title: Vergleichende Untersuchung der Effekte gesättigter und ungesättigter Fettsäuren auf Leberkarzinom-Zelllinien
Creators: name: Rupp, Lena
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024
Subjects: subject: HCC

description: Hintergrund und Ziele Tumoren der Leber stellen weltweit die dritthäufigste krebsassoziierte Todesursache dar. Das hepatozelluläre Karzinom (HCC) ist dabei der häufigste primäre Tumor der Leber mit einer schlechten Prognose, auch weil er meist erst im fortgeschrittenen Stadium entdeckt wird. In den westlichen Ländern ist die nicht-alkoholische Fettlebererkrankung (non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD) der am schnellsten an Bedeutung zunehmende Risikofaktor für die Entstehung eines HCC. Sie umfasst ein breites Spektrum an Leberschädigungen, von der reversiblen Fettleber (Steatose) über die nicht-alkoholische Steatohepatitis (NASH) bis hin zur Leberzirrhose. Die NAFLD kann als hepatische Manifestation der Adipositas betrachtet werden. Bei Patienten mit Adipositas oder NAFLD konnten in der Vergangenheit erhöhte Konzentrationen freier Fettsäuren (FS) im Serum nachgewiesen werden. Welche Rolle freie FS bei der Entstehung und Progression des HCC spielen ist jedoch noch nicht vollumfassend verstanden. Allerdings konnten im Gewebe von Leberzellkarzinomen ein veränderter Lipidstoffwechsel sowie eine erhöhte FS-Konzentration nachgewiesen werden. Zwar deuten einige Studien darauf hin, dass die Aufnahme von tierischen, palmitinsäurehaltigen Fetten das Risiko der Entwicklung eines HCC erhöhen könnte, während die Aufnahme pflanzlicher Fette, die viel Oleinsäure (OL) enthalten, nicht oder mit einem niedrigeren Risiko für die Entstehung eines HCC assoziiert war. Allerdings ist die Datenlage hier inkonsistent. Die Effekte gesättigter und einfach ungesättigter FS auf unterschiedliche HCC-Zelllinien wurden bisher nicht systematisch untersucht oder verglichen. Ziel dieser Arbeit war es deshalb, die Auswirkungen der gesättigten und einfach ungesättigten C16- und C18-FS auf verschiedene HCC-Zelllinien systematisch zu untersuchen und zu vergleichen. Methoden Die HCC-Zelllinien Hep3B, PLC und HepG2 wurden mit den freien FS Palmitoleinsäure (POS, C16:1), Oleinsäure (OL, C18:1), Palmitinsäure (PAT, C16:0) und Stearinsäure (ST, C18:0) behandelt. Nach Ermittlung der toxischen FS-Konzentrationen wurden die Zelllinien im subtoxischen Bereich stimuliert. Die intrazelluläre Triglycerid (TG)-Akkumulation wurde qualitativ mittels Oil Red O-Färbung und quantitativ mittels TG-Assays untersucht. Anschließend erfolgte eine Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR) zur Bestimmung des Einflusses der FS auf die mRNA-Expression des Zytokins Interleukin-8 (IL-8) und des Angiogenesefaktors vascular endothelial growth factor A (VEGF-A). Ergebnisse und Beobachtungen In den untersuchten Zelllinien konnten für die ungesättigten FS POS und OL keine zytotoxischen Effekte bei Konzentrationen bis zu 0,8 mM beobachtet werden, während die gesättigten FS PAT und ST bereits in geringeren Konzentrationen von 0,2 mM bzw. 0,1 mM zytotoxische Effekte induzierten. Die intrazelluläre TG-Akkumulation nahm nach Behandlung mit den verschiedenen FS in allen untersuchten Zelllinien dosisabhängig zu. Die ungesättigte C16-FS POS induzierte die intrazelluläre TG-Akkumulation in den untersuchten HCC-Zelllinien stärker als die ungesättigte C18-FS OL, in PLC sogar zweifach stärker. Auch die gesättigte C16-FS PAT induzierte die TG-Akkumulation in Hep3B und HepG2 stärker als die gesättigte C18-FS ST. Bei Betrachtung des proinflammatorischen Zytokins Interleukin 8 (IL-8) war die gesättigte FS PAT in allen untersuchten Zelllinien der stärkste Induktor der IL-8 mRNA-Expression, obwohl die ungesättigten FS POS und OL in sechsfach höherer Konzentration eingesetzt wurden. In mit PAT behandelte HepG2 Zellen konnte ein achtfacher Anstieg der IL-8 mRNA-Expression beobachtet werden. Ebenso wurde die Expression des Angiogenesefaktors VEGF-A durch PAT am stärksten induziert. Schlussfolgerunen und Diskussion Dies ist die erste Arbeit, die die intrazelluläre TG-Akkumulation sowie Zytotoxizität und Induktion der Expression des Zytokins IL-8 und des Angiogenesefaktors VEGF-A durch die gesättigten und einfach ungesättigten C16- und C18-FS in den HCC-Zelllinien Hep3B, HepG2 und PLC betrachtet und verglichen hat. Wie bereits in anderen Arbeiten zeigten die gesättigten FS eine deutlich stärkere Zytotoxizität als die ungesättigten FS. Des Weiteren konnte, wie auch in anderen Studien, eine dosisabhängige intrazelluläre TG-Akkumulation gezeigt werden. Inflammatorische und proangiogene Effekte der freien FS PAT, welche bisher vor allem in HepG2 und anderen HCC-Zelllinien nachgewiesen worden waren, konnten in dieser Arbeit auch in Hep3B und PLC beobachtet werden. Aufgrund der limitierten Therapieoptionen und der ungünstigen Prognose des HCC ist jeder Faktor relevant, der mit einer klinischen Prognoseverbesserung einhergehen könnte. Neben den üblichen Therapieoptionen wie Pharmakotherapie, chirurgischer Resektion oder Lebertransplantation wäre ergänzend auch ein diätischer Ansatz denkbar. Bisher haben Studien diätische Einflüsse überwiegend hinsichtlich der Primärprävention des HCC untersucht. Eine Reduktion der Aufnahme der gesättigten FS PAT durch beispielsweise reduzierten Verzehr von rotem Fleisch könnte auch günstige Auswirkungen für HCC-Patienten haben und sollte in Zukunft in prospektiven Studien weiter untersucht werden.
