Effect of long-term metformin treatment in endometrial cancer development and progression
Final Report Abstract
Endometriumkarzinome gehören weltweit zu den häufigsten gynäkologischen bösartigen Tumoren, wobei erhöhte Östrogenspiegel sowie eine Hyperinsulinämie entscheidende Risikofaktoren für eine endometriale Karzinogenese darstellen. Es wird deshalb angenommen, dass Metformin, ein insulin-sensibilisierendes Medikament zur Behandlung von Typ 2 Diabetes mellitus (T2DM), zur Vorbeugung einer Entwicklung sowie zur Verringerung eines Fortschreitens endometrialer Tumoren beitragen kann. Neben seiner Wirkung auf den Glukosemetabolismus zeigte Metformin anti-tumoröse Effekte bereits in humanen Krebszelllinien und diabetischen Patienten mit verschiedenen Tumorentitäten, einschließlich des Endometriumkarzinoms. Allerdings ist der zugrundeliegende lokale Wirkmechanismus der anti-tumorösen Aktivität des Metformins bis heute nicht vollständig aufgeklärt. Ziel des geförderten Projektes war es, eine Evaluierung der Effekte von Metformin auf verschiedene zelluläre Parameter (Zellviabilität, Proliferation, Klonogenität und Migration) unter dem Einfluss unterschiedlicher metabolischer Bedingungen (Hyperglykämie, Hyperinsulinämie) in vitro in endometrialen Tumorzellen durchzuführen. Es sollten auf diese Weise optimale Bedingungen ermittelt werden, bei denen das Biguanid seine anti-tumoröse Wirkung am besten entfaltet, was wiederum Rückschlüsse auf besonders geeignete Patientengruppen erlauben könnte. Zudem sollte durch Analyse einer veränderten Expression Gene, Proteine und Signalwege identifiziert werden, die an der Metforminwirkung beteiligt sein könnten, sodass der Wirkmechanismus weiter aufgeklärt werden kann. Metformin könnte bei Frauen mit erhöhtem Risiko zur Entwicklung von Endometriumkarzinomen, u.a. bedingt durch Übergewicht, Insulinresistenz, T2DM oder PCOS als effektives präventives und therapeutisches Medikament zum Einsatz kommen. Zudem besteht die Möglichkeit, dass Metformin als Additiv in Frauen mit bereits bestehenden Endometriumkarzinomen zur Anwendung kommen könnte, um das Risiko von Rezidiven oder einer Metastasierung zu reduzieren. In unserem In-vitro-Modell wurden sub-toxische Metforminkonzentrationen verwendet und die endometrialen Krebszelllinien HEC-1A (postmenopausales Modell) und Ishikawa (prämenopausales Modell) für eine Dauer von 7 Tagen unter Einfluss von Hyperinsulinämie und Normo- (NG) bzw. Hyperglykämie (HG) in Gegenwart von ß-Östradiol (E2) behandelt. Die Zellviabilität nahm nach Metforminbehandlung konzentrationsabhängig ab. Die IC 50-Werte lagen zwischen 0,7–3,7 mmol/L (NG) und 3,0– 18,3 mmol/L (HG), wobei ein protektiver Effekt durch Glukose lediglich im ATP-Assay, nicht jedoch im MTT- Test auftrat. Eine deutliche Abnahme der Proliferation wurde zudem nach Kristallviolettfärbung beobachtet. Die Proliferation sank um 12–55 % (NG), jedoch weniger stark um bis zu 40 % in Gegenwart hoher Glukosekonzentrationen und zudem lediglich bei der höchsten verwendeten Metforminkonzentration, wobei dieser protektive Glukoseeffekt HEC-1A-Zellen deutlicher ausgeprägt war. Ebenfalls konzentrationsabhängig trat eine Abnahme der Koloniebildung (Klonogenität) um 44–80 % (NG) bzw. 29–81 % (HG) in HEC-1A-Zellen auf. Geringfügig höhere Metforminkonzentrationen waren nötig, um die Klonogenität von Ishikawa-Zellen unabhängig vom Glukosespiegel um 36–86 % zu reduzieren. Eine Evaluierung der Migration im Wound Healing-Assay führte zu dem Ergebnis, dass die Fähigkeit zum „Wundverschluss“ mit steigender Metforminkonzentration jedoch unabhängig vom Glukosespiegel abnahm. Mithilfe einer Analyse der Veränderungen des Transkriptoms sowie des Proteoms nach Metforminbehandlung konnten potentielle Zielgene und -proteine identifiziert werden, die an dem anti-tumorösen Wirkmechanismus von Metformin beteiligt sein könnten. Anschließende Untersuchungen der Gen- und Proteinexpression unter verschiedenen metabolischen Bedingungen mithilfe von real-time PCR und Western Blotting erlaubten eine detailliertere Bewertung der Zielmoleküle, sodass in weiterführenden Untersuchungen der Fokus auf wenige interessante Kandidatengene und -proteine gelegt werden kann.
Publications
- Differences in the effects of metformin treatment on viability and migration of endometrial cancer cells in a normal or high glucose environment (P-300), In: Abstracts of the 36th annual meeting of the European Society of Human Reproduction and Embryology (ESHRE). Hum Reprod, 2020, 35 Suppl 1, i274-i275
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- Changes in gene and protein expression in human endometrial cancer cell lines after low dose metformin treatment over time (P-288), In: Abstracts of the 37th annual meeting of the European Society of Human Reproduction and Embryology (ESHRE). Hum Reprod, 2021, 36 Suppl 1, i266-i267
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Lange, C.; Machado W Eber, A.; Schmidt, R.; Schroeder, C.; Strowitzki, T.; Germeyer, A.
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0248103) - Long-term metformin effect on endometrial cancer development depending on glucose environment in vitro. Open J Obstet Gynecol, 2021, 11, 1172-1189
Machado W Eber, A.; Lange, C.; Jauckus, J.; Strowitzki, T.; Germeyer, A.
(See online at https://doi.org/10.4236/ojog.2021.119111)
