Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

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Ruhr-Universität Bochum Prof. Dr. med. Alexander Kreuter Dienstort: HELIOS St. Elisabeth Klinik Oberhausen Abteilung für Dermatologie, Venerologie und Allergologie Serum Vitamin D Spiegel und regulatorische T-Zellen bei Patienten mit Malignem Melanom Inaugural-Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin einer Hohen Medizinischen Fakultät der Ruhr-Universität Bochum vorgelegt von Michel Pascal Bindsteiner aus Hagen 2013

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Ruhr-Universität Bochum

Prof. Dr. med. Alexander Kreuter

Dienstort: HELIOS St. Elisabeth Klinik Oberhausen

Abteilung für Dermatologie, Venerologie und Allergologie

Serum Vitamin D – Spiegel und regulatorische T-Zellen

bei Patienten mit Malignem Melanom

Inaugural-Dissertation

zur

Erlangung des Doktorgrades der Medizin

einer

Hohen Medizinischen Fakultät

der Ruhr-Universität Bochum

vorgelegt von

Michel Pascal Bindsteiner

aus Hagen

2013

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Dekan: Prof. Dr. med. K. Überla

Referent: Prof. Dr. med. A. Kreuter

Korreferent: PD Dr. med. F. G. Bechara

Tag der Mündlichen Prüfung: 24. Juni 2014

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Abstract

Bindsteiner

Michel

Serum Vitamin D – Spiegel und regulatorische T-Zellen bei Patienten mit Malignem Melanom

Problem: Das Maligne Melanom ist ein hochaggressiver, zur frühen Metastasierung neigender Tumor der

Melanozyten. Zusammenhänge zur Vitamin D-Versorgung bei der Entstehung, Prognose und der Progredi-

enz der Erkrankung wurden in kleineren Untersuchungen beschrieben. Als „immunogener“ Tumor entzieht

sich das Melanom schnell dem Immunsystem, doch Fortschritte bei den Therapien zeigen Möglichkeiten, in

das Immunsystem modulierend und stärkend einzugreifen. Ein weiterer Angriffspunkt könnten hierbei regu-

latorische T-Zellen darstellen, die in der unmittelbaren Nähe des Melanoms oder seinen Metastasen gefunden

werden konnten.

Gegenstand der vorliegenden Studie war der Nachweis von Korrelationen zwischen der Vitamin D-

Versorgung bzw. den Tregs bei Patienten mit Malignem Melanom und den Tumorstadien nach AJCC 2002

oder möglichen gegenseitigen Zusammenhängen.

Methoden: Klinische und histopathologische Charakteristika wurden bei 764 (Vitamin D) bzw. 192 (Vita-

min D / Tregs) Patienten bestimmt. Durch direkten, kompetitiven Chemilumineszenz Immunoassay wurden

die Serumwerte des Vitamin D und mittels Durchflusszytometrie die Tregs gemessen. Durch statistische

Berechnungen u.a. mittels linearer und multipler Regression sollten mögliche Korrelationen aufgezeigt wer-

den. Werte für p < 0,05 wurden als signifikant angesehen.

Ergebnisse: Erniedrigte Vitamin D-Serumwerte waren signifikant mit größeren Tumordicken nach Breslow

(β = -1,45; p = 0,028) und auch mit höheren Tumorstadien nach AJCC 2002 verbunden (β = -0,79; p =

0,036). Ebenso korrelierten erhöht gemessene CD4+CD25

++CD127

-- Tregs mit den Stadien III und IV nach

AJCC2002 (p = 0,0011; OR: 1,3; 95%KI: 1,11 bis 1,51). Es konnte kein statistisch signifikanter Zusammen-

hang zwischen Vitamin D-Serumwerten und den peripher zirkulierenden Tregs nachgewiesen werden (für

CD4+CD25

++CD127

--: p = 0,36; für CD4

+CD39

+: p = 0,30).

Diskussion: Die vorliegende Arbeit zeigt, dass Patienten mit insuffizienter oder defizienter Vitamin D-

Versorgung von einer möglichen Substitution profitieren könnten, da suffizientere Werte mit dünneren Tu-

moren, niedrigeren Tumorstadien und langsamerem Progress verbunden waren. Vitamin D könnte also eine

Rolle in der Kontrolle der Erkrankung hinsichtlich Progress und Gesamtmortalität spielen. Die Ergebnisse

der Tregs-Messungen zeigen, dass diese einen unabhängigen positiven Prädiktor für die fortgeschrittene

Erkrankung – ab Stadium III – darstellen. Dies belegt, dass Tregs eine Rolle nicht nur im fernmetastasierten

Stadium, sondern auch schon vorher spielen könnten. Daher könnten sie ein möglicher Angriffspunkt für

zukünftige Forschungen hinsichtlich Antikörpertherapien oder Tumorimmunisierung bzw. -vakzinierung

sein.

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Für meine Eltern

und

für Britta

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1

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ......................................................................................................... 7

1.1 Das Maligne Melanom ................................................................................ 8

1.1.1 Definition ............................................................................................. 8

1.1.2 Epidemiologie ...................................................................................... 8

1.1.3 Ätiologie .............................................................................................. 8

1.1.4 Klinik ................................................................................................... 9

1.1.5 Genetik ............................................................................................... 12

1.1.6 Stadieneinteilung und Prognose ......................................................... 13

1.1.7 Therapie ............................................................................................. 18

1.1.8 Nachsorge .......................................................................................... 21

1.2 Vitamin D .................................................................................................. 22

1.2.1 Kurzer Ausflug in die Chemie ........................................................... 22

1.2.2 Synthetisierung und Transport ........................................................... 23

1.2.3 Extrarenale Synthetisierung von Calcitriol ........................................ 24

1.2.4 Wirkweise des Calcitriols .................................................................. 25

1.2.5 Wirkungen in den „klassischen“ Zielgeweben .................................. 25

1.2.6 Wirkungen in der Haut und auf Immunzellen ................................... 25

1.2.7 Einflüsse auf die Vitamin D Versorgung ........................................... 27

1.3 Immunsystem ............................................................................................ 28

1.3.1 Natürliche Killerzellen ....................................................................... 28

1.3.2 T-Zell-Entwicklung ........................................................................... 29

1.3.3 T-Zell-Reihe ....................................................................................... 30

1.3.3.1 CD4+-T-Helferzellen 30

1.3.3.2 CD8+-zytotoxische T-Zellen 30

1.3.3.3 CD4+CD25

++ CD127

- regulatorische T-Zellen (Tregs) 31

2 Zielsetzung ...................................................................................................... 34

3 Patienten, Material und Methoden .............................................................. 35

3.1 Patienten ................................................................................................... 35

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2

3.1.1 Ein- und Auschlusskriterien .............................................................. 35

3.1.2 Aufgenommene Messwerte .............................................................. 36

3.2 Material .................................................................................................... 36

3.2.1 Probengewinnung ............................................................................. 36

3.3 Methoden.................................................................................................. 36

3.3.1 Bestimmung der 25OHD-Konzentration im Serum ......................... 36

3.3.2 Messung der Lymphozyten-Populationen ........................................ 37

3.3.2.1 Messung mit dem Durchflusszytometer 37

3.3.3 Statistische Methoden ....................................................................... 37

4 Ergebnisse ...................................................................................................... 38

4.1 Anteil Vitamin D ...................................................................................... 38

4.2 Anteil Lymphozytenpopulationen ............................................................ 42

5 Diskussion ....................................................................................................... 46

5.1 Melanom und Vitamin D ......................................................................... 46

5.2 Melanom und Immunsystem .................................................................... 48

5.3 Vitamin D und regulatorische T-Zellen ................................................... 50

6 Zusammenfassung ......................................................................................... 51

7 Literaturverzeichnis ...................................................................................... 52

Danksagung

Lebenslauf

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3

Abkürzungsverzeichnis

Abkürzung Bedeutung

25OHD 25-Hydroxy-Vitamin D

7-DHC 7-Dehydrocholesterol

95%KI 95% Konfidenzintervall

ADO Arbeitsgemeinschaft Dermatologische Onkologie

AIDS Acquired Immune Deficiency Syndrome

AJCC American Joint Committee on Cancer

APC Antigen präsentierende Zelle

ATP Adenosintriphosphat

AWMF Arbeitsgemeinschaft der Wissenschaftlichen Medizinischen Fachge-

sellschaften

BCC Basalzellkarzinom

BMI Body mass Index

CD Cluster of Differentiation

CDKN2A Cyclin-dependent kinase inhibitor 2A

CLIA chemiluminescent immunoassay

CTL zytotoxische T-Zelle

CTLA-4 Cytotoxic T-lymphocyte Antigen – 4

DBP Vitamin D binding protein

DKG Deutsche Krebsgesellschaft

DNA Desoxyribonukleinsäure

EGFR epidermal growth factor receptor

FACS® Fluorescence activated cell sorting (Becton, Dickinson and Compa-

ny; BD Biosciences)

FoxP3 Forkhead Box Preotein 3

GKU Ganzkörperuntersuchung

HIV Humanes Immundefizienz Virus

HLA human leucocyte antigen

IL Interleukin

INF Interferon

IPEX Immune dysregulation, polyendocrinopathy, enteropathy, X-linked

ITAM immunoreceptor tyrosine activation motif

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JÜR Jahres-Überlebensrate

LDH Laktatdehydrogenase

LK Lymphknoten

LND Lymphknotendissektion

LSF Lichtschutzfaktor

MAA Melanoma associated antigenes

MM Malignes Melanom

MHC Major histocompatibality complex

mRNA messenger Ribonukleinsäure

NK Natürliche Killerzelle

OR Odds Ratio

PD1 programmed cell death receptor 1

RLU Relative Lichteinheit

SE Standardfehler

SLE systemischer Lupus erythematodes

TCR T-Zell Rezeptor

TGF Tumor Growth Factor

TNF Tumor Nekrose Faktor

Tregs regulatorische T-Zellen

TRP1 Tyrosinase related protein 1

UV Ultraviolette Strahlung

VDR Vitamin D Rezeptor

WLKB Wächterlymphknotenbiospie

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Verzeichnis der Abbildungen

Abb. 1

Superfiziell spreitendes Melanom 10

Abb. 2

Noduläres Melanom 10

Abb. 3

Lentigo Maligna Melanom 10

Abb. 4

Akrolentiginöses Melanom 11

Abb. 5

amelanotisches MM 11

Abb. 6

Auflichtmikroskopisches Bild eines MM 14

Abb. 7

Tumoreindringtiefe nach Breslow in mm und Clark-Level I-V 15

Abb. 8

Vertreter der D-Vitamine: von der Vorstufe (7-DHC), über das Vitamin D3 und dem

Calcidiol zur biologisch aktivem Form, dem Calcitriol (1,25(OH)-D3) 22

Abb. 9

Metabolismus, Regulation und Funktion des Vitamin D und seiner Derivate 24

Abb. 10

Vitamin D und Breslow-Dicke / Tumorstadien Die Säulendiagramme zeigen den inversen

Zusammenhang zwischen Vitamin-D-Versorgung (25OHD-Klassen: I = <20 ng/dl, II = 20-

30 ng/dl, III = >30 ng/dl) und der Tumordicke, sowie dem Stadium nach AJCC 2002 41

Abb. 11

Box-Whisker-Plot: nTregs zugeteilt zu den Stadien nach AJCC 2002. Die prozentuale

Anzahl der zirkulierenden nTregs war in fortgeschrittenen Stadien III und IV höher als in

den Stadien I und II (III vs. I und II, IV vs. I, P < 0,05) 44

Abb. 12

Scatterdiagramm mit Regressiongerade: signifikanter linearer Zusammenhang zwischen

CD4+CD39

+ und CD4

+CD25

++CD127

- Tregs 45

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Verzeichnis der Tabellen

Tab. 1

Melanom-Subtypen und Häufigkeit (Garbe et al., 2005) 9

Tab. 2

T-Klassifikation beim MM (Balch et al., 2009; Balch et al., 2001) 16

Tab. 3

N-Klassifikation beim MM (Balch et al., 2001) 17

Tab. 4

M-Klassifikation beim MM (Balch et al., 2001) 17

Tab. 5

AJCC-Stadien mit 10-JÜR (modifiziert nach Balch et al., 2009; Garbe et al., 2002; Balch

et al., 2001; Soong et al., 1998) 17

Tab. 6

Nachsorgeschema inkl. empfohlenen Untersuchungen (Quelle: S3-Leitlinie

AWMF/ADO/DKG 2012) 21

Tab. 7

stratifizierte Parameter, mittlere Vitamin D Messwerte und ihre Range, sowie die

Statistikergebnisse 39

Tab. 8

Die Parameter nTregs CD4+CD25

++CD127

-,Tumordicke, Ulceration und S100 als

unabhängige positive Prädiktoren des fortgeschrittenen Melanoms 43

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1 Einleitung

Das Maligne Melanom (MM) hat in Europa mit ca. 15 Neuerkrankungen pro 100.000

Einwohner pro Jahr eine hohe Inzidenz mit weltweit weiter steigender Tendenz. Es ist ein

hochgradig aggressiv wachsender Tumor der pigmentproduzierenden Melanozyten, der zur

schnellen Metastasierung neigt. Obwohl es nur 4% aller Hautkrebserkrankungen ausmacht,

ist es für ca. 90% der Mortalität verantwortlich (Garbe et al., 2001). Dabei ist die Ätiologie

der Erkrankung weiterhin nicht ganz geklärt. Sowohl genetische Disposition, zahlreiche

melanozytäre Nävi am gesamten Körper, als auch vermehrte Sonnenexposition vor allem

in der Kindheit mit vielen Sonnenbränden werden diskutiert. Dafür spricht auch die hohe

Inzidenz bei Bevölkerungen mit hellen Hauttypen (Hauttypen I und II nach Fitzpatrick) in

Gebieten mit hoher, intermittierender Sonneneinstrahlung. Die UV-Exposition erklärt je-

doch nicht abschließend, warum Melanome auch an nicht sonnenexponierten Stellen sowie

auf Schleimhäuten entstehen. Wie in Studien gezeigt wurde, könnte bei der Entstehung und

beim Verlauf des MM dem 25OH-Vitamin D eine entscheidende Rolle zukommen. So-

wohl in vitro als auch in vivo Untersuchungen haben gezeigt, dass Vitamin D Proliferation,

Differenzierung und Apoptose von Zellen beeinflussen kann, immunmodulierend wirkt

und antitumoröses Potential besitzt (Lehmann et al., 2004; Adorini et al., 2003; Cordero et

al., 2002). Dies gilt für verschiedene Krebserkrankungen, wie Colon-, Mamma- oder Pros-

tatakarzinome. Aber auch für das Maligne Melanom konnte gezeigt werden, dass eine gute

Versorgung mit 25OHD die Entstehung und den Verlauf des MM beeinflusst und eine Vi-

tamin D - Defizienz oder -Insuffizienz mit höheren Stadien und geringerem Gesamtüberle-

ben verknüpft ist (Newton-Bishop et al., 2009).

