Injekce metforminu

Metformin se kompetitivně váže na ubichinonové vazebné místo mitochondriálního komplexu I, čímž blokuje počáteční krok řetězce přenosu elektronů (ETC). Tato inhibice vede ke kolapsu protonového gradientu (Δ PSI m), snížení aktivity ATP syntázy a prudkému poklesu intracelulárního poměru ATP/AMP. Studie provedená Northwestern University v roce 2023 ukázala, že léčba metforminem může snížit hladiny ATP v nádorových buňkách o 60% -70%, což spouští rychlou aktivaci AMPK (adenosinmonofosfátem aktivovaná proteinkináza).

AMPK jako senzor buněčné energie spouští po aktivaci vícenásobné metabolické přeprogramování:
Zvýšená oxidace mastných kyselin: fosforyluje ACC (acetyl CoA karboxylázu), inhibuje syntézu mastných kyselin a podporuje oxidaci -.
Upregulace příjmu glukózy: Zvýšený příjem glukózy svalem a tukovou tkání prostřednictvím translokace GLUT4.
Inhibice syntézy proteinů: Fosforylace mTORC1 (savčí cílový proteinový komplex rapamycinu 1), blokování downstream signalizace S6K1 a 4EBP1 a inhibice proliferace nádorových buněk.

Nádorové buňky se při produkci ATP spoléhají na aerobní glykolýzu (Warburgův efekt), ale metabolické přepínání vyvolané metforminem významně oslabuje jejich dodávku energie:
Inhibice glykolýzy: Aktivace AMPK snižuje produkci fruktóza-2,6-difosfátu (F2,6BP) a snižuje rychlost glykolýzy inhibicí PFKFB3 (6-fosfofruktóza-2-kináza/fruktóza-2,6-difosfatáza 3).
Blokáda oxidativní fosforylace: Inhibice komplexu I přímo narušuje mitochondriální respirační řetězec, což nutí buňky přejít na neefektivní glykolytickou dráhu, ale produkce ATP je nižší než 10 % původní úrovně.

Snížená akumulace laktátu: Inhibice glykolýzy snižuje produkci laktátu, zlepšuje acidifikaci mikroprostředí nádoru a zvyšuje škodlivý účinek záření na DNA.
Klinické důkazy: U buněk kolorektálního karcinomu SW480 vedla kombinace metforminu a radioterapie ke 40% snížení exprese klíčového glykolytického enzymu HK2 (hexokináza 2), k 55% poklesu intracelulárních hladin ATP a 70% poklesu schopnosti tvořit kolonie.

Ionizující záření vytváří volné radikály prostřednictvím přímé ionizace a nepřímé hydrolýzy, což vede k dvouřetězcovým zlomům DNA (DSB), jednořetězcovým zlomům (SSB) a poškození báze. Nádorové buňky se při reakci na poškození spoléhají na dva hlavní opravné systémy:
Homologní rekombinační oprava (HR): Používá BRCA1/2 jako jádro a sesterské chromatidy jako šablonu pro přesnou opravu DSB.
Nehomologní terminální spojení (NHEJ): Rychlé spojení přerušených konců prostřednictvím proteinů, jako jsou Ku70/Ku80 a DNA PKcs, může snadno způsobit chyby.

Přímé inhibice exprese HR opravných proteinů je dosaženo tím, že metformin downreguluje expresi klíčových HR proteinů prostřednictvím AMPK/mTOR dráhy
Inhibice Rad51: V buňkách rakoviny pankreatu snižuje metformin hladinu proteinu Rad51 o 60 %, což má za následek 50% snížení účinnosti opravy HR.
Degradace ubikvitinace BRCA1/2: Metformin aktivuje E3 ligázu MDM2, čímž podporuje proteasomální degradaci BRCA1/2 a oslabuje schopnost reparace HR.

Injekce metforminuinterferuje s opravou NHEJ prostřednictvím oxidačního stresu:
Inhibice fosforylace DNA PKcs: Akumulace ROS (reaktivních forem kyslíku) vede k defosforylaci serinu 2609 v DNA PKcs (DNA dependentní proteinkinázová katalytická podjednotka), takže není schopna získávat opravné faktory.
Disociace Ku70/Ku80: Vysoké koncentrace ROS oxidují Cys58 a Cys155 Ku70, čímž narušují jejich vazebnou schopnost ke koncům DNA.
Experimenty na zvířatech: V modelu transplantovaného tumoru u nahých myší kombinace metforminu a radioterapie prodloužila dobu trvání ložisek - H2AX (DSB marker) třikrát a snížila expresi proteinů opravné signální dráhy (p-ATM, p-ATR) o 70 %.

Injekce metforminuzvyšuje hladiny ROS prostřednictvím duální cesty inhibice mitochondriálního komplexu I a metabolického přeprogramování:
Inhibice komplexu I: Blokování přenosu elektronů vede k úniku elektronů, který reaguje s O 2 za vzniku superoxidových aniontů (O ₂⁻⁻), které jsou následně přeměněny na H 2 O 2 pomocí SOD (superoxiddismutázy).
Zvýšená oxidace mastných kyselin: Acetyl CoA produkovaný oxidací - vstupuje do cyklu TCA, podporuje produkci NADH a dále zhoršuje inhibici komplexu I.
Deplece glutathionu (GSH): Metformin inhibuje GCL (glutamát cystein ligáza) a GS (glutathion syntáza), což způsobuje 50% snížení hladiny GSH a oslabení buněčné antioxidační kapacity.

Přímé poškození DNA je způsobeno Fentonovou reakcí H₂O₂ za vzniku hydroxylových radikálů (·OH), které přímo napadají kostru a báze fosfátů a cukrů DNA, což vede k poškození oxidací SSB a bází. Každý Gy záření může generovat přibližně 10 ⁵ · OH a předléčení metforminem zvyšuje množství · OH generované 2krát.

ROS reguluje radiosenzitivitu prostřednictvím redoxně citlivých signálních molekul:
Aktivace dráhy ASK1/JNK/c-Jun: ROS oxiduje Cys250 z ASK1 (kináza 1 regulovaná apoptotickým signálem), uvolňuje svou vlastní inhibici, aktivuje JNK (c-Jun N-terminální kinázu) a c-Jun, čímž podporuje buněčnou apoptózu.

Inhibice NF - κ B: ROS oxiduje Cys179 z Iκ B alfa (inhibiční protein alfa jaderného faktoru kappa B), podporuje jeho degradaci a uvolňuje NF - κ B do jádra. Metformin však inhibuje aktivitu IKK (IKB kinázy) prostřednictvím AMPK, blokuje nukleární translokaci NF -KB a snižuje expresi antiapoptotických proteinů, jako jsou Bcl-2 a XIAP.
Experiment na zvířatech: V modelu nádoru s transplantací buněk osteosarkomu U2OS zvýšil metformin v kombinaci s radioterapií hladiny ROS v nádoru třikrát a zvýšil míru buněčné apoptózy o 50 %.