Morfin påvirker tumorcellers proliferation

Eksogene og endogene opiate alkaloider som f.eks. morfin tilskrives en bred vifte af farmakologiske og fysiologiske funktioner. Foruden deres analgetiske effekt har opioider indflydelse på vækstreguleringen af normalt og neoplastisk væv. I denne oversigtsartikel fokuseres der på morfins virkning på tumorvækst med vægt på immunregulatoriske, proliferative og antiproliferative mekanismer.

... Hvo som svælger den saft, når den først i kummen er blandet, fælder ej en tåre på kind den dag fra morgen til aften ej engang om hans moder var død og hans fader tillige, ej om hans broder, og hans elskede søn ved hans side dræbes af fjenden ...

Således beskrev Homer opiums berusende effekt i Odyséen. Opium udvindes fra opiumvalmuen, papaver somniferum og vides at være benyttet som rusmiddel siden sumerernes tid 3.400 år før vor tidsregning. I 1803 identificeredes morfin som værende den vigtigste aktive komponent i opium. Opmærksomheden har traditionelt været rettet mod eksogent administreret morfin, som i vidt omfang anvendes i smertebehandling til bl.a. cancerpatienter.

Det er mindre kendt, at morfin også produceres i kroppen. Det er således påvist, at endogent morfin syntetiseres i flere hvirveldyr [1, 2], herunder mennesket, hvor syntesen bl.a. stimuleres i forbindelse med et kirurgisk stressrespons [3, 4]. Hos mennesket er endogent morfin foreløbig isoleret fra plasma [3, 4] og hjertemuskulatur [5].

Morfin tilhører gruppen af alkaloider, en kemisk gruppe i hvilken man også finder nikotin, kokain og koffein. Ud over morfin producerer kroppen også opioide peptider såsom endorfiner, enkefaliner, dynorfiner og endomorfiner. Både alkaloider og peptider fungerer som signalmolekyler og bindes med forskellig affinitet til opioidreceptorer. Disse receptorer inddeles i tre undertyper: μ-, κ- og δ-receptorer. Opioid-receptorerne er overvejende lokaliseret til centralnervesystemet, men findes også i mave-tarm-systemet, endotelvæv m.m. [1]. Opioide alkaloider og peptider er involverede i en række farmakologiske og fysiologiske funktioner [6]. Immunologisk synes morfin at have antiinflammatorisk effekt, mens opioide peptider virker proinflammatorisk [1]. Således kan begge klasser af signalmolekyler potentielt modificere cancervækst. I denne oversigt fokuseres der på eksogene og endogene opi-oiders virkning på tumorvækst med vægt på proliferative, antiproliferative og immunregulatoriske mekanismer.

Artiklen er baseret på litteratur fundet ved søgning i MEDLINE med anvendelse af følgende søgeord: morphine, opioid peptides, neoplasms, opioid receptor og nitric oxide .

Endogene opioide peptider og tumorvækst

Siden 1983 har man i adskillige studier vist, at endogene opi-oide peptider er aktive i reguleringen af tumorcellers proliferation. Zagon et al viste i in vitro-studier, at [MET5 ]-enkefalin, også kaldet opioid growth factor (OGF), gennem interaktion med OGF-receptoren (OGFr) nedregulerer celleproliferation i forskellige cancercellelinjer [7]. Stimulation af tumorceller med OGF bevirker nedsat DNA-syntese og forlængelse af mitosens G0/G1-fase, hvormed OGF og OGFr kan kobles direkte til celleproliferation [8]. Endvidere er både OGF og OGF-receptorer påvist i en række histologisk forskellige tumorceller [7, 9], hvilket antyder en autokrin regulering af opioide peptiders indvirkning på cellevækst. Ved at hæmme opioid-receptor-interaktionen med opioid-antagonisten naltrexon og med antistoffer til OGF har man i efterfølgende forsøg kunnet stimulere tumorcellernes proliferation [10]. Fundene tyder på, at OGF udøver en hæmmende effekt på cellernes proliferation. Endvidere har man påvist en signifikant reduktion af OGFr-koncentrationen i epitelvæv fra oralt, planocellulært karcinom i forhold til normalt epitel [9]. Hermed associeres neoplasi med nedregulering af OGF-receptorer, og det er derfor muligt, at denne nedregulering er en del af patogenesen ved karcinogenese.