Des Weiteren tritt das Maligne Melanom auch häufiger bei Immunsuppression auf, wie

z.B. bei AIDS oder transplantierten Patienten, als bei immunkompetenten Personen (Kubi-

ca et al., 2012). Dass das Immunsystem eine wichtige Rolle beim MM spielt, zeigt alleine

die erfolgreiche Behandlung von höheren Tumorstadien mit Interferon, Interleukin 2 oder

Ipilimumab. Auf zellulärer Ebene könnten dabei auch Lymphozyten wie zytotoxische T-

Zellen, natürliche Killerzellen (NK) und auch regulatorische T-Zellen (Tregs) wichtig sein.

Diese Arbeit soll in zwei Teilen die Bedeutung von Vitamin D und regulatorischen T-

Zellen beim Malignen Melanom darstellen.

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1.1 Das Maligne Melanom

1.1.1 Definition

Das MM ist ein von den Melanozyten, den pigmentbildenden Zellen, ausgehender, aggres-

siv wachsender Tumor, welcher sich größtenteils auf die Haut beschränkt, aber auch

Schleimhäute oder das Auge befallen kann. Es neigt dabei überaus schnell zur Metastasie-

rung, weshalb es vor allem in fortgeschrittenen Stadien eine ungünstige Prognose besitzt

(Garbe et al., 2005).

1.1.2 Epidemiologie

Die Inzidenz des Melanoms zeigt eine weltweit steigende Tendenz. Vor allem betroffen

sind die hellhäutigen Bevölkerungen (Garbe et al., 2001; Armstrong and Kricker, 1994). In

Mitteleuropa erkranken pro Jahr etwa 10-12 pro 100.000 Einwohner neu. Neueste Zahlen

aus Deutschland vom Robert-Koch-Institut von 2007 bis 2008 zeigten sogar 18 bis 22

Neuerkrankungen pro 100.000 Einwohner pro Jahr, mit weiter steigenden Prognosen für

2012. Ältere Männer (60-85+) und jüngere Frauen (20-55) sind dabei tendenziell am häu-

figsten betroffen. Bei Männern liegt das MM an Platz 8 der häufigsten Malignome, bei

Frauen auf Rang 5 (Kaatsch et al., 2012). In den USA wird von etwa 12-25 Fällen, in Aust-

ralien sogar von bis zu 60 Neuerkrankungen pro 100.000 Einwohnern berichtet (Garbe et

al., 2001). In Deutschland gibt es pro Jahr etwa 2500 Todesfälle, die auf stabilem Niveau

liegen (Kaatsch et al., 2012). Die Diskrepanz der weiter steigenden Inzidenzraten, aber

gleich bleibender Mortalität lässt sich durch die verbesserte Frühdiagnostik erklären. Es

werden zwar vermehrt MM diagnostiziert, diese aber in prognostisch sehr günstigen, frü-

hen Stadien.

1.1.3 Ätiologie

Ein zentraler Faktor, an einem MM zu erkranken, nimmt chronisch hohe oder intermittie-

rend starke UV-Belastung (Wiecker et al., 2003) ein. UV-Strahlung führt nicht nur zur

Pigmentierung der Haut als „Positiveffekt“, sondern schädigt durch oxidativen Stress (UV-

A) oder molekulare Änderungen (UV-B) die DNA und führt so zu Apoptose oder Mutatio-

nen in (Proto-) Onkogenen und Tumorsuppressorgenen. Vor allem in der Kindheit sind

Sonnenbrände unbedingt zu vermeiden, da diese einen Risikofaktor für später auftretende

Melanome darstellen (Dennis et al., 2008; Westerdahl et al., 1994). Darüber hinaus sind

besonders Personen mit zahlreichen Nävi oder Melanomvorstufen („dysplastische Nävi“)

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gefährdet (Garbe et al., 1994; MacKie et al., 1989). Erbliche Disposition führt ebenfalls in

5-10% der Fälle zu Melanomentstehung (Greene et al., 1985). Es ist aber anzumerken, dass

nur etwa 20% aller Melanome aus bestehenden Nävi und 80% de novo auf vorher schein-

bar gesunder Haut entstehen (Bauer and Garbe, 2003). Einige Phämomene zeigen beispiel-

haft die Bedeutung des Immunsystems bzw. immunologischer Faktoren bei der Entstehung

und Progression des Melanoms. Nennenswert sind hierbei einerseits Spontanremissionen

(Printz, 2001), andererseits die erfolgreiche Erkennung und Bekämpfung des Melanoms

durch das Immunsystem (Houghton et al., 2001; Boon et al., 1996). Bei Immunsuppressi-

on, wie z.B. einer HIV-Infektion, kommt es häufiger zur Entstehung von Malignomen, wie

dem MM, oder die Progredienz der Erkrankung ist erheblicher (Kubica et al., 2012; Qasmi

et al., 2010).

1.1.4 Klinik

Klinisch sowie histologisch lassen sich derzeitig fünf Subtypen des MM unterscheiden. Es

gibt aber auch Melanome, die sich nicht in diese Kategorien einteilen lassen (s. Tab.1)

Tab. 1: Melanom-Subtypen und Häufigkeit (Garbe et al., 2005)

Melanom - Subtyp Häufigkeit

Superfiziell spreitendes Melanom

(SSM)

57,4 %

Noduläres Melanom

(NM)

21,4 %

Lentigo Maligna Melanom

(LMM)

8,8 %

Akral-lentiginöses Melanom

(ALM)

4,0 %

Unklassifizierbares Melanom

(UCM)

3,5 %

Sonstige

4,9 %

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Abb. 1 Superfiziell spreitendes Melanom

Das SSM zeigt initial eine intraepi-

dermale, hauptsächlich horizontale

Ausbreitung, wächst dann invasiv und

flach erhaben. Charakteristisch ist das

asymmetrische Wachstum mit Aus-

ziehungen. In späteren Wachs-

tumsstadien können sich, wie hier,

neben farblicher Vielfalt und Aufhel-

lungen sekundär knotige Anteile ent-

wickeln (Duncan, 2009; Garbe et al.,

2005).

Abb. 2 Noduläres Melanom

Das NM wächst exophytisch mit kno-

tigen Anteilen. Seine Farbe ist meist

schwarz-braun. Horizontales Wachs-

tum fehlt oft. Häufig zeigen sich ero-

sive Anteile (Duncan, 2009; Garbe et

al., 2005).

Abb. 3 Lentigo Maligna Melanom

Das LMM entsteht meist im späteren

Lebensalter im Gesichtsbereich aus

vorbestehenden Läsionen, die oft in-

situ-Karzinomen entsprechen. Dabei

dauert es meist viele Jahre, bis es zur

Ausbildung des LMM kommt (Dun-

can, 2009; Garbe et al., 2005).

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Abb. 4 Akrolentiginöses Melanom

Das ALM findet sich meist palmo-plantar

an den Händen und Füßen, kann aber

auch als sub- oder periungualer Tumor

auffällig werden. Es zeigen sich unscharf

begrenzte Pigmentierungen, aber es

kommen auch pigmentfreie Areale oder

Ulzerationen vor (Duncan, 2009; Garbe

et al., 2005).

Abb. 5 amelanotisches MM

Das insgesamt sehr seltene amelanotische

Melanom wird oft sehr spät erkannt und

zeigt wenig typische Anzeichen eines

Melanoms. Es wird daher oft mit einem

BCC verwechselt oder aber gar nicht er-

kannt, bis der Patient mit Metastasierun-

gen auffällig wird (Duncan, 2009; Garbe

et al., 2005).

Die mit Abstand am häufigsten auftretenden histologischen Subtypen des Melanoms stel-

len mit knapp 80% das SSM und das NM dar (Garbe et al., 2005), wobei das SSM mit et-

wa 58% der Fälle weitaus öfter auftritt. Danach folgen die selteneren LMM (8,8%), das

ALM (4,0%) und die UCM (3,5%). Etwa 5% aller Melanome stellen dann die amelanoti-

schen und nicht-kutanen MM dar – z.B. die der Aderhaut des Auges oder Schleimhaut-

melanome wie der Mund- oder Nasenschleimhaut oder auch an intestinalen Schleimhäu-

ten.

Allgemein tritt das MM bei Frauen dabei am häufigsten an den Unterschenkeln auf (etwa

45%), danach folgt der Rumpf (etwa 25%). Der Rest entfällt auf die anderen Körperpar-

tien. Bei Männern steht dagegen der Befall des Rumpfes, insbesondere des Rückens, im

Vordergrund (etwa 35%), während die restlichen Körperpartien zu gleichen Teilen betrof-

fen sind (Lehnert et al., 2005). Als möglicher Grund sei hier zum Beispiel die unterschied-

liche Kleidungsgewohnheit der Geschlechter zu erwähnen.

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12

1.1.5 Genetik

Zu einem nicht geringen Anteil bei metastasierten Melanomen kommen Mutationen in den

Protoonkogenen c-Kit und BRAF vor, die eine entscheidende Rolle bei Zellteilung, Diffe-

renzierung, sowie Wachstum inne haben. Aktuelle Studien gehen davon aus, dass bis zu

50% aller Melanompatienen eine BRAF-Mutation vorweisen (Amanuel et al., 2012). Eine

BRAF-Mutation führt in den meisten Fällen durch Basentausch von Thymin zu Adenin bei

Nukleotid 1799 zum Austausch einer Aminosäure (Tan et al., 2008). Die am häufigsten

vorkommenden Mutationen zeigen den Austausch von Valin durch Glutamat beim Codon

600 (sog. „V600E“). Desweiteren sind der Austausch durch Lysin („V600K“) und Arginin

(„V600R“) bekannt (Willmore-Payne et al., 2005). Neben dem vermehrten Auftreten beim

MM (Maldonado et al., 2003), kommt eine BRAF-Mutation auch bei kolorektalen Karzi-

nomen (Li et al., 2006), papillären Schilddrüsenkarzinomen (Puxxedu et al., 2004) und den

nicht-kleinzelligen Lungenkarzinomen (Huang and Wu, 2012) vor.

Eine Mutation im KIT-Gen führt zur Überexpression des c-kit (oder auch CD117), einer

Rezeptor-Tyrosinkinase. Eine Aktivierung des Rezeptors bewirkt durch Phosphoryllierun-

gen den Anstoß von Signaltransduktionswegen. Diese wiederum spielen eine wichtige Rol-

le bei der Angiogenese und Proliferation von Geweben, sowie der Pigmentierung der Haut

(Edling and Hallberg, 2007). Dies zieht, wie bei BRAF, vor allem einen Progress des MM

in Form eines Rezidivs, einer Metastasierung oder neue MM nach sich (Carvajal et al.,

2011). Eine aktuelle Studie von Bourillon et al. zeigt sogar, dass eine c-kit-Mutation nicht

erst im Verlaufe der Erkrankung auftreten kann, sondern auch, gerade bei familiär gehäuf-

tem Auftreten des MM, eine Prädisposition darstellen könnte.

Bezüglich einer familiären Vorbelastung ist zusätzlich eine Mutation im Cyclin-dependent

kinase inhibitor 2A (CDKN2A oder auch p16)-Gen zu nennen (Nobori et al., 1994). Als

Tumor-Suppressor-Gen, ähnlich zu p53, reguliert es den Zellzyklus und verhindert unge-

hemmtes Wachstum (Stone et al., 1995). Patienten mit einer Mutation im Sinne eines

Funktionsverlustes von p16 scheinen etwa 15 Jahre früher MM zu entwickeln als ver-

gleichbare Gruppen ohne diese Mutation. Die 5-Jahres-Inzidenz liegt bei etwa 23%, wäh-

rend sie bei der Vergleichsgruppe bei 2% liegt. Ebenfalls kommt es häufiger zu Zweit-

melanomen (van der Rhee et al., 2011).

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1.1.6 Stadieneinteilung und Prognose

Der wichtigste Faktor zu einer guten Prognose ist weiterhin die Früherkennung des Mela-

noms. Wichtig ist hierbei die Schulung der Menschen und Sensibilisierung gegenüber den

zentralen Kriterien. Da 80% aller Melanome SSM oder NM darstellen, lassen sich die

meisten Pigmentveränderungen der Haut mittels der ABCD(E)-Regel gut von einem be-

ginnenden MM abgrenzen (Rigel et al., 2010; Nachbar et al., 1994). Studien zufolge liegen

die Genauigkeiten bei etwa 85% (Isasi et al., 2011).

Die Regel besagt im Einzelnen:

A = Asymmetrie:

Ausziehungen oder unregelmäßig geformte Flecken

B= Begrenzung:

Unscharfe Abgrenzung zur unpigmentierten Haut

C = Colorit:

Mehrfarbigkeit, blasse und sehr dunkle Partien nebeneinander

D = Durchmesser:

Nävi größer als 5mm

E = Elevation

Exophytisches Wachstum

Ist ein Nävus aufgrund dieser Kriterien auffällig, sollte eine Dermatoskopie folgen, um ihn

näher u.a. nach o.g. Kriterien zu betrachten (Stolz et al., 1994), aber auch um nach Mela-

nom-spezifischen dermatoskopischen Veränderungen zu fahnden: Pseudopodien, radial

streaming, grau-blaue Areale oder irreguläre Pigmentnetzwerkstrukturen (s. Abb. 6) (Men-

zies et al., 1996; Soyer et al., 1995). Dies macht einerseits eine exaktere Betrachtung mit

einer Steigerung der Sensitivität und Spezifität im Vergleich zum Blickbefund möglich

(Vestergaard et al., 2008; Kittler et al., 2002), andererseits kann man dadurch auch die An-

zahl unnötig exzidierter Nävi senken (Herschorn, 2012).

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Abb. 6 Auflichtmikroskopisches Bild eines MM

deutlich zu erkennen sind das radial streaming und die Pseudopodien im Randbereich des

MM, sowie grau-blauen Areale innerhalb der Läsion

Die wichtigsten zu nennenden Prognosekriterien stellen dar (Garbe et al., 2002; Garbe et

al., 1995):

- Tumoreindringtiefe nach Breslow in der Histologie:

< 1,0 mm: 88 - 95 % 10-Jahres-Überlebensrate; 1,01 – 2,0 mm: ca. 79 - 84 % 10-

JÜR; 2,01 - 4,0 mm ca. 64 - 73 % 10-JÜR; > 4,0 mm: ca. 52 - 54% 10-JÜR - und

das Invasionslevel nach Clark (s. Abb.7)

- Ausschluss / Bestätigung einer histologisch erkennbaren Ulceration (das Vorhan-

densein einer Ulceration führt zu einer Aufstufung in der Stadieneinteilung nach

AJCC 2002) oder der Nachweis einer Mitoserate >1 / mm³ (Balch et al., 2009)

- Ausschluss / Bestätigung einer Mikrometastasierung des lokoregionären Lymphab-

lussgebietes mittels Sentinel-Lymphknotenbiopsie

- der histologische Subtyp des Melanoms (günstiger für SSM, ungünstiger für NM

und ALM)

- die Tumorlokalisation (ungünstiger für behaarten Kopf, Hals, Oberarme, oberer

Rumpf)

- das Geschlecht (ungünstiger für Männer)

Page 19: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

15

Abb. 7 Tumoreindringtiefe nach Breslow in mm und Clark-Level I-V

modifiziert nach: New Zealand Melanoma Unit - Pathologie

Aufgrund dieser Kriterien und den zusätzlichen Angaben zum Staging (Lymphknotenbe-

fall, Fernmetastasierung) wurde vom American Joint Center on Cancer (AJCC) 2002 eine

TNM-Klassifikation für das MM mit Prognoseangaben für die 10-JÜR erstellt, die auch in

entsprechende Stadien gegliedert und zuletzt 2009 aktualisiert wurde (Balch et al., 2009;

Balch et al., 2001).

