title: Molekularbiologische und immunhistologische Leberveränderungen beim Mausmodell eines Kachexie-induzierenden Pankreas-Karzinoms: Effekte einer Monoaminoxidase-A-Inhibition
title: Molecular biological and immunohistological liver alterations in a mouse model of cachexia-inducing pancreatic cancer: Effects of monoamine oxidase A inhibition.
titleType: AlternativeTitle
Creators: name: Wächtershäuser, Elisa Marie
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2022
Subjects: Leber
cancer cachexia
Tumorkachexie
Glutaminsynthetase
glutamin synthetase
monoamine oxidase A
Pankreaskarzinom
Monoaminooxidase-A
harmine
Medical sciences Medicine
Medizin
liver
Harmine
pancreatic cancer

description: Background: Cancer cachexia represents a multisystem disease affecting more than 50 % of cancer patients and is associated with a worsened prognosis and quality of life. Cancer cachexia is characterized by a symptom complex of weight loss, muscle wasting and inflammation. As the exact mechanisms are not completely understood, early cachexia markers are missing, and no effective therapy is available, cancer cachexia is often diagnosed too late and not treated effectively. In particular, the altered liver metabolism associated with negative nitrogen balance is poorly understood. This work explores the hypothesis that there is tumor cachexia-induced, possibly inflammatory, damage to the perivenous glutamine synthetase (GS)-expressing cell layers of the liver. This may contribute to the negative nitrogen balance in cancer cachexia by limiting perivenous ammonia scavenging. Also, the mitochondrial enzyme monoamine oxidase A (MAO-A) might contribute to liver injury through formation of reactive oxygen species, thus representing a potential therapeutic target in cancer cachexia. Methods: Untreated mice with pancreatic cancer (CA n=11) of the 3x transgenic LSL-KrasG12D/+; LSL-Trp53R172H/+; Pdx-1-Cre murine model of pancreatic cancer (PDAC) were first compared with wild-type control animals (WT n=13). In addition, the effect of MAO-A inhibition was studied in 3x transgenic mice with pancreatic cancer (CA HH n=7) and wild-type control animals (WT HH n=11). To this end, these mice were intraperitoneally administered 0.6 mg harmine hydrochloride (HH) daily for a period of two months starting from the third month of life. In these four groups, the liver was examined by immunohistochemistry using 6 µm cryosections for protein expression and zonal distribution of GS, MAO-A and inflammation markers (IL-1β, COX-2, CD68) as well as liver glycogen content (PAS reaction). Furthermore, relative gene expression of GS, factors of hepatic amino acid transport (FXR, RhBG, SLC1A2, SLC1A4, SLCA1A5), inflammation (IL-1β, IL-6, TNF-α, COX-1, CD68, SOCS-3, MIF), apoptosis (BAX, BCL-2, Caspase-3) and proliferation (PCNA) markers, as well as MAO-A and MAO-B were analyzed by qRT-PCR on liver homogenate. Results: In the CA group, a significant reduction in strictly perivenous GS protein expression was shown as an important cancer cachexia effect compared to WT. In contrast to that, an increase in GS mRNA was shown in the CA group, suggesting a posttranscriptional effect by PDAC. The examined inflammation markers were significantly increased at both the protein and mRNA levels in the CA group compared to WT. Contrary to the hypothesis of cancer cachexia-induced MAO-A upregulation, this was not detectable at either the protein or mRNA level. This, however, does not allow conclusions about a possible increased MAO-A enzyme activity. MAO-A inhibition with HH reversed the reduction of GS protein expression in the CA group. Similarly, protein expression of the inflammatory markers IL-1β and CD68 in the CA group was decreased by HH treatment. However, a positive effect on body weight by HH treatment was not detectable. Conclusion: The present work confirms previous findings and provides new evidence for the importance of early changes in liver metabolism in cancer cachexia. Significantly decreased GS protein expression suggests damage to the perivenous zone. Reduction of glutamine synthesis and ammonia scavenging may explain cachexia-typical metabolic changes such as decreased glutamine and increased glutamate levels and hyperammonemia. The increased expression of inflammatory markers in CA animals supports the hypothesis of inflammation-related liver injury as a cachexia-promoting alteration. Regarding the anticachectic therapeutic potential of the MAO-A inhibitor HH, a conflicting picture emerges. Although HH seems to effectively counteract GS reduction, perivenous zone damage, and hepatic inflammatory response, this was not associated with a positive effect on body weight. Further research on this subject is necessary.