Der er således visse holdepunkter for, at opioide peptider nedregulerer tumorvækst. Det er dog endnu uvist, om opioide peptider spiller en aktiv rolle i immunforsvarets beskyttelse mod cancer, eller om effekten udelukkende kan opnås ved eksogen administration.

Eksogent morfin influerer på tumorvækst

Foruden den velkendte analgetiske effekt har morfin ekstraanalgetiske effekter, idet morfin i lighed med endogene opi-oide peptider påvirker proliferation af tumorceller. Ishikawa et al viste, at daglig indgift af morfin (10 mg pr. kg pr. dag) i ti dage opregulerede cellevæksten i forskellige cancercellelinjer in vivo [11]. Dette fund understøttes af resultaterne af et andet studie, hvor man efter transplantation af cancer mammae-tumorer til mus kunne stimulere angiogenese og celleproliferation ved indgift af morfin i doser på 0,7-1,4 mg pr. kg pr. dag [12]. Tidligere resultater har dog vist en hæmmende effekt af morfin på væksten af cancer mammae-celler uden μ-receptorer [13]. Kun få tumortyper udtrykker μ-receptorer [14], og det er endnu ikke klarlagt, hvilke receptorsystemer der medierer morfins proliferative/antiproliferative effekt. Det er dog vist, at morfin interagerer med somatostatinreceptorer og dermed reducerer celleproliferation [15]. Denne observation støttes af undersøgelser, der viser, at somatostatinanaloger har direkte antiproliferativ effekt [16]. Morfins interaktion med andre receptorsystemer underbygges af et studie, hvor den antiproliferative effekt af morfin på cancerceller kunne ophæves ved samtidig indgift af nikotin. Således antyder undersøgelsens resultater en interaktion mellem opioider og nikotinerge acetylcholinreceptorer [17].

At μ-receptorer spiller en rolle i opioiders regulering af tumorvækst sandsynliggøres imidlertid af nylig publicerede undersøgelser. Hidtil uopdagede splice -varianter af μ-receptorer er fundet at være til stede og fysiologisk aktive i immunkompentente celler og i celler fra lungekarcinomer hos mennesker [18-20].

Der er således uoverensstemmelse mellem resultaterne fra de undersøgelser, hvori man fokuserer direkte på tumorvækst. Det fremgår endvidere, at morfin ikke blot interagerer med de klassiske opioidreceptorer, men desuden kan stimulere andre receptorsystemer, som man traditionelt tillægger andre fysiologiske og immunologiske funktioner. Den kliniske relevans af dette er ikke kendt.

Morfin og metastase

Præ- og postoperativ indgift af morfin nedregulerer den metastasefremmende effekt, som kirurgiske indgreb i dyreforsøg er vist at have [21, 22]. Endvidere reducerer regelmæssig morfinadministra tion vækstraten af de tumorceller, der når blodbanen i forbindelse med operation for coloncancer [23]. Ifølge forfatterne var den mest sandsynlige forklaring en direkte effekt af morfin på værtsdyrets immunforsvar.

Man har ikke undersøgt, om morfin i sig selv påvirker cancercellers evne til metastasering, men morfin synes at modificere den uhensigtsmæssige virkning, kirurgi har på tumorspredning.