Liegt die 10-JÜR bei geringen Stadien und dünnen Primärtumoren noch bei etwa 88 –

95%, so sinkt diese schon bei vorhandenen Lymphknotenmetastasen auf 20 – 55%. Sind

schon Fernmetastasen aufgetreten beträgt die Überlebenszeit je nach befallenem Organ

noch zwischen 6 und 9 Monaten bei insgesamt nur 5% 5-JÜR (Balch et al., 2001; Soong et

al., 1998).

Zunächst liegt der Stadieneinteilung die histologische Beurteilung zugrunde. Wichtig sind

im Präparat die Eindringtiefe nach Breslow, das Tumorlevel nach Clark, Beurteilung einer

möglichen Ulceration oder Regression, die Mitoserate in der Epidermis, der Subtyp des

Melanoms, mögliche Einbrüche in Blut-, oder Lymphgefäße und Nerven und eine mögli-

Page 20: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

16

che Mikrofilialisierung im Präparat. Die Metastasierung erfolgt beim MM sowohl hämato-

gen als auch lymphogen, wobei in ca 70% der Fälle zunächst Lymphknotenmetastasen

auftreten. Unterschieden werden muss zwischen lokalen Rezidiven (durch unzureichenden

Sicherheitsabstand bei der Exzision), Satellitenmetastasen (bis 2cm um den Primarius) und

in-transit-Metastasen, die sich entlang der Lymphgefäße zeigen können.

Ein Staging kann allgemein bei jeder Tumordicke durchgeführt werden, sollte aber ab ei-

ner Breslow-Dicke von 1 mm erfolgen oder auch bei Tumoren > 0,75 mm, falls zusätzlich

eine Ulceration oder gesteigerte Mitoserate vorliegt (S3-Leitlinie Malignes Melanom,

AWMF, ADO, DKG, 2013). Das Staging umfasst dann mindestens eine Wächterlymph-

knotenbiopsie (WLKB) und eine Sonographie der lokoregionären Lymphknoten. Bei fort-

geschrittenen T-Stadien empfehlen sich zusätzlich eine Computertomographie oder MRT-

Aufnahmen von Thorax, Abdomen und Schädel. Über eine Abnahme des Tumormarkers

S100 kann jederzeit nachgedacht werden (Garbe et al., 2005).

Zusammengefasst setzt sich also die Stadieneinteilung aus der Tumordicke inkl. Beurtei-

lung einer Ulceration (pT) oder einer gesteigerten Mitoserate (>1 / mm³), nachgewiesenen

Lymphknotenmetastasen (N) und möglichen Fernmetastasen (M) zusammen:

Tab. 2 T-Klassifikation beim MM (Balch et al., 2009; Balch et al., 2001)

T-Klassifikation Tumordicke Zusätze

Tis

Tx

in situ Karzinom

nicht bestimmbar

T1 ≤ 1,0 mm a: ohne Ulceration

b: mit Ulceration oder

Mitoserate >1/mm³

T2 1,01 – 2,0 mm a: ohne Ulceration

b: mit Ulceration

T3 2,01 – 4,0 mm a: ohne Ulceration

b: mit Ulceration

T4 > 4,0mm a: ohne Ulceration

b: mit Ulceration

Page 21: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

17

Tab. 3 N-Klassifikation beim MM (Balch et al., 2001)

Tab. 4 M-Klassifikation beim MM (Balch et al., 2001)

Tab. 5 AJCC-Stadien mit 10-JÜR (modifiziert nach Balch et al., 2009; Garbe et al.,

2002; Balch et al., 2001; Soong et al., 1998)

N-Klassifikation Zahl befallener Lymph-

knoten

Zusätze

N1 1 a: Mikrometastase

b: Makrometastase

N2 2-3 a: Mikrometastasen

b: Makrometastasen

c: Satelliten-, oder in-

transit-Metastasen

N3 ≥4, Satelliten-, oder in-

transit-Metastasen plus

Lymphknotenbefall

M-Klassifikation Art der Fernmetastase LDH

M1a Haut, Subkutis, Lymphknoten normal

M1b Lunge normal

M1c alle weiteren Organmetastasen

jede Fernmetastase

normal

erhöht

Stadium T N M 10-JÜR

0 Tis - - 100%

Ia T1a - - 88%

Ib T1b, T2a - - 79-83%

IIa T2b, T3a - - 64%

IIb T3b, T4a - - 51-54%

IIc T4b - - 32%

IIIa jedes T a N1a, N2a - 57-63%

IIIb jedes T b

jedes T a

jedes T

N1a, N2a

N1b, N2b

N2c

-

-

-

36-38%

39-48%

IIIc jedes T b

jedes T

N1b, N2b

N3

-

-

15-24%

18%

IV jedes T jedes N M1a

M1b

M1c

16%

3%

6%

Page 22: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

18

1.1.7 Therapie

Beim MM ist der erste Schritt der genauen Diagnostik gleichzeitig der wichtigste der The-

rapie – die Exzision. Wird bei einem Melanom-Verdacht eine Exzision erwogen, so wird

ein Sicherheitsabstand von etwa 2mm und eine Exzisionstiefe bis zum Fettgewebe emp-

fohlen (Tran et al., 2008). Nach Begutachtung der Histologie und einer möglichen Bestäti-

gung des MM, wird als kurative Maßnahme eine Nachexzision durchgeführt, deren defini-

tiver Sicherheitsabstand von der Tumordicke nach Breslow abhängt. Liegt ein in-situ-

Karzinom vor, so wird derzeit eine Nachexzision mit seitlichem Sicherheitsabstand von 5

mm durchgeführt. Bei pT1 und pT2 wird mit einem 1cm großem, bei pT3 und pT4 Tumo-

ren mit einem 2cm großem Sicherheitsabstand nachexzidiert. Größere Sicherheitsabstände

haben in kontrollierten Studien keinen Vorteil gegenüber den hier empfohlenen gezeigt

(Sladden et al., 2011). Ausnahmen stellen dabei das LMM oder ALM dar: mithilfe mikro-

graphisch kontrollierter Chirurgie ist hier ein geringerer Sicherheitsabstand möglich, um

größere Narben und Entstellungen im Gesicht, sowie Amputationen von Zehen oder Fin-

gerteilen zu vermeiden, ohne eine größere Mortalität in Kauf nehmen zu müssen (Lichte et

al., 2009; Moehrle et al., 2006; Moehrle et al., 2003). In den meisten Fällen ist eine De-

fektheilung mittels Hautnaht möglich, bei größeren Exzisionen oder schwierigen Körper-

partien kommen auch Lappenplastiken oder sehr selten Spalt-, oder Vollhautransplantate

infrage (Kaufmann, 2000).

Wie schon oben erwähnt, sollte ab einer Melanomdicke von >1 mm oder bei Vorliegen

einer zusätzlichen Ulceration, einer Mitoserate >1 / mm³ oder bei jüngeren Patienten schon

bei dünneren Melanomen ab 0,75 mm Tumordicke eine Wächterlymphknotenbiopsie

(WLKB) erfolgen. Zunächst gilt diese Untersuchung als Stagingmaßnahme. Nur bei posi-

tivem WLK-Befall wird empfohlen, eine radikale Lymphknotendissektion (LND) durchzu-

führen. Eine prophylaktische LND ohne Hinweis auf eine Lymphknotenmetastasierung

bringt keinen Vorteil gegenüber der therapeutischen und ist daher obsolet (Lens et al.,

2002). Sollten nach einer LND in der pathologischen Untersuchung ein Kapseldurchbruch,

mehr als 3 befallene Lymphknoten oder Makrometastasen über 3cm Größe auffallen, so

kann über eine adjuvante Strahlentherapie nachgedacht werden (Burmeister et al., 2012).

Adjuvante Chemotherapien, z.B. mit Dacarbacin (DTIC) oder Vindesine haben in Studien

keinen Vorteil im rezidivfreien oder Gesamtüberleben gezeigt (Eigentler et al., 2008; Hill

et al., 1981)

Der adjuvante Einsatz von (pegyliertem) Interferon alpha ([peg]INFα) kann individuell mit

Patienten ab einem Tumorstadium IIb besprochen werden. INFα wirkt antiproliferativ an

den Tumorzellen selbst und aktiviert Natürliche Killerzellen (NK) im Kampf gegen die

Page 23: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

19

Melanomzellen. Die Wahl einer Niedrig- oder Hochdosistherapie sollte in Abwägung mit

dem Nebenwirkungsprofil (Fieber, Müdigkeit, Depression) und dem Tumorstadium mit

dem Patienten abgesprochen werden. In Studien konnte gezeigt werden, dass eine INFα-

Therapie das rezidiv-, und/oder progressionsfreie Überleben steigert. Für das Gesamtüber-

leben konnte dies bislang nicht eindeutig gezeigt werden (Eggermont, 2012; di Trolio et

al., 2012).

In den Stadien IIIb und IIIc, also bei lokoregionären, also Satelliten-, oder in-transit-

Metastasen, sollte, soweit möglich, operativ mit kurativem Ansatz eine komplette Resekti-

on (R0) erfolgen. Übersteigt die Anzahl jedoch 5-10 solitäre Metastasen, ist eine rein ope-

rative Resektion schwierig. In diesen Fällen kann z.B. eine lokale Radiotherapie angewen-

det werden (Overgaard et al., 2009). Desweiteren kann man bei diesen Patienten auch Be-

handlungen mit topischen Medikamenten, wie Imiquimod den Kontaktallergenen Dinitro-

chlorobenzol (DNCB) oder Diphencyprone (DPC), oder intratumorale Injektionen mit In-

terleukin 2 (IL-2) in Betracht ziehen (Boyd et al., 2012; Schadendorf et al., 2012; Nida and

Quirk, 2003). Schon in diesen Stadien der sog. Hochrisikopatienten sollte auf Mutationen

von Onkogenen getestet werden. Am bedeutendsten sind hier die BRAF-Mutation mit ca.

50% Mutationsrate in allen MM und die c-kit-Mutation, die etwa 5% Mutationsrate aller

ALM und Schleimhautmelanome aufweist (Carvajal et al., 2011; Guo et al., 2011; Goel et

al., 2006).

Bei Patienten mit metastasiertem MM (Stadium IV) haben die Therapieschemata allenfalls

palliativen Charakter. Sollten R0-Resektionen der Metastasen ohne erheblichen Funktions-

verlust möglich sein, kann eine Metastasekomie angezeigt sein. Liegen entsprechende Mu-

tationen (s.o) vor, so sollte eine Therapie mit einem BRAF-, oder c-kit-Inhibitor durchge-

führt werden. Bei BRAF-Mutationen werden erfolgreich Vemurafenib oder Dabrafenib

eingesetzt (Patrawala and Puzanov, 2012; Young et al., 2012; Chapman et al., 2011), bei c-

kit-Mutationen kann Imatinib zum Einsatz kommen (Brown and Casasola, 2012; Carvajal

et al., 2011). Neueste Studien gehen derzeit zusätzlich in die Richtung der Kombinations-

therapien. Hier sei u.a eine Kombination des BRAF-Inhibitors Dabrafenib mit dem MEK-

Inhibitor Trametenib zu erwähnen (Flaherty et al., 2012). Der MEK-Inhibitor Trametenib

greift in den mitogen-activated protein kinase (MAPK)-Signalweg ein, der bei vielen Tu-

moren, wie auch dem MM, überaktiviert ist, indem es die Enzyme MEK1 und MEK2

hemmt und dadurch zu einem geringeren Tumorwachstum beiträgt.

Eine weitere Option im späten Stadium der Erkrankung mit geringer Tumorlast scheint

eine Immuntherapie mit Ipilimumab darzustellen. Ipilimumab ist ein spezifischer Antikör-

per gegen das zytotoxische T-Lymphozyten Antigen (CTLA-4). Dieses reguliert T-Zellen

Page 24: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

20

in ihrer Immunantwort herab. Wird es durch Ipilimumab geblockt, so tritt eine verstärkte

Antitumorreaktion durch T-Zellen gegen das Melanom auf. Eine Therapie mit diesem mo-

noklonalen Antikörper bewirkt eine Verlängerung des Gesamtüberlebens (Robert and Ma-

teus, 2011; Hodi et al., 2010). Eine Phase II-Studie untersucht momentan eine Kombinati-

onstherapie mit dem Granulozyten-stimulierenden Faktor GM-CSF, welches zu synergisti-

schen Effekten führen soll (Hodi, 2013). Ein weiterer Ansatz, aktivierte T-Zellen vor ihrer

Herabregulierung zu schützen, ist eine medikamentöse Blockade des programmed cell

death 1 (PD1)-Rezeptors, der ähnliche Wirkungen vermittelt wie CTLA-4. Ein jüngst vor-

gestellter und in Studien untersuchter Antikörper gegen PD1 ist z.B. Nivolumab (Lipson,

2013). Während eine Monotherapie sich schon als wirksam hat, scheint eine Kombination

mit Ipilimumab ebenfalls gute Therapieergebnisse zu erzielen (Wolchok et al., 2013).

Die palliative Mono- oder Polychemotherapie ist eine weitere Möglichkeit, das Gesamt-

überleben leicht zu steigern. Als Monochemotherapie werden Dacarbacin, Fotemustin oder

Temozolamid eingesetzt, wobei der Einsatz von Dacarbacin (DTIC) momentan als Gold-

standard zu werten ist. Bei der Polychemotherapie kommen einige verschiedene Thera-

pieschemata zum Einsatz, die natürlich auch entsprechende allgemeine Nebenwirkungen

von Chemotherapien zeigen. Ein häufig verwendetes Schema ist heute CarboTaxel (Car-

boplatin + Paclitaxel), das in neuesten Studien die besten Ergebnisse im Hinblick auf das

Gesamtüberleben erzielte (Hauschild et al., 2009). Außerdem besteht vor allem bei Kno-

chenmetastasen zusätzlich die Möglichkeit der Strahlentherapie und Gabe von Bisphos-

phonaten.