description: Objectives Cancer of the liver is the third leading cause of cancer-associated death worldwide. Hepatocellular carcinoma (HCC) is the most frequent type of primary liver cancer with a poor prognosis which can be attributed to the discovery mostly in advanced stages. In Western countries, non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is the fastest growing risk factor for developing HCC. NAFLD represents a broad spectrum of liver diseases, ranging from simple steatosis to non-alcoholic steatohepatitis (NASH), and lastly liver cirrhosis. It is strongly associated with obesity. Patients who suffer from obesity or NAFLD showed elevated concentrations of Plasma free fatty acids (FA) and both conditions are associated with a higher chance of developing HCC. The role of free FA in pathogenesis of HCC is not fully understood yet. Nevertheless, HCC cells showed modified lipid metabolism and elevated levels of free FA. Some studies demonstrated that a higher intake of the saturated FA palmitic acid was associated with an increased risk of developing HCC, while the monounsaturated FA oleic acid was not, but evidence remains inconsistent. Since the effects of saturated and monounsaturated FA on different HCC cell lines have not been analysed systematically, aim of this study was to elucidate the effects of both saturated and monounsaturated C16- and C18-FA on HCC cell lines. Design &amp; Methods HCC cell lines Hep3B, PLC and HepG2 were treated with different concentrations of the following monounsaturated and saturated FA: palmitoleic acid (POS, C16:1), oleic acid (OL, C18:1), palmitic acid (PAT, C16:0) and stearic acid (ST, C18:0). After exclusion of toxic concentration thresholds of FAs, cells were stimulated with subtoxic FA-concentrations. Intracellular triglyceride (TG)-accumulation was determined by Oil Red O staining and quantified by TG assay. Influence of free FA on the mRNA expression of the inflammatory cytokines Interleukin-8 (IL-8) and proangiogenic vascular endothelial growth factor A (VEGF-A) was examined by quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR). Observations &amp; Results No cytotoxic effects were observed in Hep3B, PLC and HepG2 after treatment with monounsaturated FA POS and OL up to concentrations of 0.8 mM, while PAT and ST induced cytotoxicity at 0.2 mM and 0.1 mM, respectively. Saturated FA induced cytotoxicity in HCC cells, while monosaturated FA did not have cytotoxic effects in higher concentrations. In all cell lines, FA induced a dose-dependent intracellular TG accumulation. C16-FA induced stronger TG accumulation than C18-FA in Hep3B and HepG2. Comparing the monosaturated FA, C16-FA POS induced stronger TG-accumulation than C18-FA OL in all cell lines. In PLC TG accumulation was twofold higher after treatment with 0.6 mM POS, compared to the same dose of OL. Also, after treatment with saturated C16-FA PAT, a significantly stronger induction of TG-accumulation was observed compared to ST in Hep3B and HepG2, but not in PLC. Regarding the inflammatory cytokine IL-8, treatment with PAT induced the strongest increase of IL-8 mRNA expression in all cell lines, even though concentration of unsaturated FA was up to sixfold higher. HepG2 treated with PAT had an eightfold increase of IL-8 mRNA expression. PAT also induced the strongest increase in VEGF-A mRNA expression, compared to the other free FA. Conclusions To the best of knowledge, this is the first study that analysed effects of saturated and monounsaturated FA on cytotoxicity, intracellular TG-accumulation and expression of IL-8 and VEGF-A in Hep3B, PLC and HepG2 cell lines systematically. Saturated FA induced stronger cytotoxicity than monosaturated FA. Furthermore, dose-dependent intracellular TG-accumulation was observed. As previously shown in HepG2, PAT was a strong inductor of IL-8 and VEGF-A mRNA expression in all examined cell lines and had stronger effects than POS, OL and ST. Other studies showed higher free FA levels in patients with HCC. Considering the poor prognosis and limited therapeutic options of HCC, nutrition adaptation could support pharmacotherapy and benefit patients. As 15% of FA in plasma are supplied by nutrition, decreased intake of PAT, which is mainly contained in animal products, could have beneficial effects on HCC and should be subject of further prospective investigation.