German Title: Untersuchung der Auswirkungen verschiedener FXR-Agonisten auf das Fortschreiten der nichtalkoholischen Steatohepatitis und deren Übergang zum hepatozellulären Karzinom

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Abstract

Hepatocellular carcinoma (HCC) accounts for 90% of primary liver cancers, is the sixth most frequent cancer and represents the third cause of global cancer- related mortality [1]. The known aetiologies of HCC could be of viral (Hepatitis B, Hepatitis C infection) and non-viral (non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) and alcoholic steatohepatitis (ASH)) nature, although NAFLD is becoming the predominant cause of chronic liver disease in western countries. NAFLD, a condition presenting as the hepatic manifestation of the metabolic syndrome, is favoured by diet-induced obesity and insulin resistance [2]. NAFLD is characterized by progressive degree of severity, inducing Non-alcoholic steatohepatitis (NASH), its most detrimental stage that precedes liver cirrhosis and HCC onset [3, 4]. Currently, no approved therapy is available for NASH, and many studies ongoing worldwide are focused in the effort to develop new treatments. In the last two decades the essential role of bile acids in regulating metabolism has been uncovered and driven an increased amount of research to find suitable molecules for targeting the main bile acid receptor, FXR [5]. This led to the development of several FXR agonist, many of which are currently under clinical trials testing. Among them, Tropifexor, a highly potent synthetic agonist, demonstrated safety and tolerability during clinical trials, both alone and in combination with other compounds, and will likely proceed to phase III testing in the near future [6, 7]. However, no research has to date evaluated the effects of sustained treatment with Tropifexor nor other FXR agonist, in the context of late NASH and during NASH-to-HCC transition. To study this question, I employed different dietary models of murine NASH and tested several FXR agonists including Tropifexor in both short-and long-term therapeutic fashion. I confirmed the extraordinary efficacy of Tropifexor in reversing NASH by driving important improvements in obesity, glucose and lipid metabolism, effectively reducing bile acids and leading to a clearance of hepatic steatosis in the short-term experiments, showing also relevant modulations on lymphoid-and myeloid-induced inflammation. Nevertheless, some concerning effects related to hepatomegaly induction stimulated by elevated hepatocyte proliferation and activation of a pro-carcinogenic signature, balanced by activation of cellular senescence and polyploidy, sparked my interest for further investigation after prolonged administration of Tropifexor. The long-term experiments faithfully recapitulated the efficient metabolic improvements induced in the liver by Tropifexor, successfully reversing severe NASH and improving fibrosis, but at the expenses of increased amount of hepatic lesions. Additional evaluation led to the identification of pronounced levels of Endoplasmic Reticulum 15 (ER) stress, likely caused by specific hepatic retention of hydrophobic bile acids species, favoured especially by a low of dose of Tropifexor. In addition, a comparison of a high and low dose of Tropifexor revealed essential pharmacokinetic differences that importantly impact on the diversity of liver damage induced and on the biliary stress stimulation driving regenerative changes. Furthermore, long-term administration of Tropifexor presented dual effects on both lymphoid and myeloid immunity, showing contradicting effects in the inflammation modulation. Additional studies are definitely required to dissect in detail the molecular mechanisms at the base of the observed phenotype. Yet, the present study clearly indicated that a prolonged administration of Tropifexor in late NASH in proximity of HCC transition could rather synergize the signals that drive malignant transformation and increase tumour incidence in spite of NASH improvement

Translation of abstract (English)

