Hyaluronsäure (HA), auch bezeichnet als Hyaluronan, ist eine Komponente der extrazellulären Matrix und in großen Mengen im Binde-, Epithel- und Nervengewebe des Körpers vorhanden. Chemisch ist HA ein anionisches, nicht sulfatiertes Glykosaminoglykan, das Polymerketten mit hohem Molekulargewicht bildet. Physiologisch trägt HA signifikant zur Proliferation und Migration von Zellen bei und erfüllt diverse Funktionen in den verschiedenen Körpergeweben; so wirkt HA z. B. in den Bindegeweben innerhalb und außerhalb der Muskulatur und in der Synovialflüssigkeit als eine Schmierkomponente, und HA unterstützt die Regeneration der Haut. Es gibt verschiedene Erklärungsansätze für den Wirkmechanismus von HA bei der Progression von malignen Tumoren. Bei einigen entzündlichen Erkrankungen und diversen Tumorerkrankungen, darunter Harnblasen-, Prostata-, Brust-, Lungen- und Darmkrebs, sind die HA-Konzentrationen erhöht. [1] Erhöhte HA-Spiegel korrelieren eng mit einem vermehrten Wachstum und der Proliferation und Metastasierung von Tumorzellen, außerdem ist HA an der Angiogenese beteiligt. In Studien wurde nachgewiesen, dass hoch metastatische Tumorzellen mehr HA bilden als niedrig metastatische [2].

Hyaluronidasen sind Enzyme, die den Abbau von Hyaluronsäure katalysieren, sodass deren Viskosität abnimmt und in der Folge die Permeabilität der Gewebemembran steigt. Bei vielen Krebserkrankungen sind die Hyaluronidase-Spiegel erhöht [1]. Fünf menschliche Hyaluronidasen sind bekannt, die Hyaluronidase(Hyal)-1 – Hyal-4 und die Hyal-PH20. Drei dieser Hyaluronidasen bewirken eine messbare HA-Hydrolyse (endolytischer Spaltungsmechanismus); das vierte Enzym wirkt primär auf das Makromolekül Chondroitinsulfat, der Wirkmechanismus des fünften Enzyms ist bislang nicht abschließend geklärt, gegenüber HA ist dieses Enzym jedoch inaktiv.

Hyal-1 ist die vorrangige Tumor-Hyaluronidase. Klinisch kann die Hyal-1-Expression als ein diagnostischer Marker bei der Untersuchung von benignen oder normalgesunden Geweben herangezogen werden, bei Mammakarzinomen ist Hyal-1 prädiktiv für die Tumorinvasivität und Krankheitsprogression [3]. In vitro fördert die Überexpression von Hyal-1 bei Mammakarzinom die Tumorzellen-Motilität und das anheftungsunabhängige Zellwachstum, in vivo wurde eine Stimulation der Angiogenese beobachtet. In zwei humanen Mammakarzinom-Zelllinien (MDA-MB-231 und MCF-7) und in metastatisch veränderten Lymphknoten von Patienten mit Mammakarzinom sind die Hyal-1-Konzentrationen erhöht [4].

Der Einsatz von isozymspezifischen Antikörpern erbrachte den Nachweis für eine Korrelation zwischen der Hyal-2-Expression und der Progression von verschiedenen Krebserkrankungen. In einigen Fällen wurde über Verlust oder Abnahme der Hyal-2-Expression berichtet, z. B. in einer klein angelegten Humanstudie zum Lungenkarzinom [5], oder im Endometriumkarzinom versus normalgesundem Gewebe [6]. Dagegen wurde in prämalignen und malignen Melanomen [7] und in Mammakarzinomproben eine signifikant erhöhte Hyal-2-Expression beobachtet, insbesondere an den Resektionsrändern von invasiven Mammakarzinomen [4, 8]. In Bezug auf Krebserkrankungen wurden die anderen drei Enzyme der menschlichen Hyaluronidasefamilie, Hyal-3, Hyal-4 und Hyal-PH-20 bislang weniger extensiv erforscht.

Der nachweisliche potenzielle klinische Nutzen der Hyaluronidasen besteht in einer verbesserten Aufnahme von extravasierten Arzneimitteln in den Blutkreislauf, wo sie verstoffwechselt werden können. Hyaluronidasen finden in vielen Bereichen Anwendung, so verbessern sie beispielsweise die Aufnahme von subkutan oder intramuskulär injizierten Flüssigkeiten oder die Diffusion von lokal verabreichten Anästhetika. Darüber hinaus werden Hyaluronidasen eingesetzt, um die Wirkstoffaktivität von Krebsmedikamenten durch verbesserte Penetration in den Tumor zu erhöhen. Hierin liegt der primäre klinische Nutzen.

Hyaluronsäure liegt auch in EDTA-Blutproben von Patienten mit Adenokarzinom vor und kann in Verbindung mit dem verwendeten Reagenziensystem Interferenzen verursachen. Die Analysesysteme der Sysmex XN-Serie nutzen verschiedene Messkanäle mit proprietären Reagenzien, um spezifische Zellmerkmale hervorzuheben. Im Messprofil CBC+DIFF werden die Leukozyten sowohl im WNR- als auch im WDF-Kanal gezählt und differenziert. Beide Messkanäle verwenden unterschiedliche Reagenziensets, die ein Lysereagenz und ein Fluoreszenzreagenz beinhalten. Während das Lysereagenz im WNR-Kanal die Zellmembranen aller Leukozyten mit Ausnahme der Basophilen massiv zerstört, perforiert das Lysereagenz im WDF-Kanal die Zellmembranen, während die Zellen selbst jedoch weitestgehend intakt bleiben. Die so entstehenden Abweichungen zwischen den Leukozytenergebnissen aus dem WNR- und dem WDF-Kanal werden von den Analysesystemen der XN-Serie zur Detektion von Interferenzen in den Messkanälen genutzt.

[1] Tan JX et al. (2011) Upregulation of HYAL1 Expression in Breast Cancer Promoted Tumor Cell Proliferation, Migration, Invasion and Angiogenesis. PLoS ONE 6(7): e22836.

[2] McAttee CO et al. (2014) Emerging roles for hyaluronidase in cancer metastasis and therapy. Adv Cancer Res. 2014 ; 123: 1–34.

[3] Poola I et al. (2008) Molecular risk assessment for breast cancer development in patients with ductal hyperplasias. Clin Cancer Res. 14:1274–80.

[4] Tan JX et al. (2011) HYAL1 overexpression is correlated with the malignant behavior of human breast cancer. Int J Cancer. 2011a;128:1303–15.

[5] Li R et al. (2007) Genetic deletions in sputum as diagnostic markers for early detection of stage I non-small cell lung cancer. Clin Cancer Res. 13:482–87.

[6] Nykopp TK et al. (2010) Hyaluronan synthases (HAS1-3) and hyaluronidases (HYAL1-2) in the accumulation of hyaluronan in endometrioid endometrial carcinoma. BMC Cancer. 2010;10:512.

[7] Siiskonen H et al. (2013) Inverse expression of hyaluronidase 2 and hyaluronan synthases 1-3 is associated with reduced hyaluronan content in malignant cutaneous melanoma. BMC Cancer. 2013;13:181.

[8] Udabage L et al. (2005) The over-expression of HAS2, Hyal-2 and CD44 is implicated in the invasiveness of breast cancer. Exp Cell Res. 2005;310:205–17.

[9] Nguyen VTP et al. (2015) Spurious decrease in the WBC count measured by the WNR channel of XN haematology analyser (Sysmex) could be associated with metastatic adenocarcinoma. Int J Lab Hematol. 37(5) e129-e132