Page 25: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

21

1.1.8 Nachsorge

Allgemein wird eine Nachsorge von 10 Jahren empfohlen. Die meisten Rezidive oder Me-

tastasen treten in den ersten drei Jahren nach Erstdiagnose auf (bis 80%), weshalb hier die

Intervalle zwischen den Untersuchungen eng gehalten werden – vor allem in höheren Tu-

morstadien (Francken et al., 2007). Je nach Stadium werden auch unterschiedliche Verfah-

ren der Nachsorge angewendet – von Ganzkörperuntersuchung (GKU) und Lymphknoten-

sonographie, über Blutentnahme und Messung des Tumormarkers S-100, bis hin zu

Schnittbildverfahren. Tabelle 6 zeigt exemplarisch das zur Zeit empfohlene Nachsorge-

schema:

Tab. 6 Nachsorgeschema inkl. empfohlenen Untersuchungen

mit den Untersuchungsintervallen in Monaten (nach: S3-Leitlinie AWMF/ADO/DKG 2013)

GKU LK-Sonographie S-100 Bildgebung

Jahr 1-3 4+5 6-10 1-3 4+5 6-10 1-3 4+5 6-10 1-3 4+5 6-10

St. IA 6 12 12

St. IB-IIB 3 6 6/12 6 3

St. IIC-IV 3 3 6 3 6 3 6 6

Page 26: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

22

1.2 Vitamin D

1.2.1 Kurzer Ausflug in die Chemie

Das Vitamin D3 (Cholecalciferol) gehört chemisch zu den Secosteroiden, einer Untergrup-

pe der Steroide, und wird grob eingeordnet bei den fettlöslichen Vitaminen. Chemisch äh-

nelt es dem Cholesterin, aus dem auch eine Vorstufe des Vitamin D3, das 7-

Dehydrocholesterol, entsteht. Die biologisch aktive Form des Vitamin D, das Calcitriol,

und seine Vorstufe, das Calcidiol, werden heute als Hormone bezeichnet, da sie vom Kör-

per unter ständiger endokriner Kontrolle selbst synthetisiert werden können, über den Blut-

transport zu Zielzellen gelangen und dort durch Änderung der Transkription ihre Funktion

ausüben. Abbildung 8 zeigt die chemischen Formeln der wichtigsten Vertreter.

Abb. 8 Vertreter der D-Vitamine: von der Vorstufe (7-DHC), über das Vitamin D3

und dem Calcidiol zur biologisch aktivem Form, dem Calcitriol (1,25(OH)-D3)

modifiziert nach: The Medical Biochemistry Page, Bilder online verfügbar unter:

http://themedicalbiochemistrypage.org/vitamins

Page 27: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

23

1.2.2 Synthetisierung und Transport

Dem Körper stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung an Vitamin D3 zu gelangen: einer-

seits über den Darm nach entsprechender Nahrungsaufnahme, andererseits besteht die

Möglichkeit, dass in der Haut aus einer Vorstufe Vitamin D3 synthetisiert wird (Bikle and

Pillai, 1993).

In der Haut, nämlich im Stratum basale und im Stratum spinosum, befindet sich das 7-

Dehydrocholesterol (7-DHC). Dieses wird seinerseits in der Leber durch die Cholesterol-

dehydrogenase aus Cholesterin hergestellt und danach an Transportproteine gebunden im

Blut zu den Keratinozyten transportiert. Aus dem 7-DHC wird durch UV-B-Strahlung das

Prävitamin D3: die Photoenergie führt zur Brechung der Bindung der Kohlenstoffatome 9

und 10 im B-Ring des 7-DHC (Holick, 1981; Holick et al., 1980; Esvelt et al., 1978). Unter

dem Einfluss der Hauttemperatur kommt es schließlich durch Verschiebung der Doppel-

bindung zur Isomerisierung des Prävitamin-D3 zum Cholecalciferol (Vitamin D3). Bei

diesem Schritt gibt es den limitierenden Faktor der Ausfuhr des Vitamin D3: es kann nur

so viel Cholecalciferol nachgebildet werden, wie aus den Keratinozyten heraus transpor-

tiert wird. Damit das Prävitamin D3 keine toxischen Konzentrationen erreicht, kann es

durch weitere UV-B-Strahlung zu den inaktiven Tachysterol und Lumisterol isomerisiert

werden (Holick et al., 1987). Cholecalciferol wird dann, nach Transport durch die Darm-

zelle oder nach Synthetisierung in der Haut, an das Vitamin-D-bindende-Protein (DBP)

gebunden und durch die Blutbahn befördert. Die DBP sind alpha-Globuline, die in hoher

Zahl im Serum vorhanden sind und in der Leber hergestellt werden (Coppenhaver et al.,

1981; Bouillon et al., 1978; Imawari et al., 1976). Über den Blutweg gelangt das an das

DBP gebundene Cholecalciferol nun in die Leber, in der der erste Schritt der Metabolisie-

rung in die aktive Form abläuft: in den Hepatozyten wird es durch die 25-Hydroxylase am

Kohlenstoffatom 25 hydroxyliert und wird so zum 25(OH)-Vitamin-D3, dem Calcidiol

(Dueland et al., 1981). Nach einem weiteren Transport über die Blutbahn zu den Nieren

geschieht hier der endgültige Schritt zum hormonell aktiven Calcitriol. Die in den Nieren-

zellen vorhandene 1α-Hydroxlase hydroxyliert das Calcidiol am Kohlenstoffatom 1 (Stan-

bury, 1981). Als Regulationmechanismen fungieren hierbei die Parathormon-, Calcium-

und Phosphat-Konzentration, sowie die Konzentration des Calcitriols selber, damit keine

übermäßige Produktion des 1,25(OH)-Vitamin-D geschieht (Willvonseder, 1983; Birge et

al., 1981).

Page 28: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

24

Abb. 9 Metabolismus, Regulation und Funktion des Vitamin D und seiner Derivate

modifiziert nach: Deeb, Kristin K., Trump, Donald L., Johnson, Candace S. (2007). Vita-

min D signalling pathways in cancer: potential for anticancer therapeutics. Nature Reviews

Cancer 7 (9), 684-700

1.2.3 Extrarenale Synthetisierung von Calcitriol

In den letzten Jahren gelang zunehmend der Nachweis, dass nicht nur auf dem „normalen“

Weg über Leber und Niere die biologisch aktive Form des Vitamin D3 metabolisiert wird,

sondern auch manche Gewebe durch Vorhandensein einer 1α-Hydroxlase in der Lage sind,

Calcitriol zu synthetisieren. Die systemische Wirkung dabei ist dabei jedoch eher zu ver-

nachlässigen, weshalb man davon ausgeht, dass die lokale Herstellung von Calcitriol eher

dem eigenen Gewebe als auto-, bzw. parakrine Hormonwirkung zu Gute kommt. Zu diesen

Organen oder Zellen gehören nach aktuellem Kenntnisstand Prostata, Colon, Brust, β-

Zellen des Pankreas und Monozyten (Hewison et al., 2004). Insbesondere für die Haut

wurde dies auch in in-vitro-Studien, sowie in in-vivo-Untersuchungen gezeigt (Lehmann et

al., 2003; Lehmann et al., 2001).

Page 29: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

25

1.2.4 Wirkweise des Calcitriols

Nachdem das Calcitriol zu den Zielzellen gelangt ist, diffundiert es durch die Zellwand und

wird dann an den Vitamin-D-Rezeptor (VDR) gebunden. Der VDR ist ein Hormonrezep-

tor, der Calcitriol mit hoher Affinität bindet, und seine Wirkung hauptsächlich über Bin-

dung an DNA-Abschnitte und damit der Transkription bestimmter Gene entfaltet. Neben

den klassischen Zielgeweben des Vitamin D (Knochen, Niere, Darm), wurde auch in ande-

ren Organen und Zellen der VDR gefunden – u.a. Haut, Brust, Gehirn, Muskeln und auch

in Immunzellen, wie Monozyten oder B-und T-Lymphozyten (Reichel and Norman, 1989;

Minghetti and Norman, 1988).

1.2.5 Wirkungen in den „klassischen“ Zielgeweben

Zu den „klassischen“ Zielgeweben von Calcitriol gehören insbesondere der (Dünn-)Darm

und die Nieren. In ihnen wurde der VDR in größeren Mengen vorliegend entdeckt und

seine Wirkungen nachvollzogen (Haussler, 1986). Der weitläufig bekannteste Effekt der

D-Vitamine ist die Calcium-Bereitstellung. Hauptsächlich geschieht dies durch vermehrte

Resorption im Darm oder durch das ausgewogene Zusammenspiel von Sekretion und

Rückresorption in den Nierentubuli (Fleet and Joch, 2010; Friedman and Gesek, 1995).

Beim Menschen liegt der Serum-Calcium-Spiegel bei etwa 2,5 mmol/l, davon etwa 45-

50% ionisiert. Es spielt dann vor allem beim Knochenstoffwechsel eine große Rolle. Der

Knochen ist einerseits in der Lage, das bereitgestellte Calcium für die Neumineralisation

zu gebrauchen, andererseits kann der Knochen dem Körper durch die abbauende Wirkung

der Osteoklasten Calcium für den Gesamtstoffwechsel bereitstellen. Dass letztendlich auch

Vitamin D selbst einen direkten Effekt auf den Knochenstoffwechsel hat und nicht nur

indirekt über die Bereitstellung von Calcium wirkt, zeigt das Vorhandensein einer 1α-

Reduktase in Osteoklasten, –blasten und –zyten und die damit einhergehende Möglichkeit

der auto- und parakrinen Versorgung des Knochens (Morris et al., 2010).

1.2.6 Wirkungen in der Haut und auf Immunzellen

Zusätzlich zu den bekannten Syntheseorten des Calcitriols, ist man nach und nach dazu

gekommen, in den Keratinozyten eine 1α-, sowie eine 25-Hydroxylase nachzuweisen (Bik-

le and Daniel, 2011; Bikle et al., 1986). Daher sind die Keratinozyten prinzipiell in der

Lage, autonom Calcitriol herzustellen. Da Matsumoto et al. zeigen konnten, dass das über

den „klassischen“ Syntheseweg hergestellte Calcitriol nicht ausreicht, um in der Haut Vi-

Page 30: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

26

tamin D-induzierte Gene zu aktivieren (Matsumoto et al., 1991), ist dies auch eine wichtige

Erkenntnis: In folgenden in-vitro Untersuchungen zeigten Keratinozyten die Fähigkeit,

eine große Menge Calcitriol zu synthetisieren. Jedoch scheint diese Möglichkeit eher für

auto- und parakrine Zwecke in den Keratinozyten selbst, als für die systemische Vitamin

D-Versorgung genutzt zu werden, da in diesen und nachfolgenden Studien nicht gezeigt

werden konnte, dass das Serum-Calcitriol signifikant dadurch ansteigt (Bikle et al., 1994).

Da die Keratinozyten über einen VDR-Rezeptor verfügen und einige Gene besitzen, die

Calcitriol-vermittelt aktiviert werden, kann Vitamin D in den Hautzellen zu Zelldifferen-

zierung, Apoptose und Wachstum beitragen (Lehmann et al., 2004; Regnier and Darmon,

1991; Smith et al., 1986). Wie genau diese Mechanismen funktioneren, ist bis dato nicht

geklärt. Vermutet wird allerdings eine genomische Beteiligung, da bei Psoriatikern, welche

mit topischen Vitamin-D-Analoga behandelt wurden und darauf eine enorme Besserung

der Symptomatik zeigten, eine erhöhte VDR-mRNA in den Keratinozyten nachgewiesen

werden konnte (Chen et al., 1996). Speziell auf Tumorzellen bezogen, die eine Überex-

pression des Tumor Growth Factors (TGF) und/oder des Epidermal Growth Factor Recep-

tors (EGFR) aufweisen, konnte ein deutlich hemmender Einfluss des Vitamin D nachge-

wiesen werden (Cordero et al., 2002). Dadurch lässt sich auch die Wirkung von topischen

Vitamin D-Analoga auf die Psoriasis erklären, da psoriatische Keratinozyten TGF-α stark

vermehrt synthetisieren.

Interessant dürften die Forschungen hinsichtlich immunmodulatorischer Effekte des Vita-

min D sein. Zum Beispiel konnten Adorini et al. zeigen, dass Vitamin D zur Hemmung der

T-Zell Aktivierung führt und in bestimmten Situationen die Proliferation von CD4+CD25

++

regulatorischen T-Zellen (Tregs) fördert (Adorini et al., 2003). Desweiteren zeigten dendri-

tische Zellen nach Gabe von Calcitriol durch Hemmung ihrer Ausreifung vermehrt eine

Toleranzentwicklung gegenüber gebotenen Antigenen (Griffin et al., 2001). Dies belegt

auch die positive Wirkung des Vitamin D auf verschiedene Autoimmunerkrankungen, wie

zum Beispiel Multiple Sklerose (Cantorna et al., 1996), rheumatoide Arthritis (Cantorna et

al., 1998), Diabetes mellitus Typ I (Gregori et al., 2002) oder auch dem systemischen Lu-

pus erythematodes (SLE) (Amital et al., 2010). So konnte auch gezeigt werden, dass Pati-

enten mit atopischer Dermatitis signifikant weniger Vitamin D zu sich nahmen bzw. gerin-

gere Serumwerte aufwiesen (Solvoll et al., 2000).

Page 31: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

27

1.2.7 Einflüsse auf die Vitamin D Versorgung

Abgesehen von alimentärem Mangel, also dem dietätischen Fehlen oder der Minderversor-

gung von fetthaltigen Vitaminen, gibt es eine Reihe exogener und endogener Einflüsse auf

die Höhe des Vitamin D Spiegels.

Zum einen seien hier die UV-Strahlung an sich und ihre saisonalen Unterschiede erwähnt.

Wie in Studien gezeigt wurde, hängt die exogene Vitamin D Produktion durch die UV Be-

strahlung der Keratinozyten von der geographischen Breite des Aufenthaltsortes und von

seinen klimatischen Bedingungen ab. So ist die Calcitriol-Versorgung bei hellhäutigen

Personen optimaler, je besser das Wetter ist und je näher der Ort in Richtung des Äquators

liegt. Gerade die jahreszeitlichen Einflüsse auf die Sonneneinstrahlung machen hier einen

enormen Unterschied. Je näher man zu den Polarkreisen kommt, desto mehr machen sich

diese jahreszeitlichen Unterschiede bemerkbar: liegen manche Vitamin D Werte in den

Sommermonaten noch im meist normalen bis niedrig-normalen Bereich, so erreichen die

Werte in den Wintermonaten teilweise nicht einmal die untere Bestimmungsgrenze und

liegen oft im defizienten Bereich (Hintzpeter et al., 2008; Engelsen et al., 2005; Holick,

1995). Nach diesen Daten sei es also für die Keratinozyten nicht möglich

- oberhalb des 52. Breitengrades (z.B. Düsseldorf/Berlin) über 6 Monate von Okto-

ber bis März

- oberhalb des 42. Breitengrades (z.B. Rom/Barcelona) über 4 Monate von Novem-

ber bis Februar

genügend Vitamin D zu synthetisieren. Erst ab dem 37. Breitengrad und südlicher (z.B.

Los Angeles/Sizilien) sei dies auch in den Wintermonaten gegeben.

