Многочисленные благоприятные последствия для здоровья, связанные с использованием метформина для лечения пациентов с диабетом 2 типа (СД2), вместе с данными доклинических исследований на животных, включая нематод, C. elegans и мышей, побудили исследовать, имеет ли метформин терапевтический эффект. полезность в качестве омолаживающего препарата, который также может увеличить продолжительность жизни. Действительно, клинические испытания, в том числе MILES (Исследование метформина в области долголетия) и TAME (Метформин против старения), были разработаны для оценки потенциальных преимуществ метформина как препарата против старения. Предварительный анализ результатов MILES показывает, что метформин может вызывать омолаживающие транскрипционные изменения; однако остается
спорным вопрос о том, оказывает ли метформин защитное действие на здоровых субъектов. Кроме того, несмотря на клиническое использование в течение более 60 лет в качестве антидиабетического препарата, клеточные механизмы, посредством которых метформин оказывает свое действие, остаются неясными. В этом обзоре мы критически оценили литературу, в которой исследовалось влияние метформина на старение, продолжительность здоровья и продолжительность жизни у людей, а также у других видов. При подготовке этого обзора особое внимание уделялось достоверности и воспроизводимости данных, а также качеству протоколов исследования в отношении фармакокинетических и фармакодинамических свойств метформина. Мы пришли к выводу, что, несмотря на данные в поддержку антивозрастных преимуществ, доказательства того, что метформин увеличивает продолжительность жизни, остаются спорными.
Однако, благодаря своей способности снижать раннюю смертность, связанную с различными заболеваниями, включая диабет, сердечно-сосудистые заболевания, снижение когнитивных функций и рак. метформин может улучшить продолжительность жизни, тем самым продлевая период жизни, проведенный в хорошем состоянии. На основании имеющихся данных мы пришли к выводу, что благотворное влияние метформина на старение и продолжительность здоровья в первую очередь является косвенным через его влияние на клеточный метаболизм и является результатом его антигипергликемического действия, повышения чувствительности к инсулину, снижения окислительного стресса и защитного действия на эндотелий и сосудистая функция.
Метформин представляет собой синтетический бигуанид, эффективный при пероральном приеме и сенсибилизирующий инсулин антидиабетический препарат, который для большинства пациентов является антигипергликемическим средством первой линии для лечения сахарного диабета 2 типа (СД2) (1).
Метформин был впервые синтезирован в 1922 году, и его разработка основывалась на знаниях народной медицины о том, что активным, но токсичным компонентом Galega officinalis (французской сирени), который может лечить «сладкую мочу», был гуанидин, галегин (2,3). Метформин был представлен для лечения СД2 во Франции в 1958 году, и теперь, спустя более 60 лет, его ежедневно используют более 150 миллионов человек (4).
Для большинства людей метформин является не только недорогим препаратом, поскольку он не запатентован, но и безопасным препаратом с наиболее выраженными побочными эффектами, связанными с желудочно-кишечным трактом, которые возникают примерно у 20-30% пациентов и могут включать боль в животе, вздутие живота, диарея, тошнота и рвота (5,6). Побочные эффекты со стороны желудочно-кишечного тракта зависят от дозы и обычно не ограничивают его применение; однако примерно у 5% пациентов эти побочные эффекты могут привести к необходимости перехода на альтернативный препарат (5)(6) (7) (8)(9). Побочные эффекты со стороны желудочно-кишечного тракта могут быть связаны с накоплением метформина в энтероцитах кишечника и усиленным использованием глюкозы, что приводит к образованию лактата, а также с изменениями микробиоты, вызванными метформином (6,10). Более серьезные побочные эффекты включают молочнокислый ацидоз, который, однако, Потеря веса на 1 кг (7). Тем не менее, метформин не был одобрен в качестве препарата для снижения веса отчасти потому, что его эффекты сильно варьируют, а у женщин с СПКЯ, несмотря на потерю веса, висцеральный жир может не уменьшаться (21).
По данным ВОЗ, от диабета и сердечно-сосудистых заболеваний ежегодно умирает около 22 миллионов человек (22). Учитывая, что метформин так широко используется, есть возможность определить, действительно ли метформин обладает омолаживающими свойствами.
Эта цель поднимает вопрос о том, что на самом деле определяет антивозрастной препарат? Мы будем использовать определение, что «антивозрастное действие относится к профилактике и лечению возрастных заболеваний», другими словами, «положительно влияет на продолжительность жизни, период жизни, прожитый в добром здравии и без инвалидизирующих заболеваний, или продолжительность здоровой жизни». ". Мы признаем, что некоторые считают использование термина «продолжительность жизни» спорным, поскольку его нельзя легко определить количественно, и поэтому он является субъективным; однако этот термин широко используется. Поэтому, чтобы быть последовательным, мы сохраняем его использование, принимая ограничения, что этот термин просто отражает снижение риска заболевания, приводящего к инвалидности. Это сокращение само по себе может увеличить продолжительность жизни (23). Таким образом, продолжительность жизни отличается от увеличения ожидаемой продолжительности жизни или продолжительности жизни (долголетия), которую можно легко измерить количественно, и определяется как «продолжительность жизни организма или общая продолжительность жизни».
Применение метформина при СД2 резко возросло благодаря результатам Проспективного исследования диабета в Соединенном Королевстве (UKPDS), проспективного 20-летнего рандомизированного многоцентрового исследования пациентов с СД2. В исследовании, опубликованном в 1998 г., сообщается о пользе метформина при диабете для сердечно-сосудистой системы (СС) (24). Долгое время предполагалось, что антидиабетические преимущества метформина обусловлены его печеночно-опосредованным действием у людей, а другие клинические преимущества являются вторичными по отношению к его влиянию на метаболизм глюкозы и липидов. Теперь мы знаем, что существуют внепеченочные участки действия метформина, при этом кишечник вносит основной вклад в его клинические преимущества в качестве антигипергликемического препарата за счет модуляции уровней глюкагоноподобного пептида 1 (ГПП-1) дуоденальным AMPK-опосредованным путем. а также эффекты, возникающие в результате модулирования микробиоты (25)(26)(27)(28)(29).
Преимущества метформина в снижении риска развития микрососудистых заболеваний были подтверждены 10-летним наблюдением за исходным отчетом UKPDS (30). Точно так же Джонсон и соавт. получили доступ к административным базам данных здравоохранения Саскачевана для ретроспективного исследования, а также сообщили о снижении сердечно-сосудистой заболеваемости и смертности при монотерапии метформином по сравнению с монотерапией сульфонилмочевиной (31). Дополнительные подтверждающие доклинические и клинические данные были предоставлены Nesti и Natali (32). В совокупности эти данные показывают, что метформин может снижать как смертность, так и ускоренное заболеванием старение сердечно-сосудистой системы. На основании данных как клинических, так и доклинических исследований метформина, независимо от его антигипергликемического действия, непосредственно защищает эндотелий (33)(34)(35). Накопление иногда противоречивых данных открыло дискуссию о том, распространяются ли благоприятные эффекты метформина за пределы его антигипергликемического действия и включают ли роль антивозрастного препарата, который увеличивает продолжительность жизни и здоровье, что вселяет надежду на то, что он может быть «фонтаном». молодежи» (26,27,29,(36)(37)(38)(39)(40)(41)(42).
В дополнение к своим преимуществам в качестве антигипергликемического средства метформин также снижает атеросклеротическую нагрузку у лиц, не страдающих диабетом, с риском развития СД2 (1, 7). Интерес к потенциальным клиническим преимуществам метформина расширился и теперь включает повторное назначение при синдроме поликистозных яичников (СПКЯ), преэклампсии, раке, ревматоидном артрите, малярии, а также антибиотическое и противовирусное действие (43)(44)(45)(46)(47) )(48). Основываясь на этом постоянно расширяющемся каталоге преимуществ метформина, название обзорной статьи относится к метформину как: «Метформин - аспирин 21 века» (27).
В этом обзоре мы обобщаем опубликованные данные, которые говорят за или против антивозрастного эффекта метформина. Кроме того, мы описываем предполагаемые пути замедления старения, которые активирует метформин, и обсуждаем со ссылкой на текущие клинические испытания, приводит ли использование метформина к положительным эффектам как на продолжительность жизни, так и на здоровье. Важным вопросом при оценке потенциальной пользы лекарственного средства при лечении любого конкретного заболевания является сила и воспроизводимость доказательств, а также особое внимание при переводе данных доклинических исследований лекарственного средства в терапевтическую эффективность (49) (50). )(51).
На основе систематического обзора 53 исследований Campbell et al. пришел к выводу, что независимо от его терапевтической эффективности в качестве противодиабетического препарата применение метформина приводит к снижению смертности от всех причин, связанных с заболеваниями, ускоряющими старение, включая рак и сердечно-сосудистые заболевания (37).
Гены и клеточные сигнальные пути, связанные с клеточным циклом, восстановлением ДНК, гибелью клеток, митохондриями, иммунитетом, передачей сигналов питательных веществ и гормоном роста, инсулиновым фактором роста-1 (IGF-1), опосредованным через PI3K/AKT/mTOR (фосфоинозитид-3-киназа). /AKT (протеинкиназа B)/мишень млекопитающих для рапамицина) подверглись обширным исследованиям в качестве мишеней для антивозрастных стратегий (36, 52, 53). Возможность использования бигуанидов в качестве геропротекторов была описана еще в 1980 г. (54).
Метформин благодаря своему сенсибилизирующему действию на инсулин снижает уровень инсулина и, таким образом, также должен нормализовать уровни ИФР-1 (55, 56). Эффекты метформина на IGF-1 связаны с метформином как активатором AMP-активируемой киназы (AMPK) и ингибированием передачи сигналов через путь mTOR. mTOR представляет собой высококонсервативную серин-треонинкиназу, которая играет важную роль в регуляции клеточного метаболизма, включая передачу сигналов питательных веществ и рост, опосредованный IGF-1 (57, 58). Передача сигналов через mTOR связана с ускоренным старением, а нарушение регуляции передачи сигналов mTOR также связано с прогрессированием рака, воспалительных и неврологических заболеваний, а также СД2 (59). AMPK является ключевым регулятором многих клеточных путей, которые связаны как с продолжительностью жизни, так и со здоровьем, включая преимущества ограничения калорий. Таким образом, в качестве активатора AMP метформин попал под микроскоп как потенциальное средство против старения, и его потенциальная роль в качестве лекарства против старения была повышена (36,41,60). Следует отметить, что чувствительность к AMPK снижается с возрастом, что подтверждает аргумент о том, что активаторы AMPK, такие как метформин, могут замедлять старение (61).
Использовались очень высокие концентрации метформина, от 10 до 150 мМ (67,86), что эквивалентно дозе для человека примерно 5 кг/день. Такие дозы для человека были бы смертельными, и можно было бы ожидать того же для C. elegans, где токсичность компенсируется воздействием метформина на микробиом и ингибированием бактериального метаболизма фолиевой кислоты. Действительно, в отсутствие бактерий метформин сокращал продолжительность жизни, что означает, что именно антибактериальное действие метформина объясняет увеличение продолжительности жизни у C. elegans (67). Кроме того, у старых C. elegans все концентрации метформина, 10, 25 и 50 мМ, оказались токсичными и сокращали продолжительность жизни (72). Повышенная токсичность метформина у старых червей была связана с уменьшением численности митохондрий и сниженной способностью генерировать АТФ (подробности см. в Таблице 1) (72). от 10 до 150 мМ (67,86) и эквивалентны дозе для человека примерно 5 кг/день. Такие дозы для человека были бы смертельными, и можно было бы ожидать того же для C. elegans, где токсичность компенсируется воздействием метформина на микробиом и ингибированием бактериального метаболизма фолиевой кислоты. Действительно, в отсутствие бактерий метформин сокращал продолжительность жизни, что означает, что именно антибактериальное действие метформина объясняет увеличение продолжительности жизни у C. elegans (67). Кроме того, у старых C. elegans все концентрации метформина, 10, 25 и 50 мМ, оказались токсичными и сокращали продолжительность жизни (72). .
Те же самые пути, изученные у C. elegans, также были исследованы у млекопитающих, у которых продолжительность жизни и продолжительность здоровья были увеличены за счет модификации путей «старения» или с помощью лекарств, включая метформин (60,87). Что касается C. elegans, использование метформина у людей изменит микробиом. Это действие является важной детерминантой антигипергликемических терапевтических эффектов, побочных эффектов со стороны желудочно-кишечного тракта и, возможно, антивозрастных эффектов метформина (88,89). Биодоступность метформина составляет примерно 50%, при этом неабсорбированное лекарство выходит с калом и после приема дозы до 2550 мг/сутки; концентрация метформина в кишечнике может достигать мМ. Кроме того, метформин также посредством кишечно-опосредованного действия усиливает высвобождение глюкагоноподобного пептида-1 (ГПП-1). Именно высвобождение GLP-1 вносит существенный вклад в антигипергликемические эффекты метформина (26, 90, 91). Дополнительным подтверждением важности механизмов действия метформина, опосредованных кишечником, является знание того, что внутривенное введение метформина неэффективно для снижения гипергликемии, что было продемонстрировано с использованием метода гипергликемического клэмпа для определения взаимосвязи между концентрацией метформина в плазме и выработкой и утилизацией глюкозы в печени у пациентов с СД2. (92).
Признание роли как кишечного микробиома, так и высвобождения GLP-1 в качестве важных факторов антидиабетического действия метформина стало значительным шагом вперед в понимании того, как метформин опосредует свои терапевтические действия, включая вклад в переменную потерю веса, связанную с с метформином (93). Дополнительным фактором потери веса является новый цитокин, фактор дифференцировки роста 15 (GDF15), который является членом надсемейства трансформирующих факторов роста b и также известен как ингибирующий макрофаги цитокин-1 (MIC-1). Секреция GDF15 была связана ряд физиологических и патофизиологических функций и уровни экспрессии повышаются в ответ на стрессовые стимулы и связаны с транскрипционными факторами пути стресса, CHOP (гомологичный белок C/EBP) и ATF4 (активирующий транскрипционный фактор 4) (94)(95)(96). В результате анализа данных исследования ORIGIN (снижение результатов при первоначальном введении гларгина) GDF15 был идентифицирован как биомаркер, связанный с положительными сердечно-сосудистыми исходами, а также повышенный у пациентов, получавших метформин (80,81). Связь между метформином и GDF15 была подтверждена данными, показывающими, что метформин предотвращал увеличение веса у мышей с высоким содержанием жира, но не у мышей, лишенных GDF15 или лишенных его рецептора, альфа-подобного рецептора семейства нейротрофических факторов глиальных клеток (GFRAL) или GDF15 был идентифицирован как биомаркер, связанный с положительными сердечно-сосудистыми исходами, а также повышенный у пациентов, получавших метформин (80,81). Связь между метформином и GDF15 была подтверждена данными, показывающими, что метформин предотвращал увеличение веса у мышей с высоким содержанием жира, но не у мышей, лишенных GDF15 или лишенных его рецептора, альфа-подобного рецептора семейства нейротрофических факторов глиальных клеток (GFRAL) или GDF15 был идентифицирован как биомаркер, связанный с положительными сердечно-сосудистыми исходами, а также повышенный у пациентов, получавших метформин (80,81). Связь между метформином и GDF15 была подтверждена данными, показывающими, что метформин предотвращал увеличение веса у мышей с высоким содержанием жира, но не у мышей, лишенных GDF15 или лишенных его рецептора, альфа-подобного рецептора семейства нейротрофических факторов глиальных клеток (GFRAL) или
Результаты протокола
• Пациенты с СД2, получавшие монотерапию метформином или сульфонилмочевиной, сравнивались с контрольными группами того же возраста и пола без диабета в ретроспективном обсервационном анализе из UK Clinical Practice Research Datalink.
• Пациенты, которым были назначены препараты сульфонилмочевины, имели более низкие показатели выживаемости, чем контрольная группа, не страдающая диабетом, и пациенты с диабетом, которым был назначен метформин.
• У пациентов с диабетом, принимавших метформин, было больше сопутствующих заболеваний, но их показатели выживаемости были сопоставимы с контрольной группой без диабета.
• Заключение. Метформин увеличивает продолжительность жизни человека, но не продолжительность жизни. Уиллкокс и Уиллкокс (70) • Жители Окинавы живут долго. Эпидемиологические данные о пожилых жителях Окинавы, соблюдавших диету с ограничением калорий в течение примерно половины своей жизни (ограничение калорий (10–15%), потребление продуктов, имитирующих биологические эффекты ограничения калорий, и фенотипические данные, согласующиеся с ограничением калорий (низкое содержание калорий в организме). вес и ИМТ).
• Ограничение калорий, вероятно, способствовало увеличению продолжительности жизни и здоровья жителей Окинавы.
• Влияние метформина на продолжительность здоровья и продолжительность жизни нематоды Caenorhabdatis elegans, связанное с активацией серин-треонинкиназы LKB1 и AMPK. Преимущества метформина зависели от экспрессии чувствительных к стрессу SKN-1/Nrf2, но не зависели от сигнального пути инсулина?
• Воздействие 50 мМ, но не 1 или 10 мМ, метформина значительно повышало выживаемость C. elegans на 27%, значительно сдвигало кривую выживания вправо и способствовало «молодой» подвижности. Эффекты не наблюдались в модели ограничения калорий EAT-2 DR или в моделях с дефицитом AMPK, LKB1 или SKN-1/Nrf2. • При добавлении в рацион мышей SHR метформин замедлял старение и увеличивал продолжительность жизни, но не снижал частоту возникновения спонтанных опухолей. Антивозрастная эффективность метформина была снижена у старых мышей.
• Заключение. Влияние метформина на продолжительность жизни мышей зависит от возраста.
• Анисимов и др. (74): Метформин увеличивал продолжительность жизни на 14% при начале в 1 месяц, но через 9 месяцев лишь на незначительные 6%, а через 15 месяцев был неэффективен.
• В статье 2003 г. Анисимов и др. продемонстрировали сравнимые эффекты увеличения продолжительности жизни у мышей и крыс при применении бигуанидов, фенформина и бузоформина, которые также замедляли развитие опухоли, что позволяет авторам предположить, что они являются потенциальными геропротекторами.
• Прерывистое [либо раз в две недели (EOW), либо две недели из 4 (2WM)] введение стареющим самцам мышей C57/BL6 в течение 17 недель 1% метформина в рационе.
• Периодическое лечение метформином не приводило к ранней смертности.
• Прием метформина при приеме внутрь привел к снижению веса и улучшению чувствительности к инсулину, но не к увеличению продолжительности жизни.
• По сравнению с контролем данные об увеличении поражений почек у мышей EOW и 2WM. Мартин-Монтальво и др. (76) • Когорты мышей среднего возраста получали либо обычную диету, либо стандартную диету с добавлением 0,1% (вес/вес) или 1% (вес/вес) метформина до конца жизни.
• У самцов мышей длительное лечение метформином в концентрации 0,1 % по массе приводило к повышению уровня в сыворотке 450 мМ, увеличению продолжительности жизни на 4,15 % и снижению уровня NF-kB в печени.
• Более высокая доза 1% метформина по массе привела к уровню в сыворотке 5 мМ, была токсичной и привела к сокращению средней продолжительности жизни мышей на 14,4%.
• Параллельные исследования эмбриональных фибробластов мышей продемонстрировали активацию AMPK без влияния на электрон-транспортную активность митохондрий.
• Вывод: метформин увеличивает продолжительность жизни у мышей, но зависит от дозы. • Примечание: комментарии к данным вестерн-блоттинга доступны на сайте pubpeer.
• Набор данных Национального института программы тестирования мер по борьбе со старением (ITP) оценил влияние 0,1% метформина и рапамицина (14 частей на миллион) на продолжительность жизни мышей.
• Метформин сам по себе не увеличивал продолжительность жизни, но сообщалось о положительном эффекте в сочетании с рапамицином. Авторы предполагают, что «польза» метформина заключается в компенсации негативного воздействия рапамицина на метаболизм.
• Вывод: метформин не увеличивает продолжительность жизни мышей.
• Самцы крыс Fischer с 6-месячного возраста получали либо диету с ограничением калорий (CR) (70%), либо диетический метформин (300 мг/кг/день) по сравнению с контрольной группой. Определяли метаболические параметры, массу тела и продолжительность жизни.
• На основании анализа графика выживаемости Каплана-Мейера метформин не увеличивал продолжительность жизни по сравнению с контрольной группой, в то время как CR замедлял раннюю смертность.
• Вывод: метформин не является миметиком, ограничивающим калорийность (CRM) Kulkarni et al. (79) • Испытание MILES началось в октябре 2014 г. Перекрестное двойное слепое исследование с участием 14 пожилых пациентов с нарушением контроля уровня глюкозы, каждый из которых служил в качестве собственного контроля. Субъектов лечили метформином в дозе 1700 мг/сут в течение 6 недель и проводили транскриптомные исследования биоптатов скелетных мышц и подкожной жировой ткани.
• 647 генов по-разному экспрессировались в мышцах по сравнению со 146 генами в жировой ткани, влияя как на метаболические, так и на неметаболические пути • Изменения в репарации ДНК и, поскольку функция репарации снижается с возрастом, данные свидетельствуют об антивозрастном действии. Аналогичные результаты для изменений в экспрессии гена коллагена.
• В жировой ткани наблюдались изменения метаболизма жирных кислот и липидов, что отражалось сигналами PPAR и SREBP.
