Einleitung
Unter Tumormarkern versteht man tumorassoziierte Erkennungsmoleküle (z. B. Proteine
oder Peptide), die sich durch unterschiedliche Methoden nachweisen lassen und einen
möglichst hohen Wert für das Screening, die Differenzialdiagnostik, das Routine-Staging
oder auch das Therapie-Monitoring von Tumor-Patienten besitzen [14]. Der klinische Wert derartiger Tumormarker hängt entscheidend von deren Spezifität
(möglichst wenig falsch positive Resultate), aber auch der Sensitivität (möglichst
wenig falsch negative Resultate) ab. Eine weitere zu beachtende Größe bei der Beurteilung
von Tumormarkern ist der so genannte „prädiktive Wert” eines Markers, der eine Art
Validitätskontrolle darstellt [12]
[20]. Leider erfüllt auch heute unter allen bekannten Markern für die verschiedenen Tumorentitäten
kein Marker die Idealvorstellung einer 100 %igen Spezifität sowie einer gleichfalls
hohen Sensitivität, die idealerweise auch 100 % betragen sollte. Vielleicht erreicht
das prostataspezifische Antigen (PSA) - ein relativ organspezifischer Marker, der
einen breiten Einsatz in der Routine beim Prostatakarzinom eingenommen hat - am ehesten
die Kriterien eines unabhängigen wertvollen Tumormarkers. Leider ist auch der PSA-Spiegel
im Blut bei nichtmalignen Erkrankungen, wie z. B. der Prostatahyperplasie, erhöht,
so dass eine Erhöhung des PSA-Spiegels nicht automatisch ein Hinweis für eine Malignität
bedeutet [5].
In einem Übersichtsreferat [18] zum allgemeinen Wert von Tumormarkern in der klinischen Onkologie ohne besondere
Betonung des malignen Melanoms kommt Hossfeld 1996 zu dem Schluss, dass es sehr viele
nutzlose Tumormarker gibt und leider würde nicht immer hinterfragt werden, ob die
Bestimmung des Tumormarkers wirklich eine valide Aussage bezüglich der Prognose oder
des weiteren Therapie-Procederes für die Patienten bedeutet. Als Beispiel führt Hossfeld
an, dass bekannt ist, dass eine gesunde Person, bei der 13 Tumormarker im Blut bestimmt
werden, eine Chance von nur 51 % hat, auch als wirklich „gesund” klassifiziert zu
werden. Somit würden fast 50 % falsch positive Resultate durch eine derartige Multi-Marker-Bestimmung
zustande kommen [24]. Ein weiterer Faktor sind die teilweise erheblichen Kosten, die durch eine Tumormarker-Bestimmung
im Blut entstehen [18].
Im Folgenden soll zur Quantifizierung der melanomassoziierten Moleküle Protein S-100B
und Melanoma-inhibitory activity (MIA), die durch Tumorzellen synthetisiert und/oder
sezerniert werden und somit prinzipiell als Tumormarker des Melanoms dienen könnten,
Stellung genommen werden. Dabei wird besonders der Sensitivität und der Spezifität
der beiden Melanommarker-Moleküle Rechnung getragen.
Protein S 100B
Den Begriff „S-100” prägte Moore [23] in der Erstbeschreibung eines kalziumbindenden Proteins, das aus Rinderhirn stammte
und bei neutralem pH in 100 % Ammoniumsulfat löslich war. Heute weiß man, dass die
S-100-Proteinfamilie mehrere Subgruppen besitzt [25], von denen nur die Untereinheit S-100B durch einen kommerziell erhältlichen luminoimmunometrischen
Assay (Sangtec 100-B LIA®) in der Routine bestimmt werden kann.
Die Funktionen der S100-Proteinfamilie sind immer noch nicht genau bekannt, aber in
den letzten Jahren mehrt sich das Wissen um die Biologie dieser kalziumabhängigen
Proteine beträchtlich. Insgesamt sind 19 Mitglieder der S-100-Familie, die alle eine
distinkte Gewebeexpression aufweisen, beschrieben worden. Die Hauptfunktionen [9] werden in der Beeinflussung des intrazellulären Kalziumstoffwechsels im Sinne eines
Kalziumrezeptorproteins gesehen, obwohl auch extrazelluläre Funktionseigenschaften
bekannt sind. Der wahrscheinlich in der Onkologie bedeutsamste Effekt von Protein
S-100 liegt in der in vitro nachgewiesenen Hemmung der kalziumabhängigen Phosphorylierung
von dem Tumorsuppressorgen p 53 durch Proteinkinase C. S-100B wird nicht nur von Melanomzellen
und benignen Melanozyten, sondern auch von Nervengewebe und epidermalen Langerhans-Zellen
[29] wie auch von interdigitierenden Retikulumzellen der Haut und Schleimhaut exprimiert.
