Expression of Prostate Specific Membrane Antigen (PSMA) in Breast Cancer.

Background Prostate specific membrane antigen (PSMA) is a promising protein for breast cancer patients. It has not only been detected in prostate cancer but is also expressed by tumor cells and the endothelial cells of tumor vessels in breast cancer patients. PSMA plays a role in tumor progression and tumor angiogenesis. For this reason, a number of diagnostic and therapeutic methods to target PSMA have been developed. Method This paper provides a general structured overview of PSMA and its oncogenic potential, with a special focus on its role in breast cancer. This narrative review is based on a selective literature search carried out in PubMed and the library of Freiburg University Clinical Center. The following key words were used for the search: "PSMA", "PSMA and breast cancer", "PSMA PET/CT", "PSMA tumor progression". Relevant articles were explicitly read through, processed, and summarized. Conclusion PSMA could be a new diagnostic and therapeutic alternative, particularly for triple-negative breast cancer. It appears to be a potential predictive and prognostic marker. The Author(s). This is an open access article published by Thieme under the terms of the Creative Commons Attribution-NonDerivative-NonCommercial License, permitting copying and reproduction so long as the original work is given appropriate credit. Contents may not be used for commecial purposes, or adapted, remixed, transformed or built upon. ( https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ ).

computed tomography

estrogen receptor

folate hydrolase 1

fluorodeoxyglucose

glutamate carboxypeptidase II

hormone receptor

human umbilical vein endothelial cell

not significant

positron emission tomography

progesterone receptor

prostate specific membrane antigen

triple-negative breast cancer

standardized uptake value

vascular endothelial growth factor

Introduction

Prostate specific membrane antigen (PSMA) is a new and significant marker for breast cancer patients. This protein has not just been detected in prostate cancer but is also expressed by breast cancer tumor cells and the endothelial cells of tumor vessels. PSMA plays a role in tumor progression and tumor angiogenesis. This has led to the development of promising diagnostic and therapeutic procedures targeting PSMA.

PSMA could be a new theranostic alternative in triple-negative breast cancer. This article provides an overview of the current data on PSMA in breast cancer and the currently available diagnostic and therapeutic PSMA-targeting options.

General Information on PSMA

Prostate specific membrane antigen (PSMA) is a type II transmembrane protein also known as glutamate carboxypeptidase II (GCPII), folate hydrolase I (FOLH1) or N-acetyl-L-aspartyl-L-glutamate peptidase I (NAALADase I) 1 . PSMA has a three-part structure which consists of 19 intracellular, 24 transmembrane and 707 extracellular amino acids 2 . The PSMA gene is located on the short arm of chromosome 11 3 . It was first localized in a LNCaP cell line 4 . The LNCaP cell line was originally established using a metastatic lymph node from a patient with metastatic prostate cancer 4 .

PSMA performs different enzymatic activities. As a folate hydrolase it breaks down polyglutamate folate chains 5 . In the central nervous system, it corresponds to NALAADase I 6 . This catabolizes external N-acetyl-L-aspartyl-L-glutamate (NAAG) into N-acetyl-aspartate (NAA) and glutamate 7 . Inhibition of NALAADase reduces the amount of intracerebrally available glutamate, which has been shown to have a neuroprotective effect in preclinical models, for example in neuropathic pain or stroke 8 .

PSMA is expressed in both benign and malignant prostate tissue 8 . In prostate cancer, elevated PSMA expression is associated with negative prognostic factors such as a higher tumor stage, a higher Gleason score and higher hormone refractoriness of the tumor 9 ,  10 . But it is also expressed by other organs such as the kidneys, bladder or salivary glands 11 ,  12 ,  13 . PSMA is also found in different tumor entities on tumor cells, such as kidney, bladder and ovarian cancers, and in tumor-specific vessels and tumor neovasculature, such as non-small cell lung cancer 11 ,  14 .

Current Data on PSMA Expression in Breast Cancer

Healthy glandular breast tissue appears to express PSMA on its epithelial cells but not on its vascular endothelium 11 ,  15 ,  16 . An overview of the current data is shown in Table 1 .

Table 1  The expression of prostate-specific membrane antigen in breast cancer and healthy glandular breast tissue – detected with immunohistochemistry.

Author, year of publication [reference]	n	Metastases (n)	PSMA expression in vesselsn (%)	PSMA expression in tumor cellsn (%)	PSMA expression in healthy glandular breast tissuen (%)	PSMAs expression in relation to grading	PSMA expression in relation to hormone receptor status	PSMA expression in relation to histology	Overall survival in relation to PSMA expression
ER: estrogen receptor; PR: progesterone receptor; HR: hormone receptor; TNBC: triple-negative breast cancer; n. s.: not significant
Tolkach, 2018 17	315	–	189 (60)	10 (3)	–	p = 0.002	HR negative: p = 1.9 × 10E-6TNBC: p = 0.006	p = 0.01	n. s.
Kasoha, 2017 16	72	10	31 (46)	50 (72)	26 (67)	p = 0.004	n. s.	p = 0.026	n. s.
Wernicke, 2014 18	92	14	68 (74)	None	0	p < 0.0001	ER negative: p < 0.0001PR negative: p = 0.03	n. s.	p = 0.05
Kinoshita, 2006 11	5	–	–	1 (20)	6 (100)	–	–	–	–
Ross, 2004 19	10	–	7 (70)	–	–	–	–	–	–
Chang, 1999 15	6	–	5 (83)	0	8 (100)	–	–	–	–

The current data on PSMA expression in breast cancer tumor cells is inconsistent. Only tumor neovasculature appears to express PSMA relatively constantly. PSMA expression does not just occur in the tumor cells of the primary tumor but also in distant metastases. This means that PSMA could be suitable target structure for antiangiogenic therapies.

Several studies have already investigated the expression of PSMA in breast cancer. Three of these studies are of particular interest: the studies by Kasoha et al., Tolkach et al. and Wernicke et al. 16 ,  17 ,  18 . These studies investigated PSMA expression in the tumors of 72, 315 and 92 breast cancer patients, respectively.

Tolkach et al. only reported PSMA expression in tumor cells in 10 (3%) out of 315 investigated samples. However, tumor vessels in 60% (n = 189) of these cases were PSMA-positive 17 . Immunohistochemical examination detected cytoplasmic PSMA staining. Wernicke et al. found PSMA-positive vessels in 90 out of 92 investigated breast cancer patients. In the two remaining cases, the healthy breast tissue vasculature was also positive for PSMA. But no PSMA expression was detected in healthy glandular breast tissue or the tumor cells 18 . In the study by Kasoha et al., tumor cells were positive for PSMA in 72% of cases (50/70) and tumor-associated neovasculature was positive for PSMA in 46% (31/68) of cases. Figs. 1 to 3 show examples of the immunohistochemical detection of PSMA expression in tumor cells and tumor neovasculature.

Fig. 1

 Immunohistochemical staining of a primary tumor specimen with a PSMA antibody (20-fold magnification) – PSMA detected in tumor vessels.

Fig. 3

 Immunohistochemical staining of a brain metastasis with a PSMA antibody (20-fold magnification) – PSMA detected.

Immunohistochemical staining of a lymph node metastasis with a PSMA antibody (20-fold magnification) – PSMA expression detected in tumor vessels.

Other studies have also examined PSMA expression in breast cancer. Chang et al. used five different PSMA antibodies and found that PSMA was expressed both in the membrane and intracytoplasmically in the tumor neovasculature of five of the six investigated cases. Four of these cases were invasive ductal breast cancers 15 . The tumor cells in this study were PSMA-negative. All eight stained healthy breast tissue specimens, however, showed PSMA expression on the epithelium. The vasculature in the healthy tissue was PSMA-negative 15 . In another study by Kinoshita et al., the staining reaction to the PSMA antibody in the six investigated cases with normal glandular breast tissue was moderate. One of the five specimens of invasive ductal breast cancers showed weak PSMA immunoreactivity 11 . Ross et al. detected PSMA expression in the neovasculature of invasive ductal breast cancers in seven of 10 cases 19 . All of the eight phyllodes tumors of the breast investigated by Mhawech-Fauceglia et al. were PSMA-negative 20 .

PSMA is not just expressed by primary tumors but also by distant metastases 16 ,  18 ,  21 . Kasoha et al. investigated 12 distant metastases (bone and brain metastases); when they compared the primary tumors with the distant metastases, they found a significantly increased PSMA expression in the tumor-associated neovasculature of brain metastases (p = 0.049). But this elevated PSMA expression was not detected in tumor cells 16 . Wernicke et al. investigated 14 brain metastases using immunohistochemical staining; in all cases, PSMA was expressed in the tumor-associated neovasculature. In the 10 paired cases, the PSMA expression in metastases was identical to the PSMA expression in the corresponding primary tumor. Nomura et al. found that PSMA expression in tumor-associated neovasculature was three times higher compared to healthy brain tissue in five investigated brain metastases (p = 0.007). However, the extent of PSMA expression in the metastases and the primary tumor differed in the four paired cases: PSMA expression was lower in the brain metastases of three of the patients compared to PSMA expression in breast tumors in the same patients.