• В скелетных мышцах изменения метаболизма пирувата, биосинтеза НАД и снижение
после лечения антагонистом GRAL; однако GDF15 не требовался для антигипергликемического действия метформина (83). В ряде исследований сообщается о положительной корреляции между применением метформина и повышенным уровнем GDF15 (97). Дополнительный интерес представляет и основанный на протеомном анализе плазмы 240 здоровых, здоровых людей в возрасте от 22 до 93 лет, GDF15 был идентифицирован как белок, наиболее положительно коррелирующий с хронологическим возрастом, а также известный как снижающий аппетит. посредством действия в заднем мозге (82,95). В совокупности эти данные указывают на связь между предполагаемым омолаживающим действием метформина, потерей веса и сердечно-сосудистыми преимуществами, которые отличаются от эффектов метформина на гомеостаз глюкозы. GDF15 также передает сигналы через семейство рецепторов эпидермального фактора роста (EGF) и PI3K, и сигнальные пути AKT поднимают вопрос, обязательно ли повышение уровня GDF15 является защитным (94,98). Повышенные уровни GDF15 были связаны с ростом опухоли и плохим прогнозом у больных раком, что поднимает вопрос о том, служит ли GDF15 супрессором или промотором опухоли и мишенью для лечения рака (84,85,99). См. Таблицу 1 .
AMPK функционирует как датчик энергии, который координирует несколько защитных и энергосберегающих сигнальных путей, включая пути, активируемые ограничением калорий, и называется топливным датчиком клетки, выступая в качестве датчика энергии (100, 101) (рис. 1). AMPK активируется при метаболическом стрессе и действует как клеточный регулятор метаболизма липидов и глюкозы (102, 103). Глюконеогенез в печени ингибируется активацией AMPK, что также повышает чувствительность к инсулину, абсорбцию глюкозы мышцами и окисление жирных кислот (103, 104). Кроме того, метформин ингибирует воспалительную реакцию за счет ингибирования ядерного фактора kB (NFkB) через пути, вовлекающие AMPK (104, 105) (таблица 2 и рисунок 1). Повышение активности AMPK также объясняет защитное действие метформина на эндотелиальную функцию посредством активации эндотелиальной синтазы оксида азота (eNOS), тем самым противодействуя негативному влиянию диабетической среды на сердечно-сосудистую функцию (119). AMPK ингибирует передачу сигналов через mTOR и благодаря этому действию может способствовать снижению заболеваемости некоторыми видами рака, связанными с применением метформина: см. Таблицу 2. Кроме того, снижение чувствительности к активации AMPK с возрастом или заболеванием может привести к сокращению продолжительности жизни и здоровья (61). Хотя эти данные подтверждают аргумент о том, что метформин увеличивает как продолжительность жизни, так и здоровье, необходима осторожность из-за высоких концентраций метформина, значительно превышающих терапевтические уровни у людей, которые использовались в некоторых доклинических исследованиях in vitro.
AMPK регулируется двумя восходящими серин-треониновыми AMPK-киназами: LKB1 и Ca2+/кальмодулин-зависимой протеинкиназой-киназой b (CaMKKb), а также позитивно регулируется никотинамидадениндинуклеотидной (NAD+) деацетилазой, сиртуином-1. Сиртуин-1 является белковым продуктом предполагаемого антивозрастного гена SIRT1, который нацелен на остатки лизина в белках, включая гистоны и супрессоры опухолей, LKB1 и p53 (120, 121). Было показано, что в эндотелиальных клетках метформин усиливает фосфорилирование и повышает активность LKB1 (122). Старение является основным фактором старения и развития сердечно-сосудистых заболеваний (123), и экспрессия сиртуина-1 необходима для метформина для защиты эндотелиальных клеток от старения, вызванного гипергликемией (110). Кроме того, анализ in silico предполагает, что метформин может напрямую активировать SIRT1 (124).
Важное значение и подтверждение потенциального противоракового действия метформина имеет тот факт, что LKB1 является супрессором опухоли и что мутации в LKB1 наблюдаются при многих видах рака, что приводит к снижению ингибирующего эффекта пути LKB1/AMPK на пролиферативную передачу сигналов через mTOR. (125,126). В совокупности эти данные обеспечивают связь между метформином, AMPK, LKB1, сиртуином-1 и клеточными механизмами, которые могут улучшить как продолжительность жизни, так и • Анализ 237 биомаркеров у 8401 участника с диабетом или нарушением толерантности к глюкозе в исследовании ORIGIN вмешательство).
• ай. Анализ выявил 10 биомаркеров, которые идентифицировали дисгликемических субъектов с более высоким риском сердечно-сосудистых заболеваний по сравнению с более низким. аии. Герштейн и др. (81) • Анализ профиля биомаркеров у 28% из 8 401 участников исследования ORIGIN, получавших метформин.
• аии. Субъекты, принимавшие метформин, также имели более высокий уровень GDF15 (Дифференциация роста • Метформин по сравнению с лечением плацебо мышей, получавших жир, либо экспрессирующих GDF15, либо лишенных рецептора GRAL, либо получавших антагонист GRAL.
• Показано, что эффект потери веса зависит от экспрессии рецептора GDF15, GRAL (альфа-подобного рецептора семейства нейротрофических факторов, происходящих из глиальных клеток), тогда как антигипергликемический эффект метформина не зависел от пути GDF15-GRAL. • GDF15 является предполагаемым прогностическим индикатором прогрессирования опухоли и терапевтической мишенью и поднимает вопрос о том, служит ли GDF15 супрессором опухоли или промотором и является мишенью для лечения рака.
продолжительность жизни за счет снижения как клеточного старения, так и активации пролиферативных путей.
Значительное внимание уделялось печени и скелетным мышцам как первичным местам действия метформина в результате активации AMPK, вторичной по отношению к ингибирующему действию на митохондриальный комплекс 1. Это ингибирование, в свою очередь, снижает отношение АТФ/АМФ, активируя AMPK (127). )(128)(129). Небольшое повышение уровня AMP усиливает AMPK посредством трех механизмов: (i) аллостерической активации за счет связывания AMP с субъединицей Υ (ii) стимулирования фосфорилирования Thr-172 и (iii) ингибирования дефосфорилирования Thr-172 (130). ). Кроме того, увеличение AMP также снижает активацию аденилатциклазы и, таким образом, снижает высвобождение глюкагона (129). Этот механизм является привлекательной гипотезой для объяснения того, как метформин опосредует множество клеточных эффектов через AMPK (100). Доказательства того, что метформин нацелен на митохондриальный комплекс 1, подтверждаются данными нескольких исследований (112). Роль ингибирования комплекса 1 в опосредовании эффектов метформина представлена на рис. 1, и большая часть опубликованной литературы предполагает, что это ингибирование действительно является механизмом, посредством которого лекарство опосредует свои эффекты через AMPK, а снижение образования АФК из комплекса 1 (131). Тем не менее, несколько других механизмов, объясняющих клеточные действия метформина, также были разработаны [см. (39, 132)].
Как указал Fontaine, проблема, связанная с принятием аргумента о том, что терапевтические эффекты метформина являются результатом ингибирования комплекса 1, как показано на рисунке 1, заключается в высоких концентрациях, используемых в исследованиях клеточных культур, описанных El Mir et al. и Оуэн и др. (127 128 133). Например, активация AMPK метформином наблюдалась при гораздо более низких концентрациях метформина в сопоставимых протоколах культивирования клеток с использованием концентраций метформина, находящихся в верхних пределах его терапевтических уровней в плазме (4,134). Кроме того, в исследованиях сообщалось о независимом от AMPK/LKB1 влиянии метформина на глюконеогенез (135). С другой стороны, исходя из термодинамических соображений, Owen et al. (128) утверждают, что при потенциале митохондриальной мембраны -180 мВ метформин может накапливаться в 1000 раз, что потенциально обеспечивает концентрацию в митохондриях, которая ингибирует комплекс 1 [см. также Vial et al. (136)]. Частичную поддержку этой гипотезы предоставили Chien et al. которые использовали протокол культивирования клеток с клетками почки эмбриона человека (HEK), которые были сверхэкспрессированы переносчиком органических катионов 1 (OCT1) и подвергались воздействию 5 мМ 14 C-метформина в течение 60 минут (137). Чиен и др. обнаружили, что более высокие концентрации метформина были обнаружены в клетках НЕК со сверхэкспрессией OCT1 по сравнению с контрольными клетками НЕК (268+/-11 против 26,4+/-11 мМ) (137). На основании этого повышенного поглощения Chien et al. утверждают, что метформин может быть захвачен внутриклеточными органеллами, такими как микросомы и митохондрии (137). В аналогичном протоколе влияние метформина in vitro и in vivo на функцию митохондрий РИСУНОК 1 | Метформин ингибирует митохондриальный комплекс 1. На этой схеме метформин транспортируется в клетку через переносчики органических катионов, OCT 1, 2 и 3, и переносчик моноаминов плазматической мембраны (PMAT). Транспорт метформина из клетки опосредован транспортерами мультилекарства и токсина (MATE1/2). Считается, что метформин опосредует большинство своих клеточных эффектов через активацию AMPK, и на этой схеме метформин ингибирует цепь переноса электронов митохондриального комплекса 1, что приводит к снижению уровня АТФ, увеличению соотношения АМФ/АТФ, тем самым увеличивая AMPK. активации, а также снижает образование активных форм кислорода (АФК). Активация AMPK приводит к ингибированию пути mTOR, что будет способствовать противоопухолевым эффектам метформина. Также было показано, что метформин активирует AMPK через серин-треониновую киназу печени B1 (LKB1), где происходит фосфорилирование (p) (активация) AMPK. Белковый продукт SIRT1, sirtuin1, является деацетилазой выше по течению, которая активирует LKB1 посредством деацетилирования, как показано на рисунке, путем потери ac во время клеточного стресса и снижения клеточной энергии, когда соотношение NAD+/NADH высокое, что также является предполагаемым место действия метформина.
Краткое изложение исследований, посвященных клеточному действию метформина на активацию AMPK, снижение образования активных форм кислорода, улучшение функции сосудов, опосредование противовоспалительных эффектов и возможность лечения рака и нейродегенеративных заболеваний.
Результаты протокола
• 12-недельное исследование пациентов с СД2, ранее не получавших метформин, получавших 500 мг метформина два раза в день или плацебо, с оценкой эндотелиальной функции с помощью тензометрической плетизмографии предплечья после введения во внутриплечевую артерию эндотелийзависимого вазодилататора (EDV) ацетилхолина по сравнению с ответ на эндотелийнезависимые вазодилататоры (EIDV), нитропруссид натрия и верапамил.
• Метформин улучшил EDV, но не EIDV. Результаты, интерпретированные как отражающие опосредованное метформином снижение резистентности к инсулину (определяемое путем измерения резистентности к инсулину всего организма, HOMA-IR), улучшают функцию эндотелия и компенсируют сосудистые заболевания, связанные с диабетом. Услимани и др. (107) • Влияние 10 мМ метформина на продукцию АФК в эндотелиальных клетках аорты крупного рогатого скота (БАЭК), которые либо не стимулировались, либо стимулировались высокими уровнями глюкозы или ангиотензином II (ATII).
• Метформин существенно снижал внутриклеточные уровни АФК как в нестимулированных, так и в стимулированных глюкозой или ATII клетках.
• Активность НАДФН-оксидазы и митохондриальной дыхательной цепи также снижалась под действием метформина. • Изучение влияния высокого уровня глюкозы на экспрессию димерной и мономерной eNOS, окислительный стресс, НАДФН-оксидазу и циклооксигеназу-2 (ЦОГ-2) в мышиных микрососудистых эндотелиальных клетках (MMEC).
• Высокий уровень глюкозы разъединяет eNOS, что приводит к увеличению отношения мономерной eNOS к димерной и, таким образом, усиливает окислительный стресс вместе с повышенной экспрессией НАДФН-оксидазы (p22phox) и ЦОГ-2, в результате чего снижается образование оксида азота. а. Аруначалам и др. (110) • а. Потенциальное защитное действие метформина (50 мМ) на индуцированный высоким содержанием глюкозы окислительный стресс в MMEC и роль сиртуина декацетилазы 1 в старении эндотелиальных клеток.
• Экспрессия сиртуина-1, необходимая для метформиновой защиты эндотелиальных клеток от старения, индуцированного высоким уровнем глюкозы. б. Гош и др. (111) • б. Влияние 50 мМ метформина на эндотелий-зависимую вазорелаксацию (EDV) в аорте на мышиной модели, db/db (мутант лептинового рецептора) СД2 и ожирения.
• Влияние метформина на фосфорилирование eNOS в MMEC, подвергнутых воздействию нормальных условий клеточной культуры по сравнению с высокими условиями культивирования глюкозы.
• Метформин улучшил EDV в сосудистой ткани мышей с диабетом. • Гепатоциты крысы, мыши и человека в культуре подвергались воздействию метформина в дозах от 500 мМ до 5 мМ и активности AMPKa, и в разные моменты времени измерялась скорость потребления кислорода митохондриями.
• Метформин повышал активность AMPK в гепатоцитах крысы и человека и был связан с увеличением клеточного соотношения AMP:ATP.
• Активация AMPK печени метформином в результате снижения клеточной энергии из-за независимого от AMPK ингибирования комплекса митохондриальной дыхательной цепи метформином.
• Вывод: AMPKa1 активируется в гепатоцитах человека, тогда как обе изоформы AMPKa активируются в гепатоцитах крысы, что подчеркивает важность видовых различий.
• Влияние метформина на активацию NF-kB и экспрессию генов, опосредованных NF-kB, изучали в эндотелиальных клетках сосудов человека (HUVEC) в культуре.
• Зависимая от дозы и времени активация AMPK от 1 до 10 мМ метформина и ингибирование генов провоспалительных молекул и молекул адгезии, индуцированных цитокинами, путем подавления активности NF-kB.
• Вывод: метформин обладает противовоспалительным действием, но требует высоких концентраций.
• В исследовании случай-контроль была проверена гипотеза о том, что у пациентов, принимающих метформин, снижен риск развития рака. В исследовании использовалась клиническая информационная система диабета (DARTS) и база данных рецептурных препаратов (MEMO) для Tayside, Шотландия. За период с 1993 по 2001 год было просмотрено 314 127 карт пациентов.
• Анализ указывает на снижение риска развития рака и предположение о дозозависимом эффекте.
• Предположите связь между предполагаемым противораковым эффектом метформина и его действием по активации AMPK и ролью предшествующей серин-треониновой киназы, LKB1, известного супрессора опухолей.
• Заключение. Эпидемиологические доказательства того, что метформин снижает заболеваемость раком. Наир и др. (114) • Эффекты мМ концентраций (от 5 до 20) метформина были даны на клетки рака поджелудочной железы человека Panc 1 в культуре.
• mM метформин ингибирует передачу сигналов mTOR, что отражается снижением уровня фосфорилированных Akt и mTOR.
• Метформин ингибирует активацию mTOR посредством подавления транскрипционных факторов Sp1, Sp3 и Sp4 и IGF-1R.
• Заключение. Метформин воздействует на гены и сигнальные пути, важные для миграции, инвазии, пролиферации и выживания опухоли.
были исследованы in vitro на первичных мышиных гепатоцитах и клетках Hepa 1-6 (клетки мышиной гепатомы, полученные из опухоли BW7756), а также в протоколе in vivo на мышах, получавших диету с высоким содержанием жиров (HFD) (138). В исследованиях in vitro клетки Hepa1-6 подвергались воздействию либо 75, либо «супрафармакологического» 1000 мМ метформина; однако даже после воздействия 1000 мМ не наблюдалось ингибирующего действия на активность комплекса I-IV, а внутриклеточное распределение метформина указывало на то, что метформин оставался в основном в цитозоле с уровнями в митохондриях менее 70 мМ (139). Группа исследования in vivo включала лечение мышей HFD, включая мышей с нокаутом AMPKa1/2, 50 мг/кг/день метформина в питьевой воде, а затем анализ гепатоцитов in vitro с результатами, указывающими на активность комплекса 1, плотность митохондрий и митохондриальная ДНК увеличивались посредством AMPK-зависимого механизма (138). Также следует отметить, что IC50 для метформина для ингибирования митохондриального комплекса 1 составляет 19-66 мМ (140, 141). В совокупности эти данные ставят под сомнение вклад ингибирования комплекса 1 в качестве первичной мишени и объяснение терапевтических эффектов метформина как в качестве антидиабетического, так и в качестве омолаживающего препарата. Этот вывод также подтверждается обзорами (133, 142) и клиническими данными пациентов с СД2, получавших метформин, которые показывают нормальное дыхание митохондриального комплекса 1 в биоптатах скелетных мышц (143). Как обсуждается ниже, важно учитывать фармакокинетические свойства метформина при экстраполяции данных исследований in vitro на потенциальные преимущества при клиническом применении.
Митохондрии играют решающую роль в окислительном метаболизме, и у пациентов была установлена связь между ожирением, резистентностью к инсулину и дефектными окислительными процессами в митохондриях, что приводит к накоплению токсичных промежуточных метаболитов (144). Несколько исследований также предоставили доказательства того, что митохондриальная функция нарушается при диабете, и, таким образом, дополнительное повреждение вызванной метформином дисфункцией будет вредным для пациентов с СД2 (145, 146), как это было замечено в эффектах метформина на старых (AD10) C. elegans. как обсуждалось ранее (72). Активность комплекса 1 в митохондриях из биоптатов скелетных мышц была ниже у пациентов с СД2 и ожирением по сравнению с худощавыми субъектами с диабетом (147). Хотя эти данные не полностью опровергают аргумент о том, что метформин опосредует свое антигипергликемическое действие через ингибирующее действие на митохондриальный комплекс 1, данные убедительно свидетельствуют о том, что дальнейшее ингибирование функции ухудшит и будет способствовать токсическим эффектам метформина, таким как лактоацидоз. , то есть, хотя и очень редко (11). Как предположили Wang et al., метформин может играть важную роль в «контроле качества» регуляции митохондрий и сдвигать клеточную динамику в сторону здоровой популяции посредством митофагии и устранения поврежденных митохондрий (138) [см. также (148)]. AMPK также участвует в регуляции митохондриального биогенеза, тем самым обеспечивая еще одну связь между метформином, AMPK и токсические эффекты метформина, такие как лактоацидоз, хотя и очень редкие (11). Как предположили Wang et al., метформин может играть важную роль в «контроле качества» регуляции митохондрий и сдвигать клеточную динамику в сторону здоровой популяции посредством митофагии и устранения поврежденных митохондрий (138) [см. также (148)]. AMPK также участвует в регуляции митохондриального биогенеза, тем самым обеспечивая еще одну связь между метформином, AMPK и токсические эффекты метформина, такие как лактоацидоз, хотя и очень редкие (11). Как предположили Wang et al., метформин может играть важную роль в «контроле качества» регуляции митохондрий и сдвигать клеточную динамику в сторону здоровой популяции посредством митофагии и устранения поврежденных митохондрий (138) [см. также (148)]. AMPK также участвует в регуляции митохондриального биогенеза, тем самым обеспечивая еще одну связь между метформином, AMPK и
• Плотность микрососудов, зрелость и функция сосудов, метастазирование в легкие и химиочувствительность сравнивались у мышей, получавших метформин, и у мышей, не получавших лечения, с использованием сконструированных моделей метастатического рака молочной железы.
• Метформин уменьшал плотность микрососудов, утечку и гипоксию, увеличивая перфузию клеток стенок сосудов по сравнению с контрольной группой.
• Заключение. Сосудистые эффекты опосредуют благотворное влияние метформина на рак молочной железы. Нг и др. (116) • В популяционном сингапурском лонгитюдном исследовании старения 365 пациентов с диабетом наблюдались в течение 4 лет с помощью поперечного и продольного многофакторного анализа, оценивающего отношение шансов связи приема метформина со снижением когнитивных функций (краткий тест на психическое состояние ≤ 23).
• Применение метформина более 6 лет было связано со снижением риска когнитивных нарушений.
• Заключение. Существует потенциальная польза метформина для замедления снижения когнитивных функций и, таким образом, увеличения продолжительности жизни. Фатт и др. (117) • Влияние метформина на пролиферацию, самообновление и дифференцировку взрослых нервных стволовых клеток (нейрональных клеток-предшественников, NPC) мышей.
• Первичные нейросферы исследовали в присутствии или в отсутствие 1 мМ метформина.
• Взрослым мышам вводили (внутрибрюшинно) 200 мг/кг метформина в течение 7 дней. Сделаны срезы наджелудочковой зоны и количественно определено общее количество клеток BrdU.
• Исследования in vivo для определения роли гена реакции на стресс у мышей TAp73-/-.
• 1 мМ метформин усиливал самообновление и дифференцировку NPC.
• Дифференцировка нейронов зависела от AMPK/атипичной PKC и белка, связывающего циклический элемент ответа AMP (CREB или CBP).
• Опосредованное метформином самообновление и пролиферация NPC посредством активации гена Tap73. Белок p73 связан с супрессором опухоли p53.
• Вывод: метформин усиливает нейрогенез, что указывает на роль метформина в нейродегенеративных заболеваниях. Ма и др. (118) • Исследование in vivo для изучения эффектов длительного лечения метформином (250 мг/кг/день через зонд, 12 недель) на нейрогенез гиппокампа, а также обучение и память у мышей с ожирением, потребляющих пищу с высоким содержанием жиров.
• Память и обучение оцениваются на основе времени исследования.
• Исследование фекальных гранул для определения вклада микробиоты.
• Количество нейронов гиппокампа, определенное у новорожденных щенков.
• Ожирение привело к ухудшению памяти и способности к обучению у взрослых мышей, что было предотвращено метформином.
• Метформин усиливает нейрогенез в гиппокампе.
