Injekcija metformina

Metformin se kompetitivno veže na ubikinonsko vezavno mesto mitohondrijskega kompleksa I in blokira začetni korak v verigi prenosa elektronov (ETC). Ta inhibicija vodi do kolapsa protonskega gradienta (Δ PSI m), zmanjšanja aktivnosti ATP sintaze in močnega padca znotrajceličnega razmerja ATP/AMP. Študija, ki jo je leta 2023 izvedla univerza Northwestern, je pokazala, da lahko zdravljenje z metforminom zniža raven ATP v tumorskih celicah za 60 % -70 %, kar sproži hitro aktivacijo AMPK (protein kinaze, aktivirane z adenozin monofosfatom).

AMPK, kot senzor celične energije, ob aktivaciji sproži večkratno presnovno reprogramiranje:
Izboljšana oksidacija maščobnih kislin: fosforilira ACC (acetil CoA karboksilazo), zavira sintezo maščobnih kislin in spodbuja - oksidacijo.
Povečana regulacija privzema glukoze: povečan privzem glukoze v mišicah in maščobnem tkivu s translokacijo GLUT4.
Zaviranje sinteze beljakovin: fosforilacija mTORC1 (tarčni proteinski kompleks rapamicina pri sesalcih 1), blokiranje spodnjega signala S6K1 in 4EBP1 ter zaviranje proliferacije tumorskih celic.

Tumorske celice se za proizvodnjo ATP zanašajo na aerobno glikolizo (Warburgov učinek), vendar presnovno preklapljanje, ki ga povzroča metformin, znatno oslabi njihovo oskrbo z energijo:
Zaviranje glikolize: aktivacija AMPK zmanjša proizvodnjo fruktozo-2,6-difosfata (F2,6BP) in zniža stopnjo glikolize z zaviranjem PFKFB3 (6-fosfofruktoza-2-kinaza/fruktoza-2,6-difosfataza 3).
Blokada oksidativne fosforilacije: inhibicija kompleksa I neposredno prekine mitohondrijsko dihalno verigo in prisili celice, da preklopijo na neučinkovito glikolitično pot, vendar je proizvodnja ATP manjša od 10 % prvotne ravni.

Zmanjšano kopičenje laktata: inhibicija glikolize zmanjša nastajanje laktata, izboljša zakisanje tumorskega mikrookolja in poveča škodljiv učinek sevanja na DNA.
Klinični dokazi: V celicah raka debelega črevesa in danke SW480 je kombinacija metformina in radioterapije povzročila 40-odstotno zmanjšanje izražanja ključnega glikolitičnega encima HK2 (heksokinaze 2), 55-odstotno zmanjšanje znotrajcelične ravni ATP in 70-odstotno zmanjšanje sposobnosti tvorjenja kolonij.

Ionizirajoče sevanje ustvarja proste radikale z neposredno ionizacijo in posredno hidrolizo, kar vodi do dvojnih prelomov DNA (DSB), prelomov enojne verige (SSB) in poškodb baze. Tumorske celice se za odziv na poškodbe zanašajo na dva glavna popravljalna sistema:
Popravilo s homologno rekombinacijo (HR): uporablja BRCA1/2 kot jedro in sestrske kromatide kot predlogo za natančno popravilo DSB.
Nehomologno terminalno stičišče (NHEJ): hitro povezovanje zlomljenih koncev prek proteinov, kot sta Ku70/Ku80 in DNA PKcs, lahko zlahka povzroči napake.

Neposredno zaviranje izražanja proteinov za popravilo HR se doseže z metforminom, ki zniža izražanje ključnih proteinov HR prek poti AMPK/mTOR
Inhibicija Rad51: V rakavih celicah trebušne slinavke metformin zmanjša raven proteina Rad51 za 60 %, kar povzroči 50 % zmanjšanje učinkovitosti popravljanja HR.
Razgradnja vseprisotnosti BRCA1/2: Metformin aktivira ligazo E3 MDM2, spodbuja proteasomsko razgradnjo BRCA1/2 in oslabi sposobnost popravljanja srčnega utripa.

Injekcija metforminamoti popravilo NHEJ zaradi oksidativnega stresa:
Inhibicija fosforilacije DNA PKcs: kopičenje ROS (reaktivnih kisikovih zvrsti) povzroči defosforilacijo serina 2609 v DNA PKcs (DNA-odvisna katalitična podenota protein kinaze), zaradi česar ne more pridobiti popravljalnih faktorjev.
Disociacija Ku70/Ku80: Visoke koncentracije ROS oksidirajo Cys58 in Cys155 Ku70, kar moti njihovo sposobnost vezave na konce DNA.
Poskusi na živalih: V modelu tumorja s presadkom gole miši je kombinacija metformina in radioterapije podaljšala trajanje žarišč - H2AX (označevalec DSB) za trikrat in zmanjšala izražanje proteinov signalne poti popravljanja (p-ATM, p-ATR) za 70 %.

Injekcija metforminapoveča ravni ROS prek dvojne poti inhibicije mitohondrijskega kompleksa I in presnovnega reprogramiranja:
Inhibicija kompleksa I: Blokiranje prenosa elektronov vodi do uhajanja elektronov, ki reagirajo z O ₂, da nastanejo superoksidni anioni (O ₂⁻⁻), ki se nato pretvorijo v H ₂ O ₂ s SOD (superoksid dismutaza).
Izboljšana oksidacija maščobnih kislin: Acetil CoA, proizveden z oksidacijo -, vstopi v cikel TCA, spodbuja proizvodnjo NADH in dodatno poslabša zaviranje kompleksa I.
Pomanjkanje glutationa (GSH): Metformin zavira GCL (glutamat cistein ligazo) in GS (glutation sintazo), kar povzroči 50-odstotno znižanje ravni GSH in oslabi celično antioksidativno zmogljivost.

Neposredno poškodbo DNK povzroči Fentonova reakcija H ₂ O ₂, da nastanejo hidroksilni radikali (· OH), ki neposredno napadejo ogrodje in baze sladkornega fosfata DNK, kar povzroči poškodbe zaradi SSB in oksidacije baz. Vsak Gy sevanja lahko ustvari približno 10 ⁵ · OH, predhodna obdelava z metforminom pa poveča količino ustvarjenega · OH za 2-krat.

ROS uravnava radiosenzitivnost preko redoks občutljivih signalnih molekul:
Aktivacija poti ASK1/JNK/c-Jun: ROS oksidira Cys250 ASK1 (kinaza 1, regulirana z apoptotičnim signalom), pri čemer sprosti svojo samoinhibicijo, aktivira JNK (c-Jun N-terminalna kinaza) in c-Jun ter spodbuja celično apoptozo.

Inhibicija NF - κ B: ROS oksidira Cys179 I κ B alfa (inhibicijski protein alfa za jedrski faktor kapa B), spodbuja njegovo razgradnjo in sprošča NF - κ B v jedro. Vendar pa metformin zavira aktivnost IKK (I κ B kinaze) prek AMPK, blokira jedrsko translokacijo NF - κ B in zmanjša izražanje antiapoptotičnih proteinov, kot sta Bcl-2 in XIAP.
Poskusi na živalih: V modelu tumorja s presaditvijo celic osteosarkoma U2OS je metformin v kombinaciji z radioterapijo povečal ravni ROS v tumorju za trikrat in povečal stopnjo apoptoze celic za 50 %.