Metformiini süstimine

Metformiin seondub konkureerivalt mitokondriaalse kompleksi I ubikinooni sidumissaidiga, blokeerides elektronide ülekandeahela (ETC) esialgse etapi. See inhibeerimine viib prootoni gradiendi (Δ PSI m) kokkuvarisemiseni, ATP süntaasi aktiivsuse vähenemiseni ja rakusisese ATP/AMP suhte järsu languseni. Northwesterni ülikooli 2023. aastal läbi viidud uuring näitas, et metformiinravi võib vähendada ATP taset kasvajarakkudes 60–70%, käivitades AMPK (adenosiinmonofosfaadiga aktiveeritud proteiinkinaasi) kiire aktivatsiooni.

AMPK kui raku energiaandur käivitab aktiveerimisel mitme metaboolse ümberprogrammeerimise:
Tugevdatud rasvhapete oksüdatsioon: fosforüleerib ACC (atsetüül-CoA karboksülaasi), pärsib rasvhapete sünteesi ja soodustab - oksüdatsiooni.
Glükoosi omastamise ülesreguleerimine: suurenenud glükoosi omastamine lihastes ja rasvkoes GLUT4 translokatsiooni kaudu.
Valgusünteesi inhibeerimine: mTORC1 (imetajate rapamütsiini sihtvalgu kompleks 1) fosforüülimine, blokeerides allavoolu S6K1 ja 4EBP1 signaaliülekande ning pärssides kasvajarakkude proliferatsiooni.

Kasvajarakud toetuvad ATP tootmiseks aeroobsele glükolüüsile (Warburgi efekt), kuid metformiini indutseeritud metaboolne ümberlülitus nõrgestab oluliselt nende energiavarustust:
Glükolüüsi inhibeerimine: AMPK aktiveerimine vähendab fruktoos-2,6-difosfaadi (F2,6BP) tootmist ja glükolüüsi kiirust, inhibeerides PFKFB3 (6-fosfofruktoos-2-kinaas/fruktoos-2,6-difosfataas 3).
Oksüdatiivne fosforüülimise blokaad: I kompleksi inhibeerimine häirib otseselt mitokondriaalset hingamisahelat, sundides rakke lülituma ebaefektiivsele glükolüütilisele rajale, kuid ATP produktsioon on vähem kui 10% algsest tasemest.

Vähendatud laktaadi akumulatsioon: glükolüüsi inhibeerimine vähendab laktaadi tootmist, parandab kasvaja mikrokeskkonna hapestumist ja suurendab kiirguse kahjustavat mõju DNA-le.
Kliinilised tõendid: SW480 kolorektaalse vähirakkude puhul põhjustas metformiini ja kiiritusravi kombinatsioon peamise glükolüütilise ensüümi HK2 (heksokinaas 2) ekspressiooni vähenemise 40%, rakusisese ATP taseme languse 55% ja kolooniate moodustamise võime vähenemise 70%.

Ioniseeriv kiirgus tekitab otsese ionisatsiooni ja kaudse hüdrolüüsi kaudu vabu radikaale, mis põhjustab DNA kaheahelalisi katkestusi (DSB), üheahelalisi katkestusi (SSB) ja aluse kahjustusi. Kasvajarakud tuginevad kahjustustele reageerimiseks kahele suurele parandussüsteemile:
Homoloogne rekombinatsiooni parandamine (HR): DSB täpseks parandamiseks kasutab see tuumana BRCA1/2 ja mallina õdekromatiide.
Mittehomoloogne terminali ristmik (NHEJ): Katkiste otste kiire ühendamine valkude, nagu Ku70/Ku80 ja DNA PKcs, kaudu võib kergesti tekitada vigu.

