title: Expression und Funktion von Fibroblast Growth Factors (FGFs) bei chronischen Lebererkrankungen
Creators: name: Seitz, Tatjana Antonia
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024
Subjects: subject: DDC Classification::5 Naturwissenschaften und Mathematik :: 57 Biowissenschaften; Biologie :: 572 Biochemie
subject: DDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften :: 61 Medizin und Gesundheit :: 610 Medizin und Gesundheit

description: Nach einer akuten Schädigung kann sich die Leber generell sehr schnell regenerieren. Bei chronischer Schädigung kommt es jedoch zu einem fibrotischen Umbau der Leber, der durch eine unkontrollierte Akkumulation von Proteinen der Extrazellulärmatrix gekennzeichnet ist und als fehlgeleiteter Wundheilungsprozess verstanden werden kann. Eine pathologische Fibrose, bei der das Gleichgewicht zwischen Leberregeneration und -vernarbung gestört ist, kann zur Leberzirrhose mit konsekutivem Funktionsverlust des Organs fortschreiten. Darüber hinaus entwickelt sich das hepatozelluläre Karzinom (HCC) häufig in Folge der gestörten Wundheilung und Fibrose. Somit bestimmt die Leberfibrose maßgeblich die Prognose von Patienten mit chronischen Lebererkrankungen. Trotz des hohen medizinischen Bedarfs gibt es derzeit keine zugelassenen medikamentösen Therapien für Patienten mit hepatischer Fibrose. Das Schlüsselereignis der Leberfibrose stellt die Aktivierung von hepatischen Sternzellen (HSZ) dar, da aktivierte HSZ für die überschießende Produktion der Extrazellulärmatrix bei Leberfibrose hauptverantwortlich sind. Dieser Umstand macht die HSZ zu den Hauptzielen für Therapieansätze bei der hepatischen Fibrose. Dadurch dass das HCC eng verbunden mit der Leberfibrose und Zirrhose ist und HSZ die Vorläufer der HCC-assoziierten Myofibroblasten darstellen, können die von den HSZ sezernierten Faktoren darüber hinaus neue Therapieoptionen für das HCC eröffnen. Fibroblast Growth Factors (FGFs) sind bedeutend an der Regulation der Wundheilung und Fibrose im gesamten Körper beteiligt. Die Familie der FGFs umfasst 22 Proteine, die in parakrine, intrakrine und endokrine Mitglieder unterteilt werden können. Die parakrinen und endokrinen FGFs vermitteln ihre Signalwirkung über FGF-Rezeptor (FGFR)-Tyrosinkinasen. Obwohl FGFR-Inhibitoren in klinischen Studien bei HCC-Patienten eingesetzt werden, ist die Bedeutung der FGFs in chronischen Lebererkrankungen nur unzureichend verstanden. Zentrales Ziel dieser Arbeit war es daher, zu einem besseren Verständnis des FGF-Systems in chronischen Lebererkrankungen beizutragen und dadurch potenzielle neue antifibrogene und antitumorigene Therapieansätze in diesem Feld zu identifizieren. Der Fokus lag dabei stets auf den parakrinen FGFs, da diese lokal sezerniert werden und wirken. In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene parakrine FGFs, deren Expression in der Leberfibrose und während der Aktivierung von HSZ hochreguliert ist, aufgedeckt. Interessanterweise erschienen aktivierte HSZ als Hauptquelle der FGFs in der hepatischen Fibrose. Auf der Grundlage dieser Daten und einer systematischen Analyse der Expression und tumorigenen Effekte parakriner FGFs im HCC wurde spezifisch die Rolle von FGF9 in verschiedenen Stadien chronischer Lebererkrankungen untersucht: (i) im HCC, (ii) in der Cholestase und (iii) in der Leberfibrose. In Bezug auf das HCC wurde gezeigt, dass FGF9 von aktivierten HSZ/Myofibroblasten sezerniert wird, während keine FGF9-Expression in den HCC-Zellen nachgewiesen wurde. Interessanterweise korrelierte eine hohe FGF9-Expression signifikant mit einem schlechteren Überleben von HCC-Patienten. Passend dazu steigerte die Stimulation