Pathogenese maligner Keimzelltumoren des Hodens

Zusammenfassung
Die Inzidenz maligner Keimzelltumoren des Hodens (TGCT, „testicular germ cell tumours“) nimmt in Industrieländern aus bisher ungeklärten Gründen stetig zu. Dass eine Fehlentwicklung der männlichen Genitale häufig mit malignen Keimzellneoplasien des Hodens korreliert, führte zur Hypothese des testikulären Dysgenesie-Syndroms (TDS), dem angeborene chromosomale Störungen (genetische Defekte wie 45,XO/46,XY) oder exogene Faktoren (Umweltfaktoren wie Östrogenüberschuss) zugrunde liegen könnten. Das testikuläre Dysgenesie-Syndrom führt zur Differenzierungsstörung von Keimzellen, die infolge aberranter epigenetischer Veränderungen maligne transformiert werden und so zur Entstehung von testikulären intratubulären Neoplasien (IGCNU, „intratubular germ cell neoplasia unclassified type“) beitragen. Werden zusätzlich genetische Defekte erworben, gehen die intratubulären Neoplasien in invasive maligne Keimzelltumoren des Hodens über. Um die Gefahr eines zweiten malignen Keimzelltumors im kontralateralen Hoden besser abschätzen zu können, sollten neben der Erfassung neoplastischer Keimzellen auch andere Manifestationsformen der testikulären Dysgenesie registriert und im histopathologischen Befund dokumentiert werden.

Schlüsselwörter: Keimzelltumor, Hodenkarzinom, Krebsentstehung, Pathogenese, molekulare Medizin

Summary
Pathogenesis of Malignant Germ
Cell Tumours of the Testis
Malignant germ cell tumours (TGCT) of the testis are the most common solid malignancies of young men, the incidence of which has risen dramatically over the last century. The known association of male reproductive abnormalities, such as cryptorchidism, and the development of testicular germ cell cancer leads to the hypothesis of testicular dysgenesis syndrome (TDS). According to this hypothesis TDS is aetiologically linked to chromosomal aberrations (e. g. 45,XO/46,XY) or exogenous factors leading to a disturbance of germ cell differentiation and hereby to the development of intratubular germ cell neoplasia (intratubular germ cell neoplasia unclassified type, IGCNU) consecutively. The progress of IGCNU to invasive TGCT depends on chromosomal aberrations. To estimate the risk of a second TGCT in a contralateral testis, not only the neoplastic germ cells but also the different characteristics of the TDS should be documented in a histopathological report.

Key words: germ cell tumour, testicular carcinoma, development of cancer, pathogenesis, molecular medicine


