Was man über VEGF-C in der Lymphologie wissen sollte

Was man über VEGF-C in der Lymphologie wissen sollte

PD Dr. Michael Jeltsch, Universität Helsinki & Wihuri-Forschungsinstitut, Finnland, michael@jeltsch.org

Der vaskuläre endotheliale Wachstumsfaktor C (VEGF-C) ist für die Entwicklung und das Wachstum des Lymphgefäßsystems unerlässlich. Zusammen mit VEGF-D bildet er die lymphatische Untergruppe innerhalb der VEGF-Familie der Wachstumsfaktoren, deren andere Mitglieder (PlGF, VEGF/VEGF-A, VEGF-B) in erster Linie für das Wachstum und die Funktion von Blutgefäßen verantwortlich sind. VEGF-C wurde als Ligand des Tyrosinkinase-Rezeptors VEGFR-3 entdeckt (1), und seine spezifische Wirkung auf Lymphgefäße wurde erstmals 1997 beschrieben (2,3). Etwa ein Drittel der Fälle von hereditärem Lymphödem beim Menschen resultiert aus Mutationen in Genen, die an der VEGF-C-Signalübertragung beteiligt sind (4). Das vollständige Fehlen von VEGF-C führt zum Tod während der Embryogenese (5). Wahrscheinlich aus diesem Grund sind klinische Fälle von erblich bedingtem Lymphödem durch eine teilweise Inaktivierung der Signaltransduktion gekennzeichnet. VEGFR-3 (6) ist in den meisten Fällen betroffen, doch werden Mutationen im Zusammenhang mit dem erblich bedingten Lymphödem für alle im Folgenden beschriebenen Komponenten der VEGF-C-Signaltransduktion beschrieben oder vermutet. z.T. im Rahmen einer multifaktoriellen Vererbung.

Regulation der VEGF-C-Aktivität

Die funktionellen Unterschiede zwischen den angiogenen und lymphangiogenen VEGFs spiegeln sich in ihrer Struktur wider. Im Gegensatz zu den angiogenen VEGFs, die unmittelbar nach der Sekretion aktiv sind, wird VEGF-C als inaktives Protein gebildet und erst durch zwei enzymatische Spaltungen aktiviert (7). Die erste enzymatische Spaltung erfolgt konstitutiv. Das daraus resultierende Pro-VEGF-C kann zwar an den VEGFR-3 binden, diesen jedoch noch nicht aktivieren. Erst durch die zweite Spaltung wird VEGF-C aktiv. ADAMTS3 (A Disintegrin and Metalloproteinase with Thrombospondin motifs 3) wurde als verantwortliche Protease identifiziert (8). Damit ADAMTS3 VEGF-C aktivieren kann, ist das CCBE1-Protein (Collagen And Calcium binding EGF domains 1) erforderlich. CCBE1 erfüllt zwei Funktionen: Seine C-terminale Domäne aktiviert ADAMTS3 (9), während seine N-terminale Domäne VEGF-C an der Oberfläche der lymphatischen Endothelzellen immobilisiert und so eine effiziente Aktivierung durch das ebenfalls an der Zelloberfläche gebundene ADAMTS gewährleistet (10). Im Gegensatz zur VEGF-A-Produktion, die durch Hypoxie ausgelöst wird, sind die Auslöser für die VEGF-C-Produktion weniger gut bekannt. Es wurde die Hypothese aufgestellt – und sie erscheint plausibel –, dass Blutgefäße größeren Kalibers für die Herstellung des Gewebedrainagesystems durch VEGF-C-Sekretion verantwortlich sind. Wahrscheinlich spielt der interstitielle Druck sowohl bei der embryonalen als auch bei der adulten Lymphangiogenese eine Rolle (11).