Morfin og apoptose

Et biomolekylært angrebspunkt i regulering af tumorvækst er induktion af apoptose. I et in vitro-forsøg tilsatte man morfin og metadon til cancer mammae-celler fra mennesker, hvilket resulterede i morfologiske ændringer og spaltning af DNA, som er karakteristisk for apoptose [24]. Tilsvarende har man efter indgift af morfin fundet øget apoptose hos cancer mammae-celler fra mennesker med samtidig aktivering af tumor-suppressor-genet p53 [25]. Endvidere har Suoeka et al påvist, at morfin og syntetiske morfinderivater inducerer apoptose i cancercellelinjer hos mennesker ved hæmning af nuklearfaktor κB (NFκB) [26]. NFκB er en transkriptionsfaktor, der stimulerer ekspressionen af forskellige gener, der er ansvarlige for celleproliferation og til produktion af proinflammatoriske cytokiner. Tumornekrosefaktor (TNF)-α er et proinflammatorisk cytokin, og transkription af TNF-α-genet er til dels reguleret af NFκB. Visse cytokiner har en proliferativ effekt, og morfin synes at hæmme tumorcellers proliferation in vitro via nedregulering af TNF-α-produktionen [27]. Ved administration af NFκB-inhibitorer kan apoptose stimuleres in vitro i celler fra prostatatumorer [28] og in vivo i celler fra colontumorer [29]. Endvidere ophæves resistensen mod apoptose i lymfoide celler ved inhibering af NFκB [30]. Det er endnu ikke helt klarlagt, hvordan morfin hæmmer NFκB, men i et enkelt studie har man vist, at morfin direkte nedregulerer frit NFκB ved frisætning af nitrogenoxid (NO) (se senere) [31]. Hermed introduceres en ny variabel i morfins signalkaskade, som kan forklare morfins antiproliferative og proapoptotiske effekter (Figur 1 ).

Morfin og natural killer-celle-aktivitet

Morfin indgivet intravenøst hæmmer natural killer (NK)-celle-cytotoksiciteten [32]. Undersøgelser tyder på, at denne effekt opnås ved en påvirkning af centralnervesystemet (CNS) med efterfølgende stimulation af kortisolproduktionen fra binyrerne [32, 33]. Kortisol vides at nedsætte cytotoksiciteten af NK-celler [33].

Som tidligere nævnt synes morfin at nedregulere den metastasefremmende effekt af kirurgi [22]. I studiet var effekten af morfin koblet til aktiviteten af NK-celler og granulære lymfocytter, idet der indgik en gruppe dyr med normale NK-celler og granulære lymfocytter samt en gruppe, der var depleterede for de pågældende celler. Begge grupper blev udsat for et kirurgisk indgreb med efterfølgende indgift af morfin. I gruppen med normal cellulær aktivitet reducerede morfin metastaseringen af cancerceller, hvilket ikke var tilfældet i gruppen af depleterede dyr. Resultaterne tyder på, at NK-cellerne spiller en rolle for morfins hæmning af maligne cellers metastasering.

Det forekommer umiddelbart modstridende, at NK-celler på den ene side er væsentlige for morfins metastasehæmmende effekt, mens morfin samtidig nedsætter cytotoksiciteten af NK-celler. Nogen forklaring på dette er ikke beskrevet. Samtidig bemærkes, at undersøgelserne koncentrerer sig om NK-cellers funktionelle kapacitet uden at analysere virkningerne på den immunregulatoriske funktion, som cellerne endvidere vides at have.

Morfin og DNA-syntese

Opioider påvirker DNA-syntesen. I gliaceller, prolifererende neurale celler og celler fra rottegliomer [34] har man påvist, at agonister til opioidreceptorer, heriblandt morfin, hæmmer indbygningen af thymidin i DNA. Det er efterfølgende vist, at det er nedsat fosfo-inositol-omsætning og øget Ca2+ -mobilisering, som er ansvarlige for inkorporering af thymidin i DNA [35].