Maligne Keimzelltumoren des Hodens (TGCT, „testicular germ cell tumours“) repräsentieren den häufigsten soliden Tumor des jungen Mannes zwischen dem 20. und 40. Lebensjahr (15). Aus bisher ungeklärten Gründen steigt die Inzidenz in den USA und Europa kontinuierlich an und beträgt zurzeit in Deutschland etwa 7,6 pro 100 000 männliche Einwohner pro Jahr (3, 49). Welche auslösenden Ursachen den TGCT zugrunde liegen, ist bisher unbekannt. Ob eine infektiöse Genese, etwa im Sinne einer Virusinfektion die Entstehung maligner Keimzelltumoren beeinflusst, ist noch ungewiss (18, 19). Auch die Ursprungszelle der TGCT ist ungeklärt. Die meisten Forschungsergebnisse stimmen darin überein, dass TGCT entweder von primordialen Keimzellen oder von primären Spermatozyten hervorgehen. Erstere stammen aus dem extraembryonalen Mesoderm, gelten als „Mutter aller Stammzellen“ und sind Vorläuferzellen von Gameten, die die Genitalorgane in der frühen Phase der Embryogenese besiedeln. Die Letztgenannten sind hingegen Abkömmlinge von Spermatogonien, besitzen ebenfalls ein hohes Stammzellpotenzial, repräsentieren jedoch unreife Keimzellen in der ersten meiotischen Teilung (7, 12).
Ungeachtet dieser Debatte herrscht Übereinstimmung darüber, dass testikuläre intratubuläre Keimzellneoplasien (IGCNU, „intratubular germ cell neoplasia unclassified type“) die Vorläuferläsionen invasiver TGCT repräsentieren (37). Fangen die neoplastisch transformierten Keimzellen an, Tubuli seminiferi zu durchbrechen und das benachbarte Stroma zu infiltrieren, entwickeln sich invasive seminomatöse und/oder nichtseminomatöse Keimzelltumoren (embryonale Karzinome, Teratome, Dottersacktumoren und Chorionkarzinome). Dabei ist die Entstehung reifer Teratome wissenschaftlich sehr interessant, weil diese in der Regel aus aggressiven embryonalen Karzinomen hervorgehen, selbst aber aus unterschiedlichen, jedoch vollständig ausdifferenzierten Zellpopulationen bestehen. Dieses Phänomen weist darauf hin, dass die neoplastischen TGCT-Zellen über eine hohe Differenzierungspotenz verfügen, die sich in einem geeigneten Entwicklungsfeld vollständig entfalten kann. Diese Interpretation stimmt mit den Ergebnissen experimenteller Studien überein. In-vitro-Experimente zeigten beispielsweise, dass Vitamin-A-Säure-Derivate oder Valproat durch Aktivierung des Retinoidrezeptors oder durch Hyperacetylierung der Histonproteine zur Differenzierung embryonaler Karzinomzellen führen können (9, 17). In vivo wurde nachgewiesen, dass sich maligne Keimzellen eines pigmentierten Mäusestamms nach der Applikation in die Blastozyste einer Albinomaus in die innere Zellmasse der Empfängerblastozyste integrieren und vollständig ausdifferenzieren. Es entwickelt sich eine gesunde chimäre (graue) Maus (4, 32). Aus diesen Daten kann gefolgert werden, dass der genetische Hintergrund von TGCT-Zellen trotz maligner Transformation immer noch intakt ist, sodass sie sich unter bestimmten Entwicklungsbedingungen vollständig differenzieren und somit ihre maligne Potenz verlieren können. Basierend auf dieser Schlussfolgerung stellt sich die Frage, wie maligne Keimzellen bei fehlenden oder zumindest nicht biologisch relevanten chromosomalen Aberrationen entstehen können.
Pathogenese intratubulärer Keimzellneoplasien
Eine fehlerhafte Entwicklung und mangelhafte Funktion des männlichen Genitalsystems korreliert mit malignen Keimzellneoplasien des Hodens. Hierauf basiert die Hypothese des testikulären Dysgenesie-Syndroms (TDS, „testicular dysgenesis syndrome“) (21, 34, 46). Es wird angenommen, dass TDS eine Grunderkrankung ist, die verschiedene, klinisch und/oder morphologisch erfassbare Reproduktionsstörungen mit unterschiedlichen Schweregraden hervorrufen kann. Zu Erscheinungsformen des TDS gehören funktionelle Störungen wie abnorme Spermatogenese, anatomische Fehlentwicklungen wie Hypospadie und Kryptorchismus, aber auch diverse histopathologische Veränderungen von Mikrolithiasis bis hin zu malignen Keimzellneoplasien des Hodenparenchyms (Tabelle) (21, 47). Der Zusammenhang dieser vielen Manifestationen des TDS lässt sich am besten bei Patienten mit Intersexualsyndromen (beispielsweise gemischte Gonadendysgenesie: 45,X0, 46XY oder Androgenresistenz) beobachten, bei denen überdurchschnittlich häufig Hypospadie, Kryptorchismus und/oder TGCT vorkommen (1, 39, 45).
