Dennis L.
Bei Brustkrebs fehlen für aggressive Subtypen oft klare Zielstrukturen. Ein Wirkstoff aus Bienengift wird deshalb in Zellkultur und Tiermodellen präzise vermessen. Dabei geht es um Konzentrationen im Bereich von 1 µmol/L und um Effekte innerhalb von Minuten bis Stunden. Entscheidend ist, ob sich die Wirkung auf Tumorzellen begrenzen lässt.
Brustkrebs ist keine einheitliche Krankheit, sondern umfasst Tumoren mit sehr unterschiedlichen biologischen Eigenschaften. Entscheidend ist oft, welche Signalwege die Krebszellen für Wachstum und Überleben nutzen und ob sich dafür eine angreifbare Zielstruktur findet. Bei hormonabhängigen Formen können Hormonrezeptoren therapeutisch genutzt werden, bei anderen Subtypen stehen Wachstumsfaktor-Rezeptoren im Vordergrund. Besonders schwierig bleibt der Verlauf, wenn mehrere typische Zielstrukturen fehlen und sich der Tumor früh ausbreitet oder rasch resistent wird. Für diese aggressiven Konstellationen werden seit Jahren neue Wirkprinzipien gesucht, die nicht nur einen einzelnen Rezeptor blockieren, sondern grundlegende Schwachstellen von Tumorzellen treffen, ohne gesundes Gewebe in gleichem Maß zu schädigen. Ein Ansatz ist, an der Zellhülle anzusetzen, weil sie nicht nur eine Barriere ist, sondern auch die Organisation von Rezeptoren und Signalproteinen bestimmt.
Natürliche Toxine liefern dafür seit langem chemische Vorbilder, weil sie über Evolution hochwirksame Bindungs- und Durchdringungsmechanismen entwickelt haben. Bei Insektengiften stehen häufig kurze Eiweißbausteine im Fokus, die sich in Membranen einlagern können und dadurch physikalische Eigenschaften der Zelle verändern. Solche Moleküle sind für eine direkte Anwendung meist zu unspezifisch oder zu reizend, doch sie lassen sich chemisch verändern, in Trägersysteme verpacken oder gezielt in Tumorgewebe bringen. Wie eine solche Zielsteuerung prinzipiell funktionieren kann, zeigen Ansätze wie ein Nanopartikel-Impfstoff, der das Immunsystem über mehrere Signale trainiert und damit auch schwierige Tumortypen adressieren soll. Der wichtigste Prüfstein ist die Selektivität: In welcher Konzentration wird das Wachstum von Tumorzellen gebremst, und ab welcher Dosis beginnt der Schaden an normalen Zellen. Erst wenn diese Fragen in standardisierten Messreihen beantwortet sind und ein plausibler Wirkmechanismus vorliegt, lässt sich überhaupt abschätzen, ob aus einem Naturstoff ein Kandidat für eine präklinische Studie werden kann.
Im Zentrum der aktuellen Diskussion steht Melittin, ein 26 Aminosäuren langes, positiv geladenes Molekül aus Bienengift, das sich in Lipidmembranen einlagern kann. Die Struktur ist amphipathisch, also zugleich wasserliebend und fettliebend, und kann in einer Membran ringförmige Poren bilden. Für solche Poren wird ein Durchmesser von etwa 4,4 nm beschrieben, groß genug, um den Ionenaustausch und die Membranintegrität massiv zu stören und kleine Moleküle leichter passieren zu lassen. Gerade bei Tumorzellen, deren Membranlipide und Oberflächenladung oft verändert sind, kann daraus ein selektiver Angriffspunkt entstehen. Die Laborarbeit, die diese Mechanismen für Brustkrebs systematisch quantifiziert, ist als Studie 2020 zu Melittin bei Brustkrebs frei zugänglich und verfolgt neben dem Zellsterben auch frühe Signaländerungen. Bei Zellen mit hoher Dichte an EGFR und HER2 wurden bereits ab 5 min nach Behandlung deutliche Einbrüche in der Aktivierung mehrerer Wachstums und Überlebenspfade gemessen, was darauf hindeutet, dass Membranumbau und Rezeptororganisation eng zusammenhängen.