Darüber hinaus zeigt sich auch eine Expression in Chondrozyten, Merkelzellen sowie
den assoziierten neoplastischen Varianten dieser Zellgruppen (Tab. [1]).
Tab. 1 Übersicht zur Charakterisierung und klinischem Einsatz der Tumormarker-Moleküle S-100B
und MIA
|
S-100B |
MIA |
| Molekulargewicht |
21 kD |
11 kD |
| Expressionsverhalten |
Melanomzellen, Melanozyten
Chondrozyten, Merkelzellen
Nervengewebe
dendritische Zellen |
Melanomzellen
Chondrozyten
Melanozytäre Nävi
(andere: ??) |
| Nachweisverfahren (Blut) |
Luminoimmunometrischer Assay (Sangtec 100-LIA) |
MIA-ELISA (nicht-radioaktiv) |
| Hersteller (BRD) |
Byk & Diasorin Diagnostika (Dietzenbach) |
Roche Diagnostics (Penzberg) |
| Cut-off-Werte: |
|
|
| empfohlen vom Hersteller |
0,12 µg/l |
6,5 µg/l |
| eigene Empfehlungen |
0,20 µg/l |
10,0 µg/l |
| Sensitivitäten |
|
|
| Stad. I/II |
0 - 10 % |
0 - 20 % |
| Stad. III |
30 - 50 % |
30 - 50 % |
| Stad. IV |
50 - 90 % |
60 - 100 % (?) |
| Monitoring (Korrelationsverhalten) |
80 - 90 % |
80 - 90 % |
Ghanem u. Mitarb. [11] simulierten an einem In-vitro-Modell den Zelltod von Melanomzellen und untersuchten
in vivo Melanompatienten, die sich einer isolierten Extremitätenperfusion mit Tumornekrosefaktor
alpha und Melphalan unterzogen hatten. Die belgische Arbeitsgruppe war daran interessiert,
wie das intrazytoplasmatische Protein S-100 in hohen Konzentrationen in das Blut gelangen
kann. Die experimentellen Untersuchungen zeigten, dass durch den Untergang von Melanom-
und Endothelzellen eine Freisetzung von S-100B in die Blutzirkulation erfolgen kann.
Die geschätzte Halbwertszeit von endogenem S-100B würde ca. 30 min betragen [11].
Die S-100B-Blutkonzentrationen sind erheblich von der Blutaufbearbeitung und -lagerung
nach Entnahme abhängig. Kürzlich konnte eine Mannheimer Arbeitsgruppe zeigen, dass
Vollblut und Serum, das drei Stunden bei Zimmertemperatur gelagert wurde, deutlich
höhere S-100B-Werte als sofort bearbeitetes Blut aufwies [8].
Klarere Arbeitsanweisungen zur Blutverarbeitung und -versendung sollten in naher Zukunft
von Herstellern und Anwendern gemeinsam erarbeitet werden.
Prognostische Bedeutung
Eine Deutsche [13] und eine Schweizer Arbeitsgruppe [17] sammelten Serumproben von 126 bzw. 73 Melanompatienten und konnten erhöhte S-100-Spiegel
in einer stadiumabhängigen Verteilung feststellen (Stadium I/II: 1,3 %/4,0 %; Stadium
III: 8,7 %/21,4 %; Stadium IV: 73,9 %/79,4 %). Bonfrer et al. bestätigten die hohe
Sensitivität von S-100B bei fernmetastasierten Melanompatienten mit dem luminoimmunometrischen
Nachweisverfahren (LIA-mat) [1].
Diese Resultate, die eine hohe Sensitivität des S-100B-Tumormarkers im Stadium der
Fernmetastasierung nahelegen, werden unterstützt durch umfangreiche Untersuchungen
einer Stockholmer Arbeitsgruppe [27] an 643 Melanompatienten. Hier zeigte sich ein statistisch hoch signifikanter Unterschied
zwischen S-100B-positiven im Vergleich zu S-100B-negativen Patienten im Serum hinsichtlich
der Überlebenszeit. Die schwedische Arbeitsgruppe sieht den S-100B-Test im Serum als
einen unabhängigen prognostischen Faktor für Melanompatienten und legt somit die Bestimmung
in der Routine nahe [27].