Opioider og angiogenese

Angiogenese spiller en vigtig ætiologisk og patogenetisk rolle i progression af maligne tumorer. I et nyligt publiceret studie er det vist, at morfin i klinisk relevante koncentrationer stimulerer proliferationen af mikrovaskulære endotelceller og angiogenese både in vitro og in vivo [12]. I samme studie viste forfatterne, at morfin stimulerer neovaskularisering i cancer mammae-tumorer fra mennesker transplanteret til mus. Stimulation af angiogenese var koblet til aktivering af mitogenaktiveret proteinkinase/ekstracellulær-signal-reguleret kinase (MAPK/ERK). Denne signalkaskade regulerer celledeling og er selvstændigt impliceret i malign transformation [36].

Et modsat resultat er dog fundet ved anvendelse af det opioide peptid OGF, der inducerede en nedregulering af angiogenese i en in vivo-model [37]. Behandling med opioidreceptor-antagonisten naltrexon havde proangiogenetisk effekt, og som tidligere beskrevet kunne man påvise en kontinuerlig syntese af OGF i vævet [38]. Forfatterne fremsatte efterfølgende hypotesen, at OGF har en tonisk hæmmende effekt på angiogenese.

Det kan synes paradoksalt, at opioide peptider og alkaloider har modsatrettet virkning på angiogenese, når stofgrupperne i kliniske henseende minder meget om hinanden. Forklaringen kan muligvis findes i stoffernes forskellige affinitet til de receptorsystemer, der medierer karnydannelse.

Endogent morfin, NO og regulering af tumorvækst

Morfin har forskellige immunmodulerende effekter. I flere studier har man vist, at endogent morfin bindes til en undertype af μ-receptorer, benævnt μ3. μ3-receptoren binder specifikt endogent morfin, mens endogene opioide peptider, såsom endorfiner, enkefaliner og endomorfiner, ikke bindes til denne receptor [1]. Morfin-μ3-receptorkomplekset aktiverer konstitutiv NO-syntase (cNOS) og stimulerer syntese af NO i endotelceller og forskellige immunkompetente celler [20, 19]. μ3-receptorer er påvist i humane cancerceller fra lungekarcinom [18]. I disse celler bevirkede morfins binding til μ3-receptoren en hurtig og betydelig NO-frisætning. Forfatterne foreslog, at morfins effekt på celleproliferation medieres af NO via aktivering af μ3-receptoren. De fremsatte hypotesen, at endogene opioider syntetiseret af tumorceller aktiverer μ3-receptoren, frigiver NO og dermed hæmmer kroppens immunrespons mod tumorproliferation.

NO hæmmer binding af transkriptionsfaktor NFκB til DNA. Herved nedregulerer morfin ekspression af gener ansvarlige for produktion af proinflammatoriske cytokiner, herunder TNF-α, og stimulerer som tidligere beskrevet apoptose [1, 31] (Figur 1). Det er ligeledes påvist i andre studier, at NO-produktion er relateret til apoptose og nedsat karcinogenese [39]. Imidlertid har man i andre undersøgelser vist, at NO stimulerer proliferation af maligne celler, og dermed synes NO at spille en række modstridende roller i reguleringen af tumorvækst [40].

Det er således vist, at morfin medierer frisætning af NO og nedsætter aktiviteten af NFκB. NO's betydning for vækst af tumorceller er ikke afklaret, mens hæmning af NFκB nedsætter produktionen af proinflammatoriske cytokiner. Morfins påvirkning af immunsystemet og effekt på celleproliferation skyldes muligvis denne nedregulering.