• Экспрессия воспалительных клеток была выше у мышей, которых кормили жиром, и снижалась при приеме метформина.
• Положительные эффекты метформина, имитированные трансплантацией фекальных гранул от мышей, получавших метформин, к нелеченым мышам.
• Вывод: важная роль оси Кишечник-Мозг в опосредовании эффектов метформина на нейрогенез.
улучшение функции митохондрий (149 150). Функция митохондрий ухудшается с возрастом из-за АФК и/или накопления мутаций в митохондриальной ДНК (151). Если метформин может компенсировать снижение митохондриальной функции, как предполагают некоторые исследования, то этот эффект может способствовать увеличению как продолжительности здоровья, так и продолжительности жизни (138, 149, 150). Интересно, что и метформин, и антиоксидант ресвератрол ингибируют деление митохондрий, связанное с АФК (152). Многочисленные исследования также показали, что ресвератрол оказывает омолаживающее действие у некоторых видов животных благодаря своим эффектам, которые также описаны для метформина, связанным с деацетилазой, сиртуином-1 (153). Тем не менее, концентрации ресвератрола, присутствующего в пище, например, в вине, намного ниже количества, которое могло бы иметь какое-либо влияние на старение.
В совокупности эти данные свидетельствуют о важной роли метформина в регуляции функции митохондрий, что может быть связано с благотворным влиянием как на продолжительность жизни, так и на здоровье.
Чтобы экстраполировать данные исследований in vitro на терапевтическую эффективность in vivo, важно рассмотреть фармакокинетические свойства метформина (34, 133, (154) (155) (156).
При назначении в обычном пероральном диапазоне доз от 250 до ~2550 мг/сут для лечения СД2 и при отсутствии сниженной функции почек маловероятно, что пиковые уровни метформина в плазме превысят 15-20 мМ, а минимальные уровни между 1-5 мМ и периодом полувыведения из плазмы примерно от 3 до 5 часов. Метформин является сильноосновным гидрофильным лекарственным средством с pKa приблизительно 11, не метаболизируется и выводится преимущественно почками. Уровни экспрессии насыщаемых переносчиков органических катионов будут определять скорость всасывания метформина из кишечника и последующее клеточное распределение и выведение метформина. Существует три различных класса селективных переносчиков органических катионов, которые могут использоваться метформином: переносчики органических катионов (OCT) 1, 2 и 3 (SLC22A1, A2, A3); Транспортер моноаминов плазматической мембраны (PMAT; SLC29A4); и белок мультилекарственной и токсинной экструзии (MATE) 1 и 2 (SLC47A1, A2) для входа и выхода из клеток (рис. 1) (157). Высокий уровень экспрессии транспортеров притока в клетках может привести к гораздо более высокому накоплению метформина, что приводит к селективной токсичности и гибели клеток, что, как постулируется, объясняет противораковые эффекты препарата (158). Однако при периоде полувыведения из плазмы примерно от 3 до 5 часов и в зависимости от режима дозирования маловероятно, что значительное клеточное накопление метформина, кроме кишечных энтероцитов, происходит при использовании препарата для лечения СД2 (34 155 156 159 160). Высокий уровень экспрессии транспортеров притока в клетках может привести к гораздо более высокому накоплению метформина, что приводит к селективной токсичности и гибели клеток, что, как постулируется, объясняет противораковые эффекты препарата (158). Однако при периоде полувыведения из плазмы примерно от 3 до 5 часов и в зависимости от режима дозирования маловероятно, что значительное клеточное накопление метформина, кроме кишечных энтероцитов, происходит при использовании препарата для лечения СД2 (34 155 156 159 160). Высокий уровень экспрессии транспортеров притока в клетках может привести к гораздо более высокому накоплению метформина, что приводит к селективной токсичности и гибели клеток, что, как постулируется, объясняет противораковые эффекты препарата (158). Однако при периоде полувыведения из плазмы примерно от 3 до 5 часов и в зависимости от режима дозирования маловероятно, что значительное клеточное накопление метформина, кроме кишечных энтероцитов, происходит при использовании препарата для лечения СД2 (34 155 156 159 160).
Важно, чтобы результаты исследований in vitro с использованием высоких микромолярных и миллимолярных концентраций метформина, часто при длительном воздействии, рассматривались критически, поскольку такие данные не могут быть легко переведены в эффекты при использовании у людей. Полезное сравнение терапевтических доз метформина с доклиническими исследованиями было проведено Бадриком и Ренеханом, указав, что для доклинических исследований, проведенных in vivo, дозы варьировались от 2 до 45 терапевтических доз, а для исследований, проведенных in vitro, концентрации варьировались от х25 до х1000 выше, чем наблюдаемые у пациентов (161).
Дано обоснование использования высоких концентраций метформина в исследованиях in vitro. Так, Onken и Driscoll (71) сообщили, что омолаживающее действие метформина у C. elegans наблюдалось только при 50 мМ метформина, а не при более низких концентрациях, и заявили: поглощение лекарственного средства таким образом, что полярные лекарственные средства нередко применяются в концентрации, в 1000 раз превышающей их предполагаемое сродство к мишени; ожидается, что физиологические уровни лекарственного средства у животных будут намного ниже». [(71); см. Таблицу 1]. Хотя это объяснение может быть верным для C. elegans, всасывание и распределение метформина у млекопитающих также зависит от переносчиков органических катионов (ОКТ), и поэтому аналогичный аргумент следует применять к другим видам, если только нельзя показать, что C. elegans имеет очень низкий уровень экспрессии транспортеров притока и высокий уровень экспрессии. транспортеров экструзии, что оправдывает использование высоких доз мМ. Точно так же другие защищали уровни лекарств как соответствующие уровням в плазме крови человека и не признавали короткий период полувыведения метформина; препарат, который не метаболизируется, уровни которого в плазме быстро падают, поскольку метформин выдавливается из клеточных участков и выводится почками. другие защищали уровни препарата как соответствующие уровням в плазме крови человека и не признавали короткий период полувыведения метформина; препарат, который не метаболизируется, уровни которого в плазме быстро падают, поскольку метформин выдавливается из клеточных участков и выводится почками. другие защищали уровни препарата как соответствующие уровням в плазме крови человека и не признавали короткий период полувыведения метформина; препарат, который не метаболизируется, уровни которого в плазме быстро падают, поскольку метформин выдавливается из клеточных участков и выводится почками.
Данные многочисленных исследований показывают, что у пациентов с СД2, которым прописан метформин, показатели выживаемости выше по сравнению с контрольной группой без диабета. В исследовании с использованием ретроспективных данных наблюдений из UK Clinical Practice Research Datalink пациенты с СД2, получавшие монотерапию метформином или сульфонилмочевиной, сравнивались с контрольными группами без диабета, которые были сопоставимы по возрасту и полу (69) (см. Таблицу 1). Данные показывают, что у подобранных недиабетиков медиана времени выживания была на 15% ниже по сравнению с диабетиками при монотерапии метформином, а у пациентов с диабетом при монотерапии сульфонилмочевиной время выживания было на 38% ниже по сравнению с группой метформина (37, 69). В совокупности эти данные указывают на явное преимущество в отношении смертности, связанное с применением метформина. Однако, более низкая выживаемость в группе, получавшей сульфонилмочевину, может отражать негативное влияние препаратов сульфонилмочевины на смертность, о чем сообщалось в последующих исследованиях (162). С другой стороны, недавний систематический обзор показал, что метформин значительно снижает смертность от всех причин и сердечно-сосудистые события у пациентов с СД2 и хронической болезнью почек легкой/умеренной степени тяжести (163). Аналогичным образом, метаанализ с целью определения сердечно-сосудистых преимуществ метформина в сочетании с более новыми противодиабетическими препаратами, включая инкретины (агонисты ГПП-1), ингибиторы дипептидилпептидазы-4 (ДПП-4) и натрий-глюкозный ко- Ингибиторы транспортера 2 (SGLT2) выявили как положительные, так и нейтральные эффекты добавления метформина (164, 165). Тем не менее,
Эндотелий играет критическую роль в регуляции сердечно-сосудистой функции и не в последнюю очередь как источник важной сигнальной молекулы, оксида азота (NO). Furchgott и Zawadski были первыми, кто сообщил, что интактный и неповрежденный эндотелий необходим для того, чтобы ацетилхолин опосредовал вазодилататорный ответ (167). Теперь мы относим ацетилхолин к эндотелийзависимым сосудорасширяющим средствам, и мы также признаем, что эндотелиальная дисфункция, которую можно определить как сниженный сосудорасширяющий ответ на ацетилхолин, является ранним прогностическим показателем начала сердечно-сосудистого заболевания (168) (169) ( 170)(171). Роберт Ферчготт вместе с Луи Игнарро и Феридом Мурадом разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1998 года «за открытия, касающиеся оксида азота как сигнальной молекулы в сердечно-сосудистой системе». Примечательно, что гораздо более ранняя работа доктора Рудольфа Альтшула в Саскатуне, Канада, по микроскопии выявила связь между гиперхолестеринемией и патологическими изменениями в эндотелии. Основываясь на своих сравнениях кровеносных сосудов пациентов, умерших от сердечно-сосудистых заболеваний, с другими причинами, доктор Альтшул заявил в предисловии к своей книге 1954 года: «Поскольку подавляющее большинство сердечных заболеваний вызвано коронарным тромбозом, который представляет собой поражение сосудов кровоснабжающих собственно сердце, мы можем с таким же успехом отменить первое слово в слове «сердечно-сосудистые» и заключить, что в Северной Америке большинство людей, умирающих естественной смертью, умирают от сосудистых заболеваний. стены, а значит, можно постулировать, что эндотелий имеет большое значение в нашей жизни и что его отказ приведет к смерти многих из нас. Говорят, что человек так же стар, как его артерии. Ввиду первостепенной важности эндотелия для артериальной функции я хотел бы изменить или, скорее, упростить это утверждение, сказав, что человек так же стар, как и его эндотелий» (172).
Очевидный вопрос: «Оказывает ли метформин прямое омолаживающее действие на эндотелий?». Основываясь на критических обзорах литературы, ответ кажется «да», хотя клинические данные можно интерпретировать как вторичные по отношению к действиям метформина по повышению чувствительности к инсулину и снижению уровня глюкозы в крови (34, 106, 173). Существует обширная литература, основанная на данных доклинических и клинических исследований, которые указывают на то, что метформин защищает функцию эндотелия от последствий диабета (33). Положительные клинические данные были предоставлены Mather et al. которые использовали тензометрическую плетизмографию предплечья для оценки влияния метформина на кровоток в предплечье после введения ацетилхолина в плечевую артерию по сравнению с реакцией на эндотелий-независимые вазодилататоры, нитропруссид натрия и верапамил, у пациентов с СД2 (106). Пациенты до начала 12-недельного исследования не принимали метформин и получали либо метформин (500 мг дважды в день), либо плацебо (106). Мазер и др. сообщили, что по сравнению с плацебо метформин улучшал эндотелийзависимую, но не эндотелийнезависимую вазодилатацию, тем самым подчеркивая, что первичная дисфункция кровотока не была реакцией гладкой мускулатуры сосудов, а была вторичной по отношению к эндотелиальной дисфункции (106). В более крупном рандомизированном плацебо-контролируемом исследовании с участием 390 пациентов, получавших метформин в суточной дозе от 850 до 2550 мг, основное внимание уделялось изменениям биомаркеров эндотелиальной дисфункции, и пациенты наблюдались в течение 52 месяцев (174). Результаты дополняют данные плетизмографии, представленные Mather et al. (106) со сниженными уровнями биомаркеров эндотелиальной дисфункции, включая фактор фон Виллебранда, растворимую молекулу сосудистой адгезии-1, активатор плазминогена тканевого типа (t-PA), ингибитор активатора плазминогена-1 (PAI-1), но не растворимый Е-селектин (sE-селектин) или мочевой альбумин (174). Данные метаболического анализа пациентов с СД2, получавших метформин, показали, что уровни аминокислоты цитруллина были ниже, чем в контрольной группе, с сопоставимыми данными по тканям мышиной модели db/db с СД2 и ожирением. Данные метаболомики могут связывать снижение уровня цитруллина с увеличением образования NO из аргинина и улучшением активности eNOS, тем самым подтверждая литературные данные о том, что метформин защищает сердечно-сосудистую систему, способствуя образованию NO (175). активатор плазминогена тканевого типа (t-PA), ингибитор активатора плазминогена-1 (PAI-1), но не растворимый E-селектин (sE-селектин) или мочевой альбумин (174). Данные метаболического анализа пациентов с СД2, получавших метформин, показали, что уровни аминокислоты цитруллина были ниже, чем в контрольной группе, с сопоставимыми данными по тканям мышиной модели db/db с СД2 и ожирением. Данные метаболомики могут связывать снижение уровня цитруллина с увеличением образования NO из аргинина и улучшением активности eNOS, тем самым подтверждая литературные данные о том, что метформин защищает сердечно-сосудистую систему, способствуя образованию NO (175). активатор плазминогена тканевого типа (t-PA), ингибитор активатора плазминогена-1 (PAI-1), но не растворимый E-селектин (sE-селектин) или мочевой альбумин (174). Данные метаболического анализа пациентов с СД2, получавших метформин, показали, что уровни аминокислоты цитруллина были ниже, чем в контрольной группе, с сопоставимыми данными по тканям мышиной модели db/db с СД2 и ожирением. Данные метаболомики могут связывать снижение уровня цитруллина с увеличением образования NO из аргинина и улучшением активности eNOS, тем самым подтверждая литературные данные о том, что метформин защищает сердечно-сосудистую систему, способствуя образованию NO (175). Данные метаболического анализа пациентов с СД2, получавших метформин, показали, что уровни аминокислоты цитруллина были ниже, чем в контрольной группе, с сопоставимыми данными по тканям мышиной модели db/db с СД2 и ожирением. Данные метаболомики могут связывать снижение уровня цитруллина с увеличением образования NO из аргинина и улучшением активности eNOS, тем самым подтверждая литературные данные о том, что метформин защищает сердечно-сосудистую систему, способствуя образованию NO (175). Данные метаболического анализа пациентов с СД2, получавших метформин, показали, что уровни аминокислоты цитруллина были ниже, чем в контрольной группе, с сопоставимыми данными по тканям мышиной модели db/db с СД2 и ожирением. Данные метаболомики могут связывать снижение уровня цитруллина с увеличением образования NO из аргинина и улучшением активности eNOS, тем самым подтверждая литературные данные о том, что метформин защищает сердечно-сосудистую систему, способствуя образованию NO (175).
Как обсуждалось ранее, метформин непосредственно защищает эндотелий от дисфункции, вызванной гипергликемией, и преждевременного старения, а также играет решающую роль деацетилазы, производной SIRT1, сиртуина-1 (110, 111). Сиртуин-1 играет важную роль в регуляции ангиогенеза, защитной роли от окислительного стресса и сердечно-сосудистых заболеваний, а более высокие уровни экспрессии сиртуина-1 связаны с уменьшением заболеваемости (176)(177)(178). Также сообщалось, что сиртуин-1 способствует пролиферации эндотелиальных клеток и подавляет старение первичных эндотелиальных клеток аорты свиньи посредством сигнального механизма, требующего экспрессии серин-треонинкиназы, LKB1, вышестоящего регулятора AMPK (179). Сиртуин-1 играет положительную роль в регуляции эндотелийзависимой вазодилатации посредством деацетилирования лизинов 496 и 506 на эндотелиальной синтазе оксида азота (eNOS) (180). Положительное влияние метформина на компенсацию эндотелиальной дисфункции, вызванной гипергликемией, отражает увеличение образования NO (110, 111). В обоих исследованиях Arunachalam et al. (110) и Ghosh et al. (111) использовали 50 мМ метформина и обосновали эту концентрацию на основании того, что оценки уровней метформина в портальной циркуляции после перорального всасывания составляют от 40 до 70 мМ (4, 181). Важно то, что гораздо более низкие концентрации метформина, от 1 до 10 мМ, также защищают эндотелийзависимую вазодилатацию в аорте мышей (182). В своем исследовании Triggle et al. продемонстрировали критическую роль орфанного ядерного рецептора, Nr4a1, в эндотелиально-защитных эффектах метформина, поскольку преимущества метформина отсутствовали в тканях аорты мышей с нулевым ядерным рецептором Nr4a1 (182). Кроме того, при низких микромолярных концентрациях, использованных в этом исследовании, ни митохондриальный комплекс-I, ни комплекс-III не ингибировали скорость потребления кислорода, но наблюдалось при использовании 500 мМ метформина. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что за опосредование защитных эффектов метформина в сосудистой системе отвечает новый механизм действия (рис. 2). но были при использовании 500 мМ метформина. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что за опосредование защитных эффектов метформина в сосудистой системе отвечает новый механизм действия (рис. 2). но были при использовании 500 мМ метформина. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что за опосредование защитных эффектов метформина в сосудистой системе отвечает новый механизм действия (рис. 2).
Чтобы выяснить точный сигнальный путь, связывающий метформин с семейством ядерных рецепторов NR4A, требуются дальнейшие исследования, но стоит отметить, что орфанный рецептор Nur77 регулирует локализацию LKB1, а также важен для регуляции поглощения глюкозы мышечными клетками мыши C212. 184,185). Дополнительные доказательства того, что метформин защищает функцию митохондрий, были предоставлены Wang et al., которые сообщили, что лечение мышей с диабетом, индуцированным стрептозотоцином (STZ), метформином (300 мг/кг/день) в их питьевой воде в течение 4 недель подавляло деление митохондрий посредством ингибирования. родственного динамину белка (Drp1) посредством AMPK-зависимого процесса и усиленного слияния митохондрий (186). Ван и др. сообщили, что метформин защищает активность комплекса 1 в протоколе клеточной культуры в гепатоцитах, но усиливает деление митохондрий,
Метформин и другие препараты, применяемые при СД2, такие как ингибиторы SGLT2, могут также снижать вызванный гипергликемией повышенный уровень эндотелиальных АФК, независимо от негативного воздействия на комплекс 1, например, за счет ингибирования НАДФН-оксидазы или блокирования поступления глюкозы в эндотелий (32, 107-109, 187, 188) (табл. 2). Таким образом, основываясь как на доклинических, так и на клинических данных, мы можем сделать вывод, что метформин оказывает важное защитное действие на сосудистую функцию, что помогает компенсировать прогрессирование заболеваний, связанных с сосудами, и, таким образом, улучшает продолжительность жизни.
Гипергликемическая память была впервые описана у людей как сопротивление предотвращению развития диабетической ретинопатии, несмотря на достижение у пациентов хорошего гликемического контроля (189). Гипергликемическая память способствует патофизиологии диабета, несмотря на начало интенсивного гликемического контроля (190, 191). Данные исследований тканей крыс с диабетом, индуцированным стрептозотоцином, а также эндотелиальных клеток в культуре показывают, что экспрессия фибронектина с повышенным уровнем глюкозы не изменяется при восстановлении нормальной гликемии (192).
Было показано, что метформин обращает вспять гипергликемическую память. В капиллярных эндотелиальных клетках сетчатки крупного рогатого скота (BREC) и сетчатке крыс с диабетом вызванные гипергликемией повышенные уровни NF-kB и Bax, проапоптотического гена, сохранялись даже после возвращения к нормогликемии (193). BREC, в которых SIRT1 был нокдаун с помощью siRNA, продемонстрировали повышенную чувствительность к гипергликемическому стрессу, тогда как сверхэкспрессия SIRT1 или воздействие метформина ингибировали увеличение митохондриальных АФК путем активизации LKB1 и подавляли экспрессию NF-B и белка-регулятора апоптоза. , Бакс (193). Несколько других исследований с использованием различных типов клеток показали, что метформин ингибирует активацию NF-kB.
Упражнения активируют AMPK, что, в свою очередь, увеличивает поглощение глюкозы мышцами и улучшает чувствительность к инсулину, тем самым помогая компенсировать негативные последствия ожирения, диабета и сердечно-сосудистых заболеваний и тем самым снижая заболеваемость и улучшая продолжительность жизни (197). Важно отметить, что физические упражнения оказывают положительное влияние на эндотелий и, благодаря улучшению функции eNOS, усиливают эндотелий-зависимую вазодилатацию. Сообщалось также, что метформин компенсирует эффекты старения у пожилых людей и при сердечно-сосудистых заболеваниях (194, (198) (199) (200). в среднем 2,8 года, которые были рандомизированы для получения плацебо, метформина (850 мг два раза в день) или изменения образа жизни,
Поскольку и упражнения, и метформин могут улучшать гликемический контроль, и поскольку оба опосредуют свои эффекты через активацию AMPK, это предполагает, что должен быть по крайней мере аддитивный эффект, когда использование метформина сочетается с физическими упражнениями. К сожалению, на основании проспективного двойного слепого рандомизированного контролируемого исследования не наблюдалось аддитивного положительного эффекта (201). В этом исследовании мужчины и женщины с преддиабетом следовали протоколу упражнений в течение 12 недель без лекарств, по сравнению с одним метформином (2000 мг/день), по сравнению с комбинацией или упражнениями плюс плацебо. Результаты показали, что, хотя и метформин, и физические упражнения улучшали чувствительность скелетных мышц к инсулину на 55 и 90% соответственно, их комбинация приводила к увеличению только на 30%. Аналогичные результаты были получены в отношении воздействия на систолическое АД и С-реактивный белок (СРБ), которые снизились на 7–8% по сравнению с 20–25% соответственно (201). Кроме того, метформин притуплял вызванное физической нагрузкой увеличение VO 2peak (201). Авторы предполагают, что негативное влияние метформина на физическую нагрузку связано с тем, что метформин снижает уровень АФК, тем самым уменьшая влияние АФК на активацию AMPK. Данные свидетельствуют о том, что упражнения, а не метформин, являются «идеальным лекарством» (201).