VEGF-C als pharmakologisches Zielmolekül

Die wichtige Rolle des VEGF-C/VEGFR-3-Komplexes bei der angiogenen Signalübertragung hat VEGF-C als Zielmolekül für die antiangiogene Tumortherapie etabliert (12). Die aktive Rolle von VEGF-C bei der lymphogenen Metastasierung und die therapeutische Wirksamkeit einer VEGF-C/VEGFR-3-Blockade wurden in präklinischen Studien nachgewiesen (13, 14). Aufgrund erheblicher Unterschiede zwischen Mäusen und Menschen hinsichtlich der VEGF-C/VEGFR-3-Achse (15/16) bleibt jedoch unklar, inwieweit diese Studien für Tumoren beim Menschen relevant sind.Neuere Studien zeigen überzeugend, dass die Lymphknoteninfiltration eher ein Indikator für das Metastasierungspotenzial ist, als dass sie selbst ein Stadium der Fernmetastasierung darstellt (17). Das Design der einzigen abgeschlossenen klinischen Studie (Phase 1), in der VEGF-C-Signale mit Antikörpern blockiert wurden, lässt leider keine Rückschlüsse darauf zu, ob eine VEGFR-3-Blockade die lymphatische Metastasierung hemmt (Monotherapie bei kolorektalen Karzinomen, n = 21, 18). Zwischenergebnisse einer laufenden Studie, in der VEGF-A- und VEGF-C-Signalwege gleichzeitig blockiert werden, deuten darauf hin, dass eine Kombinationstherapie hilfreich sein könnte (19). Im Vergleich zur Standardtherapie mit Anti-VEGF-A (20) berichten die Patienten über verstärkte Ödem-Symptome (18).

Stimulation der Lymphangiogenese als Ödemtherapie?

Das primäre Lymphödem, dessen molekulare Ursache ein vermindertes VEGF-C-Signal ist, wurde in präklinischen Studien an Mäusen erfolgreich durch die Verabreichung von VEGF-C behandelt (21). In einer klinischen Studie, deren Ziel die Behandlung des sekundären Lymphödems nach einer Brustkrebsoperation ist, wird VEGF-C in Verbindung mit einer Lymphknotentransplantation (Markenname Lymfactin™) verabreicht. Im Rahmen dieser Studie von Herantis Pharma wurden seit Ende 2014 fast ein Dutzend Patienten behandelt, es wurden jedoch noch keine Ergebnisse veröffentlicht (22, 23). Die unerwartete Wirkung von Ketoprofen auf das Lymphödem (24) beruht auf der Hemmung der Leukotrien-A4-Hydrolase. Das Medikament Bestatin/Ubenimex hemmt die Prostaglandinsynthese nicht in gleichem Maße wie Ketoprofen; daher sind seine Nebenwirkungen weniger ausgeprägt, und es wird für die derzeit laufenden klinischen Studien eingesetzt (25). Es wurde vermutet, dass seine Wirkung teilweise auf einen indirekten Einfluss auf die VEGF-C-Produktion zurückzuführen sein könnte.

English abstract: “Essentials facts about VEGF-C in lymphology“ .