Chromosomal bedingte Intersexualsyndrome sind jedoch sehr selten, und ihre Inzidenz ist im Gegensatz zur Inzidenz des TDS konstant, sodass sie nicht als Ursache testikulärer Dysgenesien infrage kommen können, zumal Patienten mit TGCT und/oder anderen Erscheinungsformen des TDS meist einen unveränderten Chromosomensatz aufweisen (47). Bei TGCT-Patienten ohne Intersexualsyndrome stellten Hoei-Hansen und Kollegen bei 11,5 Prozent der Fälle eine signifikant gestörte Spermatogenese fest. Interessanterweise fanden sich in kontralateralen Hodenbiopsaten dieser Patienten relativ häufig Tubuli seminiferi mit Mikrokalzifikation (6 Prozent), undifferenzierten Sertoli-Zellen (4,6 Prozent), Sertoli-Zellknötchen (13,8 Prozent) und/oder IGCNU (8,7 Prozent) (Abbildung) (21). Dies führte zur Annahme, dass die Ursachen des testikulären Dysgenesie-Syndroms primär nicht in genetischen Veränderungen im Sinne von Mutationen zu suchen sind. Stattdessen könnten eher aberrante epigenetische Modifikationen von so genannten CpG-Inseln und/oder Histonproteinen innerhalb unterschiedlicher DNA-Regionen mit konsekutiver Hoch- oder Herunterregulation diverser Proteine, die eine Differenzierung von Keimzellen beeinträchtigen und so zur Entstehung von IGCNU beitragen, die Ursache sein. Im Zusammenhang mit dieser Hypothese zeigte sich, dass Methylierung von CpG-Inseln und Acetylierung von Histonproteinen nicht nur für die Differenzierung nichtneoplastischer Keimzellen, sondern auch für die Reifung maligner Keimzellen entscheidend sind (17, 48).
Es ist unbekannt, wie solche epigenetischen Modifikationen die Entstehung von IGCNU im Einzelnen beeinflussen. Die Tatsache, dass große transkontinentale Unterschiede in der Inzidenz von TGCT bestehen (10/100 000 Männer/Jahr in der Schweiz versus 0,6/100 000 Männer/Jahr in China) und die Zahl von Neuerkrankungen in reichen Industrieländern stetig zunimmt (5,5 im Jahr 1992 versus 7,6 im Jahr 2002 in Deutschland), spricht nach der Auffassung von Epidemiologen für die Rolle von exogenen Faktoren in der Pathogenese von IGCNU (3, 32, 47). Der wichtigste exogene Faktor scheint Östrogen zu sein. Ein relativer Überschuss an Östrogenen in der Frühschwangerschaft könnte die Entwicklung der Gonaden negativ beeinflussen. Infolgedessen werden Keimzellen in ihrer normalen Differenzierung gestört. Dieser Differenzierungsstillstand führt zur Entwicklung von IGCNU. In betroffenen Tubuli seminiferi verharren die undifferenzierten Keimzellen bis zur Pubertät, in der sie unter Einwirkung von Hormonen und anderen bisher unbekannten Kofaktoren wie beispielsweise eine kalorienreiche Ernährung im Kindesalter ihre maligne Transformation vollziehen können (47, 51). Obwohl viele epidemiologische Studien einen Östrogenüberschuss oder eine kalorienreiche Ernährung im Kindesalter als Risiken identifiziert haben, konnten bisher keine experimentellen/klinischen Studien nachweisen, dass diese exogenen Faktoren für den Anstieg der Inzidenz von TGCT tatsächlich ausschlaggebend sind.
Pathogenese invasiver testikulärer Keimzelltumoren
