Untersuchungen der Epithel-Stroma-Interaktion beim Cholesteatom des Mittelohres

Zusammenfassung

Hintergrund: Klinisches Charakteristikum des Cholesteatoms des Mittelohres ist dessen lokal invasives und destruierendes Wachstum. Zielsetzung der vorliegenden Studie war die Untersuchung der Ploidie sowie der Expression von Proliferationsmarkern und Oberflächenmolekülen, die die Epithel-Stroma-Interaktion regulieren. Verglichen wurden die molekularbiologischen Parameter mit klinischen Befunden, um mögliche Rückschlüsse auf die pathogenetische Bedeutung der Matrix und der Perimatrix für das Cholesteatomwachstum ziehen zu können. Patienten und Methode: Untersucht wurden die Operationspräparate von 48 Patienten, die wegen eines Mittelohrcholesteatoms operiert wurden. Zehn Patienten waren unter 10 Jahre alt. Die Untersuchungen umfassten: Routinehistologie, quantitative DNA-Zytometrie mit Ermittlung der DNA Indizes 2cDeviation Index (2cDI) und 5c Exceeding Rate (5c ER), immunhistochemische Analyse der Proliferationsrate (Ki67-MIB1, PCNA), Adhäsionsmoleküle der Zell-Zell Interaktion: E-Cadherin, α1β6-Integrin, lnter-Cellular-Adhesion-Molecule (I-CAM), sowie Adhäsionsmoleküle der Perimatrix-Stroma-Interaktion: CD44 v4/5, CD 44 v6, αv-, und β3-Integrinketten, und das Vascular-Cell-Adhesion-Molecule (V-CAM). An klinischen Daten wurden neben dem Patientenalter das präoperative Tonschwellenaudiogramm, die Anamnese der Ohrerkrankungen und die intraoperative Ausdehnung des Cholesteatoms, die Arrosion der Gehörknöchelchenkette und die Knochenarrosion im Bereich des Mittelohres und Mastoids erhoben. Zum Vergleich wurde gesundes Plattenepithelgewebe des äußeren Gehörgangs von 10 Patienten im Rahmen einer Stapesplastik entnommen. Ergebnisse: Intraoperativ bestand bei 34 Patienten eine Zerstörung der Gehörknöchelchenkette, bei 3 Patienten war das Cholesteatom auf das Mesotympanon beschränkt, bei 4 Patienten auf das Meso- und Epitympanon. Eine Ausdehnung in das Antrum bzw. Mastoid wurde bei 37 Patienten beobachtet, bei vier Patienten waren auch die perilabyrinthären Abschnitte des Mastoids betroffen bzw. ein Wachstum in Richtung Felsenbeinspitze zu beobachten. Zytometrisch zeigten die Matrixzellen in allen Cholesteatomen normal diploide DNA-Gehalte. Zellen mit einem aneuploiden DNA-Gehalt > 5c wurden nicht beobachtet. Die Proliferationsrate in den Cholesteatomen, bestimmt durch die Expression der Proliferationsmarker Ki67-MIB1 und PCNA war im Vergleich zu normalem Plattenepithel signifikant erhöht. Adhäsionsmoleküle und Oberflächenmarker, die die Zell-Stroma-Interaktion widerspiegeln (Integrinketten β3, αv und V-CAM) wurden im Cholesteatom signifikant höher exprimiert als im normalen Plattenepithel der Gehörgangshaut. Oberflächenmarker, die die Intrazellularbindungen regulieren (I-CAM, E-Cadherin, Integrin α1 β6) wurden gleich hoch im Cholesteatom und in normaler Gehörgangshaut exprimiert. Korrelationen zwischen klinischen Parametern und der Expression von Oberflächenmarkern fanden sich nicht. Schlussfolgerung: Die vorliegende Untersuchung bestätigt frühere Vermutungen, dass das Cholesteatomwachstum nicht von der Matrix ausgeht. Die gesteigerte Proliferation der Matrix des Cholesteatoms ist Ausdruck der Entzündungsreaktion und korreliert mit der Ausdehnung des Cholesteatoms. Es fand sich keine Korrelation zwischen der Osseodestruktion durch das Cholesteatom und der proliferativen Aktivität der Matrix. Damit wird die Vermutung bestärkt, dass der Perimatrix die entscheidende pathophysiologische Rolle zukommt.