Sammenfatning og konklusion

En gennemgang af litteraturen viser, at både eksogene og endogene opioider påvirker proliferation af tumorceller. Morfin påvirker mange af de mekanismer, der spiller en væsentlig rolle i karcinogenesen, men litteraturen viser sa mtidig modstridende resultater vedrørende morfins proliferative og antiproliferative effekt. Det er muligt, at de modstridende resultater kan forklares ved forskelle i anvendte metoder, dosis-respons-aspekter og forskel i species af anvendte forsøgsdyr. Endvidere kan det være væsentligt, at man ofte kun kigger på enkelte, cellulære eller intracellulære begivenheder, mens et immunrespons består af et komplekst samspil mellem immunsystemets delelementer. Da morfin i vidt omfang anvendes som analgetikum til behandling af cancersmerter, er det derfor interessant at afklare, om morfin påvirker karcinogenesen. Morfins antiinflammatoriske effekt og dermed mulige påvirkning af det immunologiske respons på neoplasi bør undersøges yderligere.

Peter Olsen , Otte Ruds Gade 15, st. tv., DK-8200 Århus N.
E-mail: pol@studmed.au.dk

Antaget: 9. august 2004

Interessekonflikter: Ingen angivet

Ovenstående artikel bygger på en større litteraturgennemgang end litteraturlistens 40 numre. En fuldstændig litteraturliste kan fås ved henvendelse til forfatteren.