Als zweiter Punkt sei der Pigmentierungsgrad, also der Hauttyp erwähnt. Einerseits schützt

das in die Keratinozyten eingelagerte Melanin vor der DNA-schädlichen UV-Strahlung,

andererseits verhindert es so aber auch die Effektivität der Isomerisierung der Vorstufen

des Calcitriols. So benötigt ein dunkelhäutiger bei gleicher Sonneneinstrahlung etwa die 10

bis 50-fache Dosis, um mit der gleichen Menge Calcitriol versorgt zu sein wie ein hellhäu-

tiger Mensch (Clemens et al., 1982). Dazu ähnlich ist der Einfluss der Sonnenschutzmittel

auf die UV-Bestrahlung der Keratinozyten: eine Sonnenmilch mit dem Lichtschutzfaktor

(LSF) 8 verringert die Effektivität der Synthese um 95%, ein Schutzmittel mit dem LSF 15

sogar bis 98%, so dass insgesamt sehr wenig Vitamin D synthetisiert wird (Springbett et

al., 2010; Misra et al., 2008).

Zwei weitere schon bekannte Einflussfaktoren stellen einerseits der beeinflussbare BMI,

andererseits das nicht beeinflussbare Alter des Menschen dar. Ein sehr niedriger, wahr-

Page 32: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

28

scheinlich bedingt durch dietätisches Fehlen von Vitamin D, sowie ein stark erhöhter BMI

sind mit niedrigen Vitamin D Serumspiegel vergesellschaftet. Die Vermutungen bezüglich

der inversen Beziehung zwischen hohem BMI und niedrigen Calcitriol-Werten gehen weit

auseinander. Einerseits scheinen soziale Gründe eine Rolle zu spielen, da fettleibige Men-

schen eher die Sonne meiden (Compston et al., 1981), andererseits scheinen Übergewichti-

ge langsamer die D-Vitamine aus dem Körperfett zu mobilisieren (Need et al., 1993).

Zu den altersbedingten Gründen zählt zum einen eine erniedrigte Aktivität der 1α-

Hydroxlase in der Niere (Slovik et al., 1981) und die verminderte Fähigkeit die Vitamin-D-

Vorstufen aus dem Darm zu resorbieren (Clemens et al., 1986), zum anderen wurde auch

weniger 7-DHC in den Keratinozyten von älteren Menschen gefunden, was schließlich

ebenfalls zur verminderten endogenen Synthese von Cholecalciferol beiträgt (MacLaughlin

et al., 1991; MacLaughlin and Holick, 1985).

1.3 Immunsystem

Das Immunsystem lässt sich in mehrere Bereiche untergliedern: einerseits in den entwick-

lingsgeschichtlich älteren angeborenen oder auch unspezifischen Anteil, der hauptsächlich

durch das Komplementsystem repräsentiert wird, und andererseits in den spezifischen oder

adaptiven Anteil. Letzterer setzt sich aus den zwei Untergruppen humorale, also haupt-

sächlich B-Zell- und Antikörper-vermittelte, und der zellulären, also T-Zell-vermittelten

Abwehr zusammen. Die T-Zell-vermittelte Abwehr kann intrazelluläre Pathogene, sowie

entartete Zellen erkennen und eliminieren, weshalb gerade dieser Arm des Immunsystems

zusammen mit anderen Immunzellen, wie zum Beispiel den Natürlichen Killerzellen (NK),

für die Tumorabwehr verantworlich ist.

1.3.1 Natürliche Killerzellen

Die NK gehören als einzige lymphozytäre Vertreter zur unspezifischen Abwehr. Mit Hilfe

von TNF und im Zytoplasma enthaltenen zytotoxischen Granula, sind sie in der Lage,

Körperzellen und Viren, die keinen MHC exprimieren, zu zerstören. Zellen, die keinen

MHC an ihrer Oberfläche tragen, sind etweder maligne verändert oder von Viren befallen

und versuchen so, dem spezifischen Teil des Immunsystems (CD8+ T-Zellen) zu entkom-

men, indem sie der vorher gesunden Zelle den MHC I „entfernen“ (Seino et al., 2006;

Zeng et al., 1999).

Page 33: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

29

1.3.2 T-Zell-Entwicklung

T-Zellen entstehen im Thymus aus in diesen eingewanderten T-Vorläuferzellen, die aus

dem Knochenmark stammen. Hier reifen sie zu immunkompententen Zellen heran, die mit

Hilfe ihres T-Zell-Rezeptors (TCR) von den Körperzellen über Major histocompatibility

complex (MHC) / Human leucocyte antigen (HLA)-Moleküle präsentierte Antigene erken-

nen und bekämpfen können. Im Thymus finden bei den T-Zellen zunächst eine positive

und dann eine negative Selektion statt. Bei der positiven Selektion werden den naiven T-

Zellen von den Thymuszellen des Kortex HLA-Moleküle präsentiert. Hier überleben nur

jene T-Zellen, die mit ihrem TCR körpereigene HLA erkennen, die restlichen gehen durch

Apoptose zugrunde. Bei der darauf folgenden negativen Selektion präsentieren die

medullären Zellen des Thymus Autoantigene über HLA-Moleküle. Bei einer zu starken

Bindung der T-Zellen an diese kommt es erneut zur Einleitung der Apoptose dieser Zellen.

Letztendlich werden also nur immunkompetente, zentral tolerante T-Zellen in die Lympho-

rgane aus dem Thymus entlassen (Bommhardt et al., 2004; Stockinger, 1999; Blackman et

al., 1990; Kappler et al., 1987).

T-Zellen exprimieren in ihrem Reifungsprozess unterschiedliche zusätzliche Oberflächen-

Korezeptoren, anhand derer sie u.a. klassifiziert und in Gruppen eingeteilt werden können.

Diese sind die sogenannten Cluster of Differentiation (CD). Die Wichtigsten zu nennenden

sind zunächst CD3, CD4, CD8 und CD25. Anhand dieser unterscheidet man u.a. Suppres-

sor (CD8+) von Helferzellen (CD4

+) (Miceli and Parnes, 1991; Lustgarten et al., 1991).

CD4 bindet dabei als Kofaktor zum TCR an HLA Klasse II-Moleküle, die mit viralen oder

bakteriellen Antigenen von Antigen-präsentierenden Zellen (APC), wie dendritische Zellen

oder Makrophagen, beladen sind. Im Gegensatz dazu dient CD8 als Bindungs-Kofaktor

zum HLA Klasse I. Dieser wird von nahezu allen körpereigenen Zellen exprimiert und

präsentiert fortwährend intrazelluläre Proteine. Dies ist insbesondere zur Abwehr von viral

befallenen oder (maligne) entarteten Körperzellen wichtig (Teh et al., 1988).

Alle T-Zellen exprimieren außerdem CD3 (Oettgen et al., 1984; Kung et al., 1974). Die

CD3 Familie, die aus vier Untereinheiten – den γ-, ε-, ζ- und δ-Ketten – besteht, liegt in

unmittelbarer Nähe zum TCR intrazellulär und funktioniert zusammen mit ihm als TCR-

CD3-Komplex. Der intrazellulär gelegene CD3-Komplex besteht aus drei verschiedenen

Dimeren (εγ,εδ,ζζ) und führt über Phosphorylierung von immunoreceptor tyrosine activati-

on motifs (ITAMs), die sich auf den Dimeren befinden, zur Aktivierung von weiteren Sig-

nalwegen, die schließlich zur Aktivierung der T-Zelle führen (Smith-Garvin et al., 2009).

Ebenfalls wird von allen T-Zellen CD25 exprimiert (Godfrey et al., 1993). CD25 ist als α-

Untereinheit Bestandteil des heterotrimeren IL-2-Rezeptors und ist für die Bindung des

Page 34: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

30

Interleukin 2 zuständig, während die intrazellulär liegenden β- und γ-Untereinheiten zu-

sammen mit den Janus-Kinasen 1 und 3 u.a. die MAPK- und JAK-STAT-Signalwege in-

duzieren. Diese rufen dann eine T-Zell-Proliferation und weitere IL-2-Ausschüttung durch

die T-Zellen hervor (Nelson et al., 1994; Russell et al., 1994). Da jedoch auch auf Tregs

CD25 exprimiert wird, werden diese ebenfalls durch IL-2 aktiviert und führen einerseits

über den Abbau und die Inhibierung der Produktion von IL-2 und andererseits über Ex-

pression von FoxP3-Genen zu einer verminderten Immunantwort (Thornton and Shevach,

1998; Sakaguchi et al., 1995).

Im Folgenden soll nun auf die wichtigsten Vertreter der T-Zell-Reihe eingegangen werden:

CD4+ T-Helferzellen, CD8

+ zytotoxische T-Zellen und CD25

++ FoxP3 regulatorische T-

Zellen.

1.3.3 T-Zell-Reihe

1.3.3.1 CD4+-T-Helferzellen

Die Hauptfunktion der CD4+ T-Zellen liegt in der Steuerung der Immunantwort durch die

Sekretion von verschiedenen Zytokinen. Im Laufe der Zeit wurden bestimmte Zytokin-

Muster entdeckt, weshalb man die CD4+-Zellen auch in Effektor-Untergruppen einteilen

kann. Dazu gehören u.a. die schon länger bekannten Th1 und Th2-Effektorzellen. Während

Th1-Zellen durch Sekretion von IFNγ eher die zelluläre Immunantwort unterstützen – über

eine Aktivierung von Makrophagen und zytotoxischen T-Zellen –, fördern Th2-

Effektorzellen die humorale Immunantwort, indem sie IL-4, IL-5, sowie IL-13 sezernieren

und somit Hilfe bei der B-Zell vermittelten Produktion von Antikörpern leisten (McGhee,

2005; Mosmann et al., 1986).

Relativ neu entdeckt wurden IL-17 sezernierende Th17-Zellen, welche im Rahmen von

Autoimmunreaktionen beschrieben wurden (Mangan et al., 2006; Lohr et al., 2006). Eine

weitere Subpopulation der T-Zellen, die eine Unterdrückung der Immunreaktion vermitteln

können, sind die sogenannten regulatorischen T-Zellen (Treg) – auf diese wird in Kapitel

1.3.3.3 näher eingegangen.

1.3.3.2 CD8+-zytotoxische T-Zellen

Die zytotoxischen T-Zellen, oder auch CTL (cytotoxic T-lymphocytes), spielen die ent-

scheidende Rolle in der spezifischen, zellulären Abwehr gegen Tumore und virusbefallene

Zellen.

Page 35: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

31

Durch ihre Aktivierung sezernieren sie TNFα sowie IFNγ und führen somit zu einer ver-

mehrten Expression von MHC auf allen Zellen (Becker, 1985). Das gibt ihnen die Mög-

lichkeit, die präsentierten Antigene zu erkennen und mögliche befallene Zellen zu elimi-

nieren, indem sie eine Apoptose der Zielzelle auslösen.

Dies geschieht über zwei verschiedene Wege:

Zum Einen schüttet die CTL Perforine und Granzyme enthaltene Granula aus. Zunächst

sorgen die Perforine für eine „Durchlöcherung“ der Zellwand, wonach die Granzyme

durch diese neu entstandenen Poren eindringen und die Apoptose induzieren (Fan and

Zhang, 2005; Hishii et al., 1999).

Zum Anderen bindet die CTL mit ihrem Fas-Liganden (FasL) an Fas der Zielzelle und

sorgt so für eine Aktivierung der Caspase, was schließlich zur Apoptose der Zelle führt

(Waring and Müllbacher, 1999; Hishii et al., 1999).

1.3.3.3 CD4+CD25

++ CD127

- regulatorische T-Zellen (Tregs)

Tregs können eine Immunantwort unterdrücken, indem sie die Aktivität von Immunzellen

senken. Dies spielt sowohl bei physiologischen, wie auch pathologischen Immunmecha-

nismen eine Rolle (Sakaguchi, 2000). Erstmals wurden Hinweise für die Existenz von

Tregs in tierexperimentellen Studien erbracht, bei denen neugeborene Nagetiere in den

ersten Lebenstagen thymektomiert worden waren. In der Folge kam es zu einer Absto-

ßungsreaktion gegenüber den Ovarien oder der Schilddrüse (Sakaguchi et al., 1982; Penha-

le et al., 1973; Nishizuka and Sakakura, 1969). Weitergehende Ergebnisse in diesen Stu-

dien zeigten, dass die T-Zell-Rezeptoren der Tregs eine hohe Affinität für Autoantigene

besitzen (Hsieh et al., 2004). Da bekannt ist, dass Tumorantigene häufig auch Autoantige-

ne sind, liegt der Schluss nahe, dass Tregs eine besondere Rolle in der Tumorabwehr spie-

len könnten. Für das Maligne Melanom im Speziellen konnte gezeigt werden, dass u.a. die

Tumorantigene gp100 und TRP1 (Tyrosinase-related protein 1) von Tregs erkannt werden

(Vence et al., 2007).

Für natürlich vorkommende Tregs (nTregs) wurden lange Zeit spezifische Oberflächen-

marker gesucht. Es fiel zunächst auf, dass sie sogar – und damit gegenteilig zu den anderen

T-Zellen – im ruhenden Zustand eine hohe Expression des CD25 aufweisen. Der bekann-

teste und für Tregs essentielle Marker stellt das sogenannte Forkhead box protein 3

(FoxP3) dar. Die zentrale Bedeutung für Tregs zeigen beim Menschen das IPEX (immu-

nodysregulation, polyendocrinopathy and entheropathy, X‐linked syndrome) (Bennett et

al., 2001) und die scurfy-Mutation des foxp3-Gens bei Mäusen (Brunkow et al., 2001), die

Page 36: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

32

jeweils schwere Autoimmunerkrankungen nach sich ziehen. Hartigan-O’Connor et al.

zeigten, dass menschliche Tregs eine verminderte Anzahl an CD127 an ihrer Oberfläche

exprimieren und die meiste Korrelation mit FoxP3+ und CTLA4

+ Zellen aufwiesen, wes-

halb Tregs bei quantitativen Messungen häufig als CD4+CD25

++CD127

- charakterisiert

werden (Hartigan-O’Connor et al., 2007). Relativ neu sind die Forschungen bezüglich ei-

ner weiteren Subpopulation der Tregs, die anscheinend zwar mit einem großen Teil der

CD4+CD25

++FoxP3

+ Zellen überlappen, jedoch als eigene Untergruppe klassifiziert wer-

den. Diese Tregs exprimieren die Ektonukleosidtriphosphatdiphosphohydrolase (Ektonuk-

leosidase), welche auch als CD39 bezeichnet wird, und zeigen eine ebenso starke Immun-

suppression wie die bisher bekannten CD4+CD25

++CD127

- Tregs (Schuler et al., 2011;

Huang et al., 2010; Mandapathil et al., 2009), weshalb CD39 als relevanter weiterer Mar-

ker für humane Tregs akzeptiert wurde.

Regulatorische T-Zellen reifen, wie alle andere T-Zellen auch, im Thymus. Man geht da-

von aus, dass sie entstehen, indem Ihnen durch die Thymozyten gebotene MHC II Molekü-

le durch ihren TCR als „Selbst“ erkannt werden, das Signal des TCR aber unter einer be-

stimmten Signalgrenze liegt, die ansonsten zur Negativselektion der T-Zelle führen würde

(Aschenbrenner et al., 2007; Apostolou et al., 2001; Jordan et al., 2001). Zur Ausbildung

des FoxP3 kommt es dann nur bei einer zusätzlichen Stimulation mit IL-2. Dieses bindet

an den CD25 (IL-2-Rezeptor) und führt so zu einer Aktivierung eines Signaltransdukti-

onsweges über den Transkriptionsfaktor STAT5, welches den foxp3-Promotor aktiviert

und somit eine Expression der FoxP3-Gene nach sich zieht (Burchill et al., 2008; Burchill

et al., 2007; Burchill et al., 2007).