A comparison of PSMA expression with prognostic and predictive factors for breast cancer showed that increased expression was significantly associated with a higher tumor grade 16 ,  17 ,  18 . Wernicke et al. found PSMA expression was significantly higher depending on tumor size 18 , and Tolkach et al. reported significantly increased PSMA expression in invasive ductal breast cancer (compared to invasive lobular breast cancer) and was also associated with higher T, N or UICC stages 17 . Kasoha et al. confirmed this finding with regard to histology, with invasive ductal breast cancers expressing higher levels of PSMA than breast cancers with a different histology 16 . However, Wernicke et al. were unable to find any association between histology and PSMA status 18 .

Tolkach et al. detected a higher expression of PSMA in tumor-associated microvessels, particularly in tumors that were not hormone receptor-positive or HER2/neu-positive or were triple-negative (p = 1.9e-06 and p = 0.006). PSMA expression in triple-negative cancers was 4.5 times higher than in other tumors. The study by Tolkach et al. investigated tissue samples from 47 (14.9%) hormone receptor-negative and 33 (10.5%) triple-negative tumors 17 . Wernicke et al. also found a higher number of PSMA-positive vessels in estrogen receptor-negative (p < 0.0001) and progesterone receptor-negative (p = 0.03) tumors. They investigated 12 (11%) tissue samples from estrogen receptor-negative tumors and 24 specimens (24%) from progesterone receptor-negative tumors 18 . However, Kasoha et al. were unable to establish a significant association between hormone receptor status and simultaneous expression of PSMA in tumor cells and tumor-associated neovasculature 16 .

As regards patient survival, only Wernicke et al. reported a lower 10-year survival rate in cases with elevated PSMA expression 18 .

The different staining results could be explained by the different methods used for staining and by the different evaluation methods used, which included different primary antibodies to bind several epitopes of PSMA, differences in the dilution of the primary antibody, and different antigen-retrieval methods. There were also significant differences in the ways studies quantified PSMA-positive vessels.

In summary, it appears that increased PSMA expression is associated with higher tumor grades and higher UICC stages. Particularly triple-negative and invasive ductal breast cancer have been found to express PSMA in the endothelium of tumor-associated vasculature. PSMA expression in tumor-associated vasculature is lower in invasive lobular breast cancer or breast cancers with a different histology. In one patient population, an association was detected between PSMA expression in endothelial vascular cells and poorer overall survival 18 .

The Role of PSMA in Tumor Progression

The precise function of PSMA has still not been fully elucidated. It is a protein that appears to contribute to tumor progression in a number of ways. Several hypotheses have been proposed:

PSMA contributes to tumor progression due to its function as a folate hydrolase

PSMA does not just function as a folate hydrolase in the small intestine but also in prostate cancer cells 22 . Yao et al. have already demonstrated that prostate cancer cells which expressed PSMA in vitro and in animal experiments have a greater invasive potential 23 . They were also able to show that PSMA enables the uptake of monoglutamate folate after hydrolysis of polyglutamate chains. It appears that PSMA does not just breakdown polyglutamate folate chains in the luminal cells of the small intestine but also in prostate cancer cells. This function may be responsible for the increased invasiveness and poorer prognosis of PSMA-expressing prostate cancers, as this increases cell folate uptake, an essential component in nucleic acid synthesis 23 ,  24 .

In contrast, Gordon et al. suggested that PSMA-induced folate uptake is essential for the regeneration of endothelial nitric oxide synthase (eNOS), which, in turn, is indispensable for angiogenesis. The enzymatic function of PSMA as a folate hydrolase may therefore not just lead to an increase in local folate levels but also encourage eNOS regeneration through the increase in available folate. PSMA may support the angiogenesis of new blood vessels through this signaling pathway 25 .

PSMA contributes to carcinogenesis

Bradbury et al. were able to show in an in-vitro model that breast cancer cell lines in which the PSMA gene was downregulated had a lower cell proliferation, cell adhesion, and cell migration capacity 26 . The proposed explanation for this was that inactivation of the MDM2 gene leads to a reduction in PSMA expression and vice versa 26 . MDM2 is responsible, among other things, for the malignant degeneration of cells by inhibiting the p53 tumor suppressor protein 27 . This means that lower PSMA expression could be associated with lower MDM2 expression.

Caromile et al. formulated the hypothesis that PSMA may interrupt signaling between β1 integrin and IGF-1R through its association with RACK1, which could lead to an increased proliferation of tumor cells 28 .

PSMA leads to neoangiogenesis in tumors

The study group of Liu et al. developed an in-vitro model to show that the tumor microenvironment initiates vascular PSMA expression. Human umbilical vein endothelial cells (HUVEC[s]) were incubated either in media containing vascular endothelial growth factor (VEGF) or in tumor-conditioned media (TCM) from different tumor cell lines. HUVECs formed tube-like vesicles in the TCM of estrogen receptor-negative cell lines. These vesicles were PSMA-positive. The vesicles formed in the media containing estrogen receptor-positive cell lines were incomplete. It appears that estrogen receptor-negative cell lines secrete factors which promote PSMA expression and tumor angiogenesis 29 . These results were also confirmed by Nguyen et al. in cell lines from other tumor entities 30 .

Another study was able to show that PSMA modulates the laminin-specific β1 integrin function. PSMA is responsible for the initial ligand binding of β1 integrin and participates in a regulatory loop involving β1 integrin and PAK1, which in turn supports cell invasion in angiogenesis 31 .

PSMA in triple-negative breast cancer

PSMA appears to be playing a particularly interesting role in triple-negative breast cancers. Wernicke et al. and Tolkach et al. have already reported increased PSMA expression in these cancers 17 ,  18 .

Morgenroth et al. also investigated this topic. They not only confirmed PSMA expression in a triple-negative breast cancer cell line but also found an increased angiogenic potential. To do this, HUVECs were incubated in tumor-conditioned media from an estrogen receptor-positive breast cancer cell line (MCF-7) and from a triple-negative breast cancer cell line (MDA-MB231) and the formation of tube-like structures was observed. It was found that the HUVECs which were exposed to the TCM of MDA-MB231 cell lines developed tube-like formations. Moreover, the endothelial cells were found to be positive for PSMA on flow cytometry. It appears that exposure of HUVECs to TCM from the triple-negative cell line induced PSMA expression. On imaging ( 68 Ga positron-emission tomography [PET/CT]), PSMA expression was only detected in the triple-negative cell line from xenografts of these murine cell lines. The authors not only characterized the PSMA expression of HUVECs but also carried out PSMA-targeted radioligand therapy (using 177 Lu-PSMA-617) in the tubular endothelial structures. They were able to show that the antiangiogenic potential of this therapy was higher in the tube-like formations which had been conditioned in TCM from triple-negative tumors (the apoptosis rate was 48.15% compared to 15% in those exposed to TCM from MCF-7). Morgenroth et al. proposed an interesting hypothesis, whereby PSMA expression in triple-negative breast cancer may contribute to this cancerʼs increased resistance to therapy. Triple-negative breast cancer can increase the amount of intracellular glutathione which acts as an antioxidant against oxygen radicals. Glutathione is a tripeptide of glycine, cysteine and glutamate. The NALAADase activity of PSMA releases glutamate. This can then be used by the cells of triple-negative breast cancers to form glutathione, making it more resistant to oxidative stress 32 . In the above-mentioned study, Liu et al. also observed the formation of (PSMA-positive) vasculature in the estrogen receptor-negative cell line but not in the estrogen receptor-positive cell line 33 .

In conclusion, PSMA contributes to tumor progression and neoangiogenesis in many ways. It appears to play a particularly important role in triple-negative breast cancer.

This makes PSMA a promising protein which could serve as a new target structure for the diagnosis and/or therapy of triple-negative breast cancers.

PSMA in the Diagnosis and Treatment of Breast Cancer

The standard immunohistochemical diagnosis of breast cancer includes, among other things, determining the receptor expression of estrogen, progesterone and HER2/neu receptors 34 . In the metastatic setting, the receptors on the metastasis may differ from those of the primary tumor, a change that is known as a receptor switch 35 . HER2/neu-targeted therapy could be reserved for such patient populations, and new molecules such as the Affibody ® have been developed for this purpose. Targeted binding of this molecule to her2/neu followed by PET/CT imaging is a non-invasive method to determine patientsʼ HER2/neu status (which does not require a biopsy of the metastasis) 36 .