Дополнительные сомнения в пользе сочетания метформина и физических упражнений возникают в результате двух исследований с участием пожилых людей. Конопка и др. сообщили, что метформин (2000 или 1500 мг/день для пациентов с желудочно-кишечными расстройствами) ослаблял вызванное физической нагрузкой повышение чувствительности к инсулину всего организма, а также снижал вызванное физической нагрузкой усиление митохондриального дыхания у пациентов с семейным анамнезом или факторами риска развития СД2 (202). . В двойном слепом исследовании Metformin to Augment Strength Training Effective Response in Seniors (MASTERS) (203) метформин, несмотря на усиление передачи сигналов AMPK, притуплял индуцированную физической нагрузкой гипертрофическую реакцию в скелетных мышцах у здоровых мужчин и женщин в возрасте старше 65, которые принимали участие в контролируемой программе прогрессивных упражнений с отягощениями в течение 14 недель после 2-недельного лечения метформином (1700 мг/день или плацебо) (203). На основании данных рандомизированного исследования интенсивного изменения образа жизни Look AHEAD были сделаны сопоставимые выводы о том, что метформин обеспечивает минимальную дополнительную пользу (204). Упражнения повсеместно признаны «золотым стандартом» для улучшения здоровья сердечно-сосудистой системы, а анализ пользы упражнений при 26 различных хронических заболеваниях положительно отражается на «Упражнениях как лекарстве» (205). Но негативное влияние метформина на преимущества, вызванные физической нагрузкой, вызывает опасения по поводу использования метформина для чего-либо, кроме утвержденных заболеваний, таких как СД2. для улучшения сердечно-дыхательного здоровья и анализа пользы физических упражнений при 26 различных хронических заболеваниях положительно отражается на «Упражнениях как лекарстве» (205). Но негативное влияние метформина на преимущества, вызванные физической нагрузкой, вызывает опасения по поводу использования метформина для чего-либо, кроме утвержденных заболеваний, таких как СД2. для улучшения сердечно-дыхательного здоровья и анализа пользы физических упражнений при 26 различных хронических заболеваниях положительно отражается на «Упражнениях как лекарстве» (205). Но негативное влияние метформина на преимущества, вызванные физической нагрузкой, вызывает опасения по поводу использования метформина для чего-либо, кроме утвержденных заболеваний, таких как СД2.
Было описано несколько генетических мутаций, таких как сигнальный путь транскрипции DAF-16 C. elegans, включающий пути восприятия питательных веществ, которые связаны с ролью в увеличении продолжительности жизни. Данные показывают, что мутации вызывают физиологическое состояние, подобное тому, которое возникает в периоды снижения потребления калорий (206). Предполагается, что ограничение калорийности на 10-15% без недоедания играет роль в увеличении продолжительности жизни человека (70) (см. Таблицу 1). Кроме того, было обнаружено, что ограничение калорийности увеличивает продолжительность жизни некоторых организмов, включая S. cerevisiae (дрожжи), C. elegans, рыб, грызунов и макак-резусов (206, 207). Ограничение калорий снижает выработку гормона роста, инсулина, IGF1 и других факторов роста.
Продольное исследование показало, что долгосрочное ограничение калорий на 30% значительно снижает возрастную смертность у взрослых макак-резусов и на 50% снижает заболеваемость раком и сердечно-сосудистыми заболеваниями по сравнению с контрольными животными (208). Помимо увеличения продолжительности жизни, ограничение калорий также снижает факторы риска основных заболеваний, включая диабет и сердечно-сосудистые заболевания у грызунов (209,210). Исследования Общества ограничения калорий, группы людей, которые решили ограничить потребление калорий с целью увеличения продолжительности жизни, включали взрослых мужчин и женщин (средний ИМТ 19,6; средний возраст 51 год; возрастной диапазон 35–82 года). лет), чей рацион питания, богатый питательными веществами, состоял приблизительно из 1800 ккал/день в среднем для 6. 5 лет и потребляли на 30% меньше калорий, чем взрослые того же возраста и пола на стандартной западной диете (210)(211)(212). Те, кто придерживался диеты с ограничением калорий, продемонстрировали ряд метаболических улучшений, включая жировые отложения, снижение артериального давления и улучшение чувствительности к инсулину, а также липидный профиль (210) (211) (212). Мета-анализ также показал, что диетические ограничения снижают уровень циркулирующего ИФР-1 у людей (213); однако, хотя большая часть данных указывает на то, что более низкие уровни ИФР-1 способствуют увеличению продолжительности жизни, ИФР-1 действительно играет важную роль в гомеостазе, а не только в детстве, что вызывает обеспокоенность по поводу потенциальных негативных последствий чрезмерного снижения уровня гормона роста. и улучшенная чувствительность к инсулину и липидный профиль (210)(211)(212). Мета-анализ также показал, что диетические ограничения снижают уровень циркулирующего ИФР-1 у людей (213); однако, хотя большая часть данных указывает на то, что более низкие уровни ИФР-1 способствуют увеличению продолжительности жизни, ИФР-1 действительно играет важную роль в гомеостазе, а не только в детстве, что вызывает обеспокоенность по поводу потенциальных негативных последствий чрезмерного снижения уровня гормона роста. и улучшенная чувствительность к инсулину и липидный профиль (210)(211)(212). Мета-анализ также показал, что диетические ограничения снижают уровень циркулирующего ИФР-1 у людей (213); однако, хотя большая часть данных указывает на то, что более низкие уровни ИФР-1 способствуют увеличению продолжительности жизни, ИФР-1 действительно играет важную роль в гомеостазе, а не только в детстве, что вызывает обеспокоенность по поводу потенциальных негативных последствий чрезмерного снижения уровня гормона роста.
В совокупности эти наблюдения подтверждают преимущества ограничения калорий и повышают интерес к фармакологическим агентам, таким как метформин, как миметикам ограничения калорий; тем не менее, есть вопросы и ограничения, которые необходимо решить, включая [см. (214,215)]: Например: 1. Какой уровень ограничения калорий требуется и приемлем для получения оптимальной пользы? 2. Как избежать последствий резкого ограничения калорий, которые могут привести к недоеданию и отрицательно сказаться на здоровье, особенно у людей с низким ИМТ? (214,216). Эти вопросы важны, поскольку не все исследования продемонстрировали четкую взаимосвязь между ИМТ, избыточной массой тела, ожирением и смертностью, несмотря на повышенный риск сердечно-сосудистых заболеваний (217). Исследования по вмешательству в диету, такие как исследование женщин
Клеточные процессы, которые опосредуют положительное влияние ограничения калорий на продолжительность жизни у видов млекопитающих, остаются спорными, и хотя заманчиво предположить важную роль AMPK в качестве ключевого сенсора питательных веществ, существует ряд предостережений, которые ограничивают положительную корреляцию у видов млекопитающих по сравнению с более убедительные доказательства у низших эукариотических организмов, таких как C. elegans (219). Например, как обсуждалось в следующем разделе, несмотря на активацию AMPK, метформин не воспроизводимо увеличивает продолжительность жизни у грызунов и заметно меньше или неэффективен у старых животных, включая C. elegans (66,72,74,75,77). ,78). Кроме того, применение данных, полученных в исследованиях с C. elegans и грызунами, к интервенционным исследованиям в различных популяциях людей имеет очевидные ограничения.
Национальный институт программы тестирования мер воздействия на старение исследовал эффективность различных фармакологических препаратов, включая аспирин, метформин, нордигидрогваяретовую кислоту (NDGA) и рапамицин, чтобы определить, продлевают ли они продолжительность жизни у мышей (220). Важно, что метформин, как и рапамицин, ингибирует передачу сигнала mTOR, а ингибирование пути передачи сигнала mTOR рапамицином увеличивает продолжительность жизни у C. elegans, S. cerevisiae и Drosophila melanogaster (дрозофилы) (221). )(222)(223)(224)(225). Эффекты метформина на увеличение продолжительности жизни исследовались Martin-Montalvo et al. у самцов мышей, и указывают на то, что длительное лечение 0,1% метформина по массе с добавлением в рацион и начиная со среднего возраста увеличивало продолжительность жизни и здоровья (76) (см. Таблицу 1). С другой стороны, более высокая доза 1% метформина была токсичной и снижала среднюю продолжительность жизни мышей на 14,4% (76). Сообщалось, что эффекты метформина аналогичны эффектам ограничения калорий, включая улучшение чувствительности к инсулину и снижение уровня холестерина (76). Однако Стронг и др. не смогли воспроизвести положительные данные о продолжительности жизни при протоколе 0,1% метформина у мышей, хотя в комбинации с рапамицином (14 частей на миллион) продолжительность жизни увеличилась (77). Стронг и др. предоставил объяснение, что инсулинсенсибилизирующий эффект метформина компенсирует негативное влияние рапамицина на гомеостаз глюкозы (77). Смит и др. продемонстрировали, что ограничение калорий, но не метформин (в рационе 300 мг/кг/день), увеличивает продолжительность жизни у самцов крыс Fisher-344,
В совокупности эти результаты продемонстрировали, что путь mTOR играет роль в увеличении продолжительности жизни у млекопитающих, но поднимают вопрос, почему, за исключением исследования Мартина-Монтальво и др., метформин не увеличивает продолжительность жизни у млекопитающих, тогда как рапамицин увеличивает продолжительность жизни. (76). Благосклонный утверждал, что метаболические побочные эффекты рапамицина являются следствием его действия в качестве CRM и необходимы для опосредования его положительного влияния на продолжительность жизни (226). Если мы примем этот аргумент, а также примем, что метформин, несмотря на ингибирование mTOR, не является CRM (77,78), то нельзя ожидать, что метформин продлит продолжительность жизни. Одно предостережение, которое следует учитывать для всех исследований старения с использованием моделей грызунов, связано с заметными геномными различиями между грызунами и людьми с точки зрения реакции на воспалительное заболевание (227). Без сомнения, как врожденный, так и адаптивный иммунный ответ на воспаление играют ключевую роль в процессе старения, и различия в этих реакциях между грызунами и людьми заслуживают внимания. В этом отношении метформин может играть важную роль из-за его потенциального влияния на врожденный иммунный ответ и образование АФК, вызванное воспалительными цитокинами.
Аутофагия — это процесс, необходимый для удаления поврежденных белков и органелл, и он играет важную роль в регуляции старения клеток, обеспечивая запас питательных веществ для поддержания клеточной функции во время голодания, а ингибирование аутофагии имитирует ускоренное старение (52, 228, 229). Кроме того, ограничение калорий является сильным индуктором аутофагии и увеличивает продолжительность жизни C. elegans (230).
Се и др. исследовали роль хронической активации AMPK метформином в восстановлении аутофагии кардиомиоцитов у мышей с диабетом OVE26, модели диабета первого типа (231). В изолированных сердцах мышей с диабетом наблюдалось существенное снижение функции AMPK и аутофагии кардиомиоцитов, а также митохондриальные скопления, рассредоточенные между плохо организованными миофибриллами, и повышенный апоптоз, который был обращен вспять после хронического лечения метформином (231). Сонг и др. сообщили о связи между SIRT1, AMPK и метформин-индуцированной аутофагией, тем самым подтверждая синергетическую взаимосвязь между деацетилазой, сиртуином-1 и метформ-опосредованными эффектами на старение (232).
У мышей сверхэкспрессия Atg5, белкового продукта основного гена аутофагосомы, усиливает аутофагию и, что более важно, вызывает антивозрастные фенотипы, включая повышенную чувствительность к инсулину и моторный контроль (233). Кроме того, эмбриональные фибробласты, культивированные у трансгенных мышей Atg5, в меньшей степени подвержены гибели клеток, вызванной окислительным стрессом, толерантность, обратимая с помощью ингибитора аутофагии (233). Более того, siRNA, нацеленная на Atg5, блокирует активацию метформином потока аутофагии и гибели клеток в клетках аденокарциномы в культуре, хотя это основано на использовании высоких концентраций (1-4 мМ и 12-часовое воздействие) метформина (234).
В совокупности данные этих исследований указывают на связь между метформином, аутофагией и увеличением продолжительности жизни. Однако в условиях, когда опухолевые микрососудистые эндотелиальные клетки в культуре подвергаются голоданию по глюкозе, метформин ингибирует аутофагию посредством ингибирования пути mTOR и частично независимого от AMPK механизма (235). Эффекты метформина по ингибированию аутофагии наблюдались только после 48-часовой инкубации с 2 мМ метформина, а более низкие концентрации, находящиеся в терапевтическом диапазоне, включая 50 мМ, были неэффективны (235). Таким образом, снова возникает вопрос о том, могут ли эффекты, о которых сообщалось в исследованиях in vitro с мМ концентрациями метформина, быть переведены в терапевтический эффект у людей.
Диабет был связан с повышенным риском развития различных видов рака (236). В ретроспективном исследовании, опубликованном в 2005 г., сообщалось, что пациенты с диабетом, которые лечились метформином от СД2, имели более низкий риск развития рака, и подчеркивалась возможная связь между метформином и серин-треониновым опухолевым супрессором, LKB1, как механизм снижения риска. 113) (см. Таблицу 2). Точно так же связь между метформином и активацией AMPK была подчеркнута как основа антипролиферативного действия метформина (43).
Обширная поддержка защитного действия метформина против рака была предоставлена многочисленными, но не всеми исследованиями (237, 238). Например, не было продемонстрировано никакой связи между использованием метформина и более низкой заболеваемостью раком мочевого пузыря, а также были высказаны опасения по поводу того, как анализируются данные обсервационных исследований (239, 240). Национальный институт рака (https://www.cancer.gov/about-cancer/treatment/clinical-trials/intervention/metformin-hydrochloride) перечисляет ряд текущих клинических испытаний с использованием метформина для следующего: Her2-положительный рак молочной железы , плоскоклеточный рак головы и шеи, рак эндометрия и яичников, множественная миелома, лимфолейкоз и рак щитовидной железы. Примеры включают исследование фазы II, NCT02028221, предназначен для определения того, снижает ли метформин риск рака молочной железы, связанный с ожирением, и должен быть завершен в середине 2021 года. Испытание фазы III, NCT01101438, «Метформин в сравнении с плацебо в отношении рецидива и выживаемости при раке молочной железы на ранней стадии», должно быть завершено в начале 2022 года.
Логической мишенью, с помощью которой метформин может опосредовать свои предполагаемые антипролиферативные эффекты при раке, является ингибирование mTOR и серин-треониновой киназы, рибосомной S6K (pS6K), либо посредством активации AMPK, либо через AMPK-независимый путь (241, 242). Также утверждалось, что ингибирование митохондриального комплекса 1 вносит важный вклад в цитотоксические эффекты метформина и наблюдалось в раковых клетках и подтверждалось данными, показывающими снижение ингибирования роста опухоли в раковых клетках, экспрессирующих устойчивый к метформину дрожжевой комплекс 1. , NDI1 (136 243).
Метаболические изменения, возникающие в результате диабета (гиперинсулинемия, гипергликемия и дислипидемия), потенцируют сигнальные пути и могут усиливать онкогенный характер ткани молочной железы за счет ускорения роста и миграции клеток, ангиогенеза, увеличения метастазирования и снижения ответа на химиотерапию (158). , (244) (245) (246) (247).Эти метаболические пути, а не прямое антипролиферативное действие, могут быть мишенью, поскольку метформин снижает печеночный глюконеогенез, улучшает чувствительность к инсулину, снижает уровень инсулина и глюкозы в крови, и эти эффекты, которые также уменьшат рост опухоли, а не прямое антипролиферативное действие могут быть основной целью метформина (55, 248).
Как указывалось ранее, при лечении диабета пиковые концентрации метформина в плазме обычно составляют менее 20 мМ (155, 160). Однако во многих исследованиях in vitro использовались мМ концентрации метформина для демонстрации антипролиферативного действия на опухолевые клетки в культуре [см. (114, 115); Таблица 2 ]. Чандель и др. утверждают, что более высокие концентрации метформина необходимы в протоколах культивирования клеток in vitro, поскольку обилие факторов роста и питательных веществ, таких как глюкоза, снижает чувствительность к ингибирующим эффектам метформина, что отражает важность глюкозы и эффекта Варбурга для роста раковых клеток. а также важность гликемического контроля при диабете (249). Исследования влияния концентрации глюкозы на антипролиферативное действие метформина на рост клеток рака молочной железы в различных линиях рака человека Исследования in vitro показывают, что тройные негативные клетки рака молочной железы (TNBC) особенно чувствительны к пролиферативному действию глюкозы. и клетки TNBC более чувствительны к метформину при более низких уровнях глюкозы (250). Зордоки и др. сообщили, что метформин значительно ингибировал рост клеток, культивируемых в нормогликемических условиях, и только для клеток, выращенных в нормогликемических условиях, метформин индуцировал значительную активацию AMPK (251). Самуэль и др. также продемонстрировали, используя протокол клеточной культуры, что более высокие уровни глюкозы снижают способность метформина ингибировать пролиферацию раковых клеток (247). В отличие от данных исследований in vitro, ретроспективный анализ пациентов с СД2 и ТНРМЖ, проведенный Bayraktar et al. указали, что адъювантное лечение метформином не было связано со значительным улучшением выживаемости, и сделали вывод о необходимости данных проспективных рандомизированных исследований фазы III (252).
Аргументом, объясняющим избирательное действие метформина при некоторых видах рака, но не при всех, является то, что в опухолевых клетках существует дифференциальная экспрессия транспортеров притока и оттока, что обеспечивает внутриклеточное накопление метформина в раковой клетке и результирующую селективную токсичность (158). . Кай и др. которые сравнили уровни поглощения метформина и ингибирующую активность в отношении роста раковых клеток в клеточной линии рака молочной железы человека (BT-20), дефицитной по OCT, и клеточной линии BT-20, сверхэкспрессирующей переносчик органических катионов 3 (OCT3), клетки OCT3-BH20: OCT3 является также является преобладающим переносчиком новообразований молочной железы человека (241). Поглощение [ 14 C]-метформина было в 13 раз выше в клетках OCT3-BT20, чем в клетках BT-20, и связаны с повышенным фосфорилированием AMPK и сниженным фосфорилированием pS6K в клетках OCT3-BT20, и эти результаты были подтверждены на мышах с опухолями со сверхэкспрессией OCT3 (241). Сопоставимые данные также были получены в исследовании с моделью рака молочной железы на крысах с высоким содержанием жиров, показывающей положительную связь с экспрессией OCT2 и накоплением изотопа [D 6 ]-метформина (253). Напротив, и хотя LnCaP, линия рака предстательной железы, оказалась особенно чувствительной к метформину и в диапазоне концентраций, который находился в пределах ожидаемого клинически и коррелировал с высокой экспрессией мРНК для OCT3 и низкой экспрессией MATE2 для других клеточных линий. требовались очень высокие концентрации, до 10 мМ, метформина, чтобы увидеть значительное ингибирование, и сильной значимой корреляции между ингибированием пролиферации и экспрессией MATE2 не наблюдалось (254). Ограничением исследований, изучающих уровни экспрессии переносчиков катионов, является то, что в отсутствие адекватных специфических антител к переносчикам количественная оценка белка-переносчика была невозможна, и корреляции полностью основывались на данных мРНК. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что уровни экспрессии транспортеров поглощения и экструзии не обязательно являются ограничивающими факторами, определяющими антипролиферативные эффекты метформина, и что генетически детерминированные вариации сигнальных путей имеют различное значение, как и уровни питательных веществ в микроокружении опухоли (249, 254). . Ограничением исследований, изучающих уровни экспрессии переносчиков катионов, является то, что в отсутствие адекватных специфических антител к переносчикам количественная оценка белка-переносчика была невозможна, и корреляции полностью основывались на данных мРНК. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что уровни экспрессии транспортеров поглощения и экструзии не обязательно являются ограничивающими факторами, определяющими антипролиферативные эффекты метформина, и что генетически детерминированные вариации сигнальных путей имеют различное значение, как и уровни питательных веществ в микроокружении опухоли (249, 254). . Ограничением исследований, изучающих уровни экспрессии переносчиков катионов, является то, что в отсутствие адекватных специфических антител к переносчикам количественная оценка белка-переносчика была невозможна, и корреляции полностью основывались на данных мРНК. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что уровни экспрессии транспортеров поглощения и экструзии не обязательно являются ограничивающими факторами, определяющими антипролиферативные эффекты метформина, и что генетически детерминированные вариации сигнальных путей имеют различное значение, как и уровни питательных веществ в микроокружении опухоли (249, 254). .
В заключение, поскольку положительные эффекты метформина наблюдаются не при всех видах рака, необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, являются ли противораковые действия прямыми или вторичными по отношению к положительным эффектам метформина на продолжительность жизни, которые проявляются у пациентов с ожирением, например, улучшение гомеостаза глюкозы. , повышенная чувствительность к инсулину и сниженная передача сигналов через путь IGF-1-mTOR (114 242), таблица 2.
Связанная с диабетом гипергликемия, гиперинсулинемия, повышенный окислительный стресс, сосудистые заболевания и воспаление связаны со снижением когнитивных функций, и, согласно метаанализу, был сделан вывод, что метформин уменьшает снижение когнитивных функций и деменцию у пациентов с СД2 (255).