In den Experimenten wurde eine Zellkultur mit verschiedenen Brustkrebs Subtypen und nicht entarteten Zellen behandelt, um die Halbmaximal hemmende Konzentration zu bestimmen. Für zwei aggressive Zelllinien lagen die IC50 Werte des Honigbienengifts bei 5,58 ng/µL und 5,77 ng/µL, was jeweils 5,58 mg/L und 5,77 mg/L entspricht, während eine normale Fibroblastenlinie bei 22,17 ng/µL deutlich weniger empfindlich war. Parallel wurde Hummelgift geprüft, das in diesen Tests deutlich schwächer war, was zu dem Befund passt, dass dort kein Melittin nachweisbar war. Zusätzlich wurde Melittin als Reinsubstanz getestet, unter anderem in Zeitreihen über 60 min mit Durchflusszytometrie, Live Mikroskopie und Elektronenmikroskopie, um frühe Membranschäden abzubilden. In einem Apoptose Assay nach 60 min stieg der Anteil spät apoptotischer oder nekrotischer Zellen unter Melittin auf 23,6 ± 5,7 %, während Honigbienengift 8,3 ± 1,9 % und die Kontrolle 4,8 ± 0,4 % erreichte. Der komplette Methodenteil ist im Volltextarchiv 2020 verfügbar, sodass Zelllinien, Assays und Einheiten transparent bleiben. Als wichtiger Kontrollschritt wurde Melittin mit einem Antikörper neutralisiert, wodurch der Effekt auf die Krebszellen weitgehend ausblieb, und auch synthetisch hergestelltes Melittin zeigte vergleichbare Wirkungen wie das natürliche Bienengift.
Besonders relevant für die klinische Perspektive ist die Frage, ob sich ein solches Membranprinzip mit etablierten Wirkstoffen kombinieren lässt, statt es als Einzeltherapie zu betrachten. Im Modell wurde dazu eine Kombinationstherapie mit Docetaxel untersucht, einem klassischen Zytostatikum, das die Zellteilung stört, aber in aggressiven Verläufen oft nur begrenzt wirkt. In einem Mausmodell mit intaktem Immunsystem startete die Behandlung, als die Tumoren etwa 50 mm^3 erreicht hatten. Die Forscher injizierten die Substanzen direkt in den Tumor und verglichen vier Gruppen, darunter 5 mg/kg Melittin, 7 mg/kg Docetaxel und die Kombination aus beiden, verabreicht alle 2 Tage ab Tag 3 für insgesamt 7 Behandlungen. Bei Ki 67 sank der Anteil proliferierender Zellen von 59,8 ± 1,7 % in der Kontrolle auf 19,8 ± 4,2 % unter Melittin, auf 19,3 ± 1,9 % unter Docetaxel und auf 5,7 ± 0,8 % in der Kombination. Ein DNA Fragmentierungsmarker stieg parallel von 1,0 ± 0,1 % auf 7,2 ± 0,6 % in der Kombination, und PD L1 fiel von 84,9 ± 1,6 % auf 44,3 ± 4,2 %, wodurch auch Faktoren wie CD8-T-Zellen als mögliche Mitspieler in den Blick rücken, die im Tumormilieu über Erfolg oder Resistenz entscheiden können.
Trotz dieser Zahlen bleibt die Übertragbarkeit auf Patienten die zentrale Unbekannte, weil Melittin grundsätzlich auch gesunde Membranen schädigen kann und zudem allergische Reaktionen auf Insektengift eine reale Sicherheitsfrage sind. Dass Tiergifte dennoch als Wirkstoffquelle dienen, zeigen Beispiele wie Peptide aus Tiergiften, bei denen erst nach Jahren aus biochemischen Effekten ein tragfähiger Medikamentenkandidat entstehen kann. Für eine präklinische Studie müssen daher Verabreichungsweg, Zielsteuerung und Dosisfenster sehr eng definiert werden, zum Beispiel über chemische Modifikationen oder Trägersysteme, die das Molekül erst im Tumorgewebe freisetzen. Die erwähnte Arbeit testete auch Varianten, bei denen eine Andocksequenz die Bindung an typische Oberflächenstrukturen von Tumorzellen verstärken soll, um normale Zellen zu schonen. Für den Subtyp triple negativer Brustkrebs wäre das nur dann ein Fortschritt, wenn Selektivität und Wirksamkeit auch in weiteren Modellen bestätigt werden und die toxikologischen Standardpakete keine unerwarteten Organschäden zeigen. Ein sinnvoller Vergleichsmaßstab sind dabei nicht spektakuläre Einzeleffekte in der Zellkultur, sondern reproduzierbare Ergebnisse über verschiedene Zelllinien, Tiermodelle und Endpunkte hinweg, die eine spätere klinische Studie methodisch tragen.
npj Precision Oncology, Honeybee venom and melittin suppress growth factor receptor activation in HER2-enriched and triple-negative breast cancer; doi:10.1038/s41698-020-00129-0