Two important insights can be concluded from this: firstly, carrying out PET/CT to evaluate patientsʼ response to targeted therapy for breast cancer is the way forward; secondly, it is important to precisely determine the expression of a protein in breast cancer metastases. The data on PSMA expression in breast cancer metastases is not sufficient to confidently conclude that histopathological determination of PSMA in the primary tumor means that it is expressed in the corresponding metastases. A further characterization of PSMA expression in breast cancer metastases based on both immunohistochemistry and imaging is therefore necessary.

To date, PSMA-PET/CT has only been used in a few patients with breast cancer. Overall, however, the results have been promising 37 . Table 2 provides an overview of the currently available data.

Table 2  Detection of prostate-specific membrane antigen in breast cancer using PET/CT.

Author, year of publication [reference]	N	PSMA expression detetected	Population	Confirmation
PR: progesterone receptor
Passah, 2018 38	1	present	33-year-old patient with metastatic TNBC	18 F-FDG-PET/CT
Sathekge, 2015 39	1	present	33-year-old patient with metastatic breast cancer	clinical, 18 F-FDG-PET/CT
Sathekge, 2017 40	19	overall detection rate: 84%	patients with both PR-positive and PR-negative breast cancer (primary or recurrent or metastatic disease)	clinical, histology, 18 F-FDG-PET/CT (n = 7)
Kasoha, 2017 16	1	1	79-year-old patient with breast cancer and bone metastasis	clinical, histology
Medina-Ornelas, 2020 41	21	76%	patients with primary metastatic disease who did not have prior therapy and had different hormone receptor and HER2/neu receptor statuses	18 F-FDG-PET/CT

Passah et al. carried out PSMA ligand PET/CT in a 33-year-old patient with triple-negative breast cancer and detected liver metastases and a thoracic wall recurrence after surgical therapy, radiotherapy and chemotherapy. The findings were confirmed by imaging using [ 18 F] fluorodeoxyglucose-(FDG-) PET/CT 38 .

Based on the case report of Passah et al., this diagnostic workup was repeated in 2017 in a larger patient population (n = 19). The results of the study were very promising. Using PSMA ligand PET/CT, Sathekge et al. were able to detect PSMA positivity in 84% (n = 81) of previously identified tumor lesions. Seven patients had previously been examined using FDG PET/CT. Overall, 13 primary tumors and/or local recurrences as well as 15 lesions (affected lymph nodes) and 53 metastatic lesions were identified with PSMA PET/CT. The tracer uptake in distant metastases was significantly higher compared to the respective primary tumor. As regards hormone receptor expression, the study only investigated patients for progesterone receptor status. A total of six patients had progesterone receptor-positive and seven patients had progesterone receptor-negative breast cancer. The receptor status of six patients was unknown. PSMA-specific imaging was able to identify 31 positive lesions in both the progesterone receptor-positive and the progesterone receptor-negative groups. No significant differences were found with regard to the mean standardized uptake value (SUV). A comparison of PSMA PET/CT with FDG-PET/CT showed a discrepancy of seven lesions (six lesions were PSMA-negative, one lesion which was found on PSMA PET/CT imaging was not visible with FDG PET/CT). Moreover, a significant association between the SUVs of both types of examination was found (p = 0.015) 39 ,  40 .

Kasoha et al. also carried out PSMA ligand PET/CT in a patient with known PSMA-positive bone metastases of breast cancer. The bone metastases were PSMA-positive on PSMA-specific imaging 16 .

In 2020, Medina-Ornelas et al. published their results in a study comparing FDG PET/CTs and PSMA ligand PET/CTs in patients with primary metastatic breast cancer who had not undergone prior therapy. Examinations were carried out in 21 patients. Four of them had luminal A tumors, four had luminal B and HER2/neu-positive tumors, two had luminal B and HER2/neu-negative tumors, six had non-luminal HER2-positive tumors and five had triple-negative cancer. The detection rates of FDG PET/CT and PSMA ligand were compared. Overall, the detection rate using PSMA-specific imaging was lower than with FDG PET/CT in all patients. In patients with triple-negative or HER2-positive breast cancer, every lesion visible on FDG PET/CT was also positive on PSMA imaging. This was also the case for bone metastases, irrespective of their histology. In summary, in-vivo PSMA positivity was detected in 76% of cases, with a sensitivity of 84% and a specificity of 91.8% 41 .

Detection of metastasis using imaging is not just very important for diagnostic reasons. The images obtained can also provide value information about patientsʼ potential response to PSMA-targeted therapy. Patients with PSMA-positive lesions on imaging could benefit from PSMA-targeted therapy.

The conclusion drawn from these studies is that imaging to detect PSMA expression must be carried out prior to starting PSMA-targeted therapy. Primary tumors can be evaluated with immunohistochemistry. However, when attempting to detect PSMA expression in metastases, in many cases no tissue is available for analysis. The current results of studies which compared the expression of PSMA in primary tumors and their corresponding metastases show that it is not possible to infer that the PSMA status of the primary tumor is an indication of the potential PSMA expression in distant metastases. The detection of PSMA positivity in a primary tumor or metastasis using PSMA PET/CT could plug this diagnostic gap. Using PSMA PET/CT would also avoid the side effects of biopsies undertaken for histological assessment of a lesion, such as injection canal metastasis, infection, or hematoma. This type of imaging could also be used for therapeutic monitoring.

Other Alternatives to PSMA Diagnosis

The PSMA status of a breast cancer lesion can also be evaluated based on an analysis of circulating tumor cells (CTCs). Out of a total of 41 patients with triple-negative breast cancer, PSMA expression in CTCs were identified in 15% (6/41) of cases. Patients with PSMA-positive CTCs before undergoing chemotherapy were less likely to achieve pathological complete remission after chemotherapy. Recurrence occurred earlier if PSMA expression was detected (p = 0.0039) and overall survival rates were lower (p = 0.0059) 42 . Evaluation of the PSMA status of CTCs could help to predict the response to PSMA-targeted therapy in triple-negative breast cancer. The analysis of circulating tumor cells is a minimally invasive method which could offer an alternative to biopsies of metastases. As regards her2 status, predicting her2 overexpression in metastases based on the analysis of CTCs appears to be possible 43 . Overall, the expression patterns of CTCs were found to be more similar to those of metastases than to those of the primary tumors 43 ,  44 ,  45 . CTCs could therefore be a good alternative method for a non-invasive evaluation of PSMA expression in metastatic breast cancer. The PSMA status of metastases could also be evaluated. This approach could offer an alternative to PET/CT if it becomes possible to achieve a similarly high quality of imaging. However, no studies on this have yet been carried out. This would be interesting, not just from a diagnostic point of view, as it could also provide valuable information about the potential response to PSMA-targeted therapy.

PSMA-targeted Therapies

PSMA ligands are internalized after binding 28 , making this protein a suitable target structure for treatment with radionuclides.

The benefits of PSMA-targeted radioligand therapy for prostate cancer have already been demonstrated 46 ,  47 . In a study by Yadav et al., 90 patients with metastatic castration-resistant prostate cancer were treated with PSMA radioligand therapy. PSA levels decreased in 56 (62.2%) patients. 19 (27.5%) patients had partial remission, 30 (43.5%) patients had stable disease, and 20 (29%) experienced disease progression.

Prostate cancer examinations have shown that even after prior radioligand therapy, repeating this therapy can still elicit a response in cases of progression after an initial response to therapy 48 .

One limitation of PSMA-targeted radioligand therapy is the impact of heterogeneous PSMA expression, which can lead to reduced uptake of the ligand, thereby reducing the efficacy of treatment 49 . PSMA radioligand therapy is therefore no longer used in cases with heterogeneous PSMA expression. As PET/CT should be carried out before administering therapy, the nuclear medicine decision on whether or not to administer radioligand therapy can be taken before the start of therapy.

PSMA radioligand therapy has few or moderate side effects. Xerostomia and anemia are the most clinically relevant side effects. Other potential side effects include leukocytopenia and thrombocytopenia as well as elevated liver function tests and an increase in renal retention parameters such as fatigue, nausea, vomiting or diarrhea 46 ,  47 ,  48 . However, PSMA radioligand therapy is generally tolerated well. Grade 3 and 4 toxicities are very rare 48 .

PSMA-targeted radioligand therapy is not the only therapy currently attracting a lot of interest. Other therapeutic approaches which make use of the enzyme functions of the protein have already been developed.