Ihre periphere, lokal immunsupprimierende Wirkung entfalten Tregs u.a. über die Aus-

schüttung von IL-10, TGF-β und IL-35, welche eine Proliferation und Induktion von Hel-

ferzellen unterdrücken können (Rubtsov et al., 2008; Collison et al., 2007; Fahlen et al.,

2005). Desweiteren konnte gezeigt werden, dass Tregs über sezernierte Granzyme oder

direkte Zell-Zell-Kontakte eine Apoptose der T-Helferzellen auslösen können (Sakaguchi

et al., 2009; Grossmann et al., 2004).

Die Tregs können jedoch auch schon eher als bei den Effektorzellen, nämlich bei den An-

tigenpräsentierenden Zellen, inhibitorisch wirken. Möglich wird dies durch das auf den

Tregs exprimierte CTLA-4, welches u.a. mit den CD80 und CD86 auf Dendritischen Zel-

len (DC) interagiert und dadurch zu einer Minderexpression dieser CD führt. Konsekutiv

kommt es schließlich zu einer verminderten Kostimulation von Effektorzellen (Onishi et

al., 2008; Shevach, 2009). Die CD39+ Subpopulation vermag es, über die Ektonukleo-

sidase Adenosintri- und diphosphat, welches v.a. bei entzündlichen Prozessen aus den zu-

Page 37: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

33

grunde gehenden Zellen anfällt, zu Adenosinmonophosphat zu spalten und somit eine an-

tiinflammatorische Wirkung zu erzielen, da ATP als ein Stimulator vermehrter CD80/86

Expression auf DCs gilt (Borsellino et al., 2007).

Page 38: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

34

2 Zielsetzung

Gegenstand dieser Studie war es, Einflussfaktoren auf die Entstehung oder den Progress

des Malignen Melanoms herauszustellen.

Im Einzelnen wurden zum Einen durch peripher-venös punktiertes Blut die Serum-Vitamin

D-Werte der Melanompatienten bestimmt, zum Anderen der absolute und prozentuale An-

teil der regulatorischen T-Zellen im EDTA-Blut mittels Durchflusszytometrie. Neben der

Untersuchung auf Korrelation mit klinischen oder histopathologischen Charakteristika, war

es ein Hauptziel, einen Zusammenhang zwischen Vitamin D-Versorgung bzw. den regula-

torischen T-Zellen und den Stadien nach AJCC 2002 herauszufinden.

Es ergaben sich dadurch folgende Fragestellungen:

1. Zeigt sich ein Zusammenhang zwischen den Tumorstadien nach AJCC 2002 und/oder

der Tumordicke nach Breslow und den Serum-Vitamin D-Werten der Patienten und wenn

ja, in welcher Korrelation stehen sie zueinander? Welche Erklärungen gibt es und was für

eine Konsequenz könnte sich aus den Ergebnissen ergeben?

2. Zeigt sich ein Zusammenhang zwischen den Tumorstadien nach AJCC 2002 und den

regulatorischen T-Zellen im peripheren Blut der Patienten und wenn ja, in welcher Korre-

lation stehen sie zueinander? Welche Konsequenzen könnten sich auch hier aus den Er-

gebnissen ergeben?

3. Gibt es ebenfalls einen Zusammenhang zwischen den peripher gemessenen regulatori-

schen T-Zellen und der Vitamin D-Versorgung bei Patienten mit Malignem Melanom?

Page 39: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

35

3 Patienten, Material und Methoden

3.1 Patienten

Der folgenden prospektiven Studie liegen die Daten von 764 Patienten mit einem Malignen

Melanom zugrunde, die im Zeitraum von Dezember 2009 bis Juni 2012 in der Klinik für

Dermatologie und Allergologie im St. Josef Hospital, Universitätsklinikum der Ruhr-

Universität Bochum, in Behandlung waren. Bei 192 Probanden wurde zusätzlich die Lym-

phozytenpopulation mittels Durchflusszytometrie bestimmt.

Es wurden nur Patienten berücksichtigt, bei denen Alter und Geschlecht, klinische, histo-

pathologische, laborchemische, sowie anamnestische Daten eindeutig dokumentiert wur-

den.

3.1.1 Ein- und Auschlusskriterien

Die Diagnose Malignes Melanom wird aufgrund klinischer sowie histopathologischer Kri-

terien gestellt.

Einschlusskriterien waren:

- die Diagnose „Malignes Melanom“ wurde eindeutig gestellt und histopathologisch

gesichert

- das Ausmaß der Tumorerkrankung wurde bestimmt (Staging)

- Serum-Vitamin D- und Tumormarker S100-Bestimmung, sowie eine Bestimmung

der Lymphozytenpopulation mittels Durchflusszytometrie wurden routinemäßig

durchgeführt

Ausschlusskriterien waren:

- Supplementation mit Vitamin D-Präparaten

- maligne hämatologische Erkrankungen

- (kutane) T- oder B-Zell-Lymphome

- Atopien / Allergien

- Autoimmunerkrankungen

- Erkrankungen, deren Ätiologie nicht abschließend geklärt wurde, jedoch eine Be-

teiligung von T-Zellen vermutet wird (u.a. Psoriasis vulgaris, Encephalomyelitis

disseminata)

Page 40: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

36

3.1.2 Aufgenommene Messwerte

Von den Patienten wurden Alter, Geschlecht, Body-Mass-Index (BMI) und Hauttyp nach

Fitzpatrick bestimmt.

Als klinische und histopathologische Daten wurden der MM-Subtyp, die Lokalisation auf

dem Integument, Tumordicke nach Breslow in mm, Ulzeration, Tumorstadium nach AJCC

2002, sowie die Metastasierungsform, wenn vorhanden, aufgenommen.

Als laborchemische Parameter wurden die 25OH-Vitamin D-Konzentration im Serum,

Tumormarker S100, LDH, für den Tregs-Anteil die Lymphozyten-Populationen und die

Jahreszeit der Blutentnahme festgehalten.

3.2 Material

3.2.1 Probengewinnung

Für die nachfolgend beschriebenen Messungen wurde den Patienten während Ihres statio-

nären Aufenthaltes bzw. während der ambulanten Vorstellung oder in der Nachkontrolle

peripheres, venöses Blut in herkömmlichen 4ml-EDTA- und 8ml-Serum-Röhrchen der

Firma KABE-Labortechnik (KABEVETTE® G) entnommen.

3.3 Methoden

3.3.1 Bestimmung der 25OHD-Konzentration im Serum

Um die 25OHD-Konzentration quantitativ zu bestimmen, wurde ein 25OHD-Kit der Firma

DiaSorin (LIAISON®) verwendet. Bei dem Bestimmungsverfahren handelt es sich um

einen direkten, kompetitiven Chemilumineszenz-Immunoassay (CLIA). Es werden spezifi-

sche Antikörper gegen Vitamin D zur Beschichtung von Magnetpartikeln eingesetzt. Zur

Bindung des Vitamin D wird ein Derivat des Isoluminols benutzt. Durch Inkubation wird

das 25OHD von seinem Bindungsprotein im Serum gelöst und konkurriert mit dem mar-

kierten Vitamin D um die Bindungsstelle des Antikörpers. Darauf wird das ungebundene

Material durch einen Waschzyklus entfernt. Schließlich folgt mittels Zugabe von Startrea-

genzien die Chemilumineszenz-Reaktion. Das Lichtsignal wird von einem Photomultiplier

in relativen Lichteinheiten (RLU) gemessen und ist zur Konzentration des 25OH - Vitamin

D umgekehrt proportional.

Page 41: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

37

3.3.2 Messung der Lymphozyten-Populationen

Es wurden die Lymphozyten-Populationen in totalen Zahlen, sowie prozentual mittels

Durchflusszytometrie gemessen. Aufgeschlüsselt wurden T-Lymphozyten (CD3+), B-

Lymphozyten (CD19+), T-Helfer-Zellen (CD3

+CD4

+), zytotoxische T-Zellen (CD3

+CD8

+),

natürliche Killerzellen (NK) (CD3-CD16

+CD56

+), und regulatorische T-Zellen (Tregs)

(CD4+CD25

++CD127

--, sowie CD4

+CD39

+).

3.3.2.1 Messung mit dem Durchflusszytometer

Es wurde der FACSCanto IITM

Zytometer der Firma BD Biosciences (San Jose, CA, USA)

im Dermatologischen und Neurologischen Labor am St. Josef Hospital Bochum, Universi-

tätsklinikum der Ruhr-Universität Bochum, verwendet. Zur quantitativen Auswertung der

T-Zell-Populationen wurde die Software FACSDiva™ von BD herangezogen.

3.3.3 Statistische Methoden

Die Analysen wurden mit dem Statistikpaket MedCalc Software (Mariakerke, Belgien)

durchgeführt. Die Daten wurden mit dem d’Agostino-Pearson-Test auf Normalverteilung

überprüft. Nicht normal verteilte Daten wurden als Mittelwerte, sowie Minima und Maxi-

ma (Range) ausgedrückt.

Die Daten wurden dann mittels Kruskal-Wallis-Test (Varianzanalyse), welcher den Cono-

ver post hoc Test enthielt, dem Wilcoxon-Test, dem Mann-Whitney-U-Test, dem Chi²-

Test, zusätzlich mittels linearer Regression und multipler Regression inklusive Regressi-

onskoeffizient (β), Standardfehler (SE), Odds Ratio (OR) und 95% Konfidenzintervall

(95% KI) ausgewertet. Als statistisch signifikant wurden dabei P-Werte <0,05 angesehen.

Page 42: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

38

4 Ergebnisse

4.1 Anteil Vitamin D

Im ersten Teil dieser Studie wurden 764 Patienten eingeschlossen. Davon lag der Anteil

der Frauen bei 404 (52,9%), der der Männer bei 359 (47,1%). Das Durchschnittsalter lag

bei 56,3 Jahren (Range von 9 bis 93). Dabei waren 138 Patienten unter 40, 280 zwischen

40 und 60, sowie 345 über 60 Jahre alt.

Der Body-Mass-Index (BMI) ergab im Mittel einen Wert von 26,7 kg/m² (Range von 17,4

bis 49,7 kg/m²). Für die statistischen Berechnungen wurden Gruppen eingeteilt in <18 (n =

5),18-25 (n = 240) und >25 kg/m² (n = 349). 735 (96,3%) Patienten hatten einen Hauttyp I

oder II, 28 (3,7%) Patienten Hauttyp III oder IV nach Fitzpatrick.

Durchschnittlich wurden Tumore von 1,68mm Dicke exzidiert (Range von 0 bis 26mm).

Auch hier teilten wir Gruppen in <1,1-4 und >4mm. Laut Stadieneinteilung nach AJCC

2002 konnten 61 Patienten in Stadium 0 (8,1%), 387 Patienten in Stadium I (51,3%), 113

in Stadium II (15%), 126 in Stadium III (16,7%) und 67 Patienten in Stadium IV (8,9%)

untersucht werden.

Insgesamt wurde ein medianer Vitamin D-Wert von 12,3 ng/ml gemessen. Minimal konn-

ten Werte von 4 ng/ml gemessen werden, da dies die Untergrenze der Messgenauigkeit

darstellt. Maximal wurde ein Wert von 56,4 ng/ml aufgenommen. 564 Patienten (73,8%)

hatten insgesamt eine Vitamin D-Defizienz (<20 ng/ml), 145 (18,8%) eine Vit.D-

Insuffizienz (20 - 30 ng/ml) und nur 55 (7,2%) eine ausreichende Vitamin D-Versorgung

(> 30 ng/ml). Es zeigten sich signifikante Unterschiede bei der 25OHD-Versorgung in den

Sommer- im Vergleich zu den Wintermonaten (p < 0,0001). So hatten 353 von 550 bzw.

64,2% der Patienten in Frühling/Sommer eine Vit-D-Defizienz, während diese Zahlen zum

Herbst/Winter hin deutlich anstiegen (477 von 569; 83,8%).

Die aufgenommenen Daten der Patienten bezüglich ihres Geschlechts und Hauttyps, einer

möglichen Ulceration des MM, des Tumormarkers S100, sowie der LDH zeigten nach un-

seren Berechnungen mittels einer multiplen Regression keinen signifikanten Zusammen-

hang zur Vitamin D-Versorgung (p > 0,05). Wie in Tabelle 7 ersichtlich, konnte dieses

jedoch für alle weiteren Daten gezeigt werden:

Niedrige, also defiziente oder insuffiziente, Vitamin D-Serumwerte korrelieren mit höhe-

rem Alter (Regressionskoeffizient: -0,09; p < 0,0001), höherem Body-Mass-Index (β = -

0,25; p = 0,0007), sowie der dunklen Jahreszeit (Herbst/Winter; β = -6,06; p < 0,0001).

Dies gilt auch für die Tumordicke nach Breslow und die AJCC 2002 Stadien (siehe auch

Abb. 10): erniedrigte 25(OH)-Vitamin D-Werte sind mit dickeren Tumoren (Abb.10 A; β

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39

= -1,45; p = 0,028) und auch mit höheren Tumorstadien verbunden (Abb. 9 B; β = -0,79;

p= 0,036).

