Combretastatin A-4 und davon abgeleitete Verbindungen sind vielversprechende Wirkstoffkandidaten im Kampf gegen bisher resistente Tumore. Sie zerstören selektiv das Blutgefäßsystem von Tumoren und hungern sie dadurch aus. Neu entwickelte Imidazol-verbrückte Analoga der Combretastatine bieten überdies eine erhöhte Bioverfügbarkeit und bekämpfen selbst Tumortypen, die resistent gegen die Naturstoffe sind.

Allgemeines zu Combretastatinen
Im Jahr 1982 entdeckte der US-amerikanische Chemiker George R. Pettit, dass ein Inhaltsstoff der Borke der südafrikanischen Buschweide (Combretum caffrum) Antitumor-Eigenschaften besitzt. Diese Buschweide, die an den Flussufern des östlichen Südafrikas wächst, fand bei den südafrikanischen Farmern lediglich als Brennholzquelle Beachtung, während die Ureinwohner vom Stamm der Zulu das von ihnen Mdubu genannte Gewächs gern auch zur Herstellung von Waffenzaubern verwendeten [1]. Pettit nannte den zuerst entdeckten Stoff Combretastatin (Abb. 1), konnte aber bald darauf aus der gleichen Quelle wirksamere Verbindungen mit Colchicin-artiger Aktivität isolieren, nämlich das Combretastatin A-1 (CA-1, 1987) und das Combretastatin A-4 (CA-4, 1989). Bei den beiden letzteren handelt es sich um cis-Stilbene, die eine 3,4,5-Trimethoxyphenyl-Einheit gemeinsam haben und sich nur um eine Hydroxygruppe am B-Ring unterscheiden [1,2].
Die Combretastatine A-1 und A-4 hemmen die für die Zellteilung wichtige Polymerisation von Tubulin durch Bindung an der selben Stelle an der auch das bekannte Mitosegift Colchicin bindet. CA-4 wurde zunächst als die vielversprechendere Substanz erachtet und genauer untersucht. Es besitzt eine hohe Cytotoxizität bei Leukämien, Lungen- und Darmkrebszellen und wird als eines der wirksamsten bekannten Phytomoleküle angesehen. Bedeutsam ist seine Fähigkeit selektiv das bestehende Blutgefäßsystem von Tumoren zu zerstören [3]. Hierdurch wird der Nachschub der Krebszellen an Nährstoffen und Sauerstoff effektiv abgeschnitten, sodass der Tumor schließlich von Innen her abstirbt.

CA-4 ergänzt somit das Wirkprofil von Angiogenese-Hemmern wie Bevacizumab, die lediglich die Neubildung von Blutgefäßen inhibieren. Die selektive Toxizität von CA-4 auf die Endothel­zellen der Tumorgefäße wird gerade intensiv untersucht, wobei eine Störung bestimmter biochemischer Prozesse in diesen Zellen bereits nachgewiesen wurde. So wurde die Hemmung der Funktionalität des VE-Cadherin/beta-Catenin Komplexes nachgewiesen, der für die Zell-Zell-Adhäsion der Endothelzellen verantwortlich ist, mit negativen Auswirkungen auf AKT-vermittelte Überlebenswege. Außerdem wurde eine Aktivierung von RhoA beobachtet, was zu einer Umorganisation des Actin-Cytoskeletts, zur Bildung von Stressfibrillen und zur Aktivierung Apoptose-einleitender Kinasen (sog. SAPKs) führte (Abb. 2) [3]. Als Ursache dieser RhoA-Aktivierung wird eine Freisetzung von Guanosinnukleotid-Austauschfaktoren (GEF) während der Depolymerisation der Mikrotubuli vermutet.
In klinischen Tests wird nicht das natürliche CA-4 sondern das bereits erwähnte besser wasserlösliche Dinatriumphosphat-Prodrug (Zybrestat, Fosbretabulin, Oxigene Inc.) verwendet und üblicherweise intravenös appliziert. Eine abgeschlossene Phase-II-Studie zur Therapie des anaplastischen Schilddrüsenkarzinoms lieferte bereits erfolgversprechende Ergebnisse [4].
Neben CA-4 ist auch das Catecholderivat CA-1 als Diphosphat-Prodrug (OXi4503) in die erste Phase klinischer Tests eingetreten, da es bei verschiedenen Maustumoren eine stärkere antivaskulare und antitumorale Wirkung als das Zybrestat aufwies [5]. Als Grund hierfür werden zusätzliche cytotoxische Mechanismen angenommen, die mit der Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) durch die Catechol-Einheit zu tun haben. Im Unterschied zur Behandlung mit CA-4 verbleiben nach Behandlung mit CA-1 in der Regel keine lebenden Krebszellen an den Rändern des Tumors wodurch das Rückfallrisiko verringert wird.