The folate HBPE(CT20p) was developed for this therapeutic approach. The assumption underpinning the development of this nanocarrier is that the folate hydrolase PSMA does not just convert folate polyglutamates, it also enables folate uptake by malignant cells. This was confirmed by the study of Flores et al. They were not just able to show that folate-conjugated therapeutics are selectively taken up by PSMA-positive cells but also that they induce considerable changes in cell morphology 50 . This method could be particularly important for breast cancer patients. The therapeutic peptide used (CT20p) leads to morphological changes of the cytoskeleton, impairs mitochondrial movement and actin polymerization. It has already been investigated in breast cancer models and was found to reduce cancer cell invasiveness 50 .

Radio-guided surgery is a new therapeutic approach currently being developed further to treat prostate cancer. Up to now, it was used as salvage surgery to treat patients who still have PSMA-positive lesions on 68 Ga PSMA PET/CT imaging after radical prostatectomy. It uses a radioactive substance which specifically binds to PSMA. The studies carried out to date have shown promising results, with accurate resection of PSMA-positive lesions already detected with PET/CT and complete biochemical response achieved in 66% of patients treated who received this treatment 51 . A postoperative comparison between activity measured with a gamma probe and histopathological results showed that metastasis was correctly identified in most cases 52 .

This therapeutic approach is particularly interesting for patients with prostate cancer, as affected lymph nodes may also be present outside the standard resection area of extended pelvic lymphadenectomy. In addition, lymphatic flow may change after primary (surgical) therapy, with metastases developing in unusual locations 51 . Whether this method can be used to treat breast cancer patients is still not clear.

Some case reports have also described the use of PSMA-targeted therapy in patients with breast cancer. Tolkach et al., for example, used PSMA radioligand therapy to treat a 38-year-old patient with triple-negative breast cancer. The treatment was well tolerated but progression recurred after four weeks. The patient did not receive further therapy cycles because of renewed progression 17 . Von Hoff et al. tested docetaxel-encapsulated nanoparticle BIND-014 therapy where docetaxel-encapsulated nanoparticles target PSMA in a cohort which included a patient with breast cancer. The 39-year-old patient showed a partial response to this therapy 53 .

Conclusion

In summary, PSMA is a promising protein, which is not just expressed in the primary tumor but also in the distant metastases of breast cancer. Its expression appears to be limited to tumor-associated neovasculature. PSMA contributes to tumor progression and neoangiogenesis on many levels. This is particularly the case in triple-negative breast cancer. PSMA-specific diagnosis and therapy is already well established for prostate cancer. Although only a few cases have investigated the benefit of this approach to treat breast cancer patients, the results have been promising. Continued research in this area could establish a new alternative for diagnosis and treatment, particularly for patients with triple-negative breast cancer.

Computertomografie

Östrogenrezeptor

Folathydrolase 1

Fluordeoxyglucose

Glutamatcarboxypeptidase II

Hormonrezeptor

Human umbilical Vein endothelial Cell

nicht signifikant

Positronenemissionstomografie

Progesteronrezeptor

prostataspezifisches Membranantigen

Triple negative Breast Cancer

Standardized Uptake Value

Vascular endothelial Growth Factor

Einleitung

Das prostataspezifische Membranantigen (PSMA) ist für Mammakarzinompatientinnen ein bedeutsamer, neuer Marker. Dieses Protein wurde nicht nur beim Prostatakarzinom nachgewiesen, sondern wird auch von den Tumorzellen und den Endothelzellen der Tumorgefäße des Mammakarzinoms exprimiert. Das PSMA spielt eine Rolle bei der Tumorprogression und Neubildung von Tumorgefäßen. Aus diesem Grund wurden schon PSMA-gerichtete diagnostische und therapeutische Verfahren entwickelt, welche vielversprechend zu sein scheinen.

Das PSMA könnte beim triple-negativen Mammakarzinom als Theranostik eine neue Alternative darstellen. Dieses Review stellt eine Übersicht über die bisherige Datenlage des PSMAs beim Mammakarzinom zusammen sowie über die bis dato verfügbaren diagnostischen und therapeutischen Möglichkeiten, die PSMA-gerichtet sind.

Allgemeines zum PSMA

Das prostataspezifische Membranantigen (PSMA) ist ein Typ-II transmembranöses Protein, welches auch Glutamatcarboxypeptidase II (GCPII), Folathydrolase I (FOLH1) oder N-acetyl-L-aspartyl-L-glutamat-Peptidase I (NAALADase I) genannt wird 1 . Das PSMA kann in 3 Abschnitte unterteilt werden: 19 intrazelluläre, 24 transmembranöse und 707 extrazelluläre Aminosäuren 2 . Das PSMA-Gen befindet sich auf dem kurzen Arm des Chromosoms 11 3 . Es wurde erstmals auf der LNCaP-Zelllinie lokalisiert 4 . Die LNCaP-Zelllinie wurde ursprünglich aus einem tumorbefallenen Lymphknoten eines Patienten, der an einem metastasierten Prostatakarzinom erkrankt war, isoliert 4 .

Das PSMA hat unterschiedliche enzymatische Aktivitäten. Als Folathydrolase spaltet es Polyglutamatketten von Folsäure ab 5 . Im zentralen Nervensystem entspricht es der NALAADase I 6 . Diese katabolisiert extrazelluläres N-acetyl-L-aspartyl-L-Glutamat (NAAG) in N-acetyl-Aspartat (NAA) und Glutamat 7 . Wenn man die NALAADase inhibiert, kann die Menge an intrazerebral vorhandenem Glutamat reduziert werden, und so auch, in präklinischen Modellen, beispielsweise bei neuropathischen Schmerzen oder einem Schlaganfall neuroprotektiv wirken 8 .

Das PSMA wird von gesundem und bösartigem Prostatagewebe exprimiert 8 . Beim Prostatakarzinom ist eine erhöhte PSMA-Expression mit negativen Prognosefaktoren, wie beispielsweise einem höheren Tumorstadium, einem höheren Gleason Score oder der Hormonrefraktärität des Tumors assoziiert 9 ,  10 . Es wird jedoch auch von weiteren Organen exprimiert, wie beispielsweise der Niere, Blase oder den Speicheldrüsen 11 ,  12 ,  13 . Das PSMA ist bei verschiedenen Tumorentitäten auf den Tumorzellen, wie beispielsweise dem Nieren-, Blasen-, oder Ovarialkarzinom und den tumorspezifischen Gefäßen, der Tumorneovaskulatur, wie beispielsweise bei dem nicht kleinzelligen Lungenkarzinom, aufzufinden 11 ,  14 .

Bisherige Datenlage zur PSMA-Expression beim Mammakarzinom

Das gesunde Brustdrüsengewebe scheint das PSMA auf den Epithelzellen, jedoch nicht auf dem Endothel der Gefäße zu exprimieren 11 ,  15 ,  16 . Eine Übersicht über die bisherige Datenlage wurde in Tab. 1 aufgelistet.

Tab. 1  Die Expression des prostataspezifischen Membranantigens beim Mammakarzinom und gesunden Brustdrüsengewebe – immunhistochemischer Nachweis.

Autor, Jahr der Publikation [Referenz]	n	Metastasen (n)	vorhandene PSMA-Expression in den Gefäßenn (%)	vorhandene PSMA-Expression in den Tumorzellenn (%)	vorhandene PSMA-Expression im gesunden Brustdrüsengeweben (%)	PSMA-Expression in Abhängigkeit vom Grading	PSMA-Expression in Abhängigkeit vom Hormonrezeptorstatus	PSMA-Expression in Abhängigkeit der Histologie	allgemeines Überleben in Abhängigkeit von der PSMA-Expression
ER: Östrogenrezeptor; PR: Progesteronrezeptor; HR: Hormonrezeptor; TNBC: Triple negative Breast Cancer (triple-negatives Mammakarzinom); n. s.: nicht signifikant
Tolkach, 2018 17	315	–	189 (60)	10 (3)	–	p = 0,002	HR negativ: p = 1,9 × 10E-6TNBC: p = 0,006	p = 0,01	n. s.
Kasoha, 2017 16	72	10	31 (46)	50 (72)	26 (67)	p = 0,004	n. s.	p = 0,026	n. s.
Wernicke, 2014 18	92	14	68 (74)	keine	0	p < 0,0001	ER negativ: p < 0,0001PR negativ: p = 0,03	n. s.	p = 0,05
Kinoshita, 2006 11	5	–	–	1 (20)	6 (100)	–	–	–	–
Ross, 2004 19	10	–	7 (70)	–	–	–	–	–	–
Chang, 1999 15	6	–	5 (83)	0	8 (100)	–	–	–	–

Die bisherige Datenlage ist hinsichtlich einer vorhandenen Expression auf den Tumorzellen des Mammakarzinoms uneinheitlich. Die Tumorneovaskulatur scheint jedoch das PSMA relativ konstant zu exprimieren. Diese Expression ist nicht nur auf den Tumorzellen der Primärtumoren vorhanden, sondern auch bei den Fernmetastasen. Somit könnte das PSMA eine geeignete Zielstruktur für eine antiangiogenetische Therapie sein.