Ungeachtet dieser Debatte über epigenetische Veränderungen bei der Entstehung von IGCNU und ihre Auslöser konnten einige chromosomale Aberrationen festgestellt werden, die mit hoher Wahrscheinlichkeit für den Übergang der IGCNU in invasive TGCT bedeutsam sein sollen. Ein konsistent vorkommendes Ereignis von invasiven TGCT scheint die Aberration des Chromosom 12 zu sein. So lässt sich in etwa 80 Prozent der TGCT eine Überpräsentation und in 8 Prozent der TGCT eine Amplifikation bestimmter Regionen des kurzen Armes von Chromosom 12 (Isochromosom 12p) nachweisen. In etwa 40 Prozent der TGCT können auch Aberrationen des langen Armes von Chromosom 12 – häufig in Form einer Deletion in den Regionen 12q13 und 12q22 – ermittelt werden (10, 36, 38). Es wird vermutet, dass diese chromosomalen Aberrationen zur Proliferationsenthemmung und Apoptosedefizienz und somit zur Vollendung der malignen Transformation von Keimzellen beitragen. Tatsächlich befinden sich auf Chromosom 12 wichtige Gene, die am Zellzyklus beteiligt sind wie Zyklin D2 und die Zyklin-abhängige Kinase (CDK, „cyclin dependent kinase“) CDK4, Onkoproteine wie K-ras und antiapoptotische Proteine wie DAD-R (11, 22, 40, 46, 50, 54). Über welche Mechanismen diese von Chromosom 12 kodierten Gene in TGCT zur Proliferationsenthemmung und Apoptosedefizienz der neoplastischen Keimzellen beitragen, wurde jedoch bisher nicht geklärt. Das zentrale Ereignis der Apoptosedefizienz in TGCT ist die Inaktivierung von p53, das als funktionsloses Wildtyp-Protein in neoplastischen Keimzellen vorkommt. Der Funktionsverlust von p53 ist offensichtlich von Aberrationen des Chromosoms 12 unabhängig (Abbildung) (5).
Das Protein p53 ist ein Transkriptionsfaktor, der bei DNA-Schädigung im Zellkern akkumuliert und durch Induktion des CDK-Inhibitors p21 zum Arrest in der G1-Phase des Zellzyklus führt. Wird der DNA-Schaden nicht korrigiert, aktiviert p53 den programmierten Zelltod (Apoptose). Die Alteration (Deletion/Mutation) von TP53, dem p53-codierenden Gen, ist die häufigste genetische Veränderung bei humanen Malignomen. Im Gegensatz dazu weisen einige Malignome ein normales p53 auf, das aber durch eine Überexpression von mdm-2 („murine double minute 2“) (55), einen fehlenden Transportmechanismus in den Zellkern (31) oder virale Proteine inaktiviert wird (16). Für TGCT konnte jedoch keiner der genannten p53-inaktivierenden Mechanismen nachgewiesen werden. Hypothetisch kann die Inaktivierung von p53 in TGCT durch Proteine wie Zytokine hervorgerufen werden. So blockiert in Leukämie-Zelllinien Interferon-g (IFN g) die p53-vermittelte Apoptose (28, 29).
Ausgehend von diesen Befunden und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass das IFN-g-Gen auf dem langen Arm von Chromosom 12 liegt und möglicherweise durch Aberrationen in diesem Chromosom alteriert sein kann, untersuchten die Autoren die Expression von IFN g und dessen Rolle bei der Apoptosedefizienz maligner Keimzelltumoren. Es wurde nachgewiesen, dass die neoplastischen Keimzellen nicht nur IFN g exprimieren und sezernieren, sondern auch durch die Induktion des CXC- Chemokins IP-10 auf Tumor-assoziierten Gefäßendothelien zur Rekrutierung IFN-g-positiver T-Lymphozyten in den Tumor führen (41). Dagegen zeigten sich die malignen Keimzellen gegenüber dem endogenen IFN g resistent, sodass IFN g bei der Apoptosedefizienz von TGCT keine Rolle spielt (42). So bleibt die Verknüpfung zwischen chromosomalen Aberrationen und p53-Inaktivierung beziehungsweise Apoptosedefizienz in TGCT weiterhin ungeklärt.
Die hohe Relevanz der TGCT ist jedoch nicht nur auf ihren modellhaften Charakter für Differenzierungsstudien zurückzuführen, sondern vor allem darauf, dass TGCT eine der wenigen soliden Tumorgruppen repräsentiert, die auch in fortgeschrittenen Stadien kurativ behandelt werden kann. Das Medikament, das die Prognose maligner Keimzelltumoren revolutionierte und die Überlebensrate von Patienten mit einem metastasierten Keimzelltumor von 5 Prozent auf 80 Prozent erhöhte, ist Cisdiammin-dichloroplatin (CDDP, Cisplatin, ) (14, 20). Obwohl bekannt ist, dass CDDP durch Verknüpfungen innerhalb eines DNA-Stranges („intrastand cross linking“), zwischen benachbarten DNA-Strängen (interstand cross linking) und zwischen DNA und Proteinen zur Blockade des Zellzyklus und dadurch zur Apoptose von Tumorzellen führt (13), existieren bisher wenige Untersuchungen zu den antiproliferativen und proapoptotischen Signalpfaden, die durch CDDP beeinflusst werden. An murinen TGCT-Zelllinien aktiviert CDDP das Protein p53 und löst so eine p53-vermittelte Apoptose aus (30). Obwohl einige Autoren postulieren, dass eine Transaktivierung von p53 auch für die CDDP-induzierte Apoptose in humanen TGCT verantwortlich ist (8), fanden Burger und Mitarbeiter, dass die Ausschaltung der p53-Funktion in humanen TGCT-Zelllinien den Apoptose-induzierenden Effekt von CDDP keineswegs beeinträchtigt (6).
