Ulrich Alexander Harréus
Dr. med.
Untersuchungen zur Wirkung genotoxischer Kanzerogene in menschlichen
Schleimhautbiopsien des oberen Aerodigestivtraktes
Geboren am 04.10.1969 in Kronberg/Ts.
Reifeprüfung am 18.05.1989 in Königstein/Ts.
Studiengang der Fachrichtung Medizin vom WS 1990 bis WS 1997
Physikum am 19.08.1992 an der Universität Heidelberg
Klinisches Studium in Heidelberg
Praktisches Jahr in 1) Farmington, University of Conneticut, USA
2) Universität Heidelberg
Staatsexamen am 15.05.1997 an der Universität Heidelberg
Promotionsfach : 1) Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ)
2) Hals-Nasen-Ohrenheilkunde
Doktorvater: Herr Prof. Dr. med. H. Maier
Tumoren im oberen Luft- und Verdauungstrakt stellen derzeit einen Anteil von 3 bis 4% aller
malignen Neoplasien mit ansteigender Tendenz. In den vergangenen 20 Jahren hat sich trotz
intensiver Forschung die Langzeit-Überlebensrate betroffener Patienten nicht wesentlich
verbessert. Diese Tatsache macht zukünftig eine genaue Identifikation der krebsauslösenden
Faktoren, wie z.B. die Beschreibung des karzinogenen Potentials von Umwelt- und
Arbeitsstoffen, erforderlich. Hierdurch können betroffene Risikogruppen definiert, und
entsprechende Screeningverfahren eingesetzt werden. Neben epidemiologischen und
tierexperimentellen Untersuchungen gilt es, Testmethoden einzusetzen, in denen an humanen
Biopsaten kanzerogene Substanzen bzgl. ihrer genotoxischen Effekte geprüft werden können.
Hierfür bieten sich insbesondere Kurzzeittestverfahren wie die MGE an. Sie scheint sowohl
aus zeitlichen wie auch aus finanziellen Aspekten für eine künftige Durchführung von
Screeninguntersuchungen bei Hochrisikogruppen geeignet zu sein.
In den vorliegenden Messungen erwieß sich die MGE zum ersten Mal als valides Verfahren,
um genotoxische Veränderungen an humanen Schleimhautproben zu messen. Neben den
negativen Genotoxizitäten der Leerkontrollen ergaben die Positivkontrollen mit der direkt
alkylierenden Substanz N-Methyl-N’-nitro-N-Nitrosoguanidin (MNNG)
lokalisationsunabhängig deutliche DNA-Schädigungen. Zum Vergleich wurden
epidemiologisch und tierexperimentell auffällige Substanzen an frischem Biopsiematerial aus
dem oberen Aerodigestivtrakt getestet.
Die Metallverbindungen Chrom und Nickel ergaben unterschiedliche Ergebnisse. Einerseits
induzierte Natriumdichromat (Na2Cr2O7) in Nase und Nasennebenhöhlen (NNH) starke und
in Mundhöhle, Rachen sowie Kehlkopf schwächere DNA-Schäden. Andererseits war für
Nickelsulfid (NiS) in diesen Lokalisationen kein Nachweis genotoxischer Veränderungen zu
erbringen. Es kann daher davon ausgegangen werden, daß eine Exposition gegenüber
sechswertigem Chrom im Chromat nicht nur für die Lunge, sondern auch für die oberen
Luftwege ein gesteigertes Krebsrisiko bedeutet. Die weithin negativen Ergebnisse mit Nickel
lassen eine mit dem angewandten Testverfahren nicht meßbare Genotoxizität des Metalls
vermuten. Auch wenn für Nickel eine tierexperimentelle krebsauslösende Wirkung
insbesondere in der Nase weitgehend anerkannt ist, so sind hierfür offenbar in erster Linie
nicht-mutagene Prozesse an der Ziel-DNA verantwortlich. Hinweise für eine Zellschädigung
gibt die Betrachtung der Zellverteilung im Bereich Nase/NNH nach Nickelexposition.
Hierbei konnte eine Abnahme der ungeschädigten Zellen nachgewiesen werden. Auffällig
war zudem eine signifikant erhöhte Empfindlichkeit männlicher Spenderzellen gegenüber
Nickel. Dennoch scheint primär nicht die in der vorliegenden Arbeit gemessene
Nickelgenotoxizität für die Karzinogenese des Metalls verantwortlich, sondern vielmehr
andere Mechanismen, wie z.B. Mutagenität, intrachromosomale Rekombination (SCE) und
ein bislang unbekannter nicht-mutagener Funktionsverlust der DNA der Zielzellen.
Für Nitrosaminverbindungen konnten genotoxische Effekte lediglich im Bereich von
Mundhöhle, Pharynx und Larynx gemessen werden. Hier zeigte die statistische Auswertung
insbesondere für gesteigerten Alkoholkonsum eine cofaktorielle Bedeutung. Dies könnte
auch Ursache für die abweichenden negativen Resultate in Nase/NNH sein, da eine
Vorbelastung durch Alkohol hier anamnestisch keine Rolle spielte.
Auch B[a]P als Leitsubstanz der polyzyklischen Kohlenwassersttoffe (PAH) erwies sich in
der Schleimhaut des oberen Aerodigestivtraktes vornehmlich in Mundhöhle und Pharynx
vereinzelt als Induktor genotoxischer Prozesse. Dabei schien besonders eine Exposition mit
Fremdstoffen wie Zement, Metallstaub und auch Alkohol von Bedeutung zu sein. Eine
grundsätzliche genotoxische Schädigung durch B[a]P ließ sich jedoch nicht nachweisen.
An den Biopsien von Gaumen- und Rachenmandel von vornehmlich jungen Spendern konnte
für keinen der getesteten Stoffe eine Genotoxizität nachgewiesen werden, obgleich eine
unmittelbare Nachbarschaft zu Naso- und Oropharynx vorliegt. Aufgrund des zuvor
beschriebenen Einflusses einer langjährigen Fremdstoffexposition erklären sich die negativen
Beobachtungen evtl. auch durch die nicht vorhandenen Vorbelastungen der Spender.
Dadurch entfällt die damit in Verbindung stehende Induktion der Schleimhautenzyme (z.B.
Cytochrom P450), welche zahlreiche Umweltnoxen wie NDELA in ihre toxischen Metabolite
umwandeln und somit aktivieren.
Betrachtet man die vorliegenden Ergebnisse, so wird eine unterschiedliche Empfindlichkeit
einzelner Lokalisationen sogar innerhalb des oberen Aerodigestivtraktes gegenüber den
getesteten Substanzen deutlich (p-Wert für den Einfluß aller Lokalisationen = 0.0001). Ein
weiterer Schwerpunkt der Erkenntnisse liegt im Bereich interindividueller Unterschiede, die
vereinzelt mit anamnestischen Auffälligkeiten statistisch signifikant in Verbindung gebracht
werden konnten. Insbesondere ein unterschiedliches Alkoholkonsumverhalten der Probanden
hatte häufig signifikanten Einfluß auf eine induzierte DNA-Schädigung. Die ermittelten
Einflüsse beruflicher Strahlungsexposition muß dagegen aufgrund geringer Fallzahlen und
unsicherer Expositionslevel der Betroffenen als zu spekulativ eingestuft werden. Dennoch
unterstreichen die vorliegenden Ergebnisse die Bedeutung einer Kombination aus
experimentellen Untersuchungen an humanen Schleimhautzellen und der gleichzeitigen
Durchführung von Spenderanamnesen für eine genauere Beurteilung von
Versuchsergebnissen.