Die Expression des PSMAs beim Mammakarzinom ist bereits in mehreren Studien untersucht worden. Hierbei sind 3 Studien von besonderem Interesse: die Studien von Kasoha et al., Tolkach et al. und Wernicke et al. 16 ,  17 ,  18 . Diese haben bei jeweils 72, 315 und 92 Mammakarzinompatientinnen die PSMA-Expression des Tumors charakterisiert.

Tolkach et al. fanden bei den 315 untersuchten Proben nur in 10 Fällen (3%) eine PSMA-Expression auf den Tumorzellen. 60% dieser Fälle (n = 189) zeigten jedoch eine PSMA-Positivität der Tumorgefäße 17 . Die immunhistochemischen Untersuchungen dieser Studie konnten eine zytoplasmatische PSMA-Färbung nachweisen. Wernicke et al. stellten PSMA-positive Gefäße bei 90 der 92 untersuchten Mammakarzinompatientinnen fest. In den 2 übrigen Fällen waren ebenfalls die Gefäße des gesunden Brustdrüsengewebes PSMA-positiv. Diese Arbeitsgruppe konnte jedoch keine PSMA-Expression auf gesundem Brustdrüsengewebe oder auf den Tumorzellen nachweisen 18 . Bei Kasoha et al. waren bei 72% (50/70) der Fälle die Tumorzellen positiv und in 46% (31/68) die Tumorneovaskulatur. Beispiele über den immunhistochemischen Nachweis einer PSMA-Expression in den Tumorzellen sowie in der Tumorneovaskulatur sind in den Abb. 1 bis 3 dargestellt.

Abb. 1

 Immunhistochemische Färbung eines Primärtumorpräparats mit dem PSMA-Antikörper in 20-facher Vergrößerung – Nachweis des PSMAs in den Tumorgefäßen.

Abb. 3

 Immunhistochemische Färbung einer Gehirnmetastase mit dem PSMA-Antikörper in 20-facher Vergrößerung – Nachweis des PSMA.

Immunhistochemische Färbung einer Lymphknotenmetastase mit dem PSMA-Antikörper in 20-facher Vergrößerung – Nachweis einer PSMA-Expression in den Tumorgefäßen.

Weitere Studien haben sich ebenfalls mit der PSMA-Expression von Mammakarzinomen befasst. Chang et al. verwendeten 5 unterschiedliche PSMA-Antikörper und fanden heraus, dass das PSMA sowohl membranständig als auch intrazytoplasmatisch bei der Tumorneovaskulatur von 5 der 6 untersuchten Fälle exprimiert wurde. Bei 4 dieser Fälle handelte es sich um invasiv duktale Mammakarzinome 15 . Die Tumorzellen waren in dieser Studie PSMA-negativ. Alle 8 gefärbten Präparate mit gesundem Brustdrüsengewebe hingegen hatten eine PSMA-Expression auf dem Epithel. Die Gefäße waren im gesunden Gewebe alle PSMA-negativ 15 . In einer anderen Studie von Kinoshita et al. war in den 6 untersuchten Fällen normalen Brustdrüsengewebes die Farbreaktion auf den PSMA-Antikörper moderat. Eines der 5 gefärbten invasiv duktalen Mammakarzinome zeigte eine schwache PSMA-Immunoreaktivität 11 . Ross et al. stellten in 7 von 10 Fällen eine PSMA-Expression auf der Tumorneovaskulatur von invasiv duktalen Mammakarzinomata fest 19 . Zudem waren die 8 von Mhawech-Fauceglia et al. untersuchten Phylloidestumoren der Brust allesamt PSMA-negativ 20 .

Nicht nur die Primärtumoren exprimieren das PSMA, sondern auch die Fernmetastasen 16 ,  18 ,  21 . Kasoha et al. testeten 12 Fernmetastasen (Knochen- und Gehirnmetastasen) und konnten beim Vergleich zwischen dem Primärtumor und der Fernmetastase eine signifikant erhöhte PSMA-Expression auf der Tumorneovaskulatur letzterer feststellen (p = 0,049). Dies konnte hinsichtlich der PSMA-Expression auf den Tumorzellen jedoch nicht nachgewiesen werden 16 . Bei den 14 von Wernicke et al. immunhistochemisch gefärbten Gehirnmetastasen wurde in allen Fällen das PSMA auf der Tumorneovaskulatur exprimiert. Die Expression in der Metastase war in den 10 gepaarten Fällen identisch zu der des korrespondierenden Primärtumors. Nomura et al. konnte in den 5 getesteten Gehirnmetastasen eine 3-mal höhere PSMA-Expression in der Tumorneovaskulatur im Vergleich zum gesunden Gehirngewebe feststellen (p = 0,007). Die Ausprägung der PSMA-Expression der Metastase und des Primarius war jedoch in den 4 gepaarten Fällen unterschiedlich: bei 3 Patientinnen waren die Gehirnmetastasen weniger PSMA-positiv als deren Brusttumoren.

Beim Vergleich zwischen der PSMA-Expression und den Prognose- sowie prädiktiven Faktoren des Mammakarzinoms ist eine vermehrte Expression signifikant mit einem höheren Grading assoziiert 16 ,  17 ,  18 . Wernicke et al. konnten eine signifikant erhöhte PSMA-Expression in Abhängigkeit von der Tumorgröße feststellen 18 , Tolkach et al. bei den invasiv duktalen Mammakarzinomen (im Vergleich zu den invasiv lobularen), sowie bei einem höheren T-, N- oder UICC-Stadium 17 . Kasoha et al. konnten dies hinsichtlich der Histologie bestätigen, invasiv duktale Mammakarzinome exprimierten in dieser Studie mehr PSMA als Mammakarzinome mit einer anderen Histologie 16 . Wernicke et al. konnten jedoch keine Assoziation zwischen der Histologie und dem PSMA-Status nachweisen 18 .

Zudem fanden Tolkach et al. eine höhere PSMA-Expression in den Tumormikrogefäßen, vor allem bei Tumoren, die keine Hormonrezeptoren oder eine Her2/neu-Positivität aufwiesen, oder triple-negativ (p = 1.9e-06 und p = 0,006) waren. Die PSMA-Expression der triple-negativen Karzinome war 4,5-mal höher als bei den anderen Tumoren. Die Studie von Tolkach et al. testete Gewebeproben von 47 (14,9%) hormonrezeptornegativen und 33 (10,5%) triple-negativen Tumoren 17 . Wernicke et al. konnten ebenfalls eine höhere Anzahl an PSMA-positiven Gefäßen bei östrogen- (p < 0,0001) und progesteronrezeptornegativen (p = 0,03) Tumoren nachweisen. Sie untersuchten 12 (11%) Gewebeproben von östrogen- und n = 24 (24%) von progesteronrezeptornegativen Tumoren 18 . Zuletzt konnten Kasoha et al. keine signifikante Assoziation zwischen dem Hormonrezeptorstatus und der zeitgleichen Expression des PSMAs in den Tumorzellen und der Tumorneovaskulatur nachweisen 16 .

In Bezug auf das Überleben konnten nur Wernicke et al. eine geringere 10-Jahres-Überlebensrate bei höherer PSMA-Expression nachweisen 18 .

Die differenten Färbeergebnisse können einerseits durch die unterschiedliche Färbemethodik, andererseits durch die voneinander abweichende Auswertung zu erklären sein. Methodisch durch die Verwendung von verschiedenen Primärantikörpern, welche mehrere Epitope des PSMAs binden, anderen Verdünnungen der Primärantikörper oder durch unterschiedliche Antigen-Retrieval-Methoden. Bei der Quantifizierung der PSMA-positiven Gefäße sind erhebliche Unterschiede aufzufinden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine vermehrte PSMA-Expression mit einem höheren Grading und einem höheren UICC-Stadium vergesellschaftet zu sein scheint. Zudem exprimieren vor allem triple-negative sowie invasiv-duktale Mammakarzinome PSMA auf den Endothelien der tumorassoziierten Gefäße. Invasiv lobulare Mammakarzinome oder Mammakarzinome einer anderen Histologie haben eine geringere PSMA-Expression an den Tumorgefäßen. Auch konnte an einem Patientenkollektiv eine Assoziation zwischen der PSMA-Expression der Gefäßendothelzelle und einem schlechteren Gesamtüberleben aufgezeigt werden 18 .

