The effect of a pre-existing non alcoholic fatty liver disease on the iver toxicity of the proteasome inhibitor bortezomib

Mit der steigenden Prävalenz des metabolischen Syndroms in den Industrienationen ist auch die Prävalenz der nicht alkoholischen Leberverfettung (Non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD) in den letzten Jahrzehnten stark angestiegen. Dies liegt an dem engen Zusammenhang zwischen den beiden Krankheitsbildern. Aufgrund der zentralen Rolle der Leber bei der Verstoffwechselung zahlreicher Medikamente ist es nicht verwunderlich, dass sich die toxische Wirkung zahlreicher Medikamente in der Leber entfaltet. Bei einigen Medikamenten wie zum Beispiel Paracetamol, Halothan oder Methotrexat ist eine erhöhte Empfindlichkeit der Leber bei vorbestehender NAFLD bekannt, bei zahlreichen anderen Medikamenten wird sie zumindest vermutet. Dieser Zusammenhang wird aufgrund der steigenden Prävalenz der NAFLD immer wichtiger. Bei dem Chemotherapeutikum Bortezomib handelt es sich um den ersten zugelassenen Wirkstoff aus der Gruppe der Proteasomeninhibitoren. Unter der Verabreichung von Bortezomib kommt es nicht selten zu einem Anstieg der Serumtransaminasen im Patientenserum. Zudem sind zumindest vereinzelte Fälle von schweren Bortezomib-induzierten Leberschäden beschrieben worden. Gleichzeitig zeigte Bortezomib jedoch in Zellkultur und Mausmodell eine abmildernde Wirkung auf die lebertoxische Wirkung von Alkohol und Paracetamol. Ziel dieser Dissertation ist es den Einfluss einer vorbestehenden NAFLD auf die Lebertoxizität von Bortezomib zu ergründen. Um den Einfluss einer vorbestehenden NAFLD auf die Lebertoxizität zu ergründen, wurden zunächst Experimente mit einer humanen Hepatomzelllinie (HepG2-Zellen) durchgeführt. Um eine Leberverfettung in vitro zu simulieren, wurden Zellen nach einem etablierten Verfahren mit Oleat verfettet. Die toxische Wirkung von Bortezomib wurde dann anhand des photometrisch bestimmten LDH-Gehalts im Zellkulturüberstand quantifiziert. Zudem wurden RNA-Expressionsanalysen durch Transkription von RNA in cDNA und anschließende quantitative PCR durchgeführt. So wurde die Expression von IL-8-mRNA (Interleukin-8) als Marker für Inflammation, HMOX-1-mRNA (Heme oxygenase-1) als Marker für oxidativen Stress und FASN-mRNA (Fatty acid synthase), DGAT-1-mRNA (Diacylglycerol acetyltransferase-1), SCD-1-mRNA (Stearoyl-CoAdesaturase-1) und ELOVL-6-mRNA (Fatty acid elongase-6) als Marker für Lipidakkumulation quantifiziert, da all diese Faktoren eine Rolle bei einer medikamenteninduzierten Leberschädigung spielen können. Außerdem wurden die Daten von 88 konsekutiven Patienten, die zwischen 2012 und 2018 in der Medizinischen Klinik 5 des Universitätsklinikums Erlangen ein bortezomibhaltiges Protokoll aufgrund der Diagnose Multiples Myelom erhielten, retrospektiv analysiert. Daten von 77 Patienten wurden ausgewertet. Die Patienten wurden anhand der Definition der WHO für Übergewicht (Body Mass Index ≥ 25) in eine übergewichtige und eine normalgewichtige Gruppe eingeteilt, da übergewichtige Patienten wesentlich häufiger an NAFLD leiden. Analysiert wurden der Verlauf der ALT und Gamma-GT als Parameter des Leberschadens über vier Zyklen Chemotherapie. In den Zellkulturexperimenten mit humanen Hepatomzellen zeigte Bortezomib eine ähnlich hohe Toxizität in verfetteten und nicht verfetteten Zellen. Auch die Analyse der mRNA- Expression von Markern der Inflammation, des oxidativen Stresses und der Lipidakkumulation zeigten keine bedeutenden Unterschiede, abgesehen von einer erhöhten Expression von IL-8- mRNA bei höheren Bortezomib-Konzentrationen in verfetteten Zellen. Die retrospektive Datenanalyse zeigte nach dem ersten Zyklus Chemotherapie eine Zunahme der medianen ALT und Gamma-GT bei den normalgewichtigen Patienten. Bei den übergewichtigen Patienten stieg die mediane Gamma-GT ebenfalls an, die ALT sank leicht ab. Im Verlauf über vier Zyklen Chemotherapie sank die mediane ALT sowohl bei normalgewichtigen als auch bei übergewichtigen Patienten unterhalb des Ausgangsniveaus ab, die mediane Gamma-GT verblieb in beiden Gewichtsgruppen leicht erhöht über alle vier Zyklen. Insgesamt viel eine große Streuung der ALT- und Gamma-GT-Verläufe innerhalb der Gewichtsgruppen auf, die in großen Standardabweichungen resultierte. Weder Zellkulturexperimente noch retrospektive Datenanalyse von Patienten zeigten also einen substanziellen Unterschied in der Lebertoxizität von Bortezomib. In der retrospektiven Datenanayse war der Verlauf von ALT und Gamma-GT innerhalb der Gewichtsgruppen breit gefächert, woraus geschlussfolgert werden muss, dass eine signifikant erhöhte Lebertoxizität von Bortezomib in übergewichtigen Patienten aufgrund einer vorbestehenden