В Сингапурском лонгитюдном исследовании старения 2365 пациентов с диабетом (возраст ≥ 55 лет) находились под наблюдением в течение 4 лет (см. Таблицу 2 (116)). В перекрестном и продольном многомерном анализе оценивались отношения шансов связи хронического приема метформина с когнитивными нарушениями (краткий тест на психическое состояние ≤ 23), демонстрирующие существенную обратную связь с когнитивными нарушениями (116). В крупном обсервационном исследовании с января 2004 г. по декабрь 2009 г. наблюдали за 67 731 участником, у которых не было признаков деменции, не было диабета и в возрасте ≥ 65 лет, чтобы наблюдать за началом СД2 и сравнивать риск заболеваемости деменцией, связанной с с использованием противодиабетических препаратов и сообщили, что метформин снижает риск развития деменции (256). В другом клиническом исследовании,
Молекулярная основа эффектов метформина на когнитивную функцию подтверждается данными, полученными с использованием нервных стволовых клеток взрослых мышей в культуре, которые показывают, что метформин в диапазоне концентраций от 500 нМ до 1 мМ усиливает пролиферацию и самообновление в зависимости от фактора транскрипции, Tap73, и усиливает дифференцировка нейронов через путь AMPK-атипичная протеинкиназа C (aPKC)-CREB-связывающий белок (CBP) [(117): Таблица 2]. Данные исследования на мышах с высоким содержанием жиров также связывают эффективность метформина в рационе (250 мг/кг/день) для восстановления памяти и обучения с микробиотой и положительными данными протокола трансплантации кала [(118): Таблица 2 ]. Потенциал использования метформина для лечения болезни Альцгеймера также подтверждается данными, указывающими на то, что метформин воздействует на моноацилглицероллипазу, фермент, ответственный за образование провоспалительных эйкозаноидов из 2-арахидоноилглицерина (258). Недооцененная гипотеза состоит в том, что способность метформина усиливать сосудистую функцию ЦНС, как это происходит на периферии (106), также может способствовать улучшению функции ЦНС.
Исследование Metformin in Longevity Study (MILES), разработанное как перекрестное исследование, представляет собой двойное слепое исследование, в котором субъекты выступают в качестве своей собственной контрольной группы плацебо [(79) Таблица 1]. MILES (https://clinictrials.gov/ct2/show/NCT02432287) началась в октябре 2014 г. и была проведена на 14 пожилых участниках с нарушенной толерантностью к глюкозе, чтобы определить, может ли метформин (1700 мг/день) вызывать физиологические и транскриптомные изменения в мышцах и жировой ткани. тканей после 6 недель лечения, а также для определения путей, на которые влияет метформин, и определения возможных молекулярных промежуточных соединений, участвующих в механизме действия метформина (79). Данные исследования MILES показывают, что метформин модифицировал несколько путей, связанных со старением, включая метаболические пути, тримеризацию коллагена и ремоделирование внеклеточного матрикса (ECM).
Нарушение регуляции метаболизма жировой ткани ранее было связано с возрастным процессом отложения внеклеточного матрикса, и ранее было показано, что эффекты метформина на метаболизм жирных кислот имитируют эффекты других вмешательств, которые увеличивают продолжительность жизни модельных организмов (36 259 260). Результаты исследования MILES подчеркивают воздействие метформина на несколько механизмов старения. Тем не менее, важно отметить заключительную фразу Kulkarni et al.: «Эти результаты еще предстоит подтвердить в других тканях и дизайнах исследований, и они еще не позволяют нам идентифицировать первичный сайт действия метформина, который затем может вызвать наблюдали изменения в экспрессии генов» (79).
Исследование Targeting Aging with Metformin (TAME) представляет собой двойное слепое плацебо-контролируемое многоцентровое исследование, в котором планируется принять участие 14 исследовательских центров в США, и при условии финансирования и одобрения в нем примут участие 3000 этнически разных людей в возрасте от 65 до 65 лет, не страдающих диабетом. 80 (60 261). Целями TAME являются: 1. Клинические исходы, измеряемые появлением новых возрастных хронических заболеваний; 2. Функциональные результаты, такие как изменения подвижности, измеряемые скоростью ходьбы более 10 метров [см. также (262)], а также показатели когнитивных нарушений; 3. Биомаркеры старения, такие как воспаление и старение (261). План исследования для TAME заключается в том, что пациентам будут назначать суточную дозу метформина (1500 мг) в течение 6 лет с предполагаемым периодом наблюдения более 3,5 лет (261). Утверждается, что результаты исследования TAME дадут больше информации о том, снижает ли метформин риск развития возрастных заболеваний, за исключением диабета, у лиц, не страдающих диабетом, и потенциально предоставят инструмент для борьбы со старением как таковым, а не с сопутствующими заболеваниями в отдельности (60 261). . Однако, как указано в этом обзоре и в других обзорах, существуют опасения по поводу возрастных эффектов метформина, а также у более старых организмов, включая C.elegans, грызунов и людей, эффекты метформина вариабельны и могут быть вредными [см. (202) )]. Также стоит процитировать заключительное заявление и предостережение Пыркова и соавт. из их анализа набора данных более 500 000 человек из России, Великобритании и США для оценки биологического возраста и потенциала увеличения продолжительности жизни: "
В настоящее время проводится ряд других клинических испытаний, направленных на решение некоторых проблем, отмеченных в этом обзоре: NCT04264897 (Влияет ли чувствительность к инсулину на потенциал метформина в отношении замедления старения), которое должно быть завершено в апреле 2024 года. - слепое исследование фазы 3 с участием 148 участников, целью которого было сравнить влияние метформина на чувствительность к инсулину и функцию митохондрий у пациентов, чувствительных к инсулину, по сравнению с пациентами, резистентными к инсулину. NCT02570672 («Метформин для предотвращения слабости у пожилых людей с высоким риском») — это исследование фазы 2 с участием 120 субъектов в возрасте от 65 до 90 лет с преддиабетом, получавших 1000 мг метформина два раза в день по сравнению с плацебо, и должно быть завершено в октябре. 2024. Ослабление будет определяться с помощью стандартизированной оценки (264). Исследование фазы 1 уже ведется, Роль метформина в мышечном здоровье пожилых людей» (NCT03107884), завершение которого намечено на апрель 2022 г., призвана определить, компенсирует ли лечение метформином пожилых людей негативное влияние постельного режима на накопление липидов, воспаление, резистентность к инсулину и потерю мышечной массы. . В совокупности результаты этих исследований будут полезны для более точной оценки преимуществ метформина в отношении продолжительности здоровья, а также для уточнения будущих более крупных исследований, таких как TAME.
Основываясь на 60-летней истории использования в качестве антидиабетического препарата для лечения СД2, метформин признан относительно безопасным препаратом. Метформин больше не защищен патентами и поэтому является сравнительно недорогим. В совокупности эти свойства вместе с обширной литературой, поддерживающей преимущества в условиях диабета, ожирения, сердечно-сосудистых заболеваний и, возможно, рака и деменции, могут оправдать его более широкое использование в качестве профилактического средства для компенсации последствий старения и увеличения продолжительности здоровья и жизни. В этом обзоре мы также выделили и подвергли критике некоторые ключевые клинические и лабораторные исследования, которые предоставляют данные, подтверждающие гипотезу о том, что метформин, независимо от его антигипергликемического действия, обладает преимуществами, которые в принципе могут замедлять клеточное старение и улучшать продолжительность жизни и здоровье. продолжительность жизни. метформин, Благодаря своему прямому защитному действию на сосудистую функцию, может замедлить процесс старения за счет улучшения кровотока и обеспечить защиту от возрастного снижения когнитивных функций. Однако не все данные являются подтверждающими, и метформин, как показано на C. elegans и мышах, может быть менее эффективным или неэффективным у пожилых людей. Мы также подчеркивали, что, исходя из фармакокинетических свойств метформина, необходимо соблюдать осторожность, прежде чем экстраполировать результаты исследований на клетках in vitro, проведенных со сравнительно высокими концентрациями метформина, на клиническую эффективность при концентрациях в плазме в диапазоне 20 микромолей или ниже. Этот вопрос вызывает особую озабоченность в связи с исследованиями in vitro, сообщающими об антипролиферативном эффекте метформина и продвигающими его использование в качестве вспомогательного средства для лечения различных видов рака, поскольку в большинстве этих исследований концентрация / доза метформина, которые использовались, скорее всего, окажутся токсичными для пациентов. Кроме того, зависимость от использования метформина в качестве профилактического средства для замедления старения может уменьшить стимул к достижению доказанных преимуществ изменений образа жизни, таких как улучшение питания и физических упражнений. Кроме того, длительное хроническое использование метформина требует внимания к потенциальному возникновению дефицита витамина B12. На этом основании мы делаем вывод, что метформин не следует рассматривать как «быстрое средство» от старения за счет немедикаментозных вмешательств, таких как диета, физические упражнения и связанные с ними изменения образа жизни. Действительно, использование метформина может свести на нет некоторые положительные эффекты физических упражнений и образа жизни, а также менее благоприятные эффекты у пожилых людей, что также подчеркивалось в Программе профилактики диабета (265,266). С другой стороны, мы согласны с тем, что использование метформина при лечении пациентов с СД2 положительно влияет на продолжительность жизни. Снижая уровень глюкозы в плазме и массу тела, метформин улучшает метаболический профиль пациента и тем самым снижает тяжесть и риск других заболеваний, связанных с диабетом, таких как сердечно-сосудистые, раковые, а также нейродегенеративные заболевания (267). Также подчеркивается важность оси кишечник-мозг в опосредовании терапевтических эффектов метформина, как и потенциальные полезные эффекты метформина для защиты от нейродегенеративных расстройств. Наконец, хотя доказательства увеличения продолжительности жизни у видов млекопитающих не являются окончательными, полный анализ и последующие клинические испытания, включая MILES и TAME, может дать более четкие ответы на вопрос, следует ли продвигать метформин помимо его использования для лечения СД2 в качестве препарата, увеличивающего как продолжительность здоровья, так и продолжительность жизни. Особое значение имеет потребность в доказательствах проспективных исследований воздействия метформина на субъектов разных возрастных групп, не страдающих хроническими заболеваниями, которые помогут определить, имеет ли метформин преимущества помимо снижения бремени ранее существовавшего заболевания.
IM и CT участвовали в концептуализации рукописи и написании первого варианта. HD, MH, IM и CT в равной степени внесли свой вклад в обзор литературы и рукописи, а также в редакцию рукописи. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.
Публикация этой статьи финансировалась Департаментом медицинского образования Weill Cornell Medicine.
Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Примечание издателя. Все претензии, изложенные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно представляют претензии их дочерних организаций или издателя, редакторов и рецензентов. Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или претензии, которые могут быть сделаны его производителем, не гарантируются и не поддерживаются издателем.Абстрактный
Многочисленные благоприятные последствия для здоровья, связанные с использованием метформина для лечения пациентов с диабетом 2 типа (СД2), вместе с данными доклинических исследований на животных, включая нематод, C. elegans и мышей, побудили исследовать, имеет ли метформин терапевтический эффект. полезность в качестве омолаживающего препарата, который также может увеличить продолжительность жизни. Действительно, клинические испытания, в том числе MILES (Исследование метформина в области долголетия) и TAME (Метформин против старения), были разработаны для оценки потенциальных преимуществ метформина как препарата против старения. Предварительный анализ результатов MILES показывает, что метформин может вызывать омолаживающие транскрипционные изменения; однако остается спорным вопрос о том, оказывает ли метформин защитное действие на здоровых субъектов. Кроме того, несмотря на клиническое использование в течение более 60 лет в качестве антидиабетического препарата, клеточные механизмы, посредством которых метформин оказывает свое действие, остаются неясными. В этом обзоре мы критически оценили литературу, в которой исследовалось влияние метформина на старение, продолжительность здоровья и продолжительность жизни у людей, а также у других видов. При подготовке этого обзора особое внимание уделялось достоверности и воспроизводимости данных, а также качеству протоколов исследования в отношении фармакокинетических и фармакодинамических свойств метформина. Мы пришли к выводу, что, несмотря на данные в поддержку антивозрастных преимуществ, доказательства того, что метформин увеличивает продолжительность жизни, остаются спорными. Однако благодаря своей способности снижать раннюю смертность, связанную с различными заболеваниями, включая диабет, сердечно-сосудистые заболевания, снижение когнитивных функций и рак. метформин может улучшить продолжительность жизни, тем самым продлевая период жизни, проведенный в хорошем состоянии. На основании имеющихся данных мы пришли к выводу, что благотворное влияние метформина на старение и продолжительность здоровья в первую очередь является косвенным через его влияние на клеточный метаболизм и является результатом его антигипергликемического действия, повышения чувствительности к инсулину, снижения окислительного стресса и защитного действия на эндотелий и сосудистая функция.
Метформин представляет собой синтетический бигуанид, эффективный при пероральном приеме и сенсибилизирующий инсулин антидиабетический препарат, который для большинства пациентов является антигипергликемическим средством первой линии для лечения сахарного диабета 2 типа (СД2) (1). Метформин был впервые синтезирован в 1922 году, и его разработка основывалась на знаниях народной медицины о том, что активным, но токсичным компонентом Galega officinalis (французской сирени), который может лечить «сладкую мочу», был гуанидин, галегин (2,3). Метформин был представлен для лечения СД2 во Франции в 1958 году, и теперь, спустя более 60 лет, его ежедневно используют более 150 миллионов человек (4). Для большинства людей метформин является не только недорогим препаратом, поскольку он не запатентован, но и безопасным препаратом с наиболее выраженными побочными эффектами, связанными с желудочно-кишечным трактом, которые возникают примерно у 20-30% пациентов и могут включать боль в животе, вздутие живота, диарея, тошнота и рвота (5,6). Побочные эффекты со стороны желудочно-кишечного тракта зависят от дозы и обычно не ограничивают его применение; однако примерно у 5% пациентов эти побочные эффекты могут привести к необходимости перехода на альтернативный препарат (5)(6) (7) (8)(9). Побочные эффекты со стороны желудочно-кишечного тракта могут быть связаны с накоплением метформина в энтероцитах кишечника и усиленным использованием глюкозы, что приводит к образованию лактата, а также с изменениями микробиоты, вызванными метформином (6,10). Более серьезные побочные эффекты включают молочнокислый ацидоз, который, однако, Потеря веса на 1 кг (7). Тем не менее, метформин не был одобрен в качестве препарата для снижения веса отчасти потому, что его эффекты сильно варьируют, а у женщин с СПКЯ, несмотря на потерю веса, висцеральный жир может не уменьшаться (21).
По данным ВОЗ, от диабета и сердечно-сосудистых заболеваний ежегодно умирает около 22 миллионов человек (22). Учитывая, что метформин так широко используется, есть возможность определить, действительно ли метформин обладает омолаживающими свойствами. Эта цель поднимает вопрос о том, что на самом деле определяет антивозрастной препарат? Мы будем использовать определение, что «антивозрастное действие относится к профилактике и лечению возрастных заболеваний», другими словами, «положительно влияет на продолжительность жизни, период жизни, прожитый в добром здравии и без инвалидизирующих заболеваний, или продолжительность здоровой жизни». ". Мы признаем, что некоторые считают использование термина «продолжительность жизни» спорным, поскольку его нельзя легко определить количественно, и поэтому он является субъективным; однако этот термин широко используется. Поэтому, чтобы быть последовательным, мы сохраняем его использование, принимая ограничения, что этот термин просто отражает снижение риска заболевания, приводящего к инвалидности. Это сокращение само по себе может увеличить продолжительность жизни (23). Таким образом, продолжительность жизни отличается от увеличения ожидаемой продолжительности жизни или продолжительности жизни (долголетия), которую можно легко измерить количественно, и определяется как «продолжительность жизни организма или общая продолжительность жизни».
Применение метформина при СД2 резко возросло благодаря результатам Проспективного исследования диабета в Соединенном Королевстве (UKPDS), проспективного 20-летнего рандомизированного многоцентрового исследования пациентов с СД2. В исследовании, опубликованном в 1998 г., сообщается о пользе метформина при диабете для сердечно-сосудистой системы (СС) (24). Долгое время предполагалось, что антидиабетические преимущества метформина обусловлены его печеночно-опосредованным действием у людей, а другие клинические преимущества являются вторичными по отношению к его влиянию на метаболизм глюкозы и липидов. Теперь мы знаем, что существуют внепеченочные участки действия метформина, при этом кишечник вносит основной вклад в его клинические преимущества в качестве антигипергликемического препарата за счет модуляции уровней глюкагоноподобного пептида 1 (ГПП-1) дуоденальным AMPK-опосредованным путем. а также эффекты, возникающие в результате модулирования микробиоты (25)(26)(27)(28)(29). Преимущества метформина в снижении риска развития микрососудистых заболеваний были подтверждены 10-летним наблюдением за исходным отчетом UKPDS (30). Точно так же Джонсон и соавт. получили доступ к административным базам данных здравоохранения Саскачевана для ретроспективного исследования, а также сообщили о снижении сердечно-сосудистой заболеваемости и смертности при монотерапии метформином по сравнению с монотерапией сульфонилмочевиной (31). Дополнительные подтверждающие доклинические и клинические данные были предоставлены Nesti и Natali (32). В совокупности эти данные показывают, что метформин может снижать как смертность, так и ускоренное заболеванием старение сердечно-сосудистой системы. На основании данных как клинических, так и доклинических исследований метформина, независимо от его антигипергликемического действия, непосредственно защищает эндотелий (33)(34)(35). Накопление иногда противоречивых данных открыло дискуссию о том, распространяются ли благоприятные эффекты метформина за пределы его антигипергликемического действия и включают ли роль антивозрастного препарата, который увеличивает продолжительность жизни и здоровье, что вселяет надежду на то, что он может быть «фонтаном». молодежи» (26,27,29,(36)(37)(38)(39)(40)(41)(42).
В дополнение к своим преимуществам в качестве антигипергликемического средства метформин также снижает атеросклеротическую нагрузку у лиц, не страдающих диабетом, с риском развития СД2 (1, 7). Интерес к потенциальным клиническим преимуществам метформина расширился и теперь включает повторное назначение при синдроме поликистозных яичников (СПКЯ), преэклампсии, раке, ревматоидном артрите, малярии, а также антибиотическое и противовирусное действие (43)(44)(45)(46)(47) )(48). Основываясь на этом постоянно расширяющемся каталоге преимуществ метформина, название обзорной статьи относится к метформину как: «Метформин, аспирин 21 века» (27).
В этом обзоре мы обобщаем опубликованные данные, которые говорят за или против антивозрастного эффекта метформина. Кроме того, мы описываем предполагаемые пути замедления старения, которые активирует метформин, и обсуждаем со ссылкой на текущие клинические испытания, приводит ли использование метформина к положительным эффектам как на продолжительность жизни, так и на здоровье. Важным вопросом при оценке потенциальной пользы лекарственного средства при лечении любого конкретного заболевания является сила и воспроизводимость доказательств, а также особое внимание при переводе данных доклинических исследований лекарственного средства в терапевтическую эффективность (49) (50). )(51).
На основе систематического обзора 53 исследований Campbell et al. пришел к выводу, что независимо от его терапевтической эффективности в качестве противодиабетического препарата применение метформина приводит к снижению смертности от всех причин, связанных с заболеваниями, ускоряющими старение, включая рак и сердечно-сосудистые заболевания (37).
Гены и клеточные сигнальные пути, связанные с клеточным циклом, восстановлением ДНК, гибелью клеток, митохондриями, иммунитетом, передачей сигналов питательных веществ и гормоном роста, инсулиновым фактором роста-1 (IGF-1), опосредованным через PI3K/AKT/mTOR (фосфоинозитид-3-киназа). /AKT (протеинкиназа B)/мишень млекопитающих для рапамицина) подверглись обширным исследованиям в качестве мишеней для антивозрастных стратегий (36, 52, 53). Возможность использования бигуанидов в качестве геропротекторов была описана еще в 1980 г. (54). Метформин благодаря своему сенсибилизирующему действию на инсулин снижает уровень инсулина и, таким образом, также должен нормализовать уровни ИФР-1 (55, 56). Эффекты метформина на IGF-1 связаны с метформином как активатором AMP-активируемой киназы (AMPK) и ингибированием передачи сигналов через путь mTOR. mTOR представляет собой высококонсервативную серин-треонинкиназу, которая играет важную роль в регуляции клеточного метаболизма, включая передачу сигналов питательных веществ и рост, опосредованный IGF-1 (57, 58). Передача сигналов через mTOR связана с ускоренным старением, а нарушение регуляции передачи сигналов mTOR также связано с прогрессированием рака, воспалительных и неврологических заболеваний, а также СД2 (59). AMPK является ключевым регулятором многих клеточных путей, которые связаны как с продолжительностью жизни, так и со здоровьем, включая преимущества ограничения калорий. Таким образом, в качестве активатора AMP метформин попал под микроскоп как потенциальное средство против старения, и его потенциальная роль в качестве лекарства против старения была повышена (36,41,60). Следует отметить, что чувствительность к AMPK снижается с возрастом, что подтверждает аргумент о том, что активаторы AMPK, такие как метформин, могут замедлять старение (61).