In einer weiteren Studie an 270 Patienten kommen Miliotes u. Mitarb. zu dem Schluss,
dass die S100B-Bestimmung im Serum sowohl ein signifikanter Prädiktor für ein Rezidiv
als auch für die Gesamtüberlebenszeit ist. Die Autoren empfehlen eine prospektive
Untersuchung während angewandter Therapiestudien bei Patienten, die nach den vorliegenden
Staging-Untersuchungen „tumorfrei” sind und eines engmaschigen Follow-ups bedürfen
[22].
In unserer eigenen Arbeitsgruppe [15] konnte zunächst anhand von 1339 Serumproben von 412 verschiedenen Melanompatienten
und 107 Kontrollpatienten festgestellt werden, dass 1,7 % der Patienten im Stadium
mit einem Primärtumor ohne Hinweis für eine Metastasierung, 19,2 % der Patienten mit
lokoregionärer Metastasierung sowie 67,9 % der Patienten mit Fernmetastasierung erhöhte
S-100B-Werte im Serum aufwiesen. Hierbei zeigten sich statistisch signifikante Unterschiede
zwischen Primärtumor- und dem Stadium der Metastasierung. Die daraus errechnete Überlebenszeit
während der 30-monatigen Nachbeobachtung der Tumorpatienten ergab, dass Patienten
mit Normalwerten für S-100B im Serum eine mediane Überlebenszeit von 28 Monaten aufwiesen,
während Patienten mit erhöhten S-100B-Werten im Serum lediglich 6 Monate überlebten.
Sowohl im Stadium der regionären Metastasierung (Stadium III) als auch im Stadium
der Fernmetastasierung erwies sich der S-100B-Wert im Serum als ein statistisch signifikanter
Prognoseparameter [19].
Therapiemonitoring
Eine Untersuchung zum Monitoring von Patienten mit metastasiertem malignen Melanom
während 77 Therapiezyklen bei 64 unterschiedlichen Patienten konnte zeigen, dass das
Therapieergebnis (Progress oder Remission der Metastasen) anhand des Verlaufes der
S-100B-Werte im Serum vorhersagbar ist [16]. Bei Patienten, die auf eine Therapie mit einer stabilisierten Erkrankung oder einer
Tumorregression reagierten, fiel der S-100B-Wert im Serum parallel dazu in 98 % aller
Fälle (39 von 40 Patienten). Bei Patienten, die eine Progredienz der Tumorerkrankung
aufwiesen, zeigte sich in 84 % aller Fälle (31 von 37 Patienten) ein steigender S-100B-Wert.
Bereits bei einer Zwischenanalyse nach 4 Wochen war bei der Mehrzahl der Patienten
das Therapieergebnis vorherzusagen [16].
In der Untersuchung einer Mannheimer Arbeitsgruppe wurde anhand von 271 Serumproben
von 65 Melanompatienten aufgezeigt, dass der klinische Verlauf im Sinne einer Progression
oder Regression der Metastasierung in 81,5 % der Fälle mit den S-100-Werten direkt
korrelierte [7].
Melanoma Inhibitory Activity (MIA)
Das Protein Melanoma Inhibitory Activity wurde vor einigen Jahren aus einer langsam
wachsenden Metastase eines Patienten mit malignem Melanom isoliert. Die Entdeckung
von MIA und dessen spätere Sequenzierung und Klonierung haben das Verständnis für
die Bedeutung der Adhäsion im Rahmen der Tumorgenese maligner Melanome vertieft. Der
Verlust der Haftung zwischen den Zellen ist ein entscheidender Schritt im Frühstadium
der Metastasierung. Für die Anheftung von Tumorzellen an die extrazelluläre Matrix
sorgen Zelloberflächenmoleküle aus der Integrin-Rezeptorfamilie. MIA inhibiert spezifisch
die Anbindung von Melanomzellen in Fibronektin und Laminin. Es kommt zu einer direkten
Bindung von MIA und Matrixproteinen. Diese Mechanismen erklären, warum MIA die Fähigkeit
besitzt, Melanomzellen in vitro im Wachstum zu hemmen und führten zur Namensgebung
Melanoma Inhibitory Activity( (Übersicht bei [3]).
