การฉีดเมตฟอร์มิน

เมตฟอร์มินจับกับตำแหน่งจับกับยูบิควิโนนของไมโตคอนเดรียคอมเพล็กซ์ I อย่างแข่งขันได้ โดยขัดขวางขั้นตอนเริ่มต้นของห่วงโซ่การถ่ายโอนอิเล็กตรอน (ETC) การยับยั้งนี้นำไปสู่การล่มสลายของการไล่ระดับสีของโปรตอน (Δ PSI m) กิจกรรมการสังเคราะห์ ATP ลดลง และอัตราส่วน ATP/AMP ภายในเซลล์ลดลงอย่างมาก การศึกษาที่ดำเนินการโดยมหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิร์นในปี 2023 แสดงให้เห็นว่าการรักษาด้วยเมตฟอร์มินสามารถลดระดับ ATP ในเซลล์เนื้องอกได้ 60% -70% ซึ่งกระตุ้นการทำงานของ AMPK (ไคเนสของโปรตีนกระตุ้นอะดีโนซีนโมโนฟอสเฟตอย่างรวดเร็ว)

AMPK ซึ่งเป็นเซ็นเซอร์พลังงานของเซลล์จะกระตุ้นให้เกิดการเขียนโปรแกรมเมตาบอลิซึมใหม่หลายครั้งเมื่อเปิดใช้งาน:
การออกซิเดชันของกรดไขมันที่เพิ่มขึ้น: ฟอสโฟรีเลท ACC (อะซิติล CoA คาร์บอกซีเลส) ยับยั้งการสังเคราะห์กรดไขมัน และส่งเสริมการเกิดออกซิเดชัน -
การควบคุมการดูดซึมกลูโคส: เพิ่มการดูดซึมกลูโคสโดยกล้ามเนื้อและเนื้อเยื่อไขมันผ่านการโยกย้าย GLUT4
การยับยั้งการสังเคราะห์โปรตีน: ฟอสโฟรีเลชั่นของ mTORC1 (สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมราปามัยซินเป้าหมายโปรตีนคอมเพล็กซ์ 1) ปิดกั้นการส่งสัญญาณ S6K1 และ 4EBP1 ดาวน์สตรีม และยับยั้งการแพร่กระจายของเซลล์เนื้องอก

เซลล์เนื้องอกอาศัยแอโรบิกไกลโคไลซิส (เอฟเฟกต์ Warburg) เพื่อสร้าง ATP แต่การเปลี่ยนเมตาบอลิซึมที่เกิดจากเมตฟอร์มินจะทำให้แหล่งพลังงานของพวกมันอ่อนลงอย่างมาก:
การยับยั้งไกลโคไลซิส: การกระตุ้น AMPK ช่วยลดการผลิตฟรุกโตส-2,6-ไดฟอสเฟต (F2,6BP) และลดอัตราการไกลโคไลซิสโดยการยับยั้ง PFKFB3 (6-ฟอสฟอรัสฟรุกโตส-2-ไคเนส/ฟรุกโตส-2,6-ไดฟอสฟาเตส 3)
การปิดล้อมออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชั่น: การยับยั้งที่ซับซ้อน I จะรบกวนห่วงโซ่การหายใจของไมโตคอนเดรียโดยตรง บังคับให้เซลล์เปลี่ยนไปใช้วิถีไกลโคไลติกที่ไม่มีประสิทธิภาพ แต่การผลิต ATP นั้นน้อยกว่า 10% ของระดับดั้งเดิม

ลดการสะสมแลคเตท: การยับยั้งไกลโคไลซิสลดการผลิตแลคเตท ปรับปรุงความเป็นกรดของสภาพแวดล้อมจุลภาคของเนื้องอก และเพิ่มผลความเสียหายของรังสีต่อ DNA
หลักฐานทางคลินิก: ในเซลล์มะเร็งลำไส้ใหญ่ SW480 การรวมกันของเมตฟอร์มินและการรักษาด้วยรังสีส่งผลให้การแสดงออกของเอนไซม์ไกลโคไลติกที่สำคัญ HK2 (เฮกโซไคเนส 2) ลดลง 40% ระดับ ATP ในเซลล์ลดลง 55% และความสามารถในการสร้างโคโลนีลดลง 70%

การแผ่รังสีไอออไนซ์จะสร้างอนุมูลอิสระผ่านการไอออไนเซชันโดยตรงและการไฮโดรไลซิสทางอ้อม นำไปสู่การแตกตัวของดีเอ็นเอสายคู่ (DSB) การแตกตัวของสายเดี่ยว (SSB) และความเสียหายพื้นฐาน เซลล์เนื้องอกอาศัยระบบซ่อมแซมหลักสองระบบเพื่อตอบสนองต่อความเสียหาย:
การซ่อมแซมการรวมตัวที่คล้ายคลึงกัน (HR): ใช้ BRCA1/2 เป็นแกนกลางและโครมาทิดน้องสาวเป็นแม่แบบในการซ่อมแซม DSB อย่างแม่นยำ
จุดเชื่อมต่อขั้วต่อที่ไม่คล้ายคลึงกัน (NHEJ): การเชื่อมต่อปลายที่หักอย่างรวดเร็วผ่านโปรตีน เช่น Ku70/Ku80 และ DNA PKcs อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดได้อย่างง่ายดาย