Tab. 7 stratifizierte Parameter, mittlere Vitamin D Messwerte und ihre Range, sowie

die Statistikergebnisse

Parametera

25OHD [ng/ml]

Median (Range)

Statistik (* = signifikant)

Studienpopulation (n = 764)

12,3 (4 – 56,4)

AJCC 2002 - Gruppen

(A) Stadium 0 (n=61) 16 (5,6 – 37,8) P < 0,05*

(B) Stadium I (n=387) 14,3 (4 – 56,4) A vs. B-E

(C) Stadium II (n=113) 10,7 (4 – 49,7) B vs. A,C-E

(D) Stadium III (n=126) 10,3 (4 – 37,2) D vs. E

(E) Stadium IV (n=67) 8,5 (4 – 28,9) lineare Regression:

P < 0,0001*

Multiple Regression:

β = -0,79, P = 0,036*

Tumordicke nach Breslow

(A) <1 mm 15,1 (4 – 56,4) P < 0,05*

(B) 1 – 4 mm 10,7 (4 – 49,7) A vs. B

(C) >4 mm 9,4 (4 – 37,2) A vs. C

lineare Regression:

P < 0,001*

Multiple Regression:

β = -1,45, P = 0,028*

Geschlecht

- Männer (n = 359) 11,6 (4 – 49,7) P = 0,24

lineare Regression:

P = 0,22 - Frauen (n = 404) 13,2 (4 – 56,4)

Alter

(A) < 40 Jahre (n = 138) 15,2 (4 – 56,4) P < 0,05*

A vs. C

lineare Regression:

P < 0,001*

Multiple Regression:

β = -0,09, P < 0,0001*

(B) 40 – 60 Jahre (n = 280) 12 (4 – 49,1)

(C) > 60 Jahre (n = 345) 11,9 (4 – 38,6)

BMI

(A) < 18 (n = 5) 6,4 (4 – 45,9) P < 0,05*

B vs. C

lineare Regression:

P < 0,001*

Multiple Regression:

β = -0,25, P = 0,0007*

(B) 18 – 25 (n = 240) 14,1 (4 – 56,4)

(C) > 25 (n = 349) 11,6 (4 – 49,1)

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Hauttypen

- I/II 12,4 (4 – 56,4) P = 0,72

- III/IV 11,6 (4 – 33,6) lineare Regression:

P = 0,54

Jahreszeit

- Frühling / Sommer 15,8 (4 – 50,9) P < 0,001*

B vs. C

lineare Regression:

P < 0,001*

Multiple Regression:

β = -6,06, P < 0,0001*

- Herbst / Winter 10,3 (4 – 56,4)

a manche Daten waren nicht in Gänze verfügbar, daher differieren die Summen

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41

Abb. 10 Vitamin D und Breslow-Dicke / Tumorstadien Die Säulendiagramme zeigen

den inversen Zusammenhang zwischen Vitamin-D-Versorgung (25OHD-Klassen: I = <20

ng/dl, II = 20-30 ng/dl, III = >30 ng/dl) und der Tumordicke, sowie dem Stadium nach

AJCC 2002

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42

4.2 Anteil Lymphozytenpopulationen

Aufgrund teilweise unschlüssiger oder fehlender Daten, konnten letztlich von 192 aufge-

nommenen Patienten 189 in den zweiten Teil der Studie eingeschlossen werden. Der An-

teil der Männer lag bei 100 (52,1%), der Anteil der Frauen bei 92 (47,9%). Das mediane

Alter lag bei 60 Jahren, mit einer Range von 9 bis 91. Die mediane gemessene Tumordicke

lag bei 1,3mm (Range: 0,13 – 20,2mm).

Die Stadieneinteilung nach AJCC 2002 ergab 109 Patienten in den Stadien 0, I und II

(57,7%), sowie 80 in den fortgeschrittenen Stadien III und IV (42,3%).

Zunächst wurde eine univariate Analyse mit allen aufgeführten Daten durchgeführt. Diese

ergab für einige Parameter signifikante Werte, die sich aber in der multivariaten Analyse

als nicht mehr signifikant im Sinne eines negativen unabhängigen Prädiktors für fortge-

schrittene Melanomstadien erwiesen. Dies galt für den LDH-Spiegel (univariate Analyse: p

= 0,0049; Odds Ratio 0,3; 95% Konfidenzintervall 0,11 bis 0,7; multivariate Analyse: p >

0,05), absolute Zahl der Natürlichen Killerzellen (univariate Analyse: p = 0,0052; OR 0,9;

95%KI 0,9939 bis 0,9989; multivariate Analyse: p > 0,05), absolute Zahl der T-Zellen

(univariate Analyse: p = 0,0008; OR 0,998; 95%KI 0,9981 bis 0,9995; multivariate Analy-

se: p > 0,05), absolute Zahl der Helferzellen (univariate Analyse: p = 0,0008; OR 0,9983;

95%KI 0,997 bis 0,999; multivariate Analyse: p > 0,05) und für suffiziente Vitamin D-

Werte (univariate Analyse: p= 0,0021; OR 0,47; 95%KI 0,25 bis 0,89; multivariate Analy-

se: p > 0,05).

Wie auch in Tabelle 8 zu sehen, wurde für vier Parameter sowohl durch univariate, als

auch in der multivariaten Analyse gezeigt, dass diese positive unabhängige Prädiktoren für

den fortgeschrittenen schwarzen Hautkrebs darstellen:

Page 47: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

43

Tab. 8 Die Parameter nTregs CD4+CD25

++CD127

-,Tumordicke, Ulceration und S100

als unabhängige positive Prädiktoren des fortgeschrittenen Melanoms

die Parameter, zugeteilt zu den Stadien nach AJCC 2002 und die Statistikergebnisse

Parameter

Stadien nach

AJCC 2002

Statistik

109

(57.7%)

Patienten

in

Stadium

0, I, II

80

(42.3%)

Patienten

in

Stadium

III oder IV

nTregs

CD4+CD25

++

CD127-

[%]

Median

(Range)

6

(1,3-15,7)

7.8

(1,9-14,5)

Mann-Whitney: P = 0,0001

Lineare Regression: P = 0,0003

Logistische Regression: β = 0,26

(SE: 0,08)

P = 0,0011

OR: 1,3

95%CI 1,11 bis 1,51

Tumordicke

nach Breslow

[mm]

Median

(Range)

0.8

(0,13-7)

2.4

(0,3-20,2)

Mann-Whitney: P < 0,0001

Lineare Regression: P < 0,0001

Logistische Regression: β = 0,46

(SE: 0,16)

P = 0,0048

OR: 1,6

95%CI 1,2 bis 2,2

Ulceration

vorhanden/

nicht vorhanden

21/83

36/21

Chi²: P < 0,0001

Lineare Regression: P < 0,0001

Logistische Regression: β = 1,4

(SE: 0,45)

P = 0,0022

OR: 4

95%CI 1,7 bis 9,5

erhöhtes S100

vorhanden/

nicht vorhanden

5/104

16/64

Chi²: P = 0,0020

Lineare Regression: P < 0,0021

Logistische Regression: β = 1,7

(SE: 0,67)

P = 0,013

OR: 5,2

95%CI 1,4 bis 19,5

Page 48: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

44

Im Einzelnen konnte dies für erhöhte S-100-Werte (P = 0,0020; OR: 5,2; 95%KI 1,4 bis

19,5), eine vorhandene Ulceration (P < 0,0001; OR: 4; 95%KI 1,7 bis 9,5), für die Tumor-

dicke nach Breslow (P < 0,0001; OR: 1,6; 95%KI 1,2 bis 2,2) und schließlich auch für den

mittels Durchflusszytometrie gemessenen, prozentualen Anteil an nTregs

CD4+CD25

++CD127

- (P = 0,0011; OR: 1,3; 95%KI 1,11 bis 1,51) nachgewiesen werden

(siehe auch Abb. 11).

Abb. 11 Box-Whisker-Plot: nTregs zugeteilt zu den Stadien nach AJCC 2002. Die

prozentuale Anzahl der zirkulierenden nTregs war in fortgeschrittenen Stadien III und IV

höher als in den Stadien I und II (III vs. I und II, IV vs. I, P < 0,05)

Nach erneuter Regressionsanalyse fiel zusätzlich auf, dass die Tumordicke signifikant mit

der prozentualen Anzahl der nTregs CD4+CD25

++CD127

- korrelierte (r = 0,25; P =

0,0007). Dies galt jedoch nicht für eine vorhandene Ulceration (r = 0,03; P = 0,6). Eben-

falls signifikant war der lineare Zusammenhang zwischen den CD4+CD25

++CD127

- regula-

torischen Zellen und CD4+CD39

+ - Zellen (siehe Abb. 12, r = 0,56, P < 0,0001). Diese

jedoch waren selber nicht signifikant zusammenhängend mit den Stadien nach AJCC 2002

(P = 0,15; P = 0,28)

Page 49: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

45

Abb. 12 Scatterdiagramm mit Regressiongerade: signifikanter linearer Zusammenhang

zwischen CD4+CD39

+ und CD4

+CD25

++CD127

- Tregs

In diesem zweiten Teil der Studie hatten von den 192 untersuchten Patienten 100 (57,3%)

eine Vitamin D-Defizienz (< 20 ng/ml) und 92 (42,7%) eine Vitamin D-Insuffizienz oder

Suffizienz (> 20 ng/ml). Es konnte kein signifikanter Zusammenhang zwischen der Vita-

min D-Versorgung und dem Auftreten von regulatorischen T-Zellen gezeigt werden

(CD4+CD25

++CD127

-: P = 0,36; CD4

+CD39

+: P = 0,30).

Page 50: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

46

5 Diskussion

5.1 Melanom und Vitamin D

Die Zahlen dieser Arbeit deuten in Übereinstimmung mit weiteren Studien darauf hin, dass

Patienten mit einem diagnostizierten MM zu einem großen Teil deutliche Vitamin D-

Insuffizienzen oder -Defizienzen aufweisen. So zum Beispiel zeigten Newton-Bishop et al.

für eine Studiengruppe von 872 Patienten eine geringere Tumordicke nach Breslow, je

höher bzw. suffizienter die Vitamin D Versorgung war. Diese Patienten hatten dann auch

ein besseres Gesamtüberleben, auch wenn die Tumore eine größere Dicke aufwiesen

(Newton-Bishop et al., 2009). Eine über 10 Jahre andauernde Studie mit 205 Patienten von

Nürnberg et al. ergab - zusätzlich zu der o.g. Erkenntnis, dass Patienten mit höheren

25OHD-Werten geringere Tumordicken aufweisen - höhere Wahrscheinlichkeiten für das

Auftreten von Metastasen eines MM bei gleichzeitiger Vitamin D-Minderversorung

(Nürnberg et al., 2009). In einer großen Untersuchung der Vitamin D Versorgung der deut-

schen Bevölkerung mit 4030 Probanden (1763 Männer und 2267 Frauen) konnte bei Män-

nern eine mediane 25OHD-Versorgung von 18,1 ng/ml (25% Quartil: 12,1 ng/ml, 75%

Quartil: 27,4 ng/ml) und für Frauen von 17,9 ng/ml (25%-Quartil: 12,3 ng/ml, 75% Quar-

til: 28,9 ng/ml) nachgewiesen werden, was für eine allgemeine Minderversorgung mit Vi-

tamin D auch in der gesunden Bevölkerung spricht (Hintzpeter et al., 2008).

Die Zahlen der aktuellen Arbeit gehen einen Schritt weiter, auch i.S. der o.g. Studien bzgl.

der 25OHD-Versorgung bei MM-Patienten: neben einer allgemein insuffizienten oder de-

fizienten Versorgungslage, liegen die Serum-Vitamin D-Werte bei den hier untersuchten

Melanompatienten auch im Vergleich zur gesunden deutschen Bevölkerung merklich nied-

riger – median bei 12,3 ng/ml (25% Quartil: 7,3 ng/ml, 75% Quartil: 20,2 ng/ml). Jedoch

muss man beachten, dass die Einteilung der Vitamin D-Serumwerte nicht einheitlich ist:

während in dieser Arbeit von <20 ng/ml für eine Defizienz, bei ≥20 - <30 ng/dl von einer

Insuffizienz und nur bei ≥30 ng/dl 25OHD im Serum von einer suffizienten Versorgung

ausgegangen wurde, arbeiten andere Studien teilweise mit viel geringeren Cut-Offs für die

Suffizienz (bspw. ≥ 24 ng/ml).

In Anlehnung zu Newton-Bishop et al. war jedoch nicht nur die Tumordicke signifikant

geringer, die Patienten zeigten auch weniger Progredienz der Erkrankung und wiesen nied-

rigere Stadien nach AJCC 2002 auf. Möglicherweise scheint dies einen Hinweis darauf zu

geben, dass Vitamin D eine Rolle bei der Krankheitskontrolle spielen könnte.

Es konnte darüber hinaus bestätigt werden, dass auch bei Patienten mit MM, wie auch in

weiteren Studien schon in der gesunden Bevölkerung gezeigt werden konnte (Hintzpeter et

Page 51: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

47

al., 2008; Engelsen et al., 2005; Holick, 1995), höhere Vitamin D-Serumwerte in den

Sommermonaten im Vergleich zur dunklen Jahreszeit aufwiesen (Defizienz-Anteil im

Sommer: 64,2% vs. Winter: 83,8% - im Vergleich zu Hintzpeter et al., 2008: Defizient-

Anteil im Sommer 54,8%). Ein Faktor für den großen Anteil, vor allem auch in den Som-

mermonaten bei den MM-Patienten, könnte ein erhöhter Sonnenschutz und vermehrtes

Aufhalten im Schatten darstellen, wie Idorn et al., 2011 sowie Freiman et al., 2004 gezeigt

haben. Demnach komme es insbesondere durch die Diagnose des Malignen Melanoms zu

einem gesteigerten Selbstschutz vor UV-Strahlung. Jedoch konnten andere Arbeiten eben-

so zeigen, dass entweder gar keine Änderung im Sonnenschutz-Verhalten oder sogar eine

vermehrte Exposition die Folge sein können (Failla et al., 2012).

Ebenfalls konnte die BMI-abhängige Versorgung mit 25OHD verifiziert werden. So zeig-

ten Body-Mass-Indizes < 18 kg/m2 und > 25 kg/m

2 signifikant schlechtere Serum Vitamin

D-Werte, wobei ein BMI < 18 kg/m2

wohl eher auf ein dietätisches Fehlen von fettlösli-

chen Vitaminen hinweist. Analog zu Compston et al. und Need et al. könnten bei Patienten

mit BMI > 25 kg/m2 psychosoziale Faktoren i.S. einer geringeren Sonnenexposition eine

wesentliche Rolle spielen (Need et al., 1993; Compston et al., 1981). Ebenso waren jünge-

re Patienten (< 40a) signifikant besser versorgt als Patienten, die älter als 60 Jahre waren.

Dies ist möglicherweise ebenfalls u.a. auf soziale Faktoren – größere Sonnenexposition bei

jüngeren Menschen – zurückzuführen.

Welche Rolle genau die Vitamin D-Versorgung beim Malignen Melanom spielt, ist jedoch

weiterhin Gegenstand der Diskussion. Diese und andere Studien könnten einen protektiven

Effekt auf die Entstehung, das Ausmaß und den Progress des MM zeigen, während im

Umkehrschluss gefragt werden muss, inwiefern stark erhöhte Vitamin D-Werte auf das

Auftreten von malignen Hauttumoren hinweisen könnten. So konnten Afzal et al. bei

10060 prospektiv über 26 Jahre untersuchten Patienten darlegen, dass eine verstärkte UV-

Bestrahlung der Haut zu höheren 25OHD-Serumwerten (mit Werten >30 ng/ml auch im

Winter) führt und diese ein höheres Risiko für weißen und auch für schwarzen Hautkrebs

aufwiesen (bis 1,5% größeres Risiko) (Afzal et al., 2012). Allerdings spricht vieles dafür,

dass ein Malignes Melanom eher bei intermittierender, starker Sonnenexposition über ei-

nen kurzen Zeitraum, bspw. in einem Sommerurlaub in südlicheren Ländern, auftritt, als

bei kontinuierlicher Exposition. Letzteres erhöht zwar die Wahrscheinlichkeit in großem

Maße, einen weißen Hautkrebs zu entwickeln (Afzal et al., 2012), scheint aber eher protek-

tiv im Bezug auf Maligne Melanome zu wirken (Godar et al., 2012; Walter et al., 1999).

Insgesamt muss man sich fragen, inwiefern und wann genau Vitamin D als Leitwert ge-

nutzt werden sollte. In den meisten Studien, wie auch in der vorliegenden Arbeit, wurde

Page 52: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

48

das 25OHD eher verwendet, um eine mögliche Prognose, weniger, um ein allgemeines

Erkrankungsrisiko abzuschätzen.