HR-i parandusvalkude ekspressiooni otsene pärssimine saavutatakse metformiiniga, mis reguleerib peamiste HR-valkude ekspressiooni AMPK / mTOR-raja kaudu
Rad51 inhibeerimine: pankrease vähirakkudes vähendab metformiin Rad51 valgu taset 60%, mille tulemuseks on HR parandamise efektiivsuse vähenemine 50%.
BRCA1/2 ubikvitinatsiooni lagunemine: metformiin aktiveerib E3 ligaasi MDM2, soodustades BRCA1/2 proteasomaalset lagunemist ja nõrgendades HR parandamise võimet.

Metformiini süstiminehäirib NHEJ paranemist oksüdatiivse stressi kaudu:
DNA PKcs fosforüülimise inhibeerimine: ROS (reaktiivsed hapniku liigid) akumuleerumine põhjustab seriini 2609 defosforüülimist DNA PKcs-s (DNA-sõltuv proteiinkinaasi katalüütiline alaühik), mistõttu see ei suuda värvata parandusfaktoreid.
Ku70/Ku80 dissotsiatsioon: ROS kõrge kontsentratsioon oksüdeerib Ku70 Cys58 ja Cys155, häirides nende seondumisvõimet DNA otstega.
Loomkatsed: karvutu hiire siirdamise kasvajamudelis pikendas metformiini ja kiiritusravi kombinatsioon - H2AX (DSB marker) fookuste kestust kolm korda ja vähendas parandussignaalraja valkude (p-ATM, p-ATR) ekspressiooni 70% võrra.

Metformiini süstiminesuurendab ROS-i taset mitokondriaalse kompleksi I inhibeerimise ja metaboolse ümberprogrammeerimise kahe raja kaudu:
Kompleksi I inhibeerimine: elektronide ülekande blokeerimine viib elektronide lekkeni, mis reageerib O2-ga, tekitades superoksiidi anioone (O 2⁻⁻), mis seejärel SOD (superoksiiddismutaas) abil muudetakse H202-ks.
Tugevdatud rasvhapete oksüdatsioon: - oksüdatsioonil toodetud atsetüül-CoA siseneb TCA tsüklisse, soodustades NADH tootmist ja süvendades veelgi kompleksi I inhibeerimist.
Glutatiooni (GSH) vähenemine: metformiin inhibeerib GCL-i (glutamaattsüsteiini ligaas) ja GS-i (glutatiooni süntaas), põhjustades GSH taseme langust 50% ja rakkude antioksüdantide võimet nõrgendada.

Otsene DNA kahjustus on põhjustatud H ₂ O ₂ Fentoni reaktsioonist, mille käigus tekivad hüdroksüülradikaalid (· OH), mis ründavad otseselt DNA suhkrufosfaadi karkassi ja aluseid, põhjustades SSB ja aluse oksüdatsioonikahjustusi. Iga kiirguse Gy võib tekitada ligikaudu 10 ⁵ · OH ja metformiini eeltöötlus suurendab tekitatud · OH kogust 2 korda.

ROS reguleerib kiirgustundlikkust redokstundlike signaalmolekulide kaudu:
ASK1/JNK/c-Juni raja aktiveerimine: ROS oksüdeerib ASK1 (apoptootilise signaaliga reguleeritud kinaas 1) Cys250, vabastades selle eneseinhibeerimise, aktiveerides JNK (c-Jun N-terminaalne kinaas) ja c-Jun, soodustades raku apoptoosi.

NF - κ B inhibeerimine: ROS oksüdeerib I κ B alfa (tuumafaktori kappa B inhibeeriv valk alfa) Cys179, soodustades selle lagunemist ja vabastades NF - κ B tuuma. Metformiin aga inhibeerib AMPK kaudu IKK (I κ B kinaasi) aktiivsust, blokeerib NF - κ B tuuma translokatsiooni ja vähendab antiapoptootiliste valkude, nagu Bcl-2 ja XIAP, ekspressiooni.
Loomkatse: osteosarkoomi U2OS raku siirdamise kasvaja mudelis suurendas metformiin koos kiiritusraviga ROS-i taset kasvajas kolm korda ja raku apoptoosi määra 50%.