Injekcija metformina

Metformin se kompetitivno veže na mjesto vezivanja ubikinona mitohondrijskog kompleksa I, blokirajući početni korak lanca prijenosa elektrona (ETC). Ova inhibicija dovodi do kolapsa protonskog gradijenta (Δ PSI m), smanjenja aktivnosti ATP sintaze i oštrog pada unutarstaničnog omjera ATP/AMP. Studija koju je provelo Sveučilište Northwestern 2023. godine pokazala je da liječenje metforminom može smanjiti razinu ATP-a u tumorskim stanicama za 60% -70%, pokrećući brzu aktivaciju AMPK (protein kinaze aktivirane adenozin monofosfatom).

AMPK, kao senzor stanične energije, pokreće višestruko metaboličko reprogramiranje nakon aktivacije:
Poboljšana oksidacija masnih kiselina: fosforilira ACC (acetil CoA karboksilazu), inhibira sintezu masnih kiselina i potiče - oksidaciju.
Pojačana regulacija unosa glukoze: Povećani unos glukoze u mišićima i masnom tkivu putem GLUT4 translokacije.
Inhibicija sinteze proteina: fosforilacija mTORC1 (kompleks 1 ciljnog proteina rapamicina sisavaca), blokiranje nizvodnog signaliziranja S6K1 i 4EBP1 i inhibicija proliferacije tumorskih stanica.

Tumorske stanice oslanjaju se na aerobnu glikolizu (Warburgov učinak) za proizvodnju ATP-a, ali metaboličko prebacivanje izazvano metforminom značajno slabi njihovu opskrbu energijom:
Inhibicija glikolize: aktivacija AMPK smanjuje proizvodnju fruktoza-2,6-difosfata (F2,6BP) i smanjuje brzinu glikolize inhibicijom PFKFB3 (6-fosfofruktoza-2-kinaza/fruktoza-2,6-difosfataza 3).
Blokada oksidativne fosforilacije: Inhibicija kompleksa I izravno ometa dišni lanac mitohondrija, prisiljavajući stanice da se prebace na neučinkovit glikolitički put, ali proizvodnja ATP-a manja je od 10% izvorne razine.

Smanjeno nakupljanje laktata: inhibicija glikolize smanjuje proizvodnju laktata, poboljšava zakiseljavanje mikrookruženja tumora i pojačava štetni učinak zračenja na DNA.
Klinički dokazi: U stanicama raka debelog crijeva SW480 kombinacija metformina i radioterapije rezultirala je 40% smanjenjem ekspresije ključnog glikolitičkog enzima HK2 (heksokinaza 2), 55% smanjenjem unutarstaničnih razina ATP-a i 70% smanjenjem sposobnosti stvaranja kolonija.

Ionizirajuće zračenje stvara slobodne radikale izravnom ionizacijom i neizravnom hidrolizom, što dovodi do lomljenja dvostrukih lanaca (DSB), jednostrukih lomova (SSB) i oštećenja baze. Tumorske stanice oslanjaju se na dva glavna sustava popravka kako bi odgovorile na oštećenje:
Popravak homologne rekombinacije (HR): koristi BRCA1/2 kao jezgru i sestrinske kromatide kao predložak za precizni popravak DSB-a.
Nehomologni terminalni spoj (NHEJ): Brzo povezivanje slomljenih krajeva kroz proteine ​​kao što su Ku70/Ku80 i DNA PKcs može lako unijeti pogreške.

Izravna inhibicija ekspresije proteina za popravak HR postiže se metforminom koji smanjuje ekspresiju ključnih HR proteina kroz AMPK/mTOR put
Inhibicija Rad51: U stanicama raka gušterače metformin smanjuje razinu proteina Rad51 za 60%, što rezultira smanjenjem učinkovitosti popravka HR-a za 50%.
Ubikvitinacijska degradacija BRCA1/2: metformin aktivira E3 ligazu MDM2, potičući proteasomalnu degradaciju BRCA1/2 i slabeći sposobnost popravka HR.

Injekcija metforminaometa popravak NHEJ kroz oksidativni stres:
Inhibicija fosforilacije DNA PKcs: Akumulacija ROS (reaktivne vrste kisika) dovodi do defosforilacije serina 2609 u DNA PKcs (DNA ovisna katalitička podjedinica protein kinaze), čineći ga nesposobnim regrutirati faktore popravka.
Ku70/Ku80 disocijacija: Visoke koncentracije ROS oksidiraju Cys58 i Cys155 Ku70, ometajući njihovu sposobnost vezanja za krajeve DNA.
Eksperimenti na životinjama: U modelu tumora presađenog golog miša, kombinacija metformina i radioterapije produžila je trajanje žarišta - H2AX (DSB marker) za tri puta i smanjila ekspresiju proteina signalnog puta popravka (p-ATM, p-ATR) za 70%.

Injekcija metforminapovećava razine ROS kroz dvostruki put inhibicije mitohondrijskog kompleksa I i metaboličkog reprogramiranja:
Inhibicija kompleksa I: Blokiranje prijenosa elektrona dovodi do curenja elektrona, koji reagira s O ₂ stvarajući superoksidne anione (O ₂⁻⁻), koji se zatim pretvaraju u H ₂ O ₂ pomoću SOD (superoksid dismutaze).
Poboljšana oksidacija masnih kiselina: Acetil CoA proizveden - oksidacijom ulazi u TCA ciklus, promičući proizvodnju NADH i dodatno pogoršavajući inhibiciju kompleksa I.
Nedostatak glutationa (GSH): Metformin inhibira GCL (glutamat cistein ligazu) i GS (glutation sintazu), uzrokujući 50% smanjenje razine GSH i slabljenje staničnog antioksidativnog kapaciteta.

Izravno oštećenje DNK uzrokovano je Fenton reakcijom H ₂ O ₂ za generiranje hidroksilnih radikala (· OH), koji izravno napadaju DNA šećerno fosfatnu okosnicu i baze, dovodeći do SSB i oštećenja oksidacijom baza. Svaki Gy zračenja može generirati približno 10 ⁵ · OH, a prethodna obrada metforminom povećava količinu generiranog · OH za 2 puta.

ROS regulira radioosjetljivost putem redoks osjetljivih signalnih molekula:
Aktivacija puta ASK1/JNK/c-Jun: ROS oksidira Cys250 ASK1 (kinaza 1 regulirana apoptotičkim signalom), otpuštajući svoju samoinhibiciju, aktivirajući JNK (c-Jun N-terminalna kinaza) i c-Jun, potičući apoptozu stanice.

Inhibicija NF - κ B: ROS oksidira Cys179 od I κ B alfa (inhibicijski protein alfa nuklearnog faktora kapa B), pospješujući njegovu razgradnju i otpuštanje NF - κ B u jezgru. Međutim, metformin inhibira aktivnost IKK (I κ B kinaze) putem AMPK, blokira NF - κ B nuklearnu translokaciju i smanjuje ekspresiju antiapoptotskih proteina kao što su Bcl-2 i XIAP.
Pokus na životinjama: U modelu tumora transplantacije stanica osteosarkoma U2OS, metformin u kombinaciji s radioterapijom povećao je razine ROS-a u tumoru za tri puta i povećao stopu apoptoze stanica za 50%.