Als Quintessenz könnte dies bedeuten, dass bei allen Melanompatienten routinemäßig der

Vitamin D Status erhoben werden sollte und bei möglichen insuffizienten oder defizienten

Werten eine Subsitution mit entsprechenden Präparaten erfolgen sollte, da mittlerweile

einige Studien dafür sprechen, dass MM-Patienten von suffizienten Vitamin D Serumwer-

ten ≥ 30 ng/ml profitieren könnten, da eine bessere Versorgung mit einem geringeren Risi-

ko für Progress und Gesamtmortalität des Melanoms einher zu gehen scheint (Newton-

Bishop et al., 2009).

5.2 Melanom und Immunsystem

Das MM gilt allgemein als ein „immunogener“ Tumor. Es exprimiert viele Tumorantigene

und -proteine (MAA), die vom Immunsystem des Menschen erkannt werden und über eine

T-Zell-Reaktion bekämpft werden können (Zeuthen et al., 1998). So konnte man in direk-

ter Umgebung des Primärtumors oder seiner möglicherweise schon vorhandenen Metasta-

sen einerseits zytotoxische T-Zellen finden, die spezifisch Tumorantigene erkennen und zu

lokaler Regression des Melanoms führen können (Kawakami et al., 1996), andererseits

aber auch T-Helferzellen (v.a. Th1-Effektorzellen, welche die zelluläre Immunatwort über

CTL unterstützen), die Antigenbestandteile von APC präsentiert bekommen haben und so

in größerer Zahl in den Tumor eingewandert sind (Knutsen and Disis, 2005).

Das Melanom schafft es jedoch trotzdem, sich dem Immunsystem durch verschiedene Me-

chanismen zu entziehen (Tumor-escape-Phänomene): Zum einen sind hier der kontinuier-

liche Verlust von Tumorantigenen und geringere Expression von MHC-Molekülen an der

Zelloberfläche zu nennen (Olson and McNeill, 2012), zum anderen aber auch eine mögli-

che Sezernierung von löslichen Faktoren in der Mikroumgebung des Tumors, wie z.B.

lösliche MHC-Moleküle, die die schon ansässigen T-Zellen inaktivieren und zur Apoptose

führen können (Poggi and Zocchi, 2006). Einen großen Anteil an der Immuntoleranz des

Melanoms haben aber auch die regulatorischen T-Zellen des Immunsystems. Sie konnten

ebenfalls in einer großen Zahl in der Tumorumgebung gefunden werden, vor allem aber

auch in der Umgebung von Metastasen des MM (Jacobs et al., 2012; Facciabene et al.,

2012). Diese sorgen lokal und wahrscheinlich auch systemisch für eine Toleranz gegen-

über dem Tumor und begünstigen dadurch möglicherweise die Entwicklung und Progres-

sion des Malignen Melanoms. Nicht nur die alleinige Anzahl, sondern auch eine Dysregu-

lation der Tregs scheint hierbei auch eine Rolle zu spielen (Speeckaert et al., 2011). Einige

Page 53: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

49

Studien konnten in kleinem Rahmen mit etwa 40-45 Patienten mit MM darlegen, dass bei

diesen die Anzahl der CD25++

CD127- Tregs vor allem im Stadium IV, also im Stadium der

Fernmetastasen, im Vergleich mit gesunden Probanden erhöht ist (Correll et al., 2010;

McCarter et al., 2007). Das MM scheint durch noch bis dato ungeklärte Art und Weise eine

Proliferation von FoxP3+ Zellen zu fördern (Baumgartner et al., 2007). Dies konnte auch in

dieser Arbeit in einer bislang größten Studienpopulation zum Thema gezeigt werden. Mit

fortgeschrittenen Stadien (III/IV) als abhängige Variable konnten neben den bisher schon

bekannten positiven Prädiktoren S100, Ulceration und die Tumordicke die regulatorischen

T-Zellen als ein weiterer möglicher positiver Prädiktor für das MM belegt werden. Bislang

wurde dies in den kleineren Studienpopulationen jedoch nur für das Fernmetastasenstadi-

um IV gezeigt, was eher für das Vorkommen von Tregs in Metastasen sprach. Hier konnte

nun gezeigt werden, dass dies aber auch schon für das Stadium III gelten könnte – bei Pati-

enten, deren Tumorleiden zwar fortgeschritten, aber nicht so groß ist wie bei fernmetasta-

siertem MM. Daher könnte ein möglicher Angriffspunkt der onkologischen Therapie des

MM in der Tumorimmunisierung liegen. Bjoern et al. nutzen diese Erkenntnisse und stu-

dierten die Wirkungen von einer Impfung durch mit Melanomzellen gefütterten dendriti-

schen Zellen in Verbindung mit einer low-dose INFα und IL-2-Therapie. Nach einem an-

fänglichen Anstieg der Anzahl der Tregs auf 22% bis zur vierten Impfung, sank deren pro-

zentualer Anteil signifikant auf Werte von 9,5% nach der sechsten Impfung. Im Vergleich

dazu lag der Anteil bei unbehandelten Patienten bei 14,5%(Bjoern et al., 2011). Ähnliches

konnten auch Klages et al. zeigen, die die Impfung mit Tumorantigenen mit dem selek-

tiven Abbau von Tregs durch CD25 Antikörpern bei Mäusen kombinierten und so eine

Regression von Melanomen hervorriefen (Klages et al., 2010)

In der aktuellen Arbeit konnte dargelegt werden, dass CD25++

CD127- Tregs in einem line-

aren Zusammenhang mit CD39+ Tregs zu stehen scheinen, letztere jedoch keine Korrelati-

on zu den Krankheitsstadien zeigten. Dies bestätigt die bislang dargestellten Ergebnisse,

dass CD39+

Tregs und CD25++

CD127- Tregs keine homogene Subpopulation mit den glei-

chen Funktionen zu sein scheinen. Schuler et al. berichteten, nachdem sie CD39+ Zellen

durchflusszytometrisch besser differenzierten, dass etwa die Hälfte der CD39+ Tregs

CD25+FoxP3

+ Zellen mit ähnlich supprimierender Funktion sind, während die andere Hälf-

te CD25-CDFoxP3

- Tregs darstellt mit viel geringerer bis gar keiner Supressionswirkung

(Schuler at al., 2009). Dies könnte die Ergebnisse dieser Studie möglichweise erklären,

dass die CD39+ Tregs zwar linear mit den CD25

+CD127

- Zellen korrelieren, jedoch im

Gegensatz zu diesen selber keinen Zusammenhang zu den Stadien nach AJCC 2002 zei-

gen.

Page 54: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

50

Die wichtigste Aussage der Ergebnisse dieses Teils ist, dass CD25++

CD127- Tregs ein un-

abhängiger positiver Prädiktor für das fortgeschrittene Melanom ab Stadium III sind und

dass diese Erkenntis den möglichen Angriffpunkt für eine Immuntherapie über Antikörper

oder Tumorvakzine bestätigt und weiterhin Teil klinischer Forschungen für das Manage-

ment des Malignen Melanoms darstellen sollte.

5.3 Vitamin D und regulatorische T-Zellen

Ein weiteres Ziel dieser Studie war es, herauszufinden, ob bei den Patienten mit MM ein

Zusammenhang zwischen den 25OHD Serumwerten und der Anzahl an regulatorischen T-

Zellen besteht. Da in Immunzellen, wie z.B. den T-Zellen ein VDR vorhanden ist, besteht

zunächst auch die theoretische Überlegung, dass im Serum vorhandenes Vitamin D eine

Wirkung auf diese ausüben könnte.

Die aktive Form des Vitamin D, das 1,25-OHD3, scheint laut einiger Studien die Funktion

von regulatorischen T-Zellen zu verstärken, indem diese vermehrt FoxP3 exprimieren

(Bakdash et al., 2013; Morales-Tirado et al., 2009). Smolders et al. konnten die Funktion

von Tregs unter Einfluss von Vitamin D zeigen, dass diese eine T-Zell-Proliferation bei

Patienten mit Multipler Sklerose hemmen können. Einflüsse des 25OHD auf die Anzahl

der Tregs im peripheren Blut konnten sie dabei nicht feststellen (Smolders et al., 2009).

Analog dazu fielen die Ergebnisse dieser Arbeit aus, da kein signifikanter Zusammenhang

zwischen den Vitamin D-Serumwerten und der Anzahl der regulatorischen T-Zellen – we-

der CD25++

CD127-, noch CD39

+ – im peripheren Blut von Patienten mit Malignem Mela-

nom gezeigt werden konnte. Dies bestätigt die Überlegung, dass Vitamin D zwar einen

Einfluss auf die Funktion der regulatorischen T-Zellen über vermehrte Expression von

FoxP3 hat, aber nicht auf die zahlenmäßige Proliferation.

Page 55: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

51

6 Zusammenfassung

Das Maligne Melanom ist ein hochaggressiver Hauttumor mit der frühen Tendenz zur Me-

tastasierung. Seine Inzidenz ist in Mitteleuropa weiter steigend und liegt derzeit bei etwa

15 Neuerkrankungen pro 100.000 Einwohner in Deutschland. Viele Melanome werden

heute in sehr frühen Stadien durch die allgemeine Tumorvorsorge erkannt. Jedoch ist die

Entstehung von Melanomen mit schnellem Progress in höhere Tumorstadien weiterhin

hoch. Ebenso sind viele jüngere Patienten betroffen. Die Entstehung des Malignen Mela-

noms liegt weniger in der kumulativen Dosis an UV-Strahlung, was eher für einen weißen

Hautkrebs, wie z.B. das Basalzellkarzinom oder die aktinische Keratose, die in ein Plat-

tenepithelkarzinom übergehen kann, prädestiniert, sondern vielmehr in der intermittierend

starken Einstrahlung und zusätzlicher Lichtschädigung mit Sonnenbränden in der Kindheit.

In den letzten Jahren wurde zunehmend deutlich, wie sehr das MM einen Zusammenhang

mit der Vitamin D-Versorgung und welche Immunogenität es besitzt. Während man für

das Vitamin D protektive Faktoren hinsichtlich der Tumordicke herausgefunden hat, zei-

gen Forschungen gerade im Hinblick auf die Immuntherapie weitere Möglichkeiten.

Diese Arbeit sollte die Bedeutung von Vitamin D und regulatorischer T-Zellen beim Ma-

lignen Melanom in einer großen Studienpopulation aufzeigen. Es konnte dargestellt wer-

den, dass Vitamin D nicht nur eine Bedeutung für die Tumordicke zu haben scheint, son-

dern auch im weiteren Verlauf des Melanoms einen möglichen Progress verhindern kann.

Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass bei Patienten mit diagnostiziertem

Malignem Melanom auch während der Nachsorge kontinuierlich der Vitamin D Status

erhoben werden sollte und eine mögliche Minderversorgung mit entsprechenden Präpara-

ten ausgeglichen werden sollte, da auch im Verlauf höhere Vitamin D Serumwerte einen

protektiven Effekt auf den Progress der Erkrankung zu haben scheinen. Zwar konnte im

Laufe dieser Arbeit kein quantitativer Zusammenhang zwischen der Vitamin D Versor-

gung und den regulatorischen T-Zellen nachgewiesen werden, jedoch zeigten letztere einen

signifikanten Anstieg besonders in den höheren Tumorstadien III und IV. Während bislang

davon ausgegangen wurde, dass regulatorische T-Zellen vor allem im fernmetastasierten

Stadium IV quantitativ im Serum ansteigen, konnten die Zahlen dieser Arbeit darlegen,

dass auch schon zum Stadium III hin, in dem viele Patienten noch kein so großes Tumor-

leiden haben wie in Stadium IV, regulatorische T-Zellen im peripheren Blut erhöht sind.

Das könnte im Umkehrschluss bedeuten, dass schon früher mit spezifischen Immunthera-

pien begonnen werden könnte und weitere Forschungen hinsichtlich Antikörperbehandlun-

gen und/oder Tumorvakzinisierung folgen sollten, um weitere erfolgreiche Therapiere-

gimes für das Maligne Melanom zur Verfügung zu haben.

Page 56: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

52

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Page 78: Serum Vitamin D : Spiegel und regulatorische T-Zellen bei ...

Danksagung

An dieser Stelle möchte ich mich bei meinem Doktovater Prof. Dr. med. A. Kreuter für die

Überlassung dieses ausgesprochen interessanten Themas meiner Dissertation, seine hervor-

ragende Betreuuung und sein Engagement vom Beginn bis zur Fertigstellung der Arbeit

bedanken.

Herrn PD Dr. med. T. Gambichler danke ich für die herausragende Hilfestellung beim sta-

tistischen Teil der Arbeit und die aufschlussreichen Diskussionen über die Ergebnisse.

Bei Herrn Dipl.-Biol. S. Höxtermann und beim gesamten Team des Dermatologischen und

Neurologischen Labors des St. Josef Hospitals bedanke ich mich für die tolle Einführung,

Darstellung der apparativen Arbeit und Erklärungen hinsichtlich der genauen Funktion der

durchgeführten Methoden.

Mein persönlicher Dank geht abschließend an meine Eltern für die Unterstützung bei mei-

nem bisherigen Lebensweg und die Ermöglichung meines gesamten Studiums bis zum

Abschluss dieser Arbeit, an Herrn Sebastian Thies, mit dem die Zeit des Studiums so viel

leichter war, sowie an meine Freundin Britta, die mich bis zum Schluss motiviert hat, diese

Arbeit fertig zu stellen, und immer für mich da war.

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Lebenslauf Persönliche Daten

Name: Michel Pascal Bindsteiner

Geburtsdaten: 28. Oktober 1986 in Hagen

Familienstand: ledig

Staatsangehörigkeit: deutsch

Publikationen

Gambichler, T., Bindsteiner, M., Höxtermann, S., Kreuter, A. (2013). Serum 25-

hydroxyvitamin D serum levels in a large German cohort of patients with melanoma. Bri-

tish Journal of Dermatology 168 (3), 625–628

Gambichler, T., Bindsteiner, M., Höxtermann, S., Terras, S., Kreuter, A. (2013). Circula-

ting CD4 + CD25 high CD127 low regulatory T cells are an independent predictor of ad-

vanced melanoma. Pigment Cell Melanoma Res 26 (2), 280–283

Schulische Ausbildung

1993 - 1997 Grundschule, Liebfrauenschule Hagen

1997 - 2006 Hildegardisschule Hagen, Gymnasium des Erz-

bistums Paderborn

Abschluss: Allgemeine Hochschulreife

Studium

10 / 2007 – 11 / 2013

Ruhr-Universität Bochum

Studium der Humanmedizin

09 / 2009 Erster Abschnitt der Ärztlichen Prüfung

11 / 2013

Zweiter Abschnitt der Ärztlichen Prüfung

Praktisches Jahr

08 / 2012 – 12 / 2012 St. Josef Hospital UK RUB, Bochum

1. Tertial: Innere Medizin

12 / 2012 – 04 / 2013 St. Josef Hospital UK RUB, Bochum

2. Tertial: Dermatologie

04 / 2013 – 07 / 2013 Marienhospital UK RUB, Herne

3. Tertial: Chirurgie