1. Stefano GB, Goumon Y, Casares F et al. Endogenous morphine. Trends Neurosci 2000;23:436-42.
2. Brix-Christensen V, Goumon Y, Tonnesen E et al. Endogenous morphine is produced in response to cardiopulmonary bypass in neonatal pigs. Acta An-aesthesiol Scand 2000;44:1204-8.
3. Brix-Christensen V, Tonnesen E, Sanchez RG et al. Endogenous morphine levels increase following cardiac surgery as part of the antiinflammatory response? Int J Cardiol 1997;62:191-7.
4. Yoshida S, Ohta J, Yamasaki K et al. Effect of surgical stress on endogenous morphine and cytokine levels in the plasma after laparoscopoic or open chol-ecystectomy. Surg Endosc 2000;14:137-40.
5. Zhu W, Bilfinger TV, Baggerman G et al. Presence of endogenous morphine and morphine 6 glucuronide in human heart tissue. Int J Mol Med 2001;7: 419-22.
6. Stefano GB, Scharrer B, Smith EM et al. Opioid and opiate immunoregulatory processes. Crit Rev Immunol 1996;16:109-44.
7. Zagon IS, Hytrek SD, Smith JP et al. Opioid growth factor (OGF) inhibits human pancreatic cancer transplanted into nude mice. Cancer Lett 1997; 112:167-75.
8. Zagon IS, Roesener CD, Verderame MF et al. Opioid growth factor regulates the cell cycle of human neoplasias. Int J Oncol 2000;17:1053-61.
9. McLaughlin PJ, Stack BC, Jr., Levin RJ et al. Defects in the opioid growth factor receptor in human squamous cell carcinoma of the head and neck. Cancer 2003;97:1701-10.
10. Bisignani GJ, McLaughlin PJ, Ordille SD et al. Human renal cell cancer pro-liferation in tissue culture is tonically inhibited by opioid growth factor. J Urol 1999;162:2186-91.
11. Ishikawa M, Tanno K, Kamo A et al. Enhancement of tumor growth by mor-phine and its possible mechanism in mice. Biol Pharm Bull 1993;16:762-6.
12. Gupta K, Kshirsagar S, Chang L et al. Morphine stimulates angiogenesis by activating proangiogenic and survival-promoting signaling and promotes breast tumor growth. Cancer Res 2002;62:4491-8.
13. Hatzoglou A, Bakogeorgou E, Castanas E. The antiproliferative effect of opioid receptor agonists on the T47D human breast cancer cell line, is partially mediated through opioid receptors. Eur J Pharmacol 1996;296:199-207.
14. Zagon IS, McLaughlin PJ, Goodman SR et al. Opioid receptors and endogenous opioids in diverse human and animal cancers. J Natl Cancer Inst 1987;79:1059-65.
15. Hatzoglou A, Ouafik L, Bakogeorgou E et al. Morphine cross-reacts with somatostatin receptor SSTR2 in the T47D human breast cancer cell line and decreases cell growth. Cancer Res 1995;55:5632-6.
16. Setyono-Han B, Henkelman MS, Foekens JA et al. Direct inhibitory effects of somatostatin (analogues) on the growth of human breast cancer cells. Cancer Res 1987;47:1566-70.
17. Maneckjee R, Minna JD. Opioid and nicotine receptors affect growth regulation of human lung cancer cell lines. Proc Natl Acad Sci USA 1990;87:3294-8.
18. Fimiani C, Arcuri E, Santoni A et al. Mu3 opiate receptor expression in lung and lung carcinoma: ligand binding and coupling to nitric oxide release. Cancer Lett 1999;146:45-51.
19. Magazine HI, Liu Y, Bilfinger TV et al. Morphine-induced conformational changes in human monocytes, granulocytes, and endothelial cells and in invertebrate immunocytes and microglia are mediated by nitric oxide. J Immunol 1996;156:4845-50.
20. Stefano GB, Hartman A, Bilfinger TV et al. Presence of the mu3 opiate receptor in endothelial cells. J Biol Chem 1995;270:30290-3.
21. Page GG, Ben Eliyahu S, Yirmiya R et al. Morphine attenuates surgery in- duced enhancement of metastatic colonization in rats. Pain 1993;54:21-8.
22. Page GG, Ben Eliyahu S, Liebeskind JC. The role of LGL/NK cells in surgery-induced promotion of metastasis and its attenuation by morphine. Brain Behav Immun 1994;8:241-50.
23. Yeager MP, Colacchio TA. Effect of morphine on growth of metastatic colon cancer in vivo. Arch Surg 1991;126:454-6.
24. Maneckjee R, Minna JD. Opioids induce while nicotine suppresses apoptosis in human lung cancer cells. Cell Growth Differ 1994;5:1033-40.
25. Tegeder I, Grosch S, Schmidtko A et al. G protein-independent G1 cell cycle block and apoptosis with morphine in adenocarcinoma cells: involvement of p53 phosphorylation. Cancer Res 2003;63:1846-52.
26. Sueoka E, Sueoka N, Kai Y et al. Anticancer activity of morphine and its synthetic derivative, KT-90, mediated through apoptosis and inhibition of NF-kappaB activation. Biochem Biophys Res Commun 1998;252:566-70.
27. Sueoka N, Sueoka E, Okabe S et al. Anti-cancer effects of morphine through inhibition of tumour necrosis factor-alpha release and mRNA expression. Carcinogenesis 1996;17:2337-41.
28. Kikuchi E, Horiguchi Y, Nakashima J et al. Suppression of hormone-refractory prostate cancer by a novel nuclear factor kappaB inhibitor in nude mice. Cancer Res 2003;63:107-10.
29. Scaife CL, Kuang J, Wills JC et al. Nuclear factor kappaB inhibitors induce adhesion-dependent colon cancer apoptosis: implications for metastasis. Cancer Res 2002;62:6870-8.
30. Jeremias I, Kupatt C, Baumann B et al. Inhibition of nuclear factor kappaB activation attenuates apoptosis resistance in lymphoid cells. Blood 1998;91: 4624-31.
31. Welters ID, Menzebach A, Goumon Y et al. Morphine inhibits NF-kappaB nuclear binding in human neutrophils and monocytes by a nitric oxide- dependent mechanism. Anesthesiology 2000;92:1677-84.
32. Yeager MP, Colacchio TA, Yu CT et al. Morphine inhibits spontaneous and cytokine-enhanced natural killer cell cytotoxicity in volunteers. Anesthesiol-ogy 1995;83:500-8.
33. Freier DO, Fuchs BA. A mechanism of action for morphine-induced immunosuppression: corticosterone mediates morphine-induced suppression of natural killer cell activity. J Pharmacol Exp Ther 1994;270:1127-33.
34. Barg J, Belcheva MM, Levy R et al. A monoclonal anti