Examination of Epithelial Changes in Middle Ear Cholesteatoma

Background: Local Infiltration and bony destruction are characteristic features of cholesteatomas. The aim of the study was assessment of cell ploidy, proliferation rates and expression of cell adhesion molecules to analyze the pathogenetic role of matrix (epithelium) in cholesteatoma. The cellbiologic parameters were compared to clinical findings. Patients and Method: Tissue samples from 48 patients with cholesteatomas were analyzed by: routine histology, quantitative DNA-cytometry with the DNA Indices: 2cDeviation Index (2cDI) and 5c Exceeding Rate (5c ER), immunhistochemical analysis of proliferation rate (ki67-MIB1 and PCNA), cell adhesion molecules, cell-cell interaction: E-Cadherin, α1β6-Integrin, Inter-Cellular-Adhesion-Molecule (I-CAM), cell-matrix interaction: CD44v4/5, CD 44v6, αv-, β3-Integrinchains and vascular-Cell-Adhesion-Molecule (V-CAM). Clinical data included patient age, history of ear disease, pre-operative audiometry, intra-operative size and extension of the cholesteatoma, destruction of ossicles and petrous bone. For comparison healthy squamous epithelium was obtained from the external ear canal of 10 patients during stapes surgery. Results: Ossicular destructions were found in 34 cases. Three patients had mesotympanic cholesteatomas, four patients had mesotympanic and epitympanic involvement. In 37 patients cholesteatomas extended into the mastoid and in four patients the perilabyrinth and the petrous apex were reached. DNA-cytometric examination of matrix showed normal diploid values and no aneuploid cells (DNA-content > 5c) in all patients. The proliferation rates of the matrix were increased in comparison to normal epithelium. Cell adhesion molecules for intercellular bindings were expressed in similar pattern in cholesteatomas and in normal epithelium. Cell adhesion molecules for cell matrix bindings showed new or increased expression in cholesteatomas. No significant correlation between proliferation and clinical findings could be established. Conclusion: The study confirms previous suggestions that the growth of cholesteatomas is not stimulated by the matrix. The increased proliferation of the matrix is a result of the inflammatory process in the cholesteatoma and is correlated to the size of the cholesteatoma. On a cellular or molecular level no correlation between bone destruction through the cholesteatoma and proliferation rate of the cholesteatomas could be established. These findings support suggestions that the perimatrix of the cholesteatomas is the main pathogenetic factor.

Schlüsselwörter:

Cholesteatom - Pathogenese - Zelladhäsionsmoleküle - DNA-Zytometrie - Proliferation

Key words:

Cholesteatoma - Pathogenesis - Cell Adhesion Molecules - DNA-Cytometry - Proliferation