Eine Expression von MIA-mRNA und Protein konnte bisher in fast allen Melanomen nachgewiesen
werden. Melanozyten aus normaler Haut exprimieren im Gegensatz zu Melanomzellen kein
MIA, melanozytäre Nävi zeigten eine schwache bis mittelstarke Expression (Tab. [1]). Zunächst wurde davon ausgegangen, dass es neben Melanomen und reifen Chondrozyten
keine Gewebe gibt, die MIA exprimieren [3]
[4].
De Vries u. Mitarb. konnten 1999 jedoch zeigen, dass MIA-mRNA neben der Expression
in 16 von 19 untersuchten Melanomzelllinien auch von sieben Nicht-Melanomzelllinien
exprimiert wird. Darüber hinaus fand sich in allen untersuchten Blutproben von Melanompatienten,
aber auch in Blutproben von Nicht-Melanompatienten und gesunden Blutspendern eine
MIA-Expression [30]. Die Autoren gehen davon aus, dass geringe Mengen von MIA-Transkripten auch in Normalgewebe
und weiteren Nicht-Melanom-Tumoren aufzufinden sind, und der Marker daher nicht geeignet
ist, um für die molekularbiologische Detektion von Melanomzellen im peripheren Blut
eingesetzt zu werden.
Die Blutaufbearbeitung und -lagerung scheint für die Bestimmung von MIA mittels eines
nicht-radioaktiven ELISA relativ unproblematisch zu sein. Temperaturänderungen der
Umgebung scheinen MIA-Werte nicht zu verändern. Ein zirkadianer Rhythmus der MIA-Konzentration
im Blut ist nicht festzustellen [8].
In einer ersten monozentrischen Untersuchung [2] zeigte sich bei allen Patienten (100 %ige Sensitivität) mit Melanommetastasen (Stadium
III/IV) ein erhöhter MIA-Wert im Serum. Als Referenzwert wurde die 95 %-Perzentile
von gesunden Kontrollpatienten angesehen. Die weitere Auswertung ergab, dass der MIA-Spiegel
im Serum von gesunden Probanden altersunabhängig war und als oberer Normwert 6,5 ng/ml
ermittelt wurden. 30 % der Melanompatienten im Stadium I und 23 % im Stadium II wiesen
erhöhte Serumspiegel ohne eine direkte Korrelation mit der Tumordicke auf [2].
Nachfolgend wurden in einer Untersuchung mehrerer Zentren [4] von 259 Patienten mit metastasiertem malignen Melanom 419 Serumproben sowohl prä-
als auch postoperativ entnommen und untersucht. Die Bestimmung von MIA im Serum erfolgte
mittels einer modifizierten ELISA-Technik. Positive MIA-Werte im Serum wurden präoperativ
bei 22 der 37 Stadium-III-Patienten (59 %) sowie 157 der 176 (89 %) der Stadium-IV-Patienten
gefunden. Die Untersuchung postoperativ entnommener Seren nach vollständiger Tumorentfernung
ergab in 31,8 % der Fälle (Stadium III) bzw. 21 % der Fälle (Stadium IV) erhöhte Serumwerte
[4].
Eine Münchener Untersuchung an 830 Blutproben von 326 Melanompatienten zeigte, dass
bei 5,6 % der Patienten mit Primärtumoren im Gegensatz zu 60 % mit lokoregionären
Metastasen (Stad. III) bzw. 89,5 % mit Fernmetastasen (Stad. IV) MIA-Erhöhungen oberhalb
des hier verwendeten Cut-off-Wertes von 9,8 ng/ml zu finden waren. Bei dieser Untersuchung
fiel auf, dass die Patienten mit niedrigen MIA-Werten zumeist vorher operiert, bestrahlt
oder chemotherapeutisch behandelt waren und insgesamt eine bessere Prognose aufwiesen
[28].
Vergleichende Untersuchungen zu S-100B und MIA im Blut von Melanompatienten
Bereits in der ersten Publikation [2] zu dem neuen Melanom-Tumormarker MIA konnten Bosserhoff et al. neben den MIA-Untersuchungen
an einer großen Zahl von Melanompatienten auch noch an einem kleineren Patientenkollektiv
S-100B-Serumkonzentrationen bestimmen. Während alle Patienten im Stadium III/IV MIA-positiv
waren, zeigten lediglich 30 von 49 Seren (61,2 %) für S-100B erhöhte Werte. Die Autoren
stellten kritisch die Spezifität des Tumormarkers S-100B für das maligne Melanom infrage,
da aus dem Kontrollpatientenkollektiv 20 % der Patienten mit Sepsis, 16 % der Patienten
mit Gliomen sowie 5 % der Patienten mit fortgeschrittenen Karzinomen erhöhte S-100B-Serumkonzentrationen
aufwiesen. Zusammenfassend stellte diese und eine weitere Untersuchung der gleichen
Arbeitsgruppe fest, dass MIA dem Marker S-100B sowohl hinsichtlich der Sensitivität
als auch Spezifität überlegen zu sein scheint [2]
[19].