Daher wird vermutet, dass die zytostatische Wirkung von CDDP zumindest teilweise von p53 unabhängig ist. Untersuchungen zu diesen p53-unabhängigen Signalpfaden können sowohl zur genaueren Charakterisierung möglicher Angriffsziele für chemotherapeutische Strategien als auch zur Aufklärung molekularer Mechanismen beitragen, die durch eine pathologische Blockade oder Aktivierung an der Entstehung maligner Keimzelltumoren des Hodens beteiligt sind.
In multizellulären Organismen werden Proliferation, Differenzierung und Apoptose von Signalen beeinflusst, die von intra- oder extrazellulären Mediatoren stammen. Für eine suffiziente interzelluläre Kommunikation müssen diese Signale koordiniert werden. Die „mitogen-activated protein kinase“- (MAPK-)Superfamilie repräsentiert eine Schaltstelle, die durch die Phosphorylierung von Wachstums- oder Zytokinrezeptoren sowie chemischen oder physikalischen Stressfaktoren aktiviert werden kann. Drei unterschiedliche MAPK-Signalwege wurden bisher beschrieben: 1) JNK („c-Jun protein kinase/stress activated protein kinase“), p38 und ERK („extracellular signal-regulated kinase“). Nach Phosphorylierung können diese Proteine unterschiedliche Enzyme, Transkriptionsfaktoren oder Zytosklettproteine aktivieren und so verschiedene, partiell gegensätzliche biochemische Prozesse beeinflussen. Die primäre Wirkung, also die Aktivierung einer bestimmten MAP-Kinase, hängt von Zelltyp und Grad der Zelldifferenzierung ab (2, 27, 52). So kann die Phosphorylierung von ERK nicht nur eine wichtige Rolle in Proliferation und Differenzierung, sondern auch bei der Apoptoseregulation unterschiedlicher Zellpopulationen spielen (23–26, 35, 53).
Um mögliche Signaltransduktionswege zu charakterisieren, deren Inhibition oder Aktivierung zur Apoptosedefizienz in TGCT führen, untersuchten die Autoren die humane embryonale Karzinom-Zelllinie NCCIT auf Gene, die die Apoptose regulieren. Es wurde nachgewiesen, dass in nicht behandelten TGCT-Zellen MEK in einer überwiegend inaktiven Form vorliegt, im Verlaufe der CDDP-induzierten Apoptose jedoch stärker phosphoryliert wird. Funktionelle Analysen zeigten, dass infolge der Phosphorylierung von ERK die Exekutor-Caspase 3 aktiviert und dadurch die Apoptose der TGCT-Zellen ausgelöst wird. Eine wesentliche Beteiligung der Caspase-9-abhängigen mitochondrialen oder der Caspase-8-abhängigen extramitochondrialen Apoptose-Signalkaskade wurde nicht beobachtet. Diese Ergebnisse zeigen, dass die p53-unabhängige CDDP-induzierte Apoptose in TGCT-Zellen durch die Aktivierung eines MAPK-Signaltransduktionsweges vermittelt wird (43, 45). Im Umkehrschluss kann vermutet werden, dass die Inaktivierung des MAPK-Signaltransduktionsweges beispielsweise durch Phosphatasen eine mögliche Ursache der Apoptosedefizienz in TGCT darstellt.

Manuskript eingereicht: 15. 7. 2004, revidierte Fassung angenommen: 19. 10. 2004

Die Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt im Sinne der Richtlinien des International Committee of Medical Journal Editors besteht.

zZitierweise dieses Beitrags:
Dtsch Arztebl 2005; 102: A 2404–2407 [Heft 36]


Die Zahlen in Klammern beziehen sich auf das Literaturverzeichnis, das beim Verfasser erhältlich oder im Internet unter www.aerzteblatt.de/lit3605 abrufbar ist.

Anschrift für die Verfasser:
Priv.-Doz. Dr. med. Afshin Fayyazi
Institut für Pathologie
Städtisches Klinikum Pforzheim
Kanzlerstraße 2–6
75175 Pforzheim