การยับยั้งการแสดงออกของโปรตีนซ่อมแซม HR โดยตรงทำได้โดยเมตฟอร์มินที่ควบคุมการแสดงออกของโปรตีน HR ที่สำคัญผ่านทาง AMPK/mTOR
การยับยั้ง Rad51: ในเซลล์มะเร็งตับอ่อน เมตฟอร์มินจะลดระดับโปรตีน Rad51 ลง 60% ส่งผลให้ประสิทธิภาพการซ่อมแซม HR ลดลง 50%
การย่อยสลาย BRCA1/2: เมตฟอร์มินกระตุ้น E3 ligase MDM2 ส่งเสริมการย่อยสลายโปรตีโอโซมอลของ BRCA1/2 และลดความสามารถในการซ่อมแซม HR

การฉีดเมตฟอร์มินรบกวนการซ่อมแซม NHEJ ด้วยความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน:
การยับยั้งฟอสโฟรีเลชั่นของ DNA PKcs: การสะสม ROS (สายพันธุ์ออกซิเจนปฏิกิริยา) นำไปสู่การลดฟอสโฟรีเลชั่นของซีรีน 2609 ใน DNA PKcs (หน่วยย่อยตัวเร่งปฏิกิริยาโปรตีนไคเนสที่ขึ้นกับดีเอ็นเอ) ทำให้ไม่สามารถรับปัจจัยการซ่อมแซมได้
การแยกตัวของ Ku70/Ku80: ROS ที่มีความเข้มข้นสูงออกซิไดซ์ Cys58 และ Cys155 ของ Ku70 ซึ่งขัดขวางความสามารถในการจับกับ DNA ที่สิ้นสุด
การทดลองในสัตว์ทดลอง: ในแบบจำลองเนื้องอกการปลูกถ่ายหนูเปลือย การผสมผสานระหว่างเมตฟอร์มินและรังสีบำบัดช่วยยืดระยะเวลาของจุดโฟกัสของ - H2AX (เครื่องหมาย DSB) ได้นานขึ้นสามเท่า และลดการแสดงออกของโปรตีนในวิถีการส่งสัญญาณการซ่อมแซม (p-ATM, p-ATR) ลง 70%

การฉีดเมตฟอร์มินเพิ่มระดับ ROS ผ่านวิถีคู่ของการยับยั้งไมโตคอนเดรียคอมเพล็กซ์ I และการเขียนโปรแกรมเมตาบอลิซึมใหม่:
การยับยั้งสารเชิงซ้อน I: การปิดกั้นการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทำให้เกิดการรั่วไหลของอิเล็กตรอน ซึ่งทำปฏิกิริยากับ O ₂ เพื่อสร้างแอนไอออนซูเปอร์ออกไซด์ (O ₂⁻⁻) ซึ่งจากนั้นจะถูกแปลงเป็น H ₂ O ₂ โดย SOD (ซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเตส)
การออกซิเดชันของกรดไขมันที่เพิ่มขึ้น: Acetyl CoA ที่ผลิตโดยออกซิเดชัน - จะเข้าสู่วงจร TCA ซึ่งส่งเสริมการผลิต NADH และทำให้การยับยั้ง I ที่ซับซ้อนรุนแรงขึ้นอีก
การสูญเสียกลูตาไธโอน (GSH): เมตฟอร์มินยับยั้ง GCL (กลูตาเมตซิสเทอีน ligase) และ GS (กลูตาไธโอนซินเทส) ทำให้ระดับ GSH ลดลง 50% และทำให้ความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระของเซลล์ลดลง

ความเสียหายโดยตรงของ DNA เกิดจากปฏิกิริยาเฟนตันของ H ₂ O ₂ เพื่อสร้างอนุมูลไฮดรอกซิล (· OH) ซึ่งจะโจมตีแกนหลักและเบสของน้ำตาลฟอสเฟตของ DNA โดยตรง นำไปสู่ความเสียหายต่อ SSB และเบสออกซิเดชัน รังสีแต่ละ Gy สามารถสร้างประมาณ 10 ⁵ · OH และการปรับสภาพเมตฟอร์มินจะเพิ่มปริมาณ · OH ที่เกิดขึ้น 2 เท่า

ROS ควบคุมความไวของรังสีผ่านโมเลกุลส่งสัญญาณที่ไวต่อรีดอกซ์:
ASK1/JNK/c-การเปิดใช้งานวิถี Jun: ROS ออกซิไดซ์ Cys250 ของ ASK1 (ไคเนสที่ควบคุมสัญญาณอะพอพโทติก 1) ปลดปล่อยการยับยั้งตัวเองของมัน กระตุ้น JNK (c-Jun N-เทอร์มินัลไคเนส) และ c-Jun ซึ่งส่งเสริมการตายของเซลล์

การยับยั้ง NF - κ B: ROS ออกซิไดซ์ Cys179 ของ I κ B alpha (ปัจจัยนิวเคลียร์แคปปา B ยับยั้งโปรตีนอัลฟา) ส่งเสริมการย่อยสลายและปล่อย NF - κ B เข้าสู่นิวเคลียส อย่างไรก็ตาม เมตฟอร์มินยับยั้งการทำงานของ IKK (I κ B kinase) ผ่านทาง AMPK ขัดขวางการโยกย้ายนิวเคลียร์ NF - κ B และลดการแสดงออกของโปรตีนต่อต้านการตายของเซลล์ เช่น Bcl-2 และ XIAP
การทดลองในสัตว์ทดลอง: ในแบบจำลองเนื้องอกในการปลูกถ่ายเซลล์มะเร็งกระดูก U2OS เมตฟอร์มินร่วมกับรังสีรักษาช่วยเพิ่มระดับ ROS ในเนื้องอกได้สามเท่า และเพิ่มอัตราการตายของเซลล์ขึ้น 50%