Background: Esophageal adenocarcinomas (EACs) arise due to gastroesophageal reflux, with Barrett’s esophagus (BE) regarded as precancerous lesion. Matrix metalloproteinases (MMPs) might play a role during the multistep carcinogenetic process. Methods: Expression of MMP-1 and -13 was analyzed in esophageal cancer (n = 41 EAC with BE, n = 19 EAC without BE, and n = 10 esophageal squamous-cell carcinomas, ESCC), furthermore in BE without intraepithelial neoplasia (IN) (n = 18), and the cell line OE-33. MMP-1 was co-labelled with Ki-67 (proliferation), Cdx-2 (marker for intestinal metaplasia, BE) and analyzed on mRNA level. MMP-1 staining results were correlated with clinicopatholocical parameters. Results: On protein level, MMP-1 expression was found in 39 of 41 (95%) EAC with BE, in 19 of 19 (100%) EAC without BE, in 6 of 10 (60%) ESCC, and in 10 of 18 (56%) BE without IN. No expression of MMP-13 was found in these specimens. Quantification showed 48% MMP-1 positive cells in EAC with BE, compared to 35% in adjacent BE (p < 0.05), 44% in EAC without BE, 32% in ESCC, and 4% in BE without IN. Immunofluorescence double staining experiments revealed increased MMP-1 expressing in proliferating cells (MMP-1+/Ki-67+) (r = 0.943 for BE and r = 0.811 for EAC). On mRNA-level, expression of MMP-1 was significantly higher in EAC compared to BE (p = 0.01) and confirmed immunohistochemical staining results. High MMP-1 levels were associated with lymph node metastases but not with poorer survival (p = 0.307). Conclusions: Our findings suggest that MMP-1 plays a role as preinvasive factor in BE-associated EAC. Expression of MMP-1 in proliferating BE and EAC cells suggest malignant proliferation following the clonal expansion model.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Expression zweier intestinaler Stammzellmarker, LgR5 und DCAMKL-1, im ösophagealen Adenkarzinom mit und ohne Barrett-Ösophagus in Bezug auf die Stammzellhypothese untersucht. Die Untersuchungen fanden an chirurgischen Resektaten und an ösophagealen Adenokarzinomzellen der Zelllinie OE-33 statt. Die Gewebeproben waren bei Operationen zur primären Entfernung von Ösophaguskarzinomen gewonnen worden und stammten von Patienten, die keine neoadjuvante antineoplastische Therapie erhalten hatten. Wurde auf den Gewebeschnitten neben dem Karzinomgewebe Barrett-Mukosa identifiziert, wurde das Karzinom als „Adenokarzinom mit Barrett-Epithel“ („EAC mit BE“; n = 41) klassifiziert, anderenfalls als „Adenokarzinom ohne Barrett-Epithel“ („EAC ohne BE“; n = 19). Die Identifikation der Barrett-Mukosa fand mikroskopisch und immunhistologisch (Marker: Cdx2) statt. Zur Expressionsanalyse führten wir immunhistochemische Färbungen mit Antikörpern gegen LgR5 und DCAMKL-1 durch. Analysen auf Genebene fanden mittels RT-PCR statt. Es wurden Immunfluoreszenz-Doppelfärbungen mit LgR5 und dem Proliferationsmarker Ki-67 angefertigt. Die Ergebnisse wurden mit dem Tumorstadium und den 5-Jahres-Überlebensraten korreliert. Eine LgR5-Expression wurde in 35 der 41 (85 %) Adenokarzinome mit Barrett- Epithel und in 16 der 19 (84%) Adenokarzinome ohne Barrett-Epithel gefunden. Der Anteil der LgR5-positiven Zellen lag bei den Adenokarzinomen mit Barrett Epithel bei 15 %, im angrenzenden Barrett-Epithel bei 32 % und bei den Adenokarzinomen ohne Barrett-Epithel bei 13 %. Karzinome mit und ohne Barrett-Epithel wiesen damit eine nicht signifikant unterschiedliche LgR5- Expression auf. Die Expression im Barrett-Epithel war im Vergleich dazu erhöht. Die Ergebnisse der RT-PCR auf mRNA-Ebene bestätigten die im Vergleich zum Adenokarzinomgewebe höhere LgR5-Expression im Barrett-Epithel (p = 0,0159). Für DCAMKL-1 zeigten sich durchweg negative Färbeergebnisse. Mittels Immunfluoreszenz-Doppelfärbungen mit Antikörpern gegen LgR5 und Ki-67 ließen sich drei Zellpopulationen identifizieren: LgR5-positive, nicht proliferierende Zellen (LgR5+ / Ki-67−), LgR5-negative, proliferierende Zellen (LgR5– / Ki-67+) und wenige proliferierende, LgR5-positive Zellen (LgR5+ / Ki-67+). Bei der kleinen Subpopulation LgR5-positiver, proliferierender Zellen könnte es sich um Krebsstammzellen handeln. Die proliferierenden, LgR5- negativen Zellen können eher mit dem Modell der klonalen Selektion erklärt werden. Unsere Ergebnisse scheinen daher gut zu dem aktuellen Verständnis der Pathogenese des ösophagealen Adenokarzinoms zu passen, wobei das Modell der klonalen Selektion mit der Hypothese der Krebsstammzellen kombiniert wird. Eine höhere LgR5-Expression war in der univariaten Analyse mit einem schlechteren Überleben assoziiert. Patienten mit einem hohen Prozentsatz an LgR5-positiven Zellen wiesen eine schlechtere Prognose auf verglichen mit Patienten mit einem niedrigeren Prozentsatz LgR5-positiver Zellen. Dieser Zusammenhang gilt für Zellen sowohl im Karzinomgewebe als auch im Barrett-Epithel. Wir haben gezeigt, dass der intestinale Stammzellmarker LgR5 – im Gegensatz zu DCAMKL-1 – im ösophagealen Adenokarzinom exprimiert wird. Die Expression scheint unabhängig vom Vorhandensein einer Barrett-Mukosa zu sein. Möglicherweise ist eine höhere Expression mit einer schlechteren Prognose assoziiert. Unsere Ergebnisse sind mit einem Modell für die Pathogenese des ösophagealen Adenokarzinoms vereinbar, das auf Krebsstammzellen basiert. LgR5 könnte dabei helfen, diese zu identifizieren. Das Aufzeigen neuer Ansatzpunkte für zielgerichtete Therapien könnte dabei helfen, neue wirksame Methoden zur Behandlung des ösophagealen Adenokarzioms zu entwickeln.