Использовались очень высокие концентрации метформина, от 10 до 150 мМ (67,86), что эквивалентно дозе для человека примерно 5 кг/день. Такие дозы для человека были бы смертельными, и можно было бы ожидать того же для C. elegans, где токсичность компенсируется воздействием метформина на микробиом и ингибированием бактериального метаболизма фолиевой кислоты. Действительно, в отсутствие бактерий метформин сокращал продолжительность жизни, что означает, что именно антибактериальное действие метформина объясняет увеличение продолжительности жизни у C. elegans (67). Кроме того, у старых C. elegans все концентрации метформина, 10, 25 и 50 мМ, оказались токсичными и сокращали продолжительность жизни (72). Повышенная токсичность метформина у старых червей была связана с уменьшением численности митохондрий и сниженной способностью генерировать АТФ (подробности см. в Таблице 1) (72). от 10 до 150 мМ (67,86) и эквивалентны дозе для человека примерно 5 кг/день. Такие дозы для человека были бы смертельными, и можно было бы ожидать того же для C. elegans, где токсичность компенсируется воздействием метформина на микробиом и ингибированием бактериального метаболизма фолиевой кислоты. Действительно, в отсутствие бактерий метформин сокращал продолжительность жизни, что означает, что именно антибактериальное действие метформина объясняет увеличение продолжительности жизни у C. elegans (67). Кроме того, у старых C. elegans все концентрации метформина, 10, 25 и 50 мМ, оказались токсичными и сокращали продолжительность жизни (72). Повышенная токсичность метформина у старых червей была связана с уменьшением численности митохондрий и сниженной способностью генерировать АТФ (подробности см. в Таблице 1) (72). от 10 до 150 мМ (67,86) и эквивалентны дозе для человека примерно 5 кг/день. Такие дозы для человека были бы смертельными, и можно было бы ожидать того же для C. elegans, где токсичность компенсируется воздействием метформина на микробиом и ингибированием бактериального метаболизма фолиевой кислоты. Действительно, в отсутствие бактерий метформин сокращал продолжительность жизни, что означает, что именно антибактериальное действие метформина объясняет увеличение продолжительности жизни у C. elegans (67). Кроме того, у старых C. elegans все концентрации метформина, 10, 25 и 50 мМ, оказались токсичными и сокращали продолжительность жизни (72). Повышенная токсичность метформина у старых червей была связана с уменьшением численности митохондрий и сниженной способностью генерировать АТФ (подробности см. в Таблице 1) (72). и эквивалентны дозе для человека примерно 5 кг/день. Такие дозы для человека были бы смертельными, и можно было бы ожидать того же для C. elegans, где токсичность компенсируется воздействием метформина на микробиом и ингибированием бактериального метаболизма фолиевой кислоты. Действительно, в отсутствие бактерий метформин сокращал продолжительность жизни, что означает, что именно антибактериальное действие метформина объясняет увеличение продолжительности жизни у C. elegans (67). Кроме того, у старых C. elegans все концентрации метформина, 10, 25 и 50 мМ, оказались токсичными и сокращали продолжительность жизни (72). Повышенная токсичность метформина у старых червей была связана с уменьшением численности митохондрий и сниженной способностью генерировать АТФ (подробности см. в Таблице 1) (72). и эквивалентны дозе для человека примерно 5 кг/день. Такие дозы для человека были бы смертельными, и можно было бы ожидать того же для C. elegans, где токсичность компенсируется воздействием метформина на микробиом и ингибированием бактериального метаболизма фолиевой кислоты. Действительно, в отсутствие бактерий метформин сокращал продолжительность жизни, что означает, что именно антибактериальное действие метформина объясняет увеличение продолжительности жизни у C. elegans (67). Кроме того, у старых C. elegans все концентрации метформина, 10, 25 и 50 мМ, оказались токсичными и сокращали продолжительность жизни (72). Повышенная токсичность метформина у старых червей была связана с уменьшением численности митохондрий и сниженной способностью генерировать АТФ (подробности см. в Таблице 1) (72). elegans, где токсичность компенсируется воздействием метформина на микробиом и ингибированием бактериального метаболизма фолиевой кислоты. Действительно, в отсутствие бактерий метформин сокращал продолжительность жизни, что означает, что именно антибактериальное действие метформина объясняет увеличение продолжительности жизни у C. elegans (67). Кроме того, у старых C. elegans все концентрации метформина, 10, 25 и 50 мМ, оказались токсичными и сокращали продолжительность жизни (72). Повышенная токсичность метформина у старых червей была связана с уменьшением численности митохондрий и сниженной способностью генерировать АТФ (подробности см. в Таблице 1) (72). elegans, где токсичность компенсируется воздействием метформина на микробиом и ингибированием бактериального метаболизма фолиевой кислоты. Действительно, в отсутствие бактерий метформин сокращал продолжительность жизни, что означает, что именно антибактериальное действие метформина объясняет увеличение продолжительности жизни у C. elegans (67). Кроме того, у старых C. elegans все концентрации метформина, 10, 25 и 50 мМ, оказались токсичными и сокращали продолжительность жизни (72). Повышенная токсичность метформина у старых червей была связана с уменьшением численности митохондрий и сниженной способностью генерировать АТФ (подробности см. в Таблице 1) (72). метформин укорачивал продолжительность жизни, подразумевая, что именно антибактериальное действие метформина объясняет увеличение продолжительности жизни у C. elegans (67). Кроме того, у старых C. elegans все концентрации метформина, 10, 25 и 50 мМ, оказались токсичными и сокращали продолжительность жизни (72). Повышенная токсичность метформина у старых червей была связана с уменьшением численности митохондрий и сниженной способностью генерировать АТФ (подробности см. в Таблице 1) (72). метформин укорачивал продолжительность жизни, подразумевая, что именно антибактериальное действие метформина объясняет увеличение продолжительности жизни у C. elegans (67). Кроме того, у старых C. elegans все концентрации метформина, 10, 25 и 50 мМ, оказались токсичными и сокращали продолжительность жизни (72). Повышенная токсичность метформина у старых червей была связана с уменьшением численности митохондрий и сниженной способностью генерировать АТФ (подробности см. в Таблице 1) (72).
Те же самые пути, изученные у C. elegans, также были исследованы у млекопитающих, у которых продолжительность жизни и продолжительность здоровья были увеличены за счет модификации путей «старения» или с помощью лекарств, включая метформин (60,87). Что касается C. elegans, использование метформина у людей изменит микробиом. Это действие является важной детерминантой антигипергликемических терапевтических эффектов, побочных эффектов со стороны желудочно-кишечного тракта и, возможно, антивозрастных эффектов метформина (88,89). Биодоступность метформина составляет примерно 50%, при этом неабсорбированное лекарство выходит с калом и после приема дозы до 2550 мг/сутки; концентрация метформина в кишечнике может достигать мМ. Кроме того, метформин также посредством кишечно-опосредованного действия усиливает высвобождение глюкагоноподобного пептида-1 (ГПП-1). Именно высвобождение GLP-1 вносит существенный вклад в антигипергликемические эффекты метформина (26, 90, 91). Дополнительным подтверждением важности механизмов действия метформина, опосредованных кишечником, является знание того, что внутривенное введение метформина неэффективно для снижения гипергликемии, что было продемонстрировано с использованием метода гипергликемического клэмпа для определения взаимосвязи между концентрацией метформина в плазме и выработкой и утилизацией глюкозы в печени у пациентов с СД2. (92).
Признание роли как кишечного микробиома, так и высвобождения GLP-1 в качестве важных факторов антидиабетического действия метформина стало значительным шагом вперед в понимании того, как метформин опосредует свои терапевтические действия, включая вклад в переменную потерю веса, связанную с с метформином (93). Дополнительным фактором потери веса является новый цитокин, фактор дифференцировки роста 15 (GDF15), который является членом надсемейства трансформирующих факторов роста b и также известен как ингибирующий макрофаги цитокин-1 (MIC-1). Секреция GDF15 была связана ряд физиологических и патофизиологических функций и уровни экспрессии повышаются в ответ на стрессовые стимулы и связаны с транскрипционными факторами пути стресса, CHOP (гомологичный белок C/EBP) и ATF4 (активирующий транскрипционный фактор 4) (94)(95)(96). В результате анализа данных исследования ORIGIN (снижение результатов при первоначальном введении гларгина) GDF15 был идентифицирован как биомаркер, связанный с положительными сердечно-сосудистыми исходами, а также повышенный у пациентов, получавших метформин (80,81). Связь между метформином и GDF15 была подтверждена данными, показывающими, что метформин предотвращал увеличение веса у мышей с высоким содержанием жира, но не у мышей, лишенных GDF15 или лишенных его рецептора, альфа-подобного рецептора семейства нейротрофических факторов глиальных клеток (GFRAL) или GDF15 был идентифицирован как биомаркер, связанный с положительными сердечно-сосудистыми исходами, а также повышенный у пациентов, получавших метформин (80,81). Связь между метформином и GDF15 была подтверждена данными, показывающими, что метформин предотвращал увеличение веса у мышей с высоким содержанием жира, но не у мышей, лишенных GDF15 или лишенных его рецептора, альфа-подобного рецептора семейства нейротрофических факторов глиальных клеток (GFRAL) или GDF15 был идентифицирован как биомаркер, связанный с положительными сердечно-сосудистыми исходами, а также повышенный у пациентов, получавших метформин (80,81). Связь между метформином и GDF15 была подтверждена данными, показывающими, что метформин предотвращал увеличение веса у мышей с высоким содержанием жира, но не у мышей, лишенных GDF15 или лишенных его рецептора, альфа-подобного рецептора семейства нейротрофических факторов глиальных клеток (GFRAL) или
Результаты протокола
• Пациенты с СД2, получавшие монотерапию метформином или сульфонилмочевиной, сравнивались с контрольными группами того же возраста и пола без диабета в ретроспективном обсервационном анализе из UK Clinical Practice Research Datalink.
• Пациенты, которым были назначены препараты сульфонилмочевины, имели более низкие показатели выживаемости, чем контрольная группа, не страдающая диабетом, и пациенты с диабетом, которым был назначен метформин.
• У пациентов с диабетом, принимавших метформин, было больше сопутствующих заболеваний, но их показатели выживаемости были сопоставимы с контрольной группой без диабета.
• Заключение. Метформин увеличивает продолжительность жизни человека, но не продолжительность жизни. Уиллкокс и Уиллкокс (70) • Жители Окинавы живут долго. Эпидемиологические данные о пожилых жителях Окинавы, соблюдавших диету с ограничением калорий в течение примерно половины своей жизни (ограничение калорий (10–15%), потребление продуктов, имитирующих биологические эффекты ограничения калорий, и фенотипические данные, согласующиеся с ограничением калорий (низкое содержание калорий в организме). вес и ИМТ).
• Ограничение калорий, вероятно, способствовало увеличению продолжительности жизни и здоровья жителей Окинавы.
• Влияние метформина на продолжительность здоровья и продолжительность жизни нематоды Caenorhabdatis elegans, связанное с активацией серин-треонинкиназы LKB1 и AMPK. Преимущества метформина зависели от экспрессии чувствительных к стрессу SKN-1/Nrf2, но не зависели от сигнального пути инсулина?
• Воздействие 50 мМ, но не 1 или 10 мМ, метформина значительно повышало выживаемость C. elegans на 27%, значительно сдвигало кривую выживания вправо и способствовало «молодой» подвижности. Эффекты не наблюдались в модели ограничения калорий EAT-2 DR или в моделях с дефицитом AMPK, LKB1 или SKN-1/Nrf2. • При добавлении в рацион мышей SHR метформин замедлял старение и увеличивал продолжительность жизни, но не снижал частоту возникновения спонтанных опухолей. Антивозрастная эффективность метформина была снижена у старых мышей.
• Заключение. Влияние метформина на продолжительность жизни мышей зависит от возраста.
• Анисимов и др. (74): Метформин увеличивал продолжительность жизни на 14% при начале в 1 месяц, но через 9 месяцев лишь на незначительные 6%, а через 15 месяцев был неэффективен.
• В статье 2003 г. Анисимов и др. продемонстрировали сравнимые эффекты увеличения продолжительности жизни у мышей и крыс при применении бигуанидов, фенформина и бузоформина, которые также замедляли развитие опухоли, что позволяет авторам предположить, что они являются потенциальными геропротекторами.
• Прерывистое [либо раз в две недели (EOW), либо две недели из 4 (2WM)] введение стареющим самцам мышей C57/BL6 в течение 17 недель 1% метформина в рационе.
• Периодическое лечение метформином не приводило к ранней смертности.
• Прием метформина при приеме внутрь привел к снижению веса и улучшению чувствительности к инсулину, но не к увеличению продолжительности жизни.
• По сравнению с контролем данные об увеличении поражений почек у мышей EOW и 2WM. Мартин-Монтальво и др. (76) • Когорты мышей среднего возраста получали либо обычную диету, либо стандартную диету с добавлением 0,1% (вес/вес) или 1% (вес/вес) метформина до конца жизни.
• У самцов мышей длительное лечение метформином в концентрации 0,1 % по массе приводило к повышению уровня в сыворотке 450 мМ, увеличению продолжительности жизни на 4,15 % и снижению уровня NF-kB в печени.
• Более высокая доза 1% метформина по массе привела к уровню в сыворотке 5 мМ, была токсичной и привела к сокращению средней продолжительности жизни мышей на 14,4%.
• Параллельные исследования эмбриональных фибробластов мышей продемонстрировали активацию AMPK без влияния на электрон-транспортную активность митохондрий.
• Вывод: метформин увеличивает продолжительность жизни у мышей, но зависит от дозы. • Примечание: комментарии к данным вестерн-блоттинга доступны на сайте pubpeer.
• Набор данных Национального института программы тестирования мер по борьбе со старением (ITP) оценил влияние 0,1% метформина и рапамицина (14 частей на миллион) на продолжительность жизни мышей.
• Метформин сам по себе не увеличивал продолжительность жизни, но сообщалось о положительном эффекте в сочетании с рапамицином. Авторы предполагают, что «польза» метформина заключается в компенсации негативного воздействия рапамицина на метаболизм.
• Вывод: метформин не увеличивает продолжительность жизни мышей.
• Самцы крыс Fischer с 6-месячного возраста получали либо диету с ограничением калорий (CR) (70%), либо диетический метформин (300 мг/кг/день) по сравнению с контрольной группой. Определяли метаболические параметры, массу тела и продолжительность жизни.
• На основании анализа графика выживаемости Каплана-Мейера метформин не увеличивал продолжительность жизни по сравнению с контрольной группой, в то время как CR замедлял раннюю смертность.
• Вывод: метформин не является миметиком, ограничивающим калорийность (CRM) Kulkarni et al. (79) • Испытание MILES началось в октябре 2014 г. Перекрестное двойное слепое исследование с участием 14 пожилых пациентов с нарушением контроля уровня глюкозы, каждый из которых служил в качестве собственного контроля. Субъектов лечили метформином в дозе 1700 мг/сут в течение 6 недель и проводили транскриптомные исследования биоптатов скелетных мышц и подкожной жировой ткани.
• 647 генов по-разному экспрессировались в мышцах по сравнению со 146 генами в жировой ткани, влияя как на метаболические, так и на неметаболические пути • Изменения в репарации ДНК и, поскольку функция репарации снижается с возрастом, данные свидетельствуют об антивозрастном действии. Аналогичные результаты для изменений в экспрессии гена коллагена.
• В жировой ткани наблюдались изменения метаболизма жирных кислот и липидов, что отражалось сигналами PPAR и SREBP.
• В скелетных мышцах изменения метаболизма пирувата, биосинтеза НАД и снижение
после лечения антагонистом GRAL; однако GDF15 не требовался для антигипергликемического действия метформина (83). В ряде исследований сообщается о положительной корреляции между применением метформина и повышенным уровнем GDF15 (97). Дополнительный интерес представляет и основанный на протеомном анализе плазмы 240 здоровых, здоровых людей в возрасте от 22 до 93 лет, GDF15 был идентифицирован как белок, наиболее положительно коррелирующий с хронологическим возрастом, а также известный как снижающий аппетит. посредством действия в заднем мозге (82,95). В совокупности эти данные указывают на связь между предполагаемым омолаживающим действием метформина, потерей веса и сердечно-сосудистыми преимуществами, которые отличаются от эффектов метформина на гомеостаз глюкозы. GDF15 также передает сигналы через семейство рецепторов эпидермального фактора роста (EGF) и PI3K, и сигнальные пути AKT поднимают вопрос, обязательно ли повышение уровня GDF15 является защитным (94,98). Повышенные уровни GDF15 были связаны с ростом опухоли и плохим прогнозом у больных раком, что поднимает вопрос о том, служит ли GDF15 супрессором или промотором опухоли и мишенью для лечения рака (84,85,99). См. Таблицу 1 .
AMPK функционирует как датчик энергии, который координирует несколько защитных и энергосберегающих сигнальных путей, включая пути, активируемые ограничением калорий, и называется топливным датчиком клетки, выступая в качестве датчика энергии (100, 101) (рис. 1). AMPK активируется при метаболическом стрессе и действует как клеточный регулятор метаболизма липидов и глюкозы (102, 103). Глюконеогенез в печени ингибируется активацией AMPK, что также повышает чувствительность к инсулину, абсорбцию глюкозы мышцами и окисление жирных кислот (103, 104). Кроме того, метформин ингибирует воспалительную реакцию за счет ингибирования ядерного фактора kB (NFkB) через пути, вовлекающие AMPK (104, 105) (таблица 2 и рисунок 1). Повышение активности AMPK также объясняет защитное действие метформина на эндотелиальную функцию посредством активации эндотелиальной синтазы оксида азота (eNOS), тем самым противодействуя негативному влиянию диабетической среды на сердечно-сосудистую функцию (119). AMPK ингибирует передачу сигналов через mTOR и благодаря этому действию может способствовать снижению заболеваемости некоторыми видами рака, связанными с применением метформина: см. Таблицу 2. Кроме того, снижение чувствительности к активации AMPK с возрастом или заболеванием может привести к сокращению продолжительности жизни и здоровья (61). Хотя эти данные подтверждают аргумент о том, что метформин увеличивает как продолжительность жизни, так и здоровье, необходима осторожность из-за высоких концентраций метформина, значительно превышающих терапевтические уровни у людей, которые использовались в некоторых доклинических исследованиях in vitro.
AMPK регулируется двумя восходящими серин-треониновыми AMPK-киназами: LKB1 и Ca2+/кальмодулин-зависимой протеинкиназой-киназой b (CaMKKb), а также позитивно регулируется никотинамидадениндинуклеотидной (NAD+) деацетилазой, сиртуином-1. Сиртуин-1 является белковым продуктом предполагаемого антивозрастного гена SIRT1, который нацелен на остатки лизина в белках, включая гистоны и супрессоры опухолей, LKB1 и p53 (120, 121). Было показано, что в эндотелиальных клетках метформин усиливает фосфорилирование и повышает активность LKB1 (122). Старение является основным фактором старения и развития сердечно-сосудистых заболеваний (123), и экспрессия сиртуина-1 необходима для метформина для защиты эндотелиальных клеток от старения, вызванного гипергликемией (110). Кроме того, анализ in silico предполагает, что метформин может напрямую активировать SIRT1 (124).
Важное значение и подтверждение потенциального противоракового действия метформина имеет тот факт, что LKB1 является супрессором опухоли и что мутации в LKB1 наблюдаются при многих видах рака, что приводит к снижению ингибирующего эффекта пути LKB1/AMPK на пролиферативную передачу сигналов через mTOR. (125,126). В совокупности эти данные обеспечивают связь между метформином, AMPK, LKB1, сиртуином-1 и клеточными механизмами, которые могут улучшить как продолжительность жизни, так и • Анализ 237 биомаркеров у 8401 участника с диабетом или нарушением толерантности к глюкозе в исследовании ORIGIN вмешательство).
• ай. Анализ выявил 10 биомаркеров, которые идентифицировали дисгликемических субъектов с более высоким риском сердечно-сосудистых заболеваний по сравнению с более низким. аии. Герштейн и др. (81) • Анализ профиля биомаркеров у 28% из 8 401 участников исследования ORIGIN, получавших метформин.
• аии. Субъекты, принимавшие метформин, также имели более высокий уровень GDF15 (Дифференциация роста • Метформин по сравнению с лечением плацебо мышей, получавших жир, либо экспрессирующих GDF15, либо лишенных рецептора GRAL, либо получавших антагонист GRAL.
• Показано, что эффект потери веса зависит от экспрессии рецептора GDF15, GRAL (альфа-подобного рецептора семейства нейротрофических факторов, происходящих из глиальных клеток), тогда как антигипергликемический эффект метформина не зависел от пути GDF15-GRAL. • GDF15 является предполагаемым прогностическим индикатором прогрессирования опухоли и терапевтической мишенью и поднимает вопрос о том, служит ли GDF15 супрессором опухоли или промотором и является мишенью для лечения рака.
продолжительность жизни за счет снижения как клеточного старения, так и активации пролиферативных путей.
Значительное внимание уделялось печени и скелетным мышцам как первичным местам действия метформина в результате активации AMPK, вторичной по отношению к ингибирующему действию на митохондриальный комплекс 1. Это ингибирование, в свою очередь, снижает отношение АТФ/АМФ, активируя AMPK (127). )(128)(129). Небольшое повышение уровня AMP усиливает AMPK посредством трех механизмов: (i) аллостерической активации за счет связывания AMP с субъединицей Υ (ii) стимулирования фосфорилирования Thr-172 и (iii) ингибирования дефосфорилирования Thr-172 (130). ). Кроме того, увеличение AMP также снижает активацию аденилатциклазы и, таким образом, снижает высвобождение глюкагона (129). Этот механизм является привлекательной гипотезой для объяснения того, как метформин опосредует множество клеточных эффектов через AMPK (100). Доказательства того, что метформин нацелен на митохондриальный комплекс 1, подтверждаются данными нескольких исследований (112). Роль ингибирования комплекса 1 в опосредовании эффектов метформина представлена на рис. 1, и большая часть опубликованной литературы предполагает, что это ингибирование действительно является механизмом, посредством которого лекарство опосредует свои эффекты через AMPK, а снижение образования АФК из комплекса 1 (131). Тем не менее, несколько других механизмов, объясняющих клеточные действия метформина, также были разработаны [см. (39, 132)].
