Risk of pancreatic cancer, the fourth deadliest cancer in the United States, is increased by obesity. Calorie restriction (CR) prevents obesity, suppresses carcinogenesis in many models, and reduces serum levels of IGF-1. In the present study, we examined the impact of CR on a model of inflammation-associated pancreatitis and pancreatic dysplasia, with a focus on the mechanistic contribution of systemic IGF-1. Administration of a 30% CR diet for 14 weeks decreased serum IGF-1 levels and hindered pancreatic ductal lesion formation and dysplastic severity, relative to a higher calorie control diet, in transgenic mice overexpressing COX-2 [bovine keratin-5 promoter (BK5.COX-2)]. These findings in CR mice correlated with reductions in Ki-67-positive cells, vascular luminal size, VEGF expression, and phosphorylation and total expression of downstream mediators of the IGF-1 pathway. Cell lines derived from BK5.COX-2 ductal lesions (JC101 cells) formed pancreatic tumors in wild-type FVB mice that were significantly reduced in size by a 14-week CR regimen, relative to the control diet. To further understand the impact of circulating levels of IGF-1 on tumor growth in this model, we orthotopically injected JC101 cells into liver-specific IGF-1-deficient (LID) mice. The approximate 65% reduction of serum IGF-1 levels in LID mice resulted in significantly decreased burden of JC101 tumors, despite modestly elevated levels of circulating insulin and leptin. These data show that CR prevents development of dysplasia and growth of pancreatic cancer through alterations in IGF-1, suggesting that modulation of this pathway with dietary and/or pharmacologic interventions is a promising pancreatic cancer prevention strategy.

Abstract Chronic pancreatitis dramatically increases the risk of pancreatic cancer, the 4th deadliest malignancy in the US. KRAS mutations, the predominant genetic lesion found in pancreatic cancer, are detectable in 30% of patients with chronic pancreatitis. We previously found that calorie restriction (CR) protected against the tumorigenic effects of chronic pancreatitis in the cyclooxygenase (COX)-2-driven (BK5.COX-2) transgenic mouse model of pancreatic cancer. The protection conferred by CR was associated with dramatically reduced circulating levels of insulin-like growth factor (IGF)-1, an established mitogen in a variety of cancer cell lines. We hypothesized that circulating IGF-1 levels have a crucial role in tumor progression in both pancreatitis- and KRAS-induced pancreatic cancer. To test this, mouse pancreatic cancer cells derived from either a BK5.COX-2 transgenic mouse (JC101) or a KrasG12D/INK4a+/− mouse (NB508) were orthotopically transplanted in liver-specific IGF-1-deficient (LID, n=16 per cell line) and wild-type (WT, n=11 per cell line) mice. LID mice were randomized to receive Alzet miniature osmotic pumps (implanted subcutaneously) continuously infusing either vehicle (n=8) or 1 µg/hr of recombinant human IGF-1 (rhIGF-1, Increlex®, Tercica, Inc., Brisbane, CA; n=8). WT mice were infused with vehicle. Mice were euthanized 28 days after tumor and pump implantation, and blood was collected and tumors were weighed and fixed in 10% normal buffered formalin. Immunohistochemical staining for Ki-67 was performed on paraffin-embedded tumors to assess proliferation. In LID mice serum IGF-1 levels were reduced approximately 70% relative to WT (p<0.05), while infusion of rhIGF-1 resulted in total serum IGF-1 levels (murine plus rhIGF-1) exceeding those in LID and WT mice. Insulin levels were higher in LID mice (p<0.01), relative to WT, but administration of rhIGF-1 reduced insulin to levels comparable to WT. Genetic reduction of circulating IGF-1 in LID mice reduced JC101 tumor burden by 60% (p<0.05) and NB508 tumor burden by 75% (p<0.05), relative to tumors in WT mice. Administration of rhIGF-1 to LID mice restored tumor burden to levels comparable to that of WT mice. Tumors from LID mice also displayed lower expression of the proliferation marker Ki-67 than tumors from WT mice or LID mice administered rhIGF-1. We conclude that reduction of circulating IGF-1 inhibits pancreatic cancer driven by alterations in two common but distinct protumorigenic pathways (chronic inflammation and KRAS alterations), and underscores the potential of IGF-1 pathway inhibition for prevention and treatment of pancreatic cancer. Work supported by NIH grants R25T CA57730 and CA135386. Citation Format: {Authors}. {Abstract title} [abstract]. In: Proceedings of the 101st Annual Meeting of the American Association for Cancer Research; 2010 Apr 17-21; Washington, DC. Philadelphia (PA): AACR; Cancer Res 2010;70(8 Suppl):Abstract nr 2883.

