Open Access

Jule Eriksson

• Der VEGF-neutralisierende Antikörper Bevacizumab ist ein wichtiger Bestandteil der modernen Tumortherapie. Auch in der Glioblastom Therapie wird Bevacizumab eingesetzt, da in klinischen Studien eine Verlängerung des progressionsfreien Überlebens beobachtet wurde. Leider entwickeln sich schnell Resistenzen und das Gesamtüberleben konnte durch Bevacizumab in der Erstlinientherapie von Glioblastomen nicht verlängert werden. Die genaue Wirkungsweise von Bevacizumab und somit auch die Resistenzentwicklung sind nur teilweise bekannt. Es wird vermutet, dass es durch Gefäßveränderungen zu einer Mangelsituation und zu Hypoxie kommt. Einige Studien deuten darauf hin, dass es neben der Wiedererlangung einer VEGF-unabhängigen Gefäßversorgung auch zu Resistenz gegen das durch Bevacizumab hervorgerufene, von Sauerstoffmangel gekennzeichnete Mikromilieu kommt. So konnte gezeigt werden, dass Bevacizumab-resistente Tumoren einen stark glykolytischen, sauerstoff-unabhängigen Zellmetabolismus aufweisen und vermehrt Laktat produzieren. Darüber hinaus wurde in Folge der Bevacizumab-Behandlung eine Fehlfunktion von Mitochondrien beobachtet. Unklar ist noch, ob die beschriebenen metabolischen Veränderungen ein Epiphänomen der Nährstoffmangelsituation sind oder ob sie kausal mit der Resistenzentwicklung in Zusammenhang stehen. In der vorliegenden Arbeit sollte deshalb geprüft werden, ob die metabolische Umstellung hin zu einem glykolytischen, anaeroben Phänotyp eine hinreichende Bedingung zur Entwicklung einer Hypoxie- und Bevacizumabresistenz darstellt. Hierzu wurden Glioblastomzellen (LNT229) derart verändert, dass sie keine oxidative Phosphorylierung durchführen konnten und rein auf die glykolytische Energiegewinnung angewiesen waren (rho0-Zellen). Diese Veränderung führte in-vitro zu einer Hypoxieresistenz der Zellen. Außerdem waren rho0-Zellen empfindlicher gegenüber Glukoseentzug und einer Behandlung mit dem Glykolyse-Inhibitor 2-Deoxyglucose (2DG). Des Weiteren waren im Mausmodell intrakranielle rho0-Tumorxenografts resistent gegenüber Bevacizumab. Diese Resistenz konnte durch zusätzliche Therapie mit 2DG wieder aufgehoben werden. Somit konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass die Hemmung der oxidativen Phosphorylierung zu einem glykolytischen Phänotyp führt, der hinreichend ist, um eine Hypoxieresistenz und in Folge dessen eine Bevacizumabresistenz in Glioblastomzellen zu verursachen. Dies lässt einen kausalen Zusammenhang zwischen bereits in anderen Studien beschriebenen metabolischen Veränderungen und einer Bevacizumabresistenz in Tumoren vermuten. Der zelluläre Glukosestoffwechsel ist damit ein vielversprechender therapeutischer Angriffspunkt zur Vermeidung und Überwindung einer Bevacizumabresistenz.
• Bevacizumab, a VEGF Antibody, is frequently used in modern tumor therapy. In glioblastoma therapy it showed promising response rates with a significant improvement of progression-free survival. Unfortunately, the response is only transient and recent clinical studies did not find an improvement of overall survival after first-line bevacizumab therapy in glioblastoma. How bevacizumab affects tumor cells and how they become resistant remains unclear. It has been suggested that bevacizumab causes vessel rarefaction and hypoxia. There is growing evidence that besides VEGF independent revascularization, tumor cells develop bevacizumab resistance by adapting to the hypoxic microenvironment. Recent studies could show that bevacizumab resistant tumors exhibit a glycolytic, oxygen-independent cell metabolism with increased lactate production. Moreover, following bevacizumab treatment a destruction of mitochondrial function was found. However, it remains unclear if these changes are an epiphenomenon of adaptation to metabolic deprivation or a causal mechanism to develop resistance. The presented work therefore addressed if a metabolic switch towards a glycolytic phenotype is sufficient to cause bevacizumab resistance. To achieve this metabolic alteration, mitochondria of LNT 229 glioblastoma cells were disrupted, leading to defective oxidative phosphorylation and consequent dependence on glycolysis for energy supply (rho0 phenotype). This led to resistance against hypoxia in this cells in-vitro. Furthermore, rho0 cells were more susceptible to glucose deprivation and to the glucose analogue 2DG, which acts as an inhibitor of glycolysis. In addition, intracranial rho0 xenografts in mice were resistant against bevacizumab, and the combination of bevacizumab with 2DG abolished bevacizumab resistance. In conclusion, we showed that suppression of oxidative phosphorylation led to a glycolytic phenotype and indeed was sufficient to cause resistance against hypoxia and bevacizumab in glioblastoma cells. By this, a causal relationship between previously described metabolic alterations towards a more glycolytic phenotype and bevacizumab resistance is likely. Conversely, glucose metabolism of tumor cells becomes an interesting approach to avoid or overcome bevacizumab resistance in tumors.