Synthetische Combretastatin-Analoga
Die einfache Struktur der Combretastatine erleichtert den synthetischen Zugang zu dieser Stoffgruppe erheblich. Der Ersatz der Hydroxygruppe am B-Ring gegen eine Aminogruppe (Ohsumi) führte zu einer aktiven Substanz, welche als Serinamid (AVE8062) momentan klinisch gegen Sarkome getestet wird (Phase III, Sanofi-Aventis, Abb. 1) [3].
Die Arbeitsgruppe von Pettit modifizierte den A-Ring von CA-4 durch Austausch der 3-Methoxygruppe gegen Halogene (F, Cl oder Br). Die resultierenden Verbindungen zeigten bei bestimmten Tumorarten eine stärkere cytotoxische Wirkung als CA-4 selbst [6]. Kürzlich von der Arbeitsgruppe Myers entwickelte Dihalocombretastatin-Derivate waren wirksamer als CA-4 gegen die Röhrenbildung durch menschliche Nabelschnur-Endothelzellen (HUVEC), einen Prozess, der als Modell für die Ausbildung von Blutgefäßen herangezogen wird (Abb. 1) [7].
Ebenfalls von Bedeutung ist der Ersatz der cis-Olefin-Brücke gegen stabilere Brücken, da in protischen Lösungsmitteln CA-4 in das thermisch stabilere aber unwirksame trans-Stilben isomerisieren kann. Durch Verwendung geeigneter cyclischer Brücken-Systeme können neben der chemischen Stabilität zudem Eigenschaften wie Wasserlöslichkeit und Bioverfügbarkeit entscheidend verbessert werden. Eine Gruppe um Wang (Abbott Laboratories) stellte ein N-Methylimidazolderivat her, das eine verbesserte Bioverfügbarkeit aufwies und bei Versuchstieren auch nach oraler Verabreichung Wirkung zeigte (Abb. 1) [8].
Die bisher erwähnten Substanzen verbessern das Wirkprofil von CA-4 jedoch lediglich in Teilaspekten. Die von Wang beschriebenen Substanzen besitzen zwar gute pharmakologische Eigenschaften, jedoch auf Kosten einer deutlich verminderten Aktivität. Unter Pettits Combretastatin-Derivaten sind durchaus Vertreter mit guten cytotoxischen Eigenschaften, allerdings neigen sie wie CA-4 als cis-Stilbene unter physiologischen Bedingungen zur Isomerisierung und damit Wirkverlust. Ihre Wasserlöslichkeit ist zudem meist unzureichend und eine in vivo Applikation limitiert.
In Zusammenarbeit mit dem Forschungslabor der Klinik für Innere Medizin IV (Dr. Thomas Müller) der Universität Halle-Wittenberg konnten wir auf synthetischem Wege die Vorteile beider Strategien in einer neuen Gruppe N-Methylimidazol-verbrückter CA-4-Analoga vereinen (Abb. 3). Durch gezielte Substitution am A-Ring (z.B. Ersatz der 3-Methoxygruppe durch Brom, Brimamin, Abb. 1) konnte die Hemmung der Tubulinpolymerisation sowie die zytotoxische Wirkung, die Wasserlöslichkeit, und die chemischen Stabilität gegenüber CA-4 deutlich erhöht, und eine insgesamt vorteilhaftere Pharmakokinetik erzielt werden [9]. Bereits in-vitro zeigte sich für Brimamin eine Brechung der CA-4-Resistenz im Darmkrebsmodell HT-29. Im Tiermodell konnte eine sehr gute Verträglichkeit bei vergleichsweise hohen Dosierungen beobachtet werden. Passende Dosierungen wurden in weiteren Tierversuchen unter Verwendung eines geeigneten multiresistenten Tumormodells eingesetzt. Es handelt sich dabei um eine sensitive und eine multiresistente Keimzelltumor-Zelllinie, die unter in-vivo-Bedingungen als Xenografttumoren von Mäusen die klinische Situation der Chemotherapie-Resistenz bestens widerspiegeln [10]. So erzeugte eine Behandlung mit der in diesem Modell aktivsten Substanz Cisplatin vollständige Regressionen beim sensitiven Tumor, während der resistente Tumor lediglich eine transiente Wachstumsinhibierung erfuhr. Dagegen konnte bei Gabe von Brimamin eine Antitumoraktivität in Form einer dramatischen Tumorregression der resistenten Tumore beobachtet werden. Dabei wurde die starke und selektiv auf das Tumorblutgefäßsystem wirkende antivaskulare Aktivität in Form von Einblutungen direkt nachgewiesen. Zudem war bereits eine einmalige Behandlung mit Brimamin von lang anhaltender, stabilisierender Wirkung. Insgesamt kann aus diesen Resultaten geschlossen werden, dass die Kombination aus der hohen direkten Antitumorzell-Aktivität über einen differentiellen Mechanismus und der antivaskularen Wirkung gekoppelt mit guten pharmakokinetischen Eigenschaften und guter Verträglichkeit zu einem optimierten Wirkprofil führt, das auch multiresistente Tumore effektiv behandelbar macht.