Abstract Pancreatic cancer is the 4th deadliest cancer in the U.S. Obesity has emerged as a significant and modifiable risk factor for pancreatic cancer. Calorie restriction (CR) is an anti-obesity intervention that has been shown in many model systems to have potent anticancer effects. Levels of bioavailable insulin-like growth factor (IGF)-1, an established mitogen in a variety of cancer cell lines, increase in response to positive energy balance and decrease with CR. We hypothesized that the genetic reduction of circulating IGF-1 levels seen in liver-specific IGF-1-deficient (LID) mice would diminish the tumor burden of orthotopically transplanted pancreatic cancer cells, similar to CR, while administration of exogenous IGF-1 would restore the tumor burden. To test this hypothesis, mouse pancreatic cancer cells (JC101, derived from our BK5-COX-2 transgenic mouse model of spontaneous pancreatic cancer) were orthotopically transplanted in LID and littermate control (LC) mice. LID mice were also randomized to receive Alzet miniature osmotic pumps (implanted subcutaneously) continuously infusing either vehicle (n=8) or 1 µg/hr of recombinant human IGF-1 (Increlex®, Tercica, Inc., Brisbane, CA; n=8). LC mice were infused with vehicle (n=8). Mice were killed 28 days after injection, blood was collected by cardiac puncture and serum samples were stored at −80°C, and tumors were weighed and fixed in 10% normal buffered formalin for histological and immunohistochemical (IHC) analysis. IHC staining was performed on paraffin-embedded tissues using antibodies against Ki67 and cyclin D1 to assess proliferation. LID mice exhibited significantly smaller tumors (0.20 ± 0.02 g) than LC mice (0.45 ± 0.11 g, p<0.05) or LID + IGF-1 mice (0.57 ± 0.14 g, p<0.01). Serum IGF-1 levels were reduced approximately 60% in the LID mice relative to the LC mice (p<0.01), while infusion of human IGF-1 resulted in total serum IGF-1 levels (murine plus human IGF-1) exceeding either LC or LID mice (p<0.01). In contrast, insulin and leptin levels in LID mice were significantly higher than those seen in LC (p<0.05) or LID+IGF-1 (p<0.01) mice. Consistent with tumor burden data, LID tumors, relative to LC and LID + IGF-1, displayed less expression of proliferative markers. These findings suggest that genetic reduction of circulating IGF-1 levels decreases transplanted pancreatic tumor growth despite increased levels of insulin and leptin, underscoring the importance of the IGF-1 pathway as a pancreatic cancer prevention target. Citation Information: Cancer Prev Res 2010;3(1 Suppl):A102.

1504 Background: Pancreatic cancer is the 4th leading cause of cancer death in both men and women in the U.S. Increased obesity has emerged as a risk factor for pancreatic cancer. Calorie restriction (CR), a dietary strategy that prevents or reverses obesity, has significant anti-cancer effects in a variety of tumor types and in both spontaneous and chemically-induced tumors. We have found in the K5.COX-2 transgenic mouse model of pancreatitis-driven pancreatic cancer that CR significantly protects from spontaneous pancreatic lesion formation as compared to the overweight and obese groups. Also, CR mice had significantly reduced serum IGF-1 levels and pro-inflammatory cytokine levels as compared to ad libitum fed (AL) and high fat (HF) fed mice. We hypothesized that decreased serum IGF-1 levels were responsible for the decreased tumor burden. Methods: Orthotopic injections were performed on 6–8 week old Liver-specific IGF-1- Deficient (LID) and control mice (FVB/N and floxed IGF-1) with pancreatic tumor cells (JC101) derived from a transgenic K5.COX-2 animal. Tumors and pancreata were harvested and weighed 28 days after tumor injection. Results: LID mice exhibited significantly reduced tumor burden (0.23±0.04) than either the floxed IGF-1 control (0.71±0.10) or FVB/N wild-type animals (0.71±0.04) following 28 days of growth. In addition to a reduction in serum IGF-1 in the LID mice, we also found a substantial decrease in serum levels of a panel of pro-inflammatory cytokines such as IFN-g, IL-1b, IL-4, IL-5, IL-10, IL-12, and TNF-a as compared to sera of control animals. Furthermore, we saw reduced proliferation and microvessel density in the tumor tissue of LID animals compared to controls by immunohistochemical staining. Conclusions: Using a model of pancreatitis-induced or orthotopically injected pancreatic tumorigenesis, our findings indicate that either transgenic manipulation or diet modulation of serum IGF-1 can alter the development of pancreatic cancer. Moreover, our findings suggest a strong link between expression of IGF-1 and pro-inflammatory cytokines in response to CR and the prevention of tumor growth. This could have direct implications for the prevention and control of pancreatic tumors due to chronic inflammation and/or obesity. No significant financial relationships to disclose.