description: Hintergrund: Tumorkachexie stellt eine Multisystemerkrankung dar, die über 50 % der Tumorpatienten betrifft und mit einer Verschlechterung von Prognose und Lebensqualität einhergeht. Gekennzeichnet ist die Tumorkachexie durch einen Symptomkomplex aus Gewichtsabnahme, Muskelschwund und Inflammation. Da die genauen Mechanismen nicht vollständig geklärt sind, frühe Kachexiemarker fehlen und keine wirkungsvolle Therapie zur Verfügung steht, wird Tumorkachexie häufig nicht früh genug diagnostiziert und effektiv behandelt. Insbesondere der früh veränderte Leberstoffwechsel mit negativer Stickstoffbilanz ist wenig verstanden. In dieser Arbeit wird die Hypothese untersucht, dass es zu einer Tumorkachexie-induzierten, möglicherweise inflammatorisch bedingten, Schädigung der perivenösen Glutaminsynthetase (GS)-exprimierenden Zelllagen der Leber kommt, was durch Einschränkung des perivenösen Ammoniak-Scavengings zu der negativen Stickstoffbilanz bei Tumorkachexie beitragen könnte. Auch das mitochondriale Enzym Monoaminoxidase-A (MAO-A) könnte durch Bildung reaktiver Sauerstoffspezies zu einer Leberschädigung beitragen und somit ein potentielles therapeutisches Target bei Tumorkachexie darstellen. Methodik: Es wurden unbehandelte Mäuse mit Pankreaskarzinom (CA n=11) des 3x transgenen LSL-KrasG12D/+; LSL-Trp53R172H/+; Pdx-1-Cre-Mausmodells des Pankreaskarzinoms (PDAC) zunächst mit Wildtyp-Kontrolltieren (WT n=13) verglichen. Zusätzlich wurde der Effekt einer MAO-A-Inhibition an 3x transgenen Mäusen mit Pankreaskarzinom (CA HH n=7) und Wildtyp-Kontrolltieren (WT HH n=11) untersucht, welchen ab dem dritten Lebensmonat über einen Zeitraum von zwei Monaten täglich 0,6 mg Harmine-Hydrochlorid (HH) intraperitoneal appliziert wurde. In diesen vier Gruppen wurde die Leber anhand von 6 µm-Kryoschnitten mittels Immunhistochemie bzgl. der Proteinexpression und zonale Verteilung von GS, MAO-A und Inflammationsmarkern (IL-1β, COX-2, CD68) sowie der Leberglykogengehalt (PAS-Reaktion) untersucht. Des Weiteren wurde mittels qRT-PCR an Leberhomogenat die relative Genexpression von GS, Faktoren des hepatischen Aminosäuretransportes (FXR, RhBG, SLC1A2, SLC1A4, SLCA1A5), Inflammations- (IL-1β, IL-6, TNF-α, COX-1, CD68, SOCS-3, MIF), Apoptose- (BAX, BCL-2, Caspase-3) und Proliferationsmarkern (PCNA) sowie MAO-A und MAO-B analysiert. Ergebnisse: In der CA-Gruppe konnte im Vergleich zu WT als wichtiger Tumorkachexieeffekt eine signifikante Reduktion der streng perivenösen GS-Proteinexpression gezeigt werden. Interessanterweise zeigte sich entgegengesetzt eine Steigerung der GS-mRNA in der CA-Gruppe, was einen posttranskriptionellen Effekt durch PDAC vermuten lässt. Die untersuchten Inflammationsmarker waren sowohl auf Protein- als auch auf mRNA-Ebene in der CA-Gruppe gegenüber WT signifikant erhöht. Entgegen der These einer Tumorkachexie-bedingten MAO-A-Hochregulation, war diese weder auf Protein- noch auf mRNA-Ebene nachweisbar, was jedoch keine Aussage über eine evtl. gesteigerte MAO-A-Enzymaktivität erlaubt. Durch MAO-A-Inhibition mit HH war die Reduktion der GS-Proteinexpression in der CA-Gruppe reversibel. Ebenso konnte die Proteinexpression der Inflammationsmarker IL-1β und CD68 in der CA-Gruppe durch HH-Behandlung gesenkt werden. Ein positiver Gewichtseffekt durch HH war jedoch nicht nachweisbar. Schlussfolgerung: Die vorliegende Arbeit bestätigt bisherige und liefert neue Befunde zur Bedeutung früher spezifischer Veränderungen des Leberstoffwechsels bei Tumorkachexie. Die signifikant verringerte GS-Proteinexpression spricht für eine Schädigung der perivenösen Zone. Durch Verringerung der Glutaminsynthese und des Ammoniak-Scavengings sind Kachexie-typische Stoffwechselveränderungen wie erniedrigte Glutamin- und erhöhte Glutamatspiegel sowie Hyperammonämie möglicherweise zu erklären. Die gesteigerte Expression von Inflammationsmarkern bei CA-Tieren stützt die These einer inflammationsbedingten Leberschädigung als Kachexie-begünstigende Veränderung. Bezüglich des antikachektischen Therapiepotentials des MAO-A-Hemmers HH ergibt sich ein zwiespältiges Bild. Zwar scheint HH der GS-Reduktion und damit der Schädigung der perivenösen Zone sowie teilweise der hepatischen Inflammationsreaktion effektiv entgegen zu wirken, jedoch war dies nicht mit einem positiven Einfluss auf das Körpergewicht verbunden. Hier besteht weiterer Forschungsbedarf.