Literatur

• 1 Mann W, Jonas I, Riede U N, Beck C, Lohle E. A contribution to the pathogenesis of cholesteatoma. A histochemical and ultrastructural study.  Arch Otorhinolaryngol. 1981;  230 121-132
• 2 Mann W, Jonas I, Riede U N, Beck C. Cholesteatom, Oto- und Tympanosklerose: Ein gemeinsamer Mechanismus in der Gewebeschädigung.  Laryngol Rhinol Otol. 1981;  60 426-430
• 3 Minotti A M, Kountakis S E, Leighton W R, Cabral F R. Effects of extracellular calcium on cholesteatoma migration and adhesion in vitro.  Otolaryngol Head Neck Surg. 1996;  115 458-463
• 4 Minotti A M, Stiernberg C M, Cabral F. Inhibition of cholesteatoma migration in vitro with all-trans retinoic acid.  Otolaryngol Head Neck Surg. 1996;  114 768-776
• 5 Bujia J, Holly A, Antoli Candela F, Tapia M G, Kastenbauer E. Immunobiological peculiarities of cholesteatoma in children: quantification of epithelial proliferation by MIB1.  Laryngoscope. 1996;  106 865-868
• 6 Marenda S A, Aufdemorte T B. Localization of cytokines in cholesteatoma tissue.  Otolaryngol Head Neck Surg. 1995;  112 359-368
• 7 Bujia J, Kim C, Ostos Aumente P, Lopez Villarejo J, Kastenbauer E. Enhanced epithelial proliferation due to elevated levels of interleukin-1 receptors in middle ear cholesteatomas.  Eur Arch Otorhinolaryngol. 1997;  254 6-8
• 8 Schilling V, Negri B, Bujia J, Schulz P, Kastenbauer E. Possible role of interleukin 1 alpha and interleukin 1 beta in the pathogenesis of cholesteatoma of the middle ear.  Am J Otol. 1992;  13 350-355
• 9 Jacob R, Welkoborsky H J, Mann W J, Höfken F, Dienes H P, Freije J E. Heterogeneity of squamous cell carcinomas of the head and neck - Analysis of tumorbiologic factors and proliferation rates.  Laryngoscope. 1996;  106 1170-1175
• 10 Sudhoff H, Borkowski G, Bujia J, Hildmann H, Fisseler-Eckhoff A. Immunohistochemische Untersuchungen von Mittelohrschleimhautresten im Cholesteatom.  HNO. 1997;  45 630-635
• 11 Vennix P P, Kuijpers W, Peters T A, Tonnaer E L, Ramaekers F C. Keratinocyte differentiation in acquired cholesteatoma and perforated tympanic membranes.  Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 1996;  122 825-832
• 12 Wright C G, Meyerhoff W L. Pathology of otitis media.  Ann Otol Rhinol Laryngol. 1994;  163 24-26
• 13 Lavezzi A, Mantovani M, Cazzulo A, Turconi P, Matturri L. Significance of trisomy 7 related to PCNA index in cholesteatoma.  Am J Otolaryngol. 1998;  19 109-112
• 14 Albino A P, Reed J A, Bogdany J K, Sassoon J, Desloge R B, Parisier S C. Expression of p53 protein in human middle ear cholesteatomas: pathogenetic implications.  Am J Otol. 1998;  19 30-36
• 15 Albino A P, Kimmelman C P, Parisier S C. Cholesteatoma: a molecular and cellular puzzle.  Am J Otol. 1998;  19 7-19
• 16 Desloge R B, Carew J F, Finstad C L, Steiner M G, Sassoon J, Levenson M J, Staiano Coico L, Parisier S C, Albino A P. DNA analysis of human cholesteatomas.  Am J Otol. 1997;  18 155-159
• 17 Tanaka Y, Shiwa M, Kojima H, Miyazaki H, Kamide Y, Moriyama H. A study on epidermal proliferation ability in cholesteatomas.  Laryngoscope. 1998;  108 537-542
• 18 Kojima H, Tanaka Y, Tanaka T, Miyazaki H, Shiwa M, Kamide Y, Moriyama H. Cell Proliferation and Apoptosis in human middle ear cholesteatoma.  Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 1998;  124 261-264
• 19 Rao V V, Schnittger S, Hansmann I. Chromosomal localization of the human proliferating cell nuclear antigen (PCNA) gene to or close to 20p12 by in situ hybridization.  Cytogenet Cell Genet. 1991;  56 169-170
• 20 Taniguchi Y, Katsumata Y, Koido S, Suemizu H, Yoshimura S, Moriuchi T, Okumura K, Kagotani K, Taguchi H, Imanishi T, Gojobori T, Inoko H. Cloning, sequencing, and chromosomal localization of two tandemly arranged human pseudogenes for the proliferating cell nuclear antigen (PCNA).  Mamm Genome. 1996;  7 906-908
• 21 Breitkreutz D, Stark H J, Mirancea N, Tomakidi P, Steinbauer H, Fusenig N E. Integrin and basement membrane normalization in mouse grafts of human keratinocytes-implications for epidermal homeostasis.  Differentiation. 1997;  61 195-209
• 22 Bujia J, Holly A, Kim C, Schilling V, Kastenbauer E. Neue Aspekte zur Pathogense des Cholesteatoms: Die mögliche Rolle einer durch Immunzellen induzierten Keratinozyten-Hyperproliferation.  Laryngo-Rhino-Otol. 1993;  72 279-283
• 23 Bujia J, Sudhoff H, Holly A, Hildmann H, Kastenbauer E. Immunohistochemical detection of proliferating cell nuclear antigen in middle ear cholesteatoma.  Eur Arch Otorhinolaryngol. 1996;  253 21-24
• 24 Hoppe F. Untersuchungen zum Proliferationsverhalten von Cholesteatomen.  HNO. 1995;  43 710-715
• 25 Sudhoff H, Bujia J, Fisseler-Eckhoff A, Holly A, Schulz Flake C, Hildmann H. Expression of a cell-cyle-associated nuclear antigen (MIB1) in cholesteatoma and auditory meatal skin.  Laryngoscope. 1995;  105 1227-1231
• 26 Mayot D, Bene M C, Perrin C, Faure G C. Restricted expression of Ki67 in cholesteatoma epithelium.  Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 1993;  119 656-658
• 27 Hoshino T, Ishizaki H, Iwasaki S, Sakai T. Osteoplastic changes in attic cholesteatoma.  J Laryngol Otol. 1995;  109 703-706
• 28 Schnitzler N, Haase G, Podbielski A, Lutticken R, Schweizer K G. A co-stimulatory signal through ICAM-beta 2 integrin binding potentiates neutrophil phagocytosis.  Nat Med. 1999;  5 231-235
• 29 Bujia J, Holly A, Kim C, Scanady N, Kastenbauer E. Expression of human intercellular adhesion molecules in middle ear cholesteatoma.  Am J Otolaryngol. 1994;  15 271-275
• 30 Dallari S, Cavani A, Bergamini G, Girolomoni G. Integrin expression in middle ear cholesteatoma.  Acta Otolaryngol Stockh. 1994;  114 188-192
• 31 Shinoda H, Huang C C. Localization of intercellular adhesion molecule-1 in middle ear cholesteatoma.  Eur Arch Otorhinolaryngol. 1995;  252 385-390
• 32 Bujia J, Kim C, Holly A, Sudhoff H, Ostos P, Kastenbauer E. Epidermal growth factor receptor (EGF-R) in human middle ear cholesteatoma: an analysis of protein production and gene expression.  Am J Otol. 1996;  17 203-206
• 33 Steinbach E. Pathogenese des Cholesteatoms.  HNO. 1995;  43 1-2
• 34 Schilling V, Holly A, Bujia J, Schulz P. Autokrine Wachstumsfaktoren des Cholesteatomepithels.  Laryngorhinootologie. 1993;  72 319-323