Как указал Fontaine, проблема, связанная с принятием аргумента о том, что терапевтические эффекты метформина являются результатом ингибирования комплекса 1, как показано на рисунке 1, заключается в высоких концентрациях, используемых в исследованиях клеточных культур, описанных El Mir et al. и Оуэн и др. (127 128 133). Например, активация AMPK метформином наблюдалась при гораздо более низких концентрациях метформина в сопоставимых протоколах культивирования клеток с использованием концентраций метформина, находящихся в верхних пределах его терапевтических уровней в плазме (4,134). Кроме того, в исследованиях сообщалось о независимом от AMPK/LKB1 влиянии метформина на глюконеогенез (135). С другой стороны, исходя из термодинамических соображений, Owen et al. (128) утверждают, что при потенциале митохондриальной мембраны -180 мВ метформин может накапливаться в 1000 раз, что потенциально обеспечивает концентрацию в митохондриях, которая ингибирует комплекс 1 [см. также Vial et al. (136)]. Частичную поддержку этой гипотезы предоставили Chien et al. которые использовали протокол культивирования клеток с клетками почки эмбриона человека (HEK), которые были сверхэкспрессированы переносчиком органических катионов 1 (OCT1) и подвергались воздействию 5 мМ 14 C-метформина в течение 60 минут (137). Чиен и др. обнаружили, что более высокие концентрации метформина были обнаружены в клетках НЕК со сверхэкспрессией OCT1 по сравнению с контрольными клетками НЕК (268+/-11 против 26,4+/-11 мМ) (137). На основании этого повышенного поглощения Chien et al. утверждают, что метформин может быть захвачен внутриклеточными органеллами, такими как микросомы и митохондрии (137). В аналогичном протоколе влияние метформина in vitro и in vivo на функцию митохондрий РИСУНОК 1 | Метформин ингибирует митохондриальный комплекс 1. На этой схеме метформин транспортируется в клетку через переносчики органических катионов, OCT 1, 2 и 3, и переносчик моноаминов плазматической мембраны (PMAT). Транспорт метформина из клетки опосредован транспортерами мультилекарства и токсина (MATE1/2). Считается, что метформин опосредует большинство своих клеточных эффектов через активацию AMPK, и на этой схеме метформин ингибирует цепь переноса электронов митохондриального комплекса 1, что приводит к снижению уровня АТФ, увеличению соотношения АМФ/АТФ, тем самым увеличивая AMPK. активации, а также снижает образование активных форм кислорода (АФК). Активация AMPK приводит к ингибированию пути mTOR, что будет способствовать противоопухолевым эффектам метформина. Также было показано, что метформин активирует AMPK через серин-треониновую киназу печени B1 (LKB1), где происходит фосфорилирование (p) (активация) AMPK. Белковый продукт SIRT1, sirtuin1, является деацетилазой выше по течению, которая активирует LKB1 посредством деацетилирования, как показано на рисунке, путем потери ac во время клеточного стресса и снижения клеточной энергии, когда соотношение NAD+/NADH высокое, что также является предполагаемым место действия метформина.
Краткое изложение исследований, посвященных клеточному действию метформина на активацию AMPK, снижение образования активных форм кислорода, улучшение функции сосудов, опосредование противовоспалительных эффектов и возможность лечения рака и нейродегенеративных заболеваний.
Результаты протокола
• 12-недельное исследование пациентов с СД2, ранее не получавших метформин, получавших 500 мг метформина два раза в день или плацебо, с оценкой эндотелиальной функции с помощью тензометрической плетизмографии предплечья после введения во внутриплечевую артерию эндотелийзависимого вазодилататора (EDV) ацетилхолина по сравнению с ответ на эндотелийнезависимые вазодилататоры (EIDV), нитропруссид натрия и верапамил.
• Метформин улучшил EDV, но не EIDV. Результаты, интерпретированные как отражающие опосредованное метформином снижение резистентности к инсулину (определяемое путем измерения резистентности к инсулину всего организма, HOMA-IR), улучшают функцию эндотелия и компенсируют сосудистые заболевания, связанные с диабетом. Услимани и др. (107) • Влияние 10 мМ метформина на продукцию АФК в эндотелиальных клетках аорты крупного рогатого скота (БАЭК), которые либо не стимулировались, либо стимулировались высокими уровнями глюкозы или ангиотензином II (ATII).
• Метформин существенно снижал внутриклеточные уровни АФК как в нестимулированных, так и в стимулированных глюкозой или ATII клетках.
• Активность НАДФН-оксидазы и митохондриальной дыхательной цепи также снижалась под действием метформина. • Изучение влияния высокого уровня глюкозы на экспрессию димерной и мономерной eNOS, окислительный стресс, НАДФН-оксидазу и циклооксигеназу-2 (ЦОГ-2) в мышиных микрососудистых эндотелиальных клетках (MMEC).
• Высокий уровень глюкозы разъединяет eNOS, что приводит к увеличению отношения мономерной eNOS к димерной и, таким образом, усиливает окислительный стресс вместе с повышенной экспрессией НАДФН-оксидазы (p22phox) и ЦОГ-2, в результате чего снижается образование оксида азота. а. Аруначалам и др. (110) • а. Потенциальное защитное действие метформина (50 мМ) на индуцированный высоким содержанием глюкозы окислительный стресс в MMEC и роль сиртуина декацетилазы 1 в старении эндотелиальных клеток.
• Экспрессия сиртуина-1, необходимая для метформиновой защиты эндотелиальных клеток от старения, индуцированного высоким уровнем глюкозы. б. Гош и др. (111) • б. Влияние 50 мМ метформина на эндотелий-зависимую вазорелаксацию (EDV) в аорте на мышиной модели, db/db (мутант лептинового рецептора) СД2 и ожирения.
• Влияние метформина на фосфорилирование eNOS в MMEC, подвергнутых воздействию нормальных условий клеточной культуры по сравнению с высокими условиями культивирования глюкозы.
• Метформин улучшил EDV в сосудистой ткани мышей с диабетом. • Гепатоциты крысы, мыши и человека в культуре подвергались воздействию метформина в дозах от 500 мМ до 5 мМ и активности AMPKa, и в разные моменты времени измерялась скорость потребления кислорода митохондриями.
• Метформин повышал активность AMPK в гепатоцитах крысы и человека и был связан с увеличением клеточного соотношения AMP:ATP.
• Активация AMPK печени метформином в результате снижения клеточной энергии из-за независимого от AMPK ингибирования комплекса митохондриальной дыхательной цепи метформином.
• Вывод: AMPKa1 активируется в гепатоцитах человека, тогда как обе изоформы AMPKa активируются в гепатоцитах крысы, что подчеркивает важность видовых различий.
• Влияние метформина на активацию NF-kB и экспрессию генов, опосредованных NF-kB, изучали в эндотелиальных клетках сосудов человека (HUVEC) в культуре.
• Зависимая от дозы и времени активация AMPK от 1 до 10 мМ метформина и ингибирование генов провоспалительных молекул и молекул адгезии, индуцированных цитокинами, путем подавления активности NF-kB.
• Вывод: метформин обладает противовоспалительным действием, но требует высоких концентраций.
• В исследовании случай-контроль была проверена гипотеза о том, что у пациентов, принимающих метформин, снижен риск развития рака. В исследовании использовалась клиническая информационная система диабета (DARTS) и база данных рецептурных препаратов (MEMO) для Tayside, Шотландия. За период с 1993 по 2001 год было просмотрено 314 127 карт пациентов.
• Анализ указывает на снижение риска развития рака и предположение о дозозависимом эффекте.
• Предположите связь между предполагаемым противораковым эффектом метформина и его действием по активации AMPK и ролью предшествующей серин-треониновой киназы, LKB1, известного супрессора опухолей.
• Заключение. Эпидемиологические доказательства того, что метформин снижает заболеваемость раком. Наир и др. (114) • Эффекты мМ концентраций (от 5 до 20) метформина были даны на клетки рака поджелудочной железы человека Panc 1 в культуре.
• mM метформин ингибирует передачу сигналов mTOR, что отражается снижением уровня фосфорилированных Akt и mTOR.
• Метформин ингибирует активацию mTOR посредством подавления транскрипционных факторов Sp1, Sp3 и Sp4 и IGF-1R.
• Заключение. Метформин воздействует на гены и сигнальные пути, важные для миграции, инвазии, пролиферации и выживания опухоли.
были исследованы in vitro на первичных мышиных гепатоцитах и клетках Hepa 1-6 (клетки мышиной гепатомы, полученные из опухоли BW7756), а также в протоколе in vivo на мышах, получавших диету с высоким содержанием жиров (HFD) (138). В исследованиях in vitro клетки Hepa1-6 подвергались воздействию либо 75, либо «супрафармакологического» 1000 мМ метформина; однако даже после воздействия 1000 мМ не наблюдалось ингибирующего действия на активность комплекса I-IV, а внутриклеточное распределение метформина указывало на то, что метформин оставался в основном в цитозоле с уровнями в митохондриях менее 70 мМ (139). Группа исследования in vivo включала лечение мышей HFD, включая мышей с нокаутом AMPKa1/2, 50 мг/кг/день метформина в питьевой воде, а затем анализ гепатоцитов in vitro с результатами, указывающими на активность комплекса 1, плотность митохондрий и митохондриальная ДНК увеличивались посредством AMPK-зависимого механизма (138). Также следует отметить, что IC50 для метформина для ингибирования митохондриального комплекса 1 составляет 19-66 мМ (140, 141). В совокупности эти данные ставят под сомнение вклад ингибирования комплекса 1 в качестве первичной мишени и объяснение терапевтических эффектов метформина как в качестве антидиабетического, так и в качестве омолаживающего препарата. Этот вывод также подтверждается обзорами (133, 142) и клиническими данными пациентов с СД2, получавших метформин, которые показывают нормальное дыхание митохондриального комплекса 1 в биоптатах скелетных мышц (143). Как обсуждается ниже, важно учитывать фармакокинетические свойства метформина при экстраполяции данных исследований in vitro на потенциальные преимущества при клиническом применении.
Митохондрии играют решающую роль в окислительном метаболизме, и у пациентов была установлена связь между ожирением, резистентностью к инсулину и дефектными окислительными процессами в митохондриях, что приводит к накоплению токсичных промежуточных метаболитов (144). Несколько исследований также предоставили доказательства того, что митохондриальная функция нарушается при диабете, и, таким образом, дополнительное повреждение вызванной метформином дисфункцией будет вредным для пациентов с СД2 (145, 146), как это было замечено в эффектах метформина на старых (AD10) C. elegans. как обсуждалось ранее (72). Активность комплекса 1 в митохондриях из биоптатов скелетных мышц была ниже у пациентов с СД2 и ожирением по сравнению с худощавыми субъектами с диабетом (147). Хотя эти данные не полностью опровергают аргумент о том, что метформин опосредует свое антигипергликемическое действие через ингибирующее действие на митохондриальный комплекс 1, данные убедительно свидетельствуют о том, что дальнейшее ингибирование функции ухудшит и будет способствовать токсическим эффектам метформина, таким как лактоацидоз. , то есть, хотя и очень редко (11). Как предположили Wang et al., метформин может играть важную роль в «контроле качества» регуляции митохондрий и сдвигать клеточную динамику в сторону здоровой популяции посредством митофагии и устранения поврежденных митохондрий (138) [см. также (148)]. AMPK также участвует в регуляции митохондриального биогенеза, тем самым обеспечивая еще одну связь между метформином, AMPK и токсические эффекты метформина, такие как лактоацидоз, хотя и очень редкие (11). Как предположили Wang et al., метформин может играть важную роль в «контроле качества» регуляции митохондрий и сдвигать клеточную динамику в сторону здоровой популяции посредством митофагии и устранения поврежденных митохондрий (138) [см. также (148)]. AMPK также участвует в регуляции митохондриального биогенеза, тем самым обеспечивая еще одну связь между метформином, AMPK и токсические эффекты метформина, такие как лактоацидоз, хотя и очень редкие (11). Как предположили Wang et al., метформин может играть важную роль в «контроле качества» регуляции митохондрий и сдвигать клеточную динамику в сторону здоровой популяции посредством митофагии и устранения поврежденных митохондрий (138) [см. также (148)]. AMPK также участвует в регуляции митохондриального биогенеза, тем самым обеспечивая еще одну связь между метформином, AMPK и
• Плотность микрососудов, зрелость и функция сосудов, метастазирование в легкие и химиочувствительность сравнивались у мышей, получавших метформин, и у мышей, не получавших лечения, с использованием сконструированных моделей метастатического рака молочной железы.
• Метформин уменьшал плотность микрососудов, утечку и гипоксию, увеличивая перфузию клеток стенок сосудов по сравнению с контрольной группой.
• Заключение. Сосудистые эффекты опосредуют благотворное влияние метформина на рак молочной железы. Нг и др. (116) • В популяционном сингапурском лонгитюдном исследовании старения 365 пациентов с диабетом наблюдались в течение 4 лет с помощью поперечного и продольного многофакторного анализа, оценивающего отношение шансов связи приема метформина со снижением когнитивных функций (краткий тест на психическое состояние ≤ 23).
• Применение метформина более 6 лет было связано со снижением риска когнитивных нарушений.
• Заключение. Существует потенциальная польза метформина для замедления снижения когнитивных функций и, таким образом, увеличения продолжительности жизни. Фатт и др. (117) • Влияние метформина на пролиферацию, самообновление и дифференцировку взрослых нервных стволовых клеток (нейрональных клеток-предшественников, NPC) мышей.
• Первичные нейросферы исследовали в присутствии или в отсутствие 1 мМ метформина.
• Взрослым мышам вводили (внутрибрюшинно) 200 мг/кг метформина в течение 7 дней. Сделаны срезы наджелудочковой зоны и количественно определено общее количество клеток BrdU.
• Исследования in vivo для определения роли гена реакции на стресс у мышей TAp73-/-.
• 1 мМ метформин усиливал самообновление и дифференцировку NPC.
• Дифференцировка нейронов зависела от AMPK/атипичной PKC и белка, связывающего циклический элемент ответа AMP (CREB или CBP).
• Опосредованное метформином самообновление и пролиферация NPC посредством активации гена Tap73. Белок p73 связан с супрессором опухоли p53.
• Вывод: метформин усиливает нейрогенез, что указывает на роль метформина в нейродегенеративных заболеваниях. Ма и др. (118) • Исследование in vivo для изучения эффектов длительного лечения метформином (250 мг/кг/день через зонд, 12 недель) на нейрогенез гиппокампа, а также обучение и память у мышей с ожирением, потребляющих пищу с высоким содержанием жиров.
• Память и обучение оцениваются на основе времени исследования.
• Исследование фекальных гранул для определения вклада микробиоты.
• Количество нейронов гиппокампа, определенное у новорожденных щенков.
• Ожирение привело к ухудшению памяти и способности к обучению у взрослых мышей, что было предотвращено метформином.
• Метформин усиливает нейрогенез в гиппокампе.
• Экспрессия воспалительных клеток была выше у мышей, которых кормили жиром, и снижалась при приеме метформина.
• Положительные эффекты метформина, имитированные трансплантацией фекальных гранул от мышей, получавших метформин, к нелеченым мышам.
• Вывод: важная роль оси Кишечник-Мозг в опосредовании эффектов метформина на нейрогенез.
улучшение функции митохондрий (149 150). Функция митохондрий ухудшается с возрастом из-за АФК и/или накопления мутаций в митохондриальной ДНК (151). Если метформин может компенсировать снижение митохондриальной функции, как предполагают некоторые исследования, то этот эффект может способствовать увеличению как продолжительности здоровья, так и продолжительности жизни (138, 149, 150). Интересно, что и метформин, и антиоксидант ресвератрол ингибируют деление митохондрий, связанное с АФК (152). Многочисленные исследования также показали, что ресвератрол оказывает омолаживающее действие у некоторых видов животных благодаря своим эффектам, которые также описаны для метформина, связанным с деацетилазой, сиртуином-1 (153). Тем не менее, концентрации ресвератрола, присутствующего в пище, например, в вине, намного ниже количества, которое могло бы иметь какое-либо влияние на старение.
В совокупности эти данные свидетельствуют о важной роли метформина в регуляции функции митохондрий, что может быть связано с благотворным влиянием как на продолжительность жизни, так и на здоровье.
Чтобы экстраполировать данные исследований in vitro на терапевтическую эффективность in vivo, важно рассмотреть фармакокинетические свойства метформина (34, 133, (154) (155) (156).
При назначении в обычном пероральном диапазоне доз от 250 до ~2550 мг/сут для лечения СД2 и при отсутствии сниженной функции почек маловероятно, что пиковые уровни метформина в плазме превысят 15-20 мМ, а минимальные уровни между 1-5 мМ и периодом полувыведения из плазмы примерно от 3 до 5 часов. Метформин является сильноосновным гидрофильным лекарственным средством с pKa приблизительно 11, не метаболизируется и выводится преимущественно почками. Уровни экспрессии насыщаемых переносчиков органических катионов будут определять скорость всасывания метформина из кишечника и последующее клеточное распределение и выведение метформина. Существует три различных класса селективных переносчиков органических катионов, которые могут использоваться метформином: переносчики органических катионов (OCT) 1, 2 и 3 (SLC22A1, A2, A3); Транспортер моноаминов плазматической мембраны (PMAT; SLC29A4); и белок мультилекарственной и токсинной экструзии (MATE) 1 и 2 (SLC47A1, A2) для входа и выхода из клеток (рис. 1) (157). Высокий уровень экспрессии транспортеров притока в клетках может привести к гораздо более высокому накоплению метформина, что приводит к селективной токсичности и гибели клеток, что, как постулируется, объясняет противораковые эффекты препарата (158). Однако при периоде полувыведения из плазмы примерно от 3 до 5 часов и в зависимости от режима дозирования маловероятно, что значительное клеточное накопление метформина, кроме кишечных энтероцитов, происходит при использовании препарата для лечения СД2 (34 155 156 159 160). Высокий уровень экспрессии транспортеров притока в клетках может привести к гораздо более высокому накоплению метформина, что приводит к селективной токсичности и гибели клеток, что, как постулируется, объясняет противораковые эффекты препарата (158). Однако при периоде полувыведения из плазмы примерно от 3 до 5 часов и в зависимости от режима дозирования маловероятно, что значительное клеточное накопление метформина, кроме кишечных энтероцитов, происходит при использовании препарата для лечения СД2 (34 155 156 159 160). Высокий уровень экспрессии транспортеров притока в клетках может привести к гораздо более высокому накоплению метформина, что приводит к селективной токсичности и гибели клеток, что, как постулируется, объясняет противораковые эффекты препарата (158). Однако при периоде полувыведения из плазмы примерно от 3 до 5 часов и в зависимости от режима дозирования маловероятно, что значительное клеточное накопление метформина, кроме кишечных энтероцитов, происходит при использовании препарата для лечения СД2 (34 155 156 159 160).
Важно, чтобы результаты исследований in vitro с использованием высоких микромолярных и миллимолярных концентраций метформина, часто при длительном воздействии, рассматривались критически, поскольку такие данные не могут быть легко переведены в эффекты при использовании у людей. Полезное сравнение терапевтических доз метформина с доклиническими исследованиями было проведено Бадриком и Ренеханом, указав, что для доклинических исследований, проведенных in vivo, дозы варьировались от 2 до 45 терапевтических доз, а для исследований, проведенных in vitro, концентрации варьировались от х25 до х1000 выше, чем наблюдаемые у пациентов (161).
Дано обоснование использования высоких концентраций метформина в исследованиях in vitro. Так, Onken и Driscoll (71) сообщили, что омолаживающее действие метформина у C. elegans наблюдалось только при 50 мМ метформина, а не при более низких концентрациях, и заявили: поглощение лекарственного средства таким образом, что полярные лекарственные средства нередко применяются в концентрации, в 1000 раз превышающей их предполагаемое сродство к мишени; ожидается, что физиологические уровни лекарственного средства у животных будут намного ниже». [(71); см. Таблицу 1]. Хотя это объяснение может быть верным для C. elegans, всасывание и распределение метформина у млекопитающих также зависит от переносчиков органических катионов (ОКТ), и поэтому аналогичный аргумент следует применять к другим видам, если только нельзя показать, что C. elegans имеет очень низкий уровень экспрессии транспортеров притока и высокий уровень экспрессии. транспортеров экструзии, что оправдывает использование высоких доз мМ. Точно так же другие защищали уровни лекарств как соответствующие уровням в плазме крови человека и не признавали короткий период полувыведения метформина; препарат, который не метаболизируется, уровни которого в плазме быстро падают, поскольку метформин выдавливается из клеточных участков и выводится почками. другие защищали уровни препарата как соответствующие уровням в плазме крови человека и не признавали короткий период полувыведения метформина; препарат, который не метаболизируется, уровни которого в плазме быстро падают, поскольку метформин выдавливается из клеточных участков и выводится почками. другие защищали уровни препарата как соответствующие уровням в плазме крови человека и не признавали короткий период полувыведения метформина; препарат, который не метаболизируется, уровни которого в плазме быстро падают, поскольку метформин выдавливается из клеточных участков и выводится почками.