Literaturverzeichnis

1. Joukov, V. et al. A novel vascular endothelial growth factor, VEGF-C, is a ligand for the Flt4 (VEGFR-3) and KDR (VEGFR-2) receptor tyrosine kinases. EMBO J 15, 290–298 (1996). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC449944/ 
2. Jeltsch, M. et al. Hyperplasia of Lymphatic Vessels in VEGF-C Transgenic Mice. Science 276, 1423–1425 (1997). https://dx.doi.org/10.1126/science.276.5317.1423 
3. Oh, S.-J. et al. VEGF and VEGF-C: Specific Induction of Angiogenesis and Lymphangiogenesis in the Differentiated Avian Chorioallantoic Membrane. Developmental Biology 188, 96–109 (1997). https://dx.doi.org/10.1006/dbio.1997.8639 
4. Mattonet, K., Wilting, J. & Jeltsch, M. Die genetischen Ursachen des primären Lymphödems. in Erkrankungen des Lymphgefäßsystems (eds. Weissleder, H. & Schuchhardt, C.) 210–229 (Viavital Verlag, 2015).
5. Karkkainen, M. J. et al. Vascular endothelial growth factor C is required for sprouting of the first lymphatic vessels from embryonic veins. Nat Immunol 5, 74–80 (2003). https://dx.doi.org/10.1038/ni1013 
6. Karkkainen, M. J. et al. Missense mutations interfere with VEGFR-3 signalling in primary lymphoedema. Nature Genetics 25, 153–159 (2000). https://dx.doi.org/10.1038/75997 
7. Joukov, V. et al. Proteolytic processing regulates receptor specificity and activity of VEGF-C. The EMBO Journal 16, 3898–3911 (1997). https://dx.doi.org/10.1093/emboj/16.13.3898 
8. Jeltsch, M. et al. CCBE1 Enhances Lymphangiogenesis via A Disintegrin and Metalloprotease With Thrombospondin Motifs-3–Mediated Vascular Endothelial Growth Factor-C Activation. Circulation 129, 1962–1971 (2014). https://dx.doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.113.002779 
9. Roukens, M. G. et al. Functional Dissection of the CCBE1 Protein A Crucial Requirement for the Collagen Repeat Domain. Circ Res 116, 1660–1669 (2015). https://dx.doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.116.304949 
10. Jha, S. K. et al. Efficient activation of the lymphangiogenic growth factor VEGF-C requires the C-terminal domain of VEGF-C and the N-terminal domain of CCBE1. Sci Rep 7, 4916 (2017). https://dx.doi.org/10.1038/s41598-017-04982-1 
11. Planas-Paz, L. et al. Mechanoinduction of lymph vessel expansion. EMBO J 31, 788–804 (2012). https://dx.doi.org/10.1038/emboj.2011.456 
12. Tammela, T. et al. Blocking VEGFR-3 suppresses angiogenic sprouting and vascular network formation. Nature 454, 656–660 (2008). https://dx.doi.org/10.1038/nature07083 
13. Mandriota, S. J. et al. Vascular endothelial growth factor-C-mediated lymphangiogenesis promotes tumour metastasis. EMBO J 20, 672–682 (2001). https://dx.doi.org/10.1093/emboj/20.4.672 
14. Karpanen, T. et al. Vascular Endothelial Growth Factor C Promotes Tumor Lymphangiogenesis and Intralymphatic Tumor Growth. Cancer Res 61, 1786–1790 (2001). https://cancerres.aacrjournals.org/content/61/5/1786 
15. Hughes, D. C. Alternative Splicing of the Human VEGFGR-3/FLT4 Gene as a Consequence of an Integrated Human Endogenous Retrovirus. J Mol Evol 53, 77–79 (2001). https://dx.doi.org/10.1007/s002390010195 
16. Baldwin, M. E. et al. The Specificity of Receptor Binding by Vascular Endothelial Growth Factor-D Is Different in Mouse and Man. J. Biol. Chem. 276, 19166–19171 (2001). https://dx.doi.org/10.1074/jbc.M100097200 
17. Naxerova, K. et al. Origins of lymphatic and distant metastases in human colorectal cancer. Science 357, 55–60 (2017). https://dx.doi.org/10.1126/science.aai8515 
18. Saif, M. W. et al. Phase 1 study of the anti-vascular endothelial growth factor receptor 3 monoclonal antibody LY3022856/IMC-3C5 in patients with advanced and refractory solid tumors and advanced colorectal cancer. Cancer Chemother Pharmacol 78, 815–824 (2016). https://dx.doi.org/10.1007/s00280-016-3134-3 
19. Falchook, G. S. et al. A first-in-human phase I study of VGX-100, a selective anti-VEGF-C antibody, alone and in combination with bevacizumab in patients with advanced solid tumors. J. Clin. Oncol. 32:5s, (2014). https://web.archive.org/web/20140305122346/https://www.circadian.com.au/sites/default/files/VGX-100%20Phase%201%20Oncology%20Trial%20Presented%20at%20ASCO%202013.pdf 
20. Shord, S. S., Bressler, L. R., Tierney, L. A., Cuellar, S. & George, A. Understanding and managing the possible adverse effects associated with bevacizumab. American Journal of Health-System Pharmacy 66, 999–1013 (2009). https://dx.doi.org/10.2146/ajhp080455 
21. Karkkainen, M. J. et al. A model for gene therapy of human hereditary lymphedema. PNAS 98, 12677–12682 (2001). https://dx.doi.org/10.1073/pnas.221449198 
22. Honkonen, K. M. et al. Lymph Node Transfer and Perinodal Lymphatic Growth Factor Treatment for Lymphedema. Annals of Surgery May 2013 257, 961–967 (2013). https://dx.doi.org/10.1097/SLA.0b013e31826ed043 
23. Herantis Pharma. Lymfactin® for lymphedema. (2015). https://web.archive.org/web/20140531191950/http://herantis.com/pipeline/lymfactin-for-lymphedema 
24. Nakamura, K., Radhakrishnan, K., Wong, Y. M. & Rockson, S. G. Anti-Inflammatory Pharmacotherapy with Ketoprofen Ameliorates Experimental Lymphatic Vascular Insufficiency in Mice. PLOS ONE 4, e8380 (2009). https://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0008380 
25. Tian, W. et al. Leukotriene B4 antagonism ameliorates experimental lymphedema. Science Translational Medicine 9, eaal3920 (2017). https://dx.doi.org/10.1126/scitranslmed.aal3920