Die Rolle des PSMAs bei der Tumorprogression

Die genaue Funktion des PSMAs ist bisher noch nicht vollständig geklärt. Dieses Protein scheint jedoch auf vielfältige Art und Weise zur Tumorprogression beizutragen. Hierfür gibt es bereits mehrere Hypothesen:

Das PSMA trägt aufgrund seiner Funktion als Folathydrolase zur Tumorprogression bei

Das PSMA besitzt nicht nur im Dünndarm, sondern auch bei Prostatakarzinomzellen die Funktion einer Folathydrolase 22 . Yao et al. konnten bereits nachweisen, dass Prostatakarzinomzellen, die das PSMA exprimieren, in vitro und bei Tierversuchen über ein gesteigertes Invasionspotenzial verfügen 23 . Außerdem konnte diese Arbeitsgruppe nachweisen, dass das PSMA die Aufnahme monoglutamylierter Folsäure nach der Hydrolyse der Polyglutamatketten ermöglicht. Somit scheint das PSMA nicht nur an den luminalen Dünndarmzellen die Polyglutamatketten von Folsäure abzuspalten, sondern auch bei Prostatakarzinomzellen. Diese Funktion ist eventuell mit für die gesteigerte Invasivität und schlechtere Prognose von PSMA-exprimierenden Prostatakarzinomen verantwortlich, da die Aufnahme der Folsäure als essenziellem Baustein für die Nukleinsäuresynthese ermöglicht wird 23 ,  24 .

Gordon et al. hingegen stellten die Hypothese auf, dass die PSMA-induzierte Folsäureaufnahme für die Regeneration der endothelialen Stickoxid-Synthase (eNOS) essenziell ist, die wiederum für die Angiogenese unabdinglich ist. Somit könnte die enzymatische Funktion als Folathydrolase des PSMAs nicht nur den lokalen Folsäurespiegel erhöhen, sondern auch durch dann vermehrt vorhandene Folsäure die Regeneration der eNOS unterstützen. Über diesen Signalweg könnte das PSMA die Ausbildung von neuen Blutgefäßen unterstützen 25 .

Das PSMA trägt zur Karzinogenese bei

Bradbury et al. konnten in einem In-vitro-Modell zeigen, dass Brustkrebszelllinien, bei denen das PSMA-Gen herunterreguliert wurde, eine niedrigere Zellproliferation, -adhäsion und Migrationskapazität aufwiesen 26 . Dies erklären die Autoren dadurch, dass die Inaktivierung des MDM2-Gens zu einer Verminderung der PSMA-Expression und umgekehrt führt 26 . Das MDM2 ist durch Inhibition des p53-Tumorsuppressorproteins unter anderem für die maligne Entartung von Zellen verantwortlich 27 . Somit könnte eine geringere PSMA- mit einer verringerten MDM2-Expression assoziiert sein.

Caromile et al. formulierten die Hypothese, dass das PSMA durch eine Assoziation mit dem RACK1 das Signal zwischen dem β1-Integrin und dem IGF-1R unterbricht, was zu einer vermehrten Proliferation von Tumorzellen führen könnte 28 .

Das PSMA führt zur Neoangiogenese bei Tumoren

Die Arbeitsgruppe von Liu et al. hat zum Nachweis, dass die Tumormikroumgebung eine PSMA-Expression auf Gefäßen initiiert, ein In-vitro-Modell erstellt. Humane umbilikale, venöse Endothelzellen (Human umbilical Vein endothelial Cells, HUVEC[s]) wurden einerseits in Endothelwachstumsfaktor (Vascular endothelial Growth Factor, VEGF) enthaltenden Medien und andererseits in tumorkonditionierten Medien (TCM) aus verschiedenen Tumorzelllinien hergestellt. Die HUVECs bildeten gefäßartige Rohrformationen in den TCM einer östrogenrezeptornegativen Zelllinie. Diese Gefäße waren PSMA-positiv. Bei dem Medium aus einer östrogenrezeptorpositiven Zelllinie wurden nur unvollständige Gefäße gebildet. Somit scheinen östrogenrezeptornegative Zelllinien Faktoren zu sezernieren, die eine PSMA-Expression und die Neoangiogenese fördern 29 . Diese Ergebnisse wurden von Nguyen et al. auch auf Zelllinien von weiteren Tumorentitäten bestätigt 30 .

Eine weitere Studie konnte zeigen, dass das PSMA die lamininspezifische β1-Integrin-Funktion moduliert. Dabei ist das PSMA für die initiale Ligandenbindung des β1-Integrins verantwortlich und nimmt an einer regulatorischen Schleife teil, bei der das β1-Integrin und das PAK1 involviert sind, welche wiederum die Zellinvasion im Rahmen der Angiogenese unterstützen 31 .

Das PSMA beim triple-negativen Mammakarzinom

Das PSMA scheint bei den triple-negativen Mammakarzinomen von besonderem Interesse zu sein. Wernicke et al. und Tolkach et al. konnten bereits eine vermehrte PSMA-Expression bei diesen Karzinomen feststellen 17 ,  18 .

Morgenroth et al. haben sich ebenfalls mit diesem Thema befasst. Sie haben nicht nur die Expression des PSMAs auf einer triple-negativen Mammakarzinomzelllinie nachgewiesen, sondern auch dessen gesteigertes angiogenetisches Potenzial. Hierfür wurden HUVEC mit tumorkonditionierten Medien von einer östrogenrezeptorpositiven Mammakarzinomzelllinie (MCF-7) und von einer triple-negativen Mammakarzinomzelllinie (MDA-MB231) inkubiert und die Formation von tubusähnlichen Strukturen beobachtet. Es konnte beobachtet werden, dass die HUVEC, welche den TCM der MDA-MB231 Zelllinie ausgesetzt werden, rohrähnliche Formationen ausbilden. Außerdem waren diese Endothelzellen in der Durchflusszytometrie PSMA-positiv. Somit scheint die Exposition der HUVEC in das TCM der triple-negativen Zelllinie eine PSMA-Expression induziert zu haben. Bildgebend (in Form einer 68 Ga Positronenemissionstomografie [PET/CT]) konnte bei Xenografts von ebendiesen Zelllinien bei Mäusen ein PSMA-Nachweis nur bei der triple-negativen Zelllinie erfolgen. Die Autoren haben jedoch nicht nur die PSMA-Expression der HUVEC charakterisiert, sondern führten ebenfalls eine PSMA-gerichtete Radioligandentherapie (mit 177 Lu-PSMA-617) auf diesen tubulären, endothelialen Strukturen durch. Hierbei konnten sie nachweisen, dass das antiangiogenetische Potenzial dieser Therapie bei den Rohrformationen, welche in den TCM der triple-negativen Tumoren konditioniert wurden, höher war (die Apoptoserate lag bei 48,15% vs. 15% bei denen, die dem TCM der MCF-7 ausgesetzt waren). Morgenroth et al. stellen die interessante Hypothese auf, dass die PSMA-Expression des triple-negativen Mammakarzinoms zu seiner verstärkten Therapieresistenz beitragen könnte. Das triple-negative Mammakarzinom kann die Menge an intrazellulärem Glutathion erhöhen, welches als Antioxidans gegen Sauerstoffradikale wirksam ist. Das Glutathion ist ein Tripeptid und besteht aus Glycin, Cystein und Glutamat. Durch die NALAADase-Aktivität des PSMAs wird Glutamat abgespalten. Dies kann anschließend durch die Zellen der triple-negativen Mammakarzinome verwendet werden, um Glutathion auszubilden und somit resistenter gegenüber oxidativem Stress zu sein 32 . Zudem konnten Liu et al. in der bereits erwähnten Studie bei der östrogenrezeptornegativen Zelllinie, nicht jedoch bei der östrogenrezeptorpositiven eine Entwicklung von (PSMA-positiven) Gefäßen beobachten 33 .

Schlussfolgernd trägt das PSMA vielfältig zur Tumorprogression und Neoangiogenese bei. Dies scheint vorwiegend bei den triple-negativen Mammakarzinomen von großer Bedeutung zu sein.

Somit ist das PSMA ein vielversprechendes Protein, welches gegebenenfalls als neue Zielstruktur für die Diagnostik und/oder für eine Therapie von triple-negativen Mammakarzinomen dienen könnte.

Das PSMA in der Diagnostik und Therapie des Mammakarzinoms

Die gängige immunhistochemische Diagnostik des Mammakarzinoms umfasst unter anderem die Bestimmung der Rezeptorexpression des Östrogen-, Progesteron- und Her2/neu-Rezeptors 34 . In der metastasierten Situation kann sich der Rezeptorbesatz in der Metastase von dem des Primarius unterscheiden. Es kommt zum sogenannten Rezeptor-Switch 35 . Einem solchen Patientinnenkollektiv könnte zum Beispiel eine Her2/neu-gerichtete Therapie vorenthalten bleiben. Aus diesem Grund wurden neue Moleküle wie beispielsweise das Affibody ® entwickelt. Durch eine gezielte Bindung dieses Moleküls an das Her2/neu und anschließende Darstellung in der PET/CT kann der Her2/neu-Status nicht invasiv (ohne Biopsie der Metastasen) bestimmt werden 36 .