Данные многочисленных исследований показывают, что у пациентов с СД2, которым прописан метформин, показатели выживаемости выше по сравнению с контрольной группой без диабета. В исследовании с использованием ретроспективных данных наблюдений из UK Clinical Practice Research Datalink пациенты с СД2, получавшие монотерапию метформином или сульфонилмочевиной, сравнивались с контрольными группами без диабета, которые были сопоставимы по возрасту и полу (69) (см. Таблицу 1). Данные показывают, что у подобранных недиабетиков медиана времени выживания была на 15% ниже по сравнению с диабетиками при монотерапии метформином, а у пациентов с диабетом при монотерапии сульфонилмочевиной время выживания было на 38% ниже по сравнению с группой метформина (37, 69). В совокупности эти данные указывают на явное преимущество в отношении смертности, связанное с применением метформина. Однако, более низкая выживаемость в группе, получавшей сульфонилмочевину, может отражать негативное влияние препаратов сульфонилмочевины на смертность, о чем сообщалось в последующих исследованиях (162). С другой стороны, недавний систематический обзор показал, что метформин значительно снижает смертность от всех причин и сердечно-сосудистые события у пациентов с СД2 и хронической болезнью почек легкой/умеренной степени тяжести (163). Аналогичным образом, метаанализ с целью определения сердечно-сосудистых преимуществ метформина в сочетании с более новыми противодиабетическими препаратами, включая инкретины (агонисты ГПП-1), ингибиторы дипептидилпептидазы-4 (ДПП-4) и натрий-глюкозный ко- Ингибиторы транспортера 2 (SGLT2) выявили как положительные, так и нейтральные эффекты добавления метформина (164, 165). Тем не менее,
Эндотелий играет критическую роль в регуляции сердечно-сосудистой функции и не в последнюю очередь как источник важной сигнальной молекулы, оксида азота (NO). Furchgott и Zawadski были первыми, кто сообщил, что интактный и неповрежденный эндотелий необходим для того, чтобы ацетилхолин опосредовал вазодилататорный ответ (167). Теперь мы относим ацетилхолин к эндотелийзависимым сосудорасширяющим средствам, и мы также признаем, что эндотелиальная дисфункция, которую можно определить как сниженный сосудорасширяющий ответ на ацетилхолин, является ранним прогностическим показателем начала сердечно-сосудистого заболевания (168) (169) ( 170)(171). Роберт Ферчготт вместе с Луи Игнарро и Феридом Мурадом разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1998 года «за открытия, касающиеся оксида азота как сигнальной молекулы в сердечно-сосудистой системе». Примечательно, что гораздо более ранняя работа доктора Рудольфа Альтшула в Саскатуне, Канада, по микроскопии выявила связь между гиперхолестеринемией и патологическими изменениями в эндотелии. Основываясь на своих сравнениях кровеносных сосудов пациентов, умерших от сердечно-сосудистых заболеваний, с другими причинами, доктор Альтшул заявил в предисловии к своей книге 1954 года: «Поскольку подавляющее большинство сердечных заболеваний вызвано коронарным тромбозом, который представляет собой поражение сосудов кровоснабжающих собственно сердце, мы можем с таким же успехом отменить первое слово в слове «сердечно-сосудистые» и заключить, что в Северной Америке большинство людей, умирающих естественной смертью, умирают от сосудистых заболеваний. стены, а значит, можно постулировать, что эндотелий имеет большое значение в нашей жизни и что его отказ приведет к смерти многих из нас. Говорят, что человек так же стар, как его артерии. Ввиду первостепенной важности эндотелия для артериальной функции я хотел бы изменить или, скорее, упростить это утверждение, сказав, что человек так же стар, как и его эндотелий» (172).
Очевидный вопрос: «Оказывает ли метформин прямое омолаживающее действие на эндотелий?». Основываясь на критических обзорах литературы, ответ кажется «да», хотя клинические данные можно интерпретировать как вторичные по отношению к действиям метформина по повышению чувствительности к инсулину и снижению уровня глюкозы в крови (34, 106, 173). Существует обширная литература, основанная на данных доклинических и клинических исследований, которые указывают на то, что метформин защищает функцию эндотелия от последствий диабета (33). Положительные клинические данные были предоставлены Mather et al. которые использовали тензометрическую плетизмографию предплечья для оценки влияния метформина на кровоток в предплечье после введения ацетилхолина в плечевую артерию по сравнению с реакцией на эндотелий-независимые вазодилататоры, нитропруссид натрия и верапамил, у пациентов с СД2 (106). Пациенты до начала 12-недельного исследования не принимали метформин и получали либо метформин (500 мг дважды в день), либо плацебо (106). Мазер и др. сообщили, что по сравнению с плацебо метформин улучшал эндотелийзависимую, но не эндотелийнезависимую вазодилатацию, тем самым подчеркивая, что первичная дисфункция кровотока не была реакцией гладкой мускулатуры сосудов, а была вторичной по отношению к эндотелиальной дисфункции (106). В более крупном рандомизированном плацебо-контролируемом исследовании с участием 390 пациентов, получавших метформин в суточной дозе от 850 до 2550 мг, основное внимание уделялось изменениям биомаркеров эндотелиальной дисфункции, и пациенты наблюдались в течение 52 месяцев (174). Результаты дополняют данные плетизмографии, представленные Mather et al. (106) со сниженными уровнями биомаркеров эндотелиальной дисфункции, включая фактор фон Виллебранда, растворимую молекулу сосудистой адгезии-1, активатор плазминогена тканевого типа (t-PA), ингибитор активатора плазминогена-1 (PAI-1), но не растворимый Е-селектин (sE-селектин) или мочевой альбумин (174). Данные метаболического анализа пациентов с СД2, получавших метформин, показали, что уровни аминокислоты цитруллина были ниже, чем в контрольной группе, с сопоставимыми данными по тканям мышиной модели db/db с СД2 и ожирением. Данные метаболомики могут связывать снижение уровня цитруллина с увеличением образования NO из аргинина и улучшением активности eNOS, тем самым подтверждая литературные данные о том, что метформин защищает сердечно-сосудистую систему, способствуя образованию NO (175). активатор плазминогена тканевого типа (t-PA), ингибитор активатора плазминогена-1 (PAI-1), но не растворимый E-селектин (sE-селектин) или мочевой альбумин (174). Данные метаболического анализа пациентов с СД2, получавших метформин, показали, что уровни аминокислоты цитруллина были ниже, чем в контрольной группе, с сопоставимыми данными по тканям мышиной модели db/db с СД2 и ожирением. Данные метаболомики могут связывать снижение уровня цитруллина с увеличением образования NO из аргинина и улучшением активности eNOS, тем самым подтверждая литературные данные о том, что метформин защищает сердечно-сосудистую систему, способствуя образованию NO (175). активатор плазминогена тканевого типа (t-PA), ингибитор активатора плазминогена-1 (PAI-1), но не растворимый E-селектин (sE-селектин) или мочевой альбумин (174). Данные метаболического анализа пациентов с СД2, получавших метформин, показали, что уровни аминокислоты цитруллина были ниже, чем в контрольной группе, с сопоставимыми данными по тканям мышиной модели db/db с СД2 и ожирением. Данные метаболомики могут связывать снижение уровня цитруллина с увеличением образования NO из аргинина и улучшением активности eNOS, тем самым подтверждая литературные данные о том, что метформин защищает сердечно-сосудистую систему, способствуя образованию NO (175). Данные метаболического анализа пациентов с СД2, получавших метформин, показали, что уровни аминокислоты цитруллина были ниже, чем в контрольной группе, с сопоставимыми данными по тканям мышиной модели db/db с СД2 и ожирением. Данные метаболомики могут связывать снижение уровня цитруллина с увеличением образования NO из аргинина и улучшением активности eNOS, тем самым подтверждая литературные данные о том, что метформин защищает сердечно-сосудистую систему, способствуя образованию NO (175). Данные метаболического анализа пациентов с СД2, получавших метформин, показали, что уровни аминокислоты цитруллина были ниже, чем в контрольной группе, с сопоставимыми данными по тканям мышиной модели db/db с СД2 и ожирением. Данные метаболомики могут связывать снижение уровня цитруллина с увеличением образования NO из аргинина и улучшением активности eNOS, тем самым подтверждая литературные данные о том, что метформин защищает сердечно-сосудистую систему, способствуя образованию NO (175).
Как обсуждалось ранее, метформин непосредственно защищает эндотелий от дисфункции, вызванной гипергликемией, и преждевременного старения, а также играет решающую роль деацетилазы, производной SIRT1, сиртуина-1 (110, 111). Сиртуин-1 играет важную роль в регуляции ангиогенеза, защитной роли от окислительного стресса и сердечно-сосудистых заболеваний, а более высокие уровни экспрессии сиртуина-1 связаны с уменьшением заболеваемости (176)(177)(178). Также сообщалось, что сиртуин-1 способствует пролиферации эндотелиальных клеток и подавляет старение первичных эндотелиальных клеток аорты свиньи посредством сигнального механизма, требующего экспрессии серин-треонинкиназы, LKB1, вышестоящего регулятора AMPK (179). Сиртуин-1 играет положительную роль в регуляции эндотелийзависимой вазодилатации посредством деацетилирования лизинов 496 и 506 на эндотелиальной синтазе оксида азота (eNOS) (180). Положительное влияние метформина на компенсацию эндотелиальной дисфункции, вызванной гипергликемией, отражает увеличение образования NO (110, 111). В обоих исследованиях Arunachalam et al. (110) и Ghosh et al. (111) использовали 50 мМ метформина и обосновали эту концентрацию на основании того, что оценки уровней метформина в портальной циркуляции после перорального всасывания составляют от 40 до 70 мМ (4, 181). Важно то, что гораздо более низкие концентрации метформина, от 1 до 10 мМ, также защищают эндотелийзависимую вазодилатацию в аорте мышей (182). В своем исследовании Triggle et al. продемонстрировали критическую роль орфанного ядерного рецептора, Nr4a1, в эндотелиально-защитных эффектах метформина, поскольку преимущества метформина отсутствовали в тканях аорты мышей с нулевым ядерным рецептором Nr4a1 (182). Кроме того, при низких микромолярных концентрациях, использованных в этом исследовании, ни митохондриальный комплекс-I, ни комплекс-III не ингибировали скорость потребления кислорода, но наблюдалось при использовании 500 мМ метформина. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что за опосредование защитных эффектов метформина в сосудистой системе отвечает новый механизм действия (рис. 2). но были при использовании 500 мМ метформина. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что за опосредование защитных эффектов метформина в сосудистой системе отвечает новый механизм действия (рис. 2). но были при использовании 500 мМ метформина. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что за опосредование защитных эффектов метформина в сосудистой системе отвечает новый механизм действия (рис. 2).
Чтобы выяснить точный сигнальный путь, связывающий метформин с семейством ядерных рецепторов NR4A, требуются дальнейшие исследования, но стоит отметить, что орфанный рецептор Nur77 регулирует локализацию LKB1, а также важен для регуляции поглощения глюкозы мышечными клетками мыши C212. 184,185). Дополнительные доказательства того, что метформин защищает функцию митохондрий, были предоставлены Wang et al., которые сообщили, что лечение мышей с диабетом, индуцированным стрептозотоцином (STZ), метформином (300 мг/кг/день) в их питьевой воде в течение 4 недель подавляло деление митохондрий посредством ингибирования. родственного динамину белка (Drp1) посредством AMPK-зависимого процесса и усиленного слияния митохондрий (186). Ван и др. сообщили, что метформин защищает активность комплекса 1 в протоколе клеточной культуры в гепатоцитах, но усиливает деление митохондрий,
Метформин и другие препараты, применяемые при СД2, такие как ингибиторы SGLT2, могут также снижать вызванный гипергликемией повышенный уровень эндотелиальных АФК, независимо от негативного воздействия на комплекс 1, например, за счет ингибирования НАДФН-оксидазы или блокирования поступления глюкозы в эндотелий (32, 107-109, 187, 188) (табл. 2). Таким образом, основываясь как на доклинических, так и на клинических данных, мы можем сделать вывод, что метформин оказывает важное защитное действие на сосудистую функцию, что помогает компенсировать прогрессирование заболеваний, связанных с сосудами, и, таким образом, улучшает продолжительность жизни.
Гипергликемическая память была впервые описана у людей как сопротивление предотвращению развития диабетической ретинопатии, несмотря на достижение у пациентов хорошего гликемического контроля (189). Гипергликемическая память способствует патофизиологии диабета, несмотря на начало интенсивного гликемического контроля (190, 191). Данные исследований тканей крыс с диабетом, индуцированным стрептозотоцином, а также эндотелиальных клеток в культуре показывают, что экспрессия фибронектина с повышенным уровнем глюкозы не изменяется при восстановлении нормальной гликемии (192).
Было показано, что метформин обращает вспять гипергликемическую память. В капиллярных эндотелиальных клетках сетчатки крупного рогатого скота (BREC) и сетчатке крыс с диабетом вызванные гипергликемией повышенные уровни NF-kB и Bax, проапоптотического гена, сохранялись даже после возвращения к нормогликемии (193). BREC, в которых SIRT1 был нокдаун с помощью siRNA, продемонстрировали повышенную чувствительность к гипергликемическому стрессу, тогда как сверхэкспрессия SIRT1 или воздействие метформина ингибировали увеличение митохондриальных АФК путем активизации LKB1 и подавляли экспрессию NF-B и белка-регулятора апоптоза. , Бакс (193). Несколько других исследований с использованием различных типов клеток показали, что метформин ингибирует активацию NF-kB.
Упражнения активируют AMPK, что, в свою очередь, увеличивает поглощение глюкозы мышцами и улучшает чувствительность к инсулину, тем самым помогая компенсировать негативные последствия ожирения, диабета и сердечно-сосудистых заболеваний и тем самым снижая заболеваемость и улучшая продолжительность жизни (197). Важно отметить, что физические упражнения оказывают положительное влияние на эндотелий и, благодаря улучшению функции eNOS, усиливают эндотелий-зависимую вазодилатацию. Сообщалось также, что метформин компенсирует эффекты старения у пожилых людей и при сердечно-сосудистых заболеваниях (194, (198) (199) (200). в среднем 2,8 года, которые были рандомизированы для получения плацебо, метформина (850 мг два раза в день) или изменения образа жизни,
Поскольку и упражнения, и метформин могут улучшать гликемический контроль, и поскольку оба опосредуют свои эффекты через активацию AMPK, это предполагает, что должен быть по крайней мере аддитивный эффект, когда использование метформина сочетается с физическими упражнениями. К сожалению, на основании проспективного двойного слепого рандомизированного контролируемого исследования не наблюдалось аддитивного положительного эффекта (201). В этом исследовании мужчины и женщины с преддиабетом следовали протоколу упражнений в течение 12 недель без лекарств, по сравнению с одним метформином (2000 мг/день), по сравнению с комбинацией или упражнениями плюс плацебо. Результаты показали, что, хотя и метформин, и физические упражнения улучшали чувствительность скелетных мышц к инсулину на 55 и 90% соответственно, их комбинация приводила к увеличению только на 30%. Аналогичные результаты были получены в отношении воздействия на систолическое АД и С-реактивный белок (СРБ), которые снизились на 7–8% по сравнению с 20–25% соответственно (201). Кроме того, метформин притуплял вызванное физической нагрузкой увеличение VO 2peak (201). Авторы предполагают, что негативное влияние метформина на физическую нагрузку связано с тем, что метформин снижает уровень АФК, тем самым уменьшая влияние АФК на активацию AMPK. Данные свидетельствуют о том, что упражнения, а не метформин, являются «идеальным лекарством» (201).
Дополнительные сомнения в пользе сочетания метформина и физических упражнений возникают в результате двух исследований с участием пожилых людей. Конопка и др. сообщили, что метформин (2000 или 1500 мг/день для пациентов с желудочно-кишечными расстройствами) ослаблял вызванное физической нагрузкой повышение чувствительности к инсулину всего организма, а также снижал вызванное физической нагрузкой усиление митохондриального дыхания у пациентов с семейным анамнезом или факторами риска развития СД2 (202). . В двойном слепом исследовании Metformin to Augment Strength Training Effective Response in Seniors (MASTERS) (203) метформин, несмотря на усиление передачи сигналов AMPK, притуплял индуцированную физической нагрузкой гипертрофическую реакцию в скелетных мышцах у здоровых мужчин и женщин в возрасте старше 65, которые принимали участие в контролируемой программе прогрессивных упражнений с отягощениями в течение 14 недель после 2-недельного лечения метформином (1700 мг/день или плацебо) (203). На основании данных рандомизированного исследования интенсивного изменения образа жизни Look AHEAD были сделаны сопоставимые выводы о том, что метформин обеспечивает минимальную дополнительную пользу (204). Упражнения повсеместно признаны «золотым стандартом» для улучшения здоровья сердечно-сосудистой системы, а анализ пользы упражнений при 26 различных хронических заболеваниях положительно отражается на «Упражнениях как лекарстве» (205). Но негативное влияние метформина на преимущества, вызванные физической нагрузкой, вызывает опасения по поводу использования метформина для чего-либо, кроме утвержденных заболеваний, таких как СД2. для улучшения сердечно-дыхательного здоровья и анализа пользы физических упражнений при 26 различных хронических заболеваниях положительно отражается на «Упражнениях как лекарстве» (205). Но негативное влияние метформина на преимущества, вызванные физической нагрузкой, вызывает опасения по поводу использования метформина для чего-либо, кроме утвержденных заболеваний, таких как СД2. для улучшения сердечно-дыхательного здоровья и анализа пользы физических упражнений при 26 различных хронических заболеваниях положительно отражается на «Упражнениях как лекарстве» (205). Но негативное влияние метформина на преимущества, вызванные физической нагрузкой, вызывает опасения по поводу использования метформина для чего-либо, кроме утвержденных заболеваний, таких как СД2.
Было описано несколько генетических мутаций, таких как сигнальный путь транскрипции DAF-16 C. elegans, включающий пути восприятия питательных веществ, которые связаны с ролью в увеличении продолжительности жизни. Данные показывают, что мутации вызывают физиологическое состояние, подобное тому, которое возникает в периоды снижения потребления калорий (206). Предполагается, что ограничение калорийности на 10-15% без недоедания играет роль в увеличении продолжительности жизни человека (70) (см. Таблицу 1). Кроме того, было обнаружено, что ограничение калорийности увеличивает продолжительность жизни некоторых организмов, включая S. cerevisiae (дрожжи), C. elegans, рыб, грызунов и макак-резусов (206, 207). Ограничение калорий снижает выработку гормона роста, инсулина, IGF1 и других факторов роста.
Продольное исследование показало, что долгосрочное ограничение калорий на 30% значительно снижает возрастную смертность у взрослых макак-резусов и на 50% снижает заболеваемость раком и сердечно-сосудистыми заболеваниями по сравнению с контрольными животными (208). Помимо увеличения продолжительности жизни, ограничение калорий также снижает факторы риска основных заболеваний, включая диабет и сердечно-сосудистые заболевания у грызунов (209,210). Исследования Общества ограничения калорий, группы людей, которые решили ограничить потребление калорий с целью увеличения продолжительности жизни, включали взрослых мужчин и женщин (средний ИМТ 19,6; средний возраст 51 год; возрастной диапазон 35–82 года). лет), чей рацион питания, богатый питательными веществами, состоял приблизительно из 1800 ккал/день в среднем для 6. 5 лет и потребляли на 30% меньше калорий, чем взрослые того же возраста и пола на стандартной западной диете (210)(211)(212). Те, кто придерживался диеты с ограничением калорий, продемонстрировали ряд метаболических улучшений, включая жировые отложения, снижение артериального давления и улучшение чувствительности к инсулину, а также липидный профиль (210) (211) (212). Мета-анализ также показал, что диетические ограничения снижают уровень циркулирующего ИФР-1 у людей (213); однако, хотя большая часть данных указывает на то, что более низкие уровни ИФР-1 способствуют увеличению продолжительности жизни, ИФР-1 действительно играет важную роль в гомеостазе, а не только в детстве, что вызывает обеспокоенность по поводу потенциальных негативных последствий чрезмерного снижения уровня гормона роста. и улучшенная чувствительность к инсулину и липидный профиль (210)(211)(212). Мета-анализ также показал, что диетические ограничения снижают уровень циркулирующего ИФР-1 у людей (213); однако, хотя большая часть данных указывает на то, что более низкие уровни ИФР-1 способствуют увеличению продолжительности жизни, ИФР-1 действительно играет важную роль в гомеостазе, а не только в детстве, что вызывает обеспокоенность по поводу потенциальных негативных последствий чрезмерного снижения уровня гормона роста. и улучшенная чувствительность к инсулину и липидный профиль (210)(211)(212). Мета-анализ также показал, что диетические ограничения снижают уровень циркулирующего ИФР-1 у людей (213); однако, хотя большая часть данных указывает на то, что более низкие уровни ИФР-1 способствуют увеличению продолжительности жизни, ИФР-1 действительно играет важную роль в гомеостазе, а не только в детстве, что вызывает обеспокоенность по поводу потенциальных негативных последствий чрезмерного снижения уровня гормона роста.
В совокупности эти наблюдения подтверждают преимущества ограничения калорий и повышают интерес к фармакологическим агентам, таким как метформин, как миметикам ограничения калорий; тем не менее, есть вопросы и ограничения, которые необходимо решить, включая [см. (214,215)]: Например: 1. Какой уровень ограничения калорий требуется и приемлем для получения оптимальной пользы? 2. Как избежать последствий резкого ограничения калорий, которые могут привести к недоеданию и отрицательно сказаться на здоровье, особенно у людей с низким ИМТ? (214,216). Эти вопросы важны, поскольку не все исследования продемонстрировали четкую взаимосвязь между ИМТ, избыточной массой