NAFLD unwahrscheinlich ist. Aufgrund der Unvorhersehbarkeit eines toxischen Leberschadens scheint eine engmaschige laborchemische Kontrolle der Leberwerte in der klinischen Anwendung von Bortezomib daher nicht nur bei übergewichtigen, sondern in beiden Gewichtsgruppen sinnvoll, so dass eine unerwartet erhöhte Toxizität von Bortezomib frühzeitig erkannt werden kann. With the rising prevalence of metabolic syndrome, there has also been a rising prevalence of non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) since these two disease patterns are closely related. Because of the centrale role of the liver in the metabolization of many drugs, it is often the target organ of drug toxicity (drug-induced liver injury, DILI). For several drugs, including paracetamol, methotrexate and halothane, an increased susceptibility for DILI in patients with NAFLD has been reported. Bortezomib is the first approved chemotherapeutic agent which functions as a proteasome inhibitor. It can frequently cause elevated serum aminotransferase levels in patients. Sporadic cases of severe liver injury have been reported. At the same time, cell culture experiments and mouse models have shown an attenuation of the liver toxic effects of paracetamol and alcohol. The aim of this study was to investigate the influence of a preexisting NAFLD on the hepatotoxicity of Bortezomib. In order to investigate the effect of preexisting steatosis, cell culture experiments with the human hepatoma cell line HepG2 were performed. To simulate in hepatic steatosis in vitro, HepG2 cells were treated with oleate in a preestablished method. In the following experiments steatotic and non-steatotic cells were treated with rising Bortezomib concentrations. The toxic effect of Bortezomib was quantified through the photometric evaluation of LDH-content in cell culture supernatant. Furthermore, a mRNA-expression analysis was performed through transcription from mRNA to cDNA and a following quantitative PCR. The expression of IL-8- mRNA (Interleukin-8) as a marker of inflammation, HMOX-1-mRNA (Heme oxygenase-1) as a marker of oxidative stress and FASN-mRNA (Fatty acid synthase), DGAT-1-mRNA (Diacylglycerol acetyltransferase-1), SCD-1-mRNA (Stearoyl-CoAdesaturase-1) and ELOVL- 6-mRNA (Fatty acid elongase-6) as markers of lipide accumulation was evaluated, since all these factors can be part of the pathomechanism of DILI. Furthermore, a retrospective data analysis of 88 patients, which were treated for Multiple Myeloma with chemotherapy protocols including Bortezomib at the department of hematology and oncology of the Universitätsklinikum Erlangen was performed. The data of 77 of these patients was evaluated. The patients were sorted into an overweight and a normal weight group according to the WHO-definition for overweight (BMI ≥ 25), since the prevalence of NAFLD is significantly higher in overweight individuals. The development of ALT and Gamma-GT over four cycles of chemotherapy was evaluated. The cell culture experiments showed a similar toxicity of Bortezomib in steatotic and non steatotic cells. The analysis of the mRNA-Expression of markers of inflammation, oxidative stress and lipid accumulation showed no clear differences except for higher IL-8-mRNA levels in steatotic cells at higher Bortezomib-concentrations. The retrospective evaluation of patient data after the first cycle of chemotherapy showed an increase of median ALT and Gamma-GT in normal weight patients. Overweight patients showed an increase of median Gamma-GT but a small decrease of median ALT. Over four cycles of chemotherapy the median ALT dropped below the initial level in both BMI-groups. The median Gamma-GT remained slightly increased compared to the initial level in both BMI- groups. Both the ALT- as well as the Gamma-GT-development was widely spread within both BMI-groups, resulting in large standard deviations. In conclusion, neither the cell culture experiments, nor the retrospective analysis of patient data showed substantial differences between steatotic and non-steatotic cells or overweight and normal weight patients. In the retrospective evaluation of patient data, development of ALT- and Gamma-GT-values was broadly diversified. Therefore, it must be concluded, that a significantly increased liver toxicity of Bortezomib cannot be expected in overweight patients because of the higher probability of a preexisting NAFLD in these patients. Because of the unpredictability of the development of ALT and Gamma-GT, a close monitoring of liver values in the clinical use of Bortezomib seems to be recommendable for both overweight and normal weight patients, so that an unexpectedly high liver toxicity of Bortezomib can be detected at an early stage.