Hieraus können 2 wichtige Erkenntnisse geschlussfolgert werden: Einerseits ist die Durchführung einer PET/CT zur Beurteilung des Ansprechens einer zielgerichteten Therapie beim Mammakarzinom wegweisend, andererseits ist die genaue Bestimmung der Expression eines Proteins in den Metastasen des Mammakarzinoms erforderlich. Die Datenlage bezüglich der PSMA-Expression in den Metastasen des Mammakarzinoms ist nicht ausreichend genug, um nach einem histopathologischen Nachweis im Primarius sicher auf dessen Expression in der korrespondierenden Metastase schließen zu können. Aus diesem Grund ist eine weitere Charakterisierung der PSMA-Expression in Metastasen des Mammakarzinoms sowohl immunhistochemisch als auch bildgebend erforderlich.

Bisher wurde die PSMA-PET/CT nur in wenigen Fällen bei Patientinnen, die an einem Mammakarzinom erkrankt sind, angewendet. Insgesamt sind die bisherigen Ergebnisse jedoch vielversprechend 37 . Eine Übersicht über die bisherige Datenlage ist in Tab. 2 aufgelistet.

Tab. 2  Nachweis des prostataspezifischen Membranantigens beim Mammakarzinom mittels PET/CT.

Autor, Jahr der Publikation [Referenz]	n	nachgewiesene PSMA-Expression	Kollektiv	Bestätigung
PR: Progresteronrezeptor
Passah, 2018 38	1	vorhanden	33-jährige Patientin mit metastasiertem TNBC	18 F-FDG-PET/CT
Sathekge, 2015 39	1	vorhanden	33-jährige Patientin mit metastasiertem Mammakarzinom	klinisch, 18 F-FDG-PET/CT
Sathekge, 2017 40	19	Gesamterkennungsrate: 84%	Patientinnen mit Mammakarzinom, primär erkrankt oder rezidivierend oder metastasiert, sowohl PR-positiv als auch PR-negativ	klinisch, Histologie, 18 F-FDG-PET/CT (n = 7)
Kasoha, 2017 16	1	1	79-jährige Patientin mit ossär metastasiertem Mammakarzinom	klinisch, Histologie
Medina-Ornelas, 2020 41	21	76%	primär metastasierte Patientinnen ohne Vortherapie mit diversem Hormon- und Her2/neu-Rezeptor-Status	18 F-FDG-PET/CT

Passah et al. führten eine PSMA-Liganden-PET/CT bei einer 33-jährigen Patientin mit einem triple-negativen Mammakarzinom durch, welche Lebermetastasen und ein Thoraxwandrezidiv nach einer operativen, Strahlen- und Chemotherapie nachweisen konnte. Hier konnten die Ergebnisse der zum Vergleich angefertigten [ 18 F]fluordeoxyglucose-(FDG-)PET/CTs bestätigt werden 38 .

Beruhend auf dem Fallbericht von Passah et al. wurde diese Diagnostik im Jahre 2017 bei einer größeren Patientenkohorte (n = 19) wiederholt. Diese Untersuchung zeigte vielversprechende Ergebnisse. Sathekge et al. konnten durch die PET/CT bei 84% (n = 81) der zuvor identifizierten Tumorläsionen eine PSMA-Positivität in der PSMA-LigandenPET/CT nachweisen. Bei 7 Patientinnen wurde zuvor eine FDG-PET-CT durchgeführt. Insgesamt konnten in der PSMA-PET/CT 13 Primärtumoren und/oder Lokalrezidive, 15 Läsionen im Sinne von befallenen Lymphknoten und 53 metastastische Läsionen nachgewiesen werden. Das Tracer-Uptake der Fernmetastasen war signifikant erhöht im Vergleich zum Primarius. Hinsichtlich der Hormonrezeptorexpression wurde nur der Progesteronrezeptorstatus der untersuchten Patientinnen in der Studie eruiert. Insgesamt waren 6 Patientinnen an einem progresteronrezeptorpositiven und 7 Patientinnen an einem progesteronrezeptornegativen Mammakarzinom erkrankt. Bei 6 Patientinnen war der Rezeptorstatus unbekannt. Sowohl in der progesteronrezeptorpositiven als auch in der progesteronrezeptornegativen Gruppe konnten jeweils 31 positive Läsionen in der PSMA-spezifischen Bildgebung dargestellt werden. Es konnten keine signifikanten Unterschiede bezüglich des SUVmean nachgewiesen werden. Beim Vergleich zwischen der PSMA-PET/CT und der FDG-PET/CT wurde eine Diskrepanz von 7 Läsionen festgestellt (6 Läsionen waren PSMA-negativ, 1 Läsion, die in der PSMA-PET/CT dargestellt werden konnte, kam in der FDG-PET/CT nicht zur Darstellung). Des Weiteren konnte ein signifikanter Zusammenhang zwischen den SUV-Werten der beiden Untersuchungen gezeigt werden (p = 0,015) 39 ,  40 .

Zudem haben Kasoha et al. ebenfalls eine PSMA-Liganden-PET/CT bei einer Patientin mit bekannten, PSMA-positiven, ossären Läsionen eines Mammakarzinoms durchgeführt. Die Knochenmetastasen waren ebenfalls in der PSMA-spezifischen Bildgebung PSMA-positiv 16 .

Im Jahre 2020 veröffentlichten Medina-Ornelas et al. Ergebnisse zu einem Vergleich zwischen FDG-PET/CTs und PSMA-Liganden-PET/CTs bei primär metastasierten Mammakarzinompatientinnen ohne Vortherapien. Insgesamt konnten diese Untersuchungen bei 21 Patientinnen durchgeführt werden. Hiervon hatten 4 ein Luminal-A-, 4 ein Luminal-B- und Her2/neu-positives, 2 ein Luminal-B- und Her2/neu-negatives, 6 ein non-luminal HER2-positives und 5 ein triple-negatives Karzinom. Die Detektionsrate der FDG und der PSMA-Liganden-PET/CT wurden verglichen. Insgesamt war die Detektionsrate bei allen Patientinnen in der PSMA-gerichteten Bildgebung geringer als in der FDG-PET/CT. Bei den Patientinnen, die an einem triple-negativen oder HER2-positiven Mammakarzinom erkrankt waren, war jede in der FDG-PET/CT dargestellte Läsion auch in der PSMA-Bildgebung positiv. Dies war auch bei Knochenmetastasen, unabhängig von der Histologie, der Fall. Zusammengefasst konnte eine In-vivo-PSMA-Positivität in 76% der Fälle sowie eine Sensitivität von 84% und eine Spezifität von 91,8% nachgewiesen werden 41 .

Der bildgebende Nachweis einer Metastasierung ist nicht nur aus diagnostischen Gründen von besonderem Interesse, sondern kann auch hinsichtlich des möglichen Ansprechens auf eine PSMA-gerichtete Therapie wertvolle Informationen liefern. Die Patientinnen, die in der Bildgebung PSMA-positive Läsionen haben, könnten von einer auf das PSMA zielgerichtete Therapie profitieren.

Daraus kann man schließen, dass vor einer PSMA-gerichteten Therapie eine Darstellung der PSMA-Expression erfolgen muss. Dies kann im Primarius als immunhistochemische Untersuchung durchgeführt werden. Zur Erfassung der PSMA-Expression in den Metastasen steht jedoch in vielen Fällen kein Gewebe, welches analysiert werden könnte, zur Verfügung. Außerdem zeigen die bisherigen Ergebnisse der Studien, welche die Expression des PSMAs in Primarius und in den korrespondierenden Metastasen verglichen haben, dass man nicht vom PSMA-Status des Primärtumors auf eine mögliche Expression in den Fernmetastasen schließen kann. Der Nachweis einer PSMA-Positivität in Primarius oder Metastase durch eine PSMA-PET/CT könnte diese diagnostische Lücke schließen. Noch dazu können die durch die Biopsie zur histologischen Sicherung einer Läsion vergesellschafteten Nebenwirkungen, wie beispielsweise eine Stichkanalmetastasierung, Infektion oder ein Hämatom vermieden werden. Zuletzt könnte diese Bildgebung zum Therapiemonitoring verwendet werden.