mit rekombinantem FGF9 signifikant die Proliferation, Koloniebildungsfähigkeit und Migration von HCC-Zellen in funktionellen in vitro-Analysen. Als potenzieller Mechanismus wurde dabei die Aktivierung der MAP („mitogen-activated protein“)-Kinasen ERK („extracellular signal-regulated kinase“) und JNK („c-Jun N-terminal kinase“) identifiziert, die eine wichtige Rolle in der HCC-Progression spielen. Darüber hinaus förderte FGF9 die Resistenz von HCC-Zellen gegenüber Sorafenib, der Erstlinientherapie für das fortgeschrittene HCC. Auch hier schien die Aktivierung von JNK durch FGF9 eine kritische Rolle zu spielen. Die protumorigenen Effekte von FGF9 auf HCC-Zellen konnten fast vollständig durch den FGFR1/2/3-Inhibitor BGJ398 inhibiert werden. Zusammengefasst ließen diese Ergebnisse den Schluss zu, dass FGF9 von aktivierten HSZ im fibrotischen Tumormikromilieu sezerniert wird und die Tumorigenität und Therapieresistenz von HCC-Zellen steigert. Somit erscheint FGF9 als neuer potenzieller prognostischer Biomarker und therapeutische Zielstruktur im HCC. Bei chronischen Lebererkrankungen spielt die Regulation der Gallensäurespiegel eine wichtige Rolle, da in allen Krankheitsstadien ein Stau der Gallensäuren in der Leber, eine sogenannte intrahepatische Cholestase, auftreten und das Fortschreiten der Erkrankung fördern kann. Mit Blick auf die cholestatische Leberschädigung wurde eine protektive Funktion von FGF9 festgestellt. Die Behandlung mit rekombinantem FGF9 hemmte in HepG2-Zellen als etabliertes Modellsystem für Hepatozyten signifikant die Expression von zwei Schlüsselenzymen der Gallensäuresynthese: (i) Cholesterin-7α-Hydroxylase (CYP7A1), das den ersten und geschwindigkeitsbestimmenden Schritt des klassischen Wegs der Gallensäuresynthese katalysiert, sowie (ii) Sterol-27-Hydroxylase (CYP27A1), das den alternativen Weg der Gallensäuresynthese einleitet. Experimente mit einem spezifischen JNK-Inhibitor (SP600125) zeigten, dass die Aktivierung der JNK-Signalkaskade entscheidend an der durch FGF9 vermittelten Suppression der CYP7A1- und CYP27A1-Expression beteiligt war. Darüber hinaus wurde mit dem Einsatz des FGFR1/2/3-Inhibitors BGJ398 demonstriert, dass die hemmenden Effekte von FGF9 auf die Gallensäuresynthese über die FGFR1/2/3-Achse vermittelt werden. Die Regulation der Expression von CYP7A1 und CYP27A1 durch FGF9 könnte einen wichtigen Beitrag leisten, um vor cholestatischen Leberschädigungen in chronischen Lebererkrankungen zu schützen. Die Analyse der Expression von FGF9 in der Leberfibrose ergab, dass FGF9 in unterschiedlichen experimentellen Modellen der Leberfibrose hochreguliert war und während der Aktivierung von HSZ signifikant anstieg. In humanem Leberzirrhosegewebe wurden aktivierte HSZ als zelluläre Quelle für FGF9 identifiziert. Funktionell wurde gezeigt, dass die Stimulation mit rekombinantem FGF9 signifikant die Geschwindigkeit der Aktivierung von primären humanen und primären murinen HSZ hemmte und somit FGF9 auch in Bezug auf die Leberfibrose günstige Eigenschaften aufweist. Zusammengefasst wurden in dieser Arbeit wesentliche neue Erkenntnisse zur Expression und Funktion von FGFs bei chronischen Lebererkrankungen gewonnen. Dabei gelang es, FGF9 als neue therapeutische Zielstruktur und prognostischen Marker im HCC zu identifizieren. Im Gegensatz dazu wurden in der Leberfibrose und in der cholestatischen Leberschädigung protektive Eigenschaften von FGF9 aufgedeckt. Diese Daten bilden die Grundlage für zukünftige Studien, die das Verständnis für die Rolle von FGF9 in chronischen Lebererkrankungen weiter verbessern und Wege für eine präzise und streng regulierte Modulation der FGF9-Signalwirkung eröffnen.