Metformīna injekcija

Metformīns konkurētspējīgi saistās ar mitohondriju kompleksa I ubikinona saistīšanās vietu, bloķējot elektronu pārneses ķēdes (ETC) sākotnējo posmu. Šī inhibīcija izraisa protonu gradienta (Δ PSI m) sabrukumu, ATP sintāzes aktivitātes samazināšanos un strauju intracelulārās ATP/AMP attiecības kritumu. Ziemeļrietumu universitātes 2023. gadā veiktais pētījums parādīja, ka ārstēšana ar metformīnu var samazināt ATP līmeni audzēja šūnās par 60–70%, izraisot ātru AMPK (adenozīnmonofosfāta aktivētās proteīnkināzes) aktivāciju.

AMPK kā šūnu enerģijas sensors pēc aktivizēšanas izraisa vairākas vielmaiņas pārprogrammēšanas:
Uzlabota taukskābju oksidācija: fosforilē ACC (acetil-CoA karboksilāzi), kavē taukskābju sintēzi un veicina - oksidāciju.
Glikozes uzņemšanas regulēšana: palielināta glikozes uzņemšana muskuļos un taukaudos, izmantojot GLUT4 translokāciju.
Olbaltumvielu sintēzes inhibīcija: mTORC1 (zīdītāju rapamicīna mērķa proteīna komplekss 1) fosforilēšana, bloķējot pakārtoto S6K1 un 4EBP1 signālu pārraidi un kavējot audzēja šūnu proliferāciju.

Audzēja šūnas paļaujas uz aerobo glikolīzi (Warburg efektu), lai ražotu ATP, bet metformīna izraisīta vielmaiņas maiņa ievērojami vājina to enerģijas piegādi:
Glikolīzes kavēšana: AMPK aktivācija samazina fruktozes-2,6-difosfāta (F2,6BP) veidošanos un samazina glikolīzes ātrumu, inhibējot PFKFB3 (6-fosfofruktozes-2-kināze/fruktozes-2,6-difosfatāze 3).
Oksidatīvās fosforilācijas blokāde: I kompleksa inhibīcija tieši izjauc mitohondriju elpošanas ķēdi, liekot šūnām pāriet uz neefektīvu glikolītisku ceļu, bet ATP ražošana ir mazāka par 10% no sākotnējā līmeņa.

Samazināta laktāta uzkrāšanās: glikolīzes kavēšana samazina laktāta veidošanos, uzlabo audzēja mikrovides paskābināšanos un pastiprina starojuma kaitīgo ietekmi uz DNS.
Klīniskie pierādījumi: SW480 kolorektālā vēža šūnās metformīna un staru terapijas kombinācija izraisīja galvenā glikolītiskā enzīma HK2 (heksokināzes 2) ekspresijas samazināšanos par 40%, intracelulārā ATP līmeņa pazemināšanos par 55% un koloniju veidošanās spējas samazināšanos par 70%.

Jonizējošais starojums tiešās jonizācijas un netiešās hidrolīzes rezultātā rada brīvos radikāļus, izraisot DNS divslāņu pārrāvumus (DSB), vienas virknes pārrāvumus (SSB) un bāzes bojājumus. Audzēja šūnas paļaujas uz divām galvenajām labošanas sistēmām, lai reaģētu uz bojājumiem:
Homologās rekombinācijas labošana (HR): tā izmanto BRCA1/2 kā kodolu un māsu hromatīdus kā veidni, lai precīzi salabotu DSB.
Nehomologs termināla savienojums (NHEJ): ātri savienojot salauztos galus, izmantojot proteīnus, piemēram, Ku70/Ku80 un DNS PKcs, var viegli radīt kļūdas.

