Influence of Paclitaxel and Heparin on Vitality, Proliferation and Cytokine Production of Endometrial Cancer Cells

Abstract

Background Cancer patients have a higher risk for thromboembolic events compared to healthy individuals and are often treated with heparins. A beneficial effect of heparins on tumor patients above and beyond the classic anticoagulation effect has been reported, leading to an increased focus on the use of heparins in anticancer treatment. In recent years, it has become apparent that microenvironments greatly affect tumor development and can be a major source of tumor-promoting factors. Cytokines play an important role in tumor microenvironments, inducing carcinogenesis and influencing tumor progression by promoting angiogenesis, metastatic potential and immunosuppression. The possible interaction of heparins and cytokines could also have an effect on cancer cells.

Methods This study investigated the effect of paclitaxel (PTX) combined with heparins on the vitality of endometrial cancer cells using viability and cytotoxicity assays. The study also examined whether treatment with paclitaxel and heparin influences cytokine secretion or expression.

Results Heparin treatment did not influence cell viability, and no influence of heparins in combination with paclitaxel was seen for the evaluated cancer cell lines HEC-1-A, KLE, RL 95-2 and AN3-CA compared to untreated cells. Secretion of the cytokines CCL5, CCL2 and IL-6 increased after paclitaxel treatment in several endometrial cancer cell lines, but no general effect on cytokine secretion was detected after heparin treatment. A significant decrease in CCL5 expression was only detected in KLE cells following treatment with heparin and paclitaxel, and an increase in the expression of CCL5 in RL 95-2 cells.

Conclusion Further in-depth studies are needed to investigate the functions of cytokines CCL2, CCL5 and IL-6 in endometrial cancer cells treated with paclitaxel. Although no general effect on cytokine secretion was detected following heparin treatment, a selective modulatory impact could exist.

Zusammenfassung

Hintergrund Verglichen mit gesunden Menschen haben Krebspatienten ein höheres Risiko für Thromboembolien und werden deshalb oft mit Heparin behandelt. Es wurde eine vorteilhafte Wirkung von Heparin auf Tumorpatienten festgestellt, die über die klassische Antikoagulation hinausgeht. Das hat die Aufmerksamkeit der Krebsforschung auf den Einsatz von Heparin in der Krebsbehandlung gelenkt. In den letzten Jahren wurde es klar, dass die Tumorentwicklung stark von der Mikroumgebung beeinflusst wird, die eine wichtige Quelle tumorfördernder Faktoren sein kann. Zytokine spielen eine wichtige Rolle für Tumormikroumgebungen: sie induzieren die Karzinogenese und können die Tumorprogression beeinflussen durch die Förderung der Angiogenese und des metastatischen Potenzials sowie der Immunsuppression. Die möglichen Interaktionen zwischen Heparin und Zytokine könnten auch Auswirkungen auf Tumorzellen haben.

Methoden Ziel dieser Studie war es, die Wirkung von Paclitaxel (PTX) in Kombination mit Heparin auf die Vitalität von Endometriumkarzinomzellen zu untersuchen mithilfe von Zellviabilitäts- und Zytotoxizitätsassays. Es wurde auch untersucht, ob eine Behandlung mit Paclitaxel und Heparin sich auf die Ausschüttung und Expression von Zytokinen auswirkt.

Ergebnisse Die Behandlung mit Heparin hatte keine Auswirkungen auf die Zellviabilität. Verglichen mit unbehandelten Zellen wurden für die untersuchten Krebszelllinien HEC-1-A, KLE, RL 95-2 und AN3-CA keine Auswirkungen von Heparin in Kombination mit Paclitaxel festgestellt. Die Ausschüttung der Zytokine CCL5, CCL2 und IL-6 verstärkte sich nach einer Behandlung mit Paclitaxel bei mehreren Zelllinien des Endometriumkarzinoms, aber es wurden keine generellen Auswirkungen auf die Ausschüttung von Zytokinen nach einer Behandlung mit Heparin festgestellt. Eine signifikante Verminderung der Expression von CCL5 nach einer Behandlung mit Heparin und Paclitaxel wurde nur bei KLE-Zellen gefunden, zusammen mit einer Steigerung der Expression von CCL5 in RL-95-2-Zellen.

Schlussfolgerung Weitere detaillierte Studien sind nötig, um die Funktionen der Zytokine CCL2, CCL5 und IL-6 in mit Paclitaxel behandelten Endometriumkarzinomzellen herauszuarbeiten. Obwohl kein genereller Effekt auf die Ausschüttung von Zytokinen nach einer Behandlung mit Heparin festgestellt werden konnte, ist eine selektive regulierende Wirkung nicht auszuschließen.

Key words

endometrial cancer - paclitaxel - heparins - cytokines - apoptosis - proliferation

Schlüsselwörter

Endometriumkarzinom - Paclitaxel - Heparin - Zytokine - Apoptose - Proliferation

• References

• 1 Siegel RL, Miller KD, Jemal A. Cancer statistics, 2015. CA Cancer J Clin 2015; 65: 5-29
• 2 van Wijk FH, van der Burg ME, Burger CW. et al. Management of surgical stage III and IV endometrioid endometrial carcinoma: an overview. Int J Gynecol Cancer 2009; 19: 431-446
• 3 Ray M, Fleming G. Management of advanced-stage and recurrent endometrial cancer. Semin Oncol 2009; 36: 145-154
• 4 Levitan N, Dowlati A, Remick SC. et al. Rates of initial and recurrent thromboembolic disease among patients with malignancy versus those without malignancy. Risk analysis using Medicare claims data. Medicine (Baltimore) 1999; 78: 285-291
• 5 Lapierre F, Holme K, Lam L. et al. Chemical modifications of heparin that diminish its anticoagulant but preserve its heparanase-inhibitory, angiostatic, anti-tumor and anti-metastatic properties. Glycobiology 1996; 6: 355-366
• 6 Mousa SA, Petersen LJ. Anti-cancer properties of low-molecular-weight heparin: preclinical evidence. Thromb Haemost 2009; 102: 258-267
• 7 Niers TMH, Klerk CPW, DiNisio M. et al. Mechanisms of heparin induced anti-cancer activity in experimental cancer models. Crit Rev Oncol Hematol 2007; 61: 195-207
• 8 Balkwill FR, Capasso M, Hagemann T. The tumor microenvironment at a glance. J Cell Sci 2012; 125 (Pt 23): 5591-5596
• 9 Landskron G, De la Fuente M, Thuwajit P. et al. Chronic inflammation and cytokines in the tumor microenvironment. J Immunol Res 2014; 2014: 149185
• 10 Lippitz BE. Cytokine patterns in patients with cancer: a systematic review. Lancet Oncol 2013; 14: e218-e228
• 11 Yadav A, Saini V, Arora S. MCP-1: chemoattractant with a role beyond immunity: a review. Clin Chim Acta 2010; 411: 1570-1579
• 12 Aldinucci D, Colombatti A. The inflammatory chemokine CCL5 and cancer progression. Mediators Inflamm 2014; 2014: 292376
• 13 Spratte J, Meyer zu Schwabedissen H, Endlich N. et al. Heparin inhibits TNF-α signaling in human endometrial stromal cells by interaction with NF-κB. Mol Hum Reprod 2013; 19: 227-236
• 14 Doster A, Schwarzig U, Zygmunt M. et al. Unfractionated heparin selectively modulates the expression of CXCL8, CCL2 and CCL5 in endometrial carcinoma cells. Anticancer Res 2016; 36: 1535-1544
• 15 Dawe CJ, Banfield WG, Morgan WD. et al. Growth in continuous culture, and in hamsters, of cells from a neoplasm associated with acanthosis nigricans. J Natl Cancer Inst 1964; 33: 441-456
• 16 Fluhr H, Bischof-Islami D, Krenzer S. et al. Human chorionic gonadotropin stimulates matrix metalloproteinases-2 and -9 in cytotrophoblastic cells and decreases tissue inhibitor of metalloproteinases-1, -2, and -3 in decidualized endometrial stromal cells. Fertil Steril 2008; 90: 1390-1395
• 17 Livak KJ, Schmittgen TD. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) Method. Methods 2001; 25: 402-408
• 18 Ma Y, Ren Y, Dai Z-J. et al. IL-6, IL-8 and TNF-α levels correlate with disease stage in breast cancer patients. Adv Clin Exp Med 2017; 26: 421-426
• 19 Soria G, Yaal-Hahoshen N, Azenshtein E. et al. Concomitant expression of the chemokines RANTES and MCP-1 in human breast cancer: a basis for tumor-promoting interactions. Cytokine 2008; 44: 191-200
• 20 Soria G, Ben-Baruch A. The inflammatory chemokines CCL2 and CCL5 in breast cancer. Cancer Lett 2008; 267: 271-285
• 21 Fluhr H, Seitz T, Zygmunt M. Heparins modulate the IFN-γ-induced production of chemokines in human breast cancer cells. Breast Cancer Res Treat 2013; 137: 109-118
• 22 Fluhr H, Spratte J, Heidrich S. et al. The molecular charge and size of heparins determine their impact on the decidualization of human endometrial stromal cells. Mol Hum Reprod 2011; 17: 354-359