Der Einfluss des Sphingosin-1-Phosphat-Signalweges auf die Angiogenese und das Wachstum experimentell induzierter Endometrioseherde

Abstract

Die Endometriose ist eine häufige gynäkologische Erkrankung, unter der etwa 10-20% aller Frauen im repro-duktiven Alter leiden. Sie wird durch das Vorkommen von endometrialem Gewebe außerhalb der Uterushöhle definiert. Zu den typischen Symptomen der Endometriose gehören Dysmenorrhoe, chronische Unterbauch-schmerzen, Dyspareunie und Infertilität. Die Ursachen für die Entstehung einer Endometriose sind noch nicht grundlegend geklärt, die Implantationstheorie von Sampson gilt aktuell aber immer noch als am wahrschein-lichsten. Dabei wird davon ausgegangen, dass endometriale Gewebefragmente während der Menstruation retrograd in den Bauchraum einwandern und dort zur Bildung von Endometrioseherden führen. Diese Herde sind abhängig von der Entwicklung neuer Blutgefäße (Angiogenese), die das Gewebe mit Sauerstoff und Nähr-stoffen versorgen. Daher könnten anti-angiogene Behandlungsstrategien, wie sie gegenwärtig bereits in der Onkologie eingesetzt werden, auch bei der Bekämpfung der Endometriose wirksam sein. Hierfür könnte der Sphingosin-1-Phosphat-Signalweg einen möglichen Ansatzpunkt darstellen. Der Haupteffektor dieses Signalweges ist Sphingosin-1-Phosphat, das intrazellulär von der Sphingosinkinase 1 und 2 gebildet wird. Sphingosin-1-Phosphat bindet extrazellulär an Sphingosin-1-Phosphat-Rezeptoren und kann so die Pro-liferation und Reifung von Blutgefäßen stimulieren. Basierend auf dieser Erkenntnis war es das Ziel der vor-liegenden Arbeit, erstmalig den Einfluss der potentiell anti-angiogenen Wirkstoffe SKI-5C, SEW2871 und FTY720, die in den Sphingosin-1-Phosphat-Signalweg eingreifen, auf die Entwicklung induzierter Endo-metrioseherde zu untersuchen. Der Wirkstoff SKI-5C ist ein Inhibitor der Sphingosinkinase 1 und verhindert dadurch die Bildung von Sphingosin-1-Phosphat. SKI-5C wurde zunächst in einem murinen Rückenhautkammermodell getestet. Dabei wurde eine Titankammer in die Rückenhaut von Mäusen implantiert, in die Endometriumfragmente trans-plantiert wurden. Das Wachstum und die Vaskularisierung dieser Fragmente wurden mittels intravitaler Fluoreszenzmikroskopie untersucht, wobei die Tiere entweder mit SKI-5C oder Vehikel als Kontrolle behandelt wurden. Im Vergleich zur Kontrollgruppe zeigte sich, dass in der Behandlungsgruppe sowohl das Wachstum als auch die Vaskularisierung der induzierten Endometrioseherde inhibiert werden konnte. Dies führte zu einer signifikant kleineren Herdgröße über den gesamten Zeitraum des Versuchs. Aufgrund dieser vielver-sprechenden Ergebnisse wurde SKI-5C zusätzlich in einem intraperitonealen Endometriosemodell getestet. Dazu wurden zuvor aus Spendermäusen entnommene Uterusstanzen an die peritoneale Bauchwand von Empfängermäusen transplantiert. Das Wachstum und die Entwicklung der so induzierten Endometrioseherde wurde über einen Zeitraum von 28 Tagen mittels hochauflösender Ultraschall-Bildgebung analysiert. Dabei zeigte sich, dass SKI-5C das Wachstum der induzierten Endometrioseherde signifikant inhibierte. Diese Wirkung kann auf eine Hemmung der Angiogenese zurückgeführt werden, die zu einer verminderten Sauerstoffversorgung der Herde führte. Durch immunhistochemische Analysen wurde zusätzlich gezeigt, dass auch die Proliferation der Stromazellen in den Endometrioseherden gehemmt wurde. In einem zweiten Studienabschnitt wurde, wie zuvor beschrieben, die Wirksamkeit von SEW2871, das den Sphingosin-1-Phosphat-Rezeptor 1 blockiert, im Rückenhautkammermodell untersucht. Dabei zeigte sich, dass dieser Wirkstoff in der frühen Phase der Entwicklung von Endometrioseherden eine anti-angiogene Wirkung hat. Dennoch wiesen die Herde der Kontroll- und Behandlungsgruppe am Versuchsende eine vergleichbare Vaskularisierung und Größe auf. In einem dritten Studienabschnitt wurde der Wirkstoff Fingolimod (FTY720) der die Sphingosin-1-Phosphat-Rezeptoren 1 sowie 3-5 hemmt, ebenfalls im Rückenhautkammermodell untersucht. Hierbei zeigte sich, dass FTY720 das Wachstum und die Entwicklung der induzierten Endometrioseherde leicht reduziert, wobei dieser Effekt am 10. Untersuchungstag am deutlichsten ausgeprägt war. Am Versuchsende waren jedoch keine signifikanten Unterschiede zwischen der Kontroll- und Behandlungsgruppe die Herdgröße und die Vaskularisierung betreffend zu erkennen. Durch die Untersuchung der drei Wirkstoffe konnte erstmals gezeigt werden, dass insbesondere SKI-5C die Entwicklung von induzierten Endometrioseherden hemmen kann. Entsprechend könnte die Inhibition des Sphingosin-1-Phosphat-Signalweges durch die Hemmung der Sphingosinkinase-1 einen neuen therapeutischen Ansatz zur Behandlung der Endometriose darstellen.