Tieša HR labošanas proteīnu ekspresijas inhibēšana tiek panākta, metformīnam samazinot galveno HR proteīnu ekspresiju caur AMPK / mTOR ceļu
Rad51 inhibīcija: aizkuņģa dziedzera vēža šūnās metformīns samazina Rad51 proteīna līmeni par 60%, kā rezultātā HR remonta efektivitāte samazinās par 50%.
BRCA1/2 ubikvitinācijas noārdīšanās: Metformīns aktivizē E3 ligāzi MDM2, veicinot BRCA1/2 proteasomu degradāciju un vājinot HR labošanas spēju.

Metformīna injekcijatraucē NHEJ atjaunošanos oksidatīvā stresa dēļ:
DNS PKcs fosforilācijas inhibīcija: ROS (reaktīvo skābekļa sugu) uzkrāšanās izraisa serīna 2609 defosforilāciju DNS PKcs (DNS atkarīgā proteīnkināzes katalītiskā apakšvienība), padarot to nespējīgu pieņemt darbā labošanas faktorus.
Ku70/Ku80 disociācija: augstas ROS koncentrācijas oksidē Ku70 Cys58 un Cys155, izjaucot to saistīšanās spēju ar DNS galiem.
Eksperimenti ar dzīvniekiem: kailās peles transplantāta audzēja modelī metformīna un staru terapijas kombinācija trīs reizes pagarināja - H2AX (DSB marķiera) perēkļu ilgumu un samazināja labošanas signalizācijas ceļa proteīnu ekspresiju (p-ATM, p-ATR) par 70%.

Metformīna injekcijapalielina ROS līmeni, izmantojot divus mitohondriju kompleksa I inhibīcijas un vielmaiņas pārprogrammēšanas ceļus:
Kompleksa I inhibīcija: elektronu pārneses bloķēšana izraisa elektronu noplūdi, kas reaģē ar O ₂, veidojot superoksīda anjonus (O 2⁻⁻), kas pēc tam tiek pārveidoti par H 2 O 2 ar SOD (superoksīda dismutāzi).
Uzlabota taukskābju oksidācija: Acetil CoA, kas iegūts, oksidējot -, nonāk TCA ciklā, veicinot NADH veidošanos un vēl vairāk pastiprinot kompleksa I inhibīciju.
Glutationa (GSH) samazināšanās: Metformīns inhibē GCL (glutamāta cisteīna ligāzi) un GS (glutationa sintāzi), izraisot GSH līmeņa pazemināšanos par 50% un vājinot šūnu antioksidantu spēju.

Tiešos DNS bojājumus izraisa Fentona H ₂ O ₂ reakcija, lai radītu hidroksilradikāļus (· OH), kas tieši uzbrūk DNS cukura fosfāta mugurkaulam un bāzēm, izraisot SSB un bāzes oksidācijas bojājumus. Katrs starojuma Gy var radīt aptuveni 10 ⁵ · OH, un metformīna pirmapstrāde palielina radītā · OH daudzumu 2 reizes.

ROS regulē radiosensitivitāti, izmantojot redoksjutīgās signalizācijas molekulas:
ASK1/JNK/c-Jun ceļa aktivācija: ROS oksidē ASK1 (apoptotiskā signāla regulētā kināze 1) Cys250, atbrīvojot tās pašinhibīciju, aktivizējot JNK (c-Jun N-terminal kinase) un c-Jun., veicinot šūnu apoptozi.

NF - κ B inhibīcija: ROS oksidē I κ B alfa (kodolfaktora kappa B inhibējošā proteīna alfa) Cys179, veicinot tā sadalīšanos un atbrīvojot NF - κ B kodolā. Tomēr metformīns inhibē IKK (I κ B kināzes) aktivitāti, izmantojot AMPK, bloķē NF - κ B kodola translokāciju un samazina antiapoptotisko proteīnu, piemēram, Bcl-2 un XIAP, ekspresiju.
Eksperiments ar dzīvniekiem: Osteosarkomas U2OS šūnu transplantācijas audzēja modelī metformīns kombinācijā ar staru terapiju palielināja ROS līmeni audzējā trīs reizes un palielināja šūnu apoptozes ātrumu par 50%.