.

Weiterhin ist noch nicht untersucht wie sich Methadon in Kombination mit verschiedenen Chemotherapeutika auswirkt, die sehr komplexe und unterschiedliche Wirkmechanismen aufweisen. Die hier gezeigten positiven Effekte beschränken sich auf die Kombination mit Doxorubicin. Bei dem Glioblstoma multiforme kommt jedoch in Deutschland vorrangig das Chemotherapeutikum Temozolomid zum Einsatz.

Bei aktuellem Forschungsstand ist demnach vor unrealistischen Hoffnungen bezüglich einer Methadon-Applikation in der Glioblastomtherapie zu warnen. Es gibt keine Daten zum Nutzen-Risiko-Verhältnis, da der Nutzen beim Menschen bisher noch überhaupt nicht belegt ist. Die Verabreichung im Rahmen der Krebstherapie hat demnach aktuell rein experimentellen Charakter mit Inkaufnahme von Nebenwirkungen und potentiellen Risiken, wobei eine retrospektive Studie zu Methadon bei Glioblastompatienten bisher keine schweren Nebenwirkungen und keine Toxizitäts-Steigerung der angewandten Chemotherapie berichtete [9].

Basierend auf den beschrieben Ergebnissen von Frau Dr. Claudia Friesen sollte unbedingt in prospektiven kontrollierten klinischen Studien die additive Wirkung von Methadon in der Krebstherapie untersucht werden. Sollten sich die beschriebenen Effekte auch im Menschen zeigen, könnte Methadon im Rahmen der Evidenz-basierten Therapie die Leitlinien verändern und damit eine anerkannte Therapiestrategie bei den untersuchten Tumoren darstellen.

Eine aktuelle Stellungnahme der Deutschen Krebshilfe (Juli 2017) zu den hier beschriebenen Experimenten von Frau Dr. Claudia Friesen sollte unbedingt beachtet werden (https://www.krebshilfe.de/fileadmin/Downloads/PDFs/Stellungnahmen/Stellungnahme_Methadon_07_2017.pdf). Die Deutsche Krebshilfe sieht den Einsatz von Methadon als „Krebsmedikament“ außerhalb von klinischen Studien zu aktuellem Forschungsstand als ‚nicht gerechtfertigt’. Ein Antrag für die Förderung einer klinischen Phase-I/II-Therapiestudie für die Methadon-Applikation bei Glioblastompatienten wurde im Juni 2017 eingereicht.

Stellungnahmen von Fachkreisen:

Pressemitteilungen:

Literatur:

  1. Insel, P.A., et al., Cyclic AMP is both a pro-apoptotic and anti-apoptotic second messenger. Acta Physiol (Oxf), 2012. 204(2): p. 277-87.
  2. Frisch, S.M., cAMP takes control. Nat Cell Biol, 2000. 2(9): p. E167-8.
  3. Hengartner, M.O., The biochemistry of apoptosis. Nature, 2000. 407(6805): p. 770-6.
  4. Fulda, S., Tumor resistance to apoptosis. Int J Cancer, 2009. 124(3): p. 511-5.
  5. Johnstone, R.W., A.A. Ruefli, and S.W. Lowe, Apoptosis: a link between cancer genetics and chemotherapy. Cell, 2002. 108(2): p. 153-64.
  6. Friesen, C., et al., Opioid receptor activation triggering downregulation of cAMP improves effectiveness of anti-cancer drugs in treatment of glioblastoma. Cell Cycle, 2014. 13(10): p. 1560-70.
  7. Hussaini, I.M., et al., Protein kinase C-eta regulates resistance to UV- and gamma-irradiation-induced apoptosis in glioblastoma cells by preventing caspase-9 activation. Neuro Oncol, 2002. 4(1): p. 9-21.
  8. Fulda, S., et al., Smac agonists sensitize for Apo2L/TRAIL- or anticancer drug-induced apoptosis and induce regression of malignant glioma in vivo. Nat Med, 2002. 8(8): p. 808-15.
  9. Onken, J., et al., Safety and Tolerance of D,L-Methadone in Combination with Chemotherapy in Patients with Glioma. Anticancer Res, 2017. 37(3): p. 1227-1235.

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