Endometriosis is a common gynecological disease affecting 10-20% of all women in reproductive age. It is defined by the presence of endometrial tissue outside the uterine cavity. Typical symptoms of endometriosis are dysmenorrhea, chronic lower ab-dominal pain, dyspareunia and infertility. To date, the mechanisms promoting the onset of endometriosis are not yet fully clarified. The implantation theory of Sampson repre-sents a plausible explanation. This theory suggests that endometrial tissue fragments migrate retrogradely during menstruation into the abdominal cavity, where they de-velop into endometriotic lesions. These lesions are dependent on the development of new blood vessels (angiogenesis), which supply the tissue with oxygen and nutrients. Therefore, anti-angiogenic treatment strategies, such as those currently already ap-plied in oncology, may also be effective in the therapy of endometriosis. For this pur-pose, the sphingosine-1-phosphate signaling pathway may be a possible target. The main effector of this signaling pathway is sphingosine-1-phosphate, which is generated intracellularly by the sphingosine kinases 1 and 2. Sphingosine-1-phosphate binds ex-tracellularly to sphingosine-1-phosphate receptors and, thus, stimulates the prolifera-tion and maturation of blood vessels. Based on this finding, the aim of the present work was to analyze for the first time the effect of the potentially anti-angiogenic compounds SKI-5C, SEW2871 and FTY720, which intervene in the sphingosine-1-phosphate sig-naling pathway, on the development of endometriotic lesions. The compound SKI-5C is an inhibitor of sphingosine kinase 1 and thereby prevents the formation of sphingosine-1-phosphate. First, SKI-5C was tested in a dorsal skinfold chamber model. For this purpose, a titanium chamber was implanted in the dorsal skin of mice, in which endometrial fragments were transplanted. The growth and vascular-ization of these fragments were investigated by intravital fluorescence microscopy. The animals were either treated with SKI-5C or vehicle as control. It was found that in com-parison to the control group, both growth and vascularization of the induced endome-triotic lesions were significantly suppressed in the treatment group. This resulted in a significantly smaller lesion size throughout the entire observation period. Based on these promising results, SKI-5C was additionally tested in an intraperitoneal endome-triosis model. For this purpose, uterine tissue samples from donor mice were trans-planted to the peritoneal abdominal wall of recipient mice. The growth and develop-ment of the induced endometriotic lesions were analyzed over a period of 28 days by means of high-resolution ultrasound imaging. It was found that SKI-5C significantly reduces the growth of induced endometriotic lesions. This effect can be attributed to an inhibition of angiogenesis, which leads to a reduced oxygen supply of the lesions. Immunohistochemical analyses further revealed that the proliferation of stromal cells within the endometriotic lesions was also inhibited. In the second part of this study, the efficacy of SEW2871, which inhibits the sphingo-sine-1-phosphate receptor 1, was investigated in the dorsal skinfold chamber model. This compound exerted an anti-angiogenic effect in the early phase of the development of endometriotic lesions. However, the lesions of the control and treatment group showed a comparable vascularization and size at the end of the experiments. In the third part of this study the compound fingolimod (FTY720), which inhibits the sphingosine-1-phosphate receptors 1 and 3-5, was also tested in the dorsal skinfold chamber model. It was observed that FTY720 slightly reduces the growth and devel-opment of induced endometriotic lesions. This effect was most pronounced on day 10. However, at the end of the experiments no significant differences were observed be-tween the control and treatment groups in terms of lesion size and vascularization. By testing the three compounds, it could be demonstrated for the first time that partic-ularly SKI-5C inhibits the development of induced endometriotic lesions. Accordingly, the inhibition of the sphingosine-1-phosphate signaling pathway by blocking sphingo-sine kinase-1 may represent a new therapeutic approach for the treatment of endome-triosis.