Weitere Alternativen zur PSMA-Diagnostik

Zudem scheint der PSMA-Status eines Mammakarzinoms auch durch die Analyse von zirkulierenden Tumorzellen (CTCs, circulating tumor cells) nachweisbar zu sein. Bei n = 41 Patientinnen, die an einem triple-negativen Mammakarzinom erkrankt waren, konnte in 15% (6/41) der Fälle eine PSMA-Expression auf CTCs nachgewiesen werden. Die Patientinnen, die vor dem Erhalt einer Chemotherapie PSMA-positive CTCs hatten, erreichten nach jener Therapie weniger häufig pathologische Komplettremissionen. Bei einer Expression des PSMAs kam es früher zu einem Rezidiv (p = 00 039) und zu einem geringeren Gesamtüberleben (p = 0,0059) 42 . Gegebenenfalls könnte eine Evaluation des PSMA-Status auf CTCs das Ansprechen einer PSMA-gerichteten Therapie beim triple-negativen Mammakarzinom vorhersagen. Zirkulierende Tumorzellen zu analysieren ist eine minimalinvasive Methode, die eine Alternative zur Biopsie einer Metastase sein könnte. Hinsichtlich des Her2-Status scheint die Prädiktion einer Her2-Überexpression auf Metastasen anhand der Analyse von CTCs möglich 43 . Insgesamt scheint das Expressionsmuster der CTCs den Metastasen ähnlicher zu sein als dem Primärtumor 43 ,  44 ,  45 . Somit scheinen CTCs eine gute Alternative zu sein, um nichtinvasiv die etwaige PSMA-Expression eines metastasierten Mammakarzinoms zu eruieren. Hierbei könnte auch der PSMA-Status der Metastasen evaluiert werden. Dies könnte eine Alternative zur PET/CT darstellen, wenn hiermit eine ebenso gute Darstellung möglich wäre. Hierzu wurden allerdings noch keine Studien durchgeführt. Es wäre nicht nur diagnostisch von besonderem Interesse, sondern könnte hinsichtlich des Ansprechens auf eine PSMA-gerichtete Therapie wertvolle Informationen liefern.

PSMA-gerichtete Therapien

Da Liganden des PSMAs nach Bindung internalisiert werden 28 , ist dieses Protein eine geeignete Zielstruktur für eine Therapie mit Radionukliden.

PSMA-gerichtete Radioligandentherapien haben ihren Nutzen beim Prostatakarzinom bereits bewiesen 46 ,  47 . Bei der Studie von Yadav et al. zum Beispiel wurde bei 90 Patienten mit einem metastasierten, kastrationsresistenten Prostatakarzinom eine PSMA-Radioligandentherapie durchgeführt. Insgesamt konnte bei n = 56 (62,2%) der Patienten ein Abfall des PSA-Levels nachgewiesen werden. Neunzehn (27,5%) Patienten zeigten eine partielle Remission, 30 (43,5%) eine stabile Erkrankung und 20 (29%) zeigten eine Progression.

Untersuchungen beim Prostatakarzinom konnten nachweisen, dass auch nach Durchführung einer Radioligandentherapie die Wiederholung dieser Therapie bei Progress und initialem Ansprechen erneut zu einem Ansprechen führt 48 .

Eine Limitation der PSMA-gerichteten Radioligandentherapie ist die teilweise bestehende heterogene Expression des PSMAs, die zu einem verminderten Uptake der Liganden und einer somit verringerten Therapiewirksamkeit führen kann 49 . Eine PSMA-Radioligandentherapie ist daher bei heterogener PSMA-Expression obsolet. Da die PET/CT jedoch vor der Applikation einer Therapie durchgeführt werden sollte, kann die Entscheidung zu einer Radioligandentherapie vor Applikation nuklearmedizinisch evaluiert werden.

Eine PSMA-Radioligandentherapie ist mit geringen bis moderaten Nebenwirkungen vergesellschaftet. Hier sind insbesondere die Xerostomie und die Anämie von klinischer Relevanz. Zudem können Leuko- oder Thrombozytopenien sowie Anstiege der Leberwerte oder der renalen Retentionsparameter Fatigue, Übelkeit, Erbrechen oder Diarrhö auftreten 46 ,  47 ,  48 . Generell ist die PSMA-Radioligandentherapie jedoch gut verträglich. Grad-3- und -4-Toxizitäten treten fast nicht auf 48 .

Nicht nur die PSMA-gerichtete Radioligandentherapie ist von besonderem Interesse. Es wurden bereits weitere therapeutische Ansätze entwickelt, welche sich die enzymatische Funktion dieses Proteins zunutze machen.

Hierfür wurde das Folate-HBPE(CT20p) entwickelt. Die Entwicklung dieses Nanocarriers basiert auf der Annahme, dass das PSMA nicht nur als Folathydrolase polyglutamylierte Folsäure spaltet, sondern auch die Aufnahme von Folsäure in malignen Zellen ermöglicht. Dies konnte in der Studie von Flores et al. bestätigt werden. Es konnte nicht nur nachgewiesen werden, dass Folsäure-konjugierte Therapeutika gezielt von PSMA-positiven Zellen aufgenommen werden, sondern auch, dass ebendiese dann eine Veränderung der Zellmorphologie induzieren können 50 . Diese Methode könnte auch bei Patientinnen, die an einem Mammakarzinom erkrankt sind, von besonderem Interesse sein. Das therapeutische Peptid, welches angewendet wird (CT20p) und zu einer morphologischen Veränderung des Zytoskeletts sowie zu beeinträchtigten Mitochondrienbewegungen und Aktinpolymerisationen führt, wurde bereits in Brustkrebsmodellen erforscht. Hierbei konnte eine Reduktion der Zellinvasivität gezeigt werden 50 .

Ein neuer therapeutischer Ansatz, der aktuell beim Prostatakarzinom weiter entwickelt wird, ist die strahlengeführte Chirurgie. Dies wird bisher als „Salvage“-Operation bei Patienten angewendet, welche nach radikaler Prostatektomie noch PSMA-positive Läsionen im 68 Ga PSMA PET/CT aufweisen. Hierfür wird eine radioaktive Substanz verwendet, welche das PSMA spezifisch bindet. Die bisherigen Studien zeigen vielversprechende Ergebnisse mit einer akkuraten Resektion von bereits in der PET/CT nachgewiesenen, PSMA-positiven Läsionen und einer in 66% der Fällen erreichten biochemischen Remission bei den Patienten, die diese Therapie erhalten haben 51 . Bei dem postoperativen Vergleich zwischen der mit der Gammasonde gemessenen Aktivität und der Histologie zeigt sich, dass in den meisten Fällen eine Metastase korrekt identifiziert werden konnte 52 .

Dieser Therapieansatz ist für Patienten, die an einem Prostatakarzinom erkrankt sind, von besonderem Interesse, da Lymphknoten auch außerhalb des üblichen Resektionsgebiets der erweiterten pelvinen Lymphadenektomie vorhanden sein können. Zudem kann nach einer primären (operativen) Therapie der Lymphabfluss verändert sein und Metastasen können an unüblichen Stellen auftreten 51 . Inwiefern diese Methode bei Mammakarzinompatientinnen angewendet werden könnte, ist bisher unklar.

In einigen Fallberichten wird auch die Anwendung einer PSMA-gerichteten Therapie bei Patientinnen mit einem Mammakarzinom beschrieben. Tolkach et al. zum Beispiel, verwendeten eine PSMA-Radioligandentherapie bei einer 38-jährigen Patientin, die an einem triple-negativen Mammakarzinom erkrankt war. Diese Therapie wurde zwar gut toleriert, aber nach 4 Wochen trat ein neuer Progress auf. Aus diesem Grund wurden keine weiteren Zyklen der Therapie verabreicht 17 . Von Hoff et al. testeten eine Docetaxel-BIND-014-Therapie, bei der das PSMA die Zielstruktur eines Docetaxel-enthaltenden Nanopartikels ist, ebenfalls bei einer Brustkrebspatientin. Diese 39-jährige Patientin zeigte ein partielles Ansprechen hierauf 53 .

Schlussfolgerung

Zusammenfassend ist das PSMA ein vielversprechendes Protein, welches nicht nur im Primärtumor, sondern auch in den Fernmetastasen des Mammakarzinoms exprimiert wird. Die Expression scheint auf die Tumorneovaskulatur beschränkt zu sein. Das PSMA trägt vielseitig zur Tumorprogression und zur Neoangiogenese bei. Dies ist insbesondere bei den triple-negativen Mammakarzinomen der Fall. Die PSMA-spezifische Diagnostik und Therapie ist beim Prostatakarzinom bereits etabliert. Die wenigen Fälle, bei denen ein etwaiger Nutzen dieser Methoden beim Mammakarzinom untersucht wurde, zeigen vielversprechende Ergebnisse. Eine Fortführung dieser Forschung könnte eine neue Alternative zur Diagnostik und Therapie von insbesondere triple-negativen Mammakarzinompatientinnen etablieren.