Das hepatozelluläre Karzinom (HCC) macht 90 % der primären Leberkrebserkrankungen aus, ist die sechsthäufigste Krebsart und stellt die dritthäufigste Ursache für die weltweite krebsbedingte Mortalität dar [1]. Die bekannten Ursachen von HCC können viraler (Hepatitis-B-, Hepatitis-C-Infektion) und nicht-viraler Natur (nichtalkoholische Fettlebererkrankung (NAFLD) und alkoholische Steatohepatitis (ASH)) sein, obwohl NAFLD zur Hauptursache für chronische Lebererkrankungen wird Krankheit in westlichen Ländern. Die nichtalkoholische Fettlebererkrankung (NAFLD), ist eine Erkrankung, die als hepatische Manifestation des metabolischen Syndroms auftritt und durch ernährungsbedingte Fettleibigkeit und Insulinresistenz begünstigt wird [2]. NAFLD zeichnet sich durch einen fortschreitenden Schweregrad aus, der die nichtalkoholische Steatohepatitis (NASH) auslöst, ihr schädlichstes Stadium, das der Leberzirrhose und dem Beginn des HCC vorausgeht [3, 4]. Derzeit ist keine zugelassene Therapie für NASH verfügbar, und viele weltweit laufende Studien konzentrieren sich auf die Entwicklung neuer Behandlungsmethoden. In den letzten zwei Jahrzehnten wurde die wesentliche Rolle von Gallensäuren bei der Regulierung des Stoffwechsels aufgedeckt und zu einer verstärkten Forschung geführt, um geeignete Moleküle zu finden, die auf den Hauptgallensäurerezeptor FXR abzielen [5]. Dies führte zur Entwicklung mehrerer FXR-Agonisten, von denen viele derzeit in klinischen Studien getestet werden. Unter ihnen hat Tropifexor, ein hochwirksamer synthetischer Agonist, in klinischen Studien sowohl allein als auch in Kombination mit anderen Verbindungen Sicherheit und Verträglichkeit nachgewiesen und wird wahrscheinlich in naher Zukunft in die Phase-III- Tests übergehen [6, 7]. Bisher wurden jedoch noch keine Untersuchungen zu den Auswirkungen einer dauerhaften Behandlung mit Tropifexor oder einem anderen FXR- Agonisten im Zusammenhang mit spätem NASH und während des Übergangs von NASH zu HCC durchgeführt. Um dies zu untersuchen, habe ich verschiedene Ernährungsmodelle für murines NASH verwendet und mehrere FXR-Agonisten, darunter Tropifexor, sowohl kurz- als auch langfristig als Therapie getestet. Ich habe die außerordentliche Wirksamkeit von Tropifexor bei der Umkehrung von NASH bestätigt, indem es wichtige Verbesserungen bei Fettleibigkeit, Glukose- und Lipidstoffwechsel herbeiführte, Gallensäuren effektiv reduzierte und in den Kurzzeitexperimenten zu einer Beseitigung der Lebersteatose führte, wobei auch relevante Modulationen auf Lymphoid- und Myeloidgewebe gezeigt wurden -induzierte Entzündung. Dennoch weckten einige besorgniserregende Effekte im Zusammenhang mit der Hepatomegalie-Induktion, die durch eine erhöhte Hepatozytenproliferation und die Aktivierung 17 einer prokanzerogenen Signatur, ausgeglichen durch die Aktivierung von Zellalterung und Polyploidie, stimuliert wird, meinem Interesse für weitere Untersuchungen nach längerer Verabreichung von Tropifexor. Die Langzeitexperimente stellten getreu die durch Tropifexor in der Leber induzierte effiziente Stoffwechselrettung dar, wodurch schweres NASH erfolgreich rückgängig gemacht und die Fibröse verbessert wurde, allerdings auf Kosten einer erhöhten Anzahl von Leberläsionen. Zusätzliche Untersuchungen führten zur Identifizierung ausgeprägter Belastungen des endoplasmatischen Retikulums (ER), die wahrscheinlich durch eine spezifische hepatische Retention hydrophober Gallensäurespezies verursacht werden, die insbesondere durch eine niedrige Tropifexor-Dosis begünstigt wird. Darüber hinaus ergab ein Vergleich einer hohen und einer niedrigen Dosis von Tropifexor wesentliche pharmakokinetische Unterschiede, die sich erheblich auf die Vielfalt der induzierten Leberschäden und auf die biliäre Stressstimulation auswirken, die regenerative Veränderungen vorantreibt. Darüber hinaus hatte die Langzeitverabreichung von Tropifexor doppelte Auswirkungen auf die lymphatische und myeloische Immunität und zeigte widersprüchliche Wirkungen bei der Entzündungsmodulation. Es sind definitiv weitere Studien erforderlich, um die molekularen Mechanismen, die dem beobachteten Phänotyp zugrunde liegen, im Detail zu analysieren. Die vorliegende Studie zeigte jedoch deutlich, dass eine längere Verabreichung von Tropifexor im späten NASH-Bereich zum HCC-Übergang die Signale, die die maligne Transformation vorantreiben, eher verstärken3 und die Tumorinzidenz trotz der NASH- Verbesserung erhöhen könnte.