8.25.2.1.2 Reduzierte enzymatische Entgiftung
BLM ist allgemein als unspezifisches Klastogen anerkannt; Seine Toxizität ist jedoch für Lungenzellen hochselektiv. Der Mechanismus dieser pulmonal-selektiven Toxizität ist nicht vollständig geklärt. Einige mögliche mechanistische Erklärungen für diese gewebeselektive Toxizität umfassen eine verringerte Fähigkeit von Lungenzellen, DNA-Reparatur zu initiieren (überprüft in Chen und Stubbe 2005), erhöhte Retention von BLM entweder durch erhöhten Zustrom oder reduzierten Efflux (überprüft in Chen und Stubbe 2005) oder die reduzierte enzymatische Kapazität von Lungenepithelzellen, BLM zu entgiften. Kulminierende Beweise in der Literatur unterstützen die Hypothese, dass reduzierte Bleomycinhydrolase (BlmX, Blmh) in der Lunge und folglich reduzierte enzymatische Entgiftung von BLM kann eine wichtige Rolle bei der BLM-Akkumulation und Lungentoxizität spielen.
Blmh ist eine Cysteinprotease, die der 20S-Untereinheit des Proteasoms ähnelt (Joshua-Tor et al. 1995). Blmh wurde erstmals durch seine Fähigkeit entdeckt, BLM A2 metabolisch zum primären BLM-Metaboliten Deamido-BLM A2 (dA2) zu inaktivieren, der der einzige Metabolit von BLM zu sein scheint (Schwartz et al. 1999). Blmh wurde kloniert und behält die BLM-Desamidaseaktivität in mehreren Eukaryoten bei, einschließlich Hefe (Xu und Johnston 1994), Kaninchen (Sebti und Lazo 1987; Sebti et al. 1987, 1989), Ratte (Takeda et al. 1996a,b) und Mensch (Bromme et al. 1996; Ferrando et al. 1996). Blmh katalysiert effizient die Desamidierung beider BLM-Isoformen in der klinischen Mischung, Blenoxan A2 und B2, indem es das terminale Amin hydrolysiert und eine Metallkoordinationsstelle eliminiert (Morris et al. 1991; Sebti et al. 1987). Sowohl menschlich (Bromme et al. 1996) und Kaninchen (Sebti et al. 1989) katalysierten BLMH die Desamidierung von BLM B2 effizienter als die von BLM A2. In-vitro-genotoxische Studien haben gezeigt, dass das dA2 bei der Herstellung von einzelsträngigen oder doppelsträngigen Spaltungen mit beiden Phagen signifikant weniger aktiv ist (Huang et al. 1981) oder Plasmid-DNA-Templates (Zou et al. 2002). In Übereinstimmung mit diesen Ergebnissen wurde festgestellt, dass die desamidierte Form von BLM in ihrer Fähigkeit, die Proliferation von Kopf- und Hals-Plattenepithelkarzinomen zu hemmen, 6- bis 35-fach weniger wirksam ist als die Mutterverbindung (Lazo 1989, S. 436). Die Überexpression von humanem Blmh in CHO-Zellen schützte die Zellen auch vor BLM-induzierter Genotoxizität, vermutlich durch Umwandlung von BLM in die desamidierte Form (Lefterov et al. 1998). In vivo konnte die Injektion von dA2 keine Lungentoxizität durch Hydroxyprolinspiegel nachweisen, was ein Indikator für erhöhte Kollagen- und Lungenfibrose ist (Lazo und Humphreys 1983). Eine mögliche Erklärung für diesen Mangel an Toxizität ist, dass dA2 entweder nicht in der Lage ist, sich in Lungenzellen anzusammeln oder für Lungenzellen nicht toxisch ist.
Es ist zumindest in Tierversuchen gut erwiesen, dass eine reduzierte Blmh-Aktivität ein signifikanter Faktor für die BLM-induzierte Lungentoxizität ist. Blmh-Knockout-Mäuse konnten den dA2-Metaboliten nicht erzeugen und waren signifikant anfälliger für die Entwicklung einer BLM-induzierten Lungenfibrose als ihre Wildtyp-Kontrollen (Schwartz et al. 1999). Niedrig dosiertes BLM mit 25 mg kg−1 erhöhte die Hydroxyprolinspiegel bei Knockout-Mäusen um 30%, im Gegensatz zu keiner Veränderung bei Wildtyp-Mäusen. Eine weitere genetische Studie unter Verwendung von Stammunterschieden in der BLM-Empfindlichkeit (BLM-resistentes C3, BLM-sensitives C56 / Bl6) identifizierte zwei genetische Loci, die die Empfindlichkeit verleihen, die als blmpf1 und blmpf2 bezeichnet werden. blmpf1 war auf das Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC) -Gen lokalisiert, während der zweite Locus, blmpf2, auf Chromosom 11 lokalisiert war und eine spezifische Empfindlichkeit gegenüber BLM verlieh (Haston et al. 2002). Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass mindestens eines der Gene in der blmpf2-Region wahrscheinlich Blmh ist. Humanstudien haben die Unterschiede in Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs) im C-terminalen Ende des Blmh-Gens untersucht. Diese Studien haben jedoch keine Korrelation zwischen SNP und Lungentoxizität festgestellt (Nuver et al. 2005), obwohl das SNP(G / G) mit einem verringerten Gesamtüberleben von Hodenpatienten korreliert, die eine BLM-Kombinationsbehandlung erhalten (de Haas et al. 2008). Weitere Studien sind erforderlich, um festzustellen, ob dieses SNP die metabolische Inaktivierung von BLM reduziert und zur Morbidität von Patienten beiträgt, die eine BLM-basierte Chemotherapie erhalten.
Enzymatisch ist eindeutig erwiesen, dass die Blmh-Aktivität gegenüber BLM A2 in der Lunge anfälliger Spezies verringert ist und dass diese Abnahme mit der Lungenfibrose korreliert, wie durch erhöhte Hydroxyprolinspiegel in der Lunge angezeigt (Lazo und Humphreys 1983). Kaninchen, die gegen BLM-induzierte Lungenfibrose resistent sind, zeigen ähnliche Umwandlungsraten von BLM A2 zu dA2 in Lungen und anderen Geweben, während Mäuse keine Lungenenzymaktivität für BLM A2 zeigten (Lazo und Humphreys 1983). Darüber hinaus zeigen Knockout-Mäuse ohne funktionelles Blmh eine Überempfindlichkeit gegen BLM-induzierte Lungenfibrose (Schwartz et al. 1999).
Es ist denkbar, dass die beobachtete differentielle Aktivität von Blmh für die Prädisposition für Toxizität in der Lunge verantwortlich sein könnte. Diese unterschiedliche Aktivität könnte möglicherweise durch unterschiedliche Blmh-Expressionsniveaus in Lunge und anderen Geweben erklärt werden. Die Analyse zeigte eine geringe Blmh-Expression in Lunge und Leber, wobei die höchste Expression im Hoden und im Skelettmuskel beobachtet wurde (Bromme et al. 1996). Interessanterweise wiesen humane alveoläre Typ-II-Zellen unter den acht analysierten Krebszelltypen die niedrigste Blmh-Expression auf (Bromme et al. 1996). Daten zur Untersuchung des Proteingehalts in der Lunge sind knapp. Unseres Wissens gab es nur eine Studie, in der Blmh-Proteinunterschiede zwischen Geweben bei Ratten untersucht wurden. Mit ELISA und Western Blotting, Kamata et al. (2007) beobachteten, dass die Blmh-Proteinspiegel in der Lunge ungefähr die Hälfte derjenigen in der Leber von 6 Wochen alten Ratten betrugen. Niemand hat jedoch versucht, diese Unterschiede innerhalb der heterogenen Subpopulationen von Zellen innerhalb der Lunge zu identifizieren, insbesondere die anfälligsten Zellen, die durch mikroskopische Pathologiestudien bezeichnet wurden, die Typ-I-Epithelzellen (Adamson 1984; Aso et al. 1976; Jones und Reeve 1978). Weitere Studien sind erforderlich, um festzustellen, ob Unterschiede in Blmh auf eine reduzierte Expression oder eine alternative Wirkungsweise zurückzuführen sind.
Alternativ kann man die Möglichkeit in Betracht ziehen, dass Lungenzellen höhere Spiegel eines mutmaßlichen BLM-Transporters exprimieren. Obwohl diese Hypothese mit der Unfähigkeit der Lunge in vivo übereinstimmt, BLM in dA2 umzuwandeln, besteht kein allgemeiner Konsens über die Fähigkeit von Lungenzellen, BLM aufzunehmen. Es ist klar, dass BLM auf aktiven Transport angewiesen ist, um in die Zelle einzudringen (Poddevin et al. 1991). Unter Verwendung der Hamster-Lungenzelllinie und BLM (Pron et al. 1993) wurde ein 250 kDa Zelloberflächenprotein identifiziert, das BLM bindet. Interessanterweise ergab der Vergleich zweier menschlicher Zelllinien mit unterschiedlicher BLM-Empfindlichkeit, dass BLM-resistente Zellen weniger BLM-Bindungsstellen aufwiesen (Pron et al. 1999). Die Identifizierung des mutmaßlichen BLM-Transportsystems wird zum Verständnis beitragen die Bedeutung der BLM-Internalisierung oder des Metabolismus für die Anfälligkeit von Lungenzellen für BLM-Toxizität.
Ob der Mechanismus der zellselektiven Toxizität eine primäre Reaktion auf eine verringerte Expression von Blmh, eine verringerte BLM-Aufnahme oder eine Kombination der beiden ist, was zu einer erhöhten Empfindlichkeit der pulmonalen alveolären Epithelzellen führt, muss noch bestimmt werden. Unabhängig vom Mechanismus ist klar, dass Blmh eine entscheidende Rolle beim Schutz vor BLM-Toxizität spielt.