Weitere Untersuchungen zu diesem Themenkomplex folgten. Eine Monitoring-Untersuchung
in verschiedenen Tumorstadien bei insgesamt 791 Serumproben von 87 Melanom-Patienten
und 158 Kontrollpatienten zeigte eine leichte Überlegenheit von S-100B im Vergleich
zu MIA [26].
Ähnliche Ergebnisse wurden von Djukanovic et al. erhoben. S-100B und MIA zeigten annähernd
gleiche Ergebnisse in Bezug auf die klinische Korrelation (Progression oder Regression
der Metastasen) mit Veränderungen von MIA- bzw. S-100-Serumkonzentrationen [7]. In einer weiteren umfangreichen Untersuchung aus Ulm konnte der hohe Stellenwert
von S-100B im Vergleich zu MIA und der LDH aufgezeigt werden. Krähn et al. fassten
zusammen, dass S-100B derzeit der attraktivste Tumormarker für das metastasierte maligne
Melanom sei [21].
Eine Heidelberger Studie zu S-100B, MIA und der Laktatdehydrogenase (LDH) zur Diskriminierung
von Patienten mit progredienter Grunderkrankung von Patienten mit nicht-progredienter
Grunderkrankung, zeigte eine nahezu identische Sensitivität und Spezifität für S-100B
und MIA. Allerdings war in dieser Untersuchung die LDH der insgesamt am besten mit
dem Krankheitsverlauf korrelierende Laborparameter [6].
Ausblick
Die Untersuchung von tumorassoziierten Molekülen im Blut („Tumormarkern”) hat sich
bei einer Reihe von soliden malignen Tumoren insbesondere in der Nachsorge und im
Therapiemonitoring bewährt. In der Schweiz hat die Vielzahl von überzeugenden Untersuchungen
zu den Melanom-Tumormarkern S-100B und MIA dazu geführt, beide Marker als einzige
optionale Blutentnahmen in die Empfehlungen zur Nachsorge bei malignen Melanomen bei
Patienten mit mehr als 1 mm dicken Primärtumoren und/oder Lymphknotenmetastasen aufzunehmen
[10]. Auf die Untersuchung weiterer laborchemischer Parameter wird hingegen verzichtet.
Mit den kommerziell erhältlichen Testkits für S-100B und MIA stehen standardisierte
Bestimmungsverfahren zur Verfügung, die in Routinelabors durchgeführt werden können.
Sowohl S-100B als auch MIA scheinen bei einer Spezifität von 95 % eine Sensitivität
zwischen 70 und 90 % für das fernmetastasierte Melanom aufzuweisen. Dies bedeutet,
dass die Mehrzahl der Patienten mit metastasierten Melanomen mittels einer einfachen
serologischen Untersuchung identifiziert werden können. Die Rate falsch positiver
Befunde ist dabei definitionsgemäß mit etwa 5 % relativ gering. Sowohl S-100B als
auch MIA sind aber ganz offensichtlich nicht geeignet, eine sehr frühe Metastasierung
(„Mikrometastasierung”) zu erkennen.
In viele nationale und internationale Studienprojekte wurden die Markermoleküle S-100B
und/oder MIA als „Surrogate Marker” inzwischen aufgenommen. Eine großangelegte deutsche
Studie zum Wert der Nachsorgeuntersuchungen beim malignen Melanom hat S-100B als Laborparameter
eingeschlossen. Diese Untersuchung soll klären, welchen Wert die körperliche Untersuchung,
Routine-Blutabnahmen und die apparative Diagnostik in der Melanomnachsorge aufweisen.
Hierzu sollen in den Jahren 2002 und 2003 an den Universitäts-Hautkliniken in Tübingen,
Mannheim und Kiel etwa 4000 Melanompatienten mit unterschiedlichen Nachsorgeschemata
untersucht werden. Mit Ergebnissen der prospektiven Untersuchung dürfte aber erst
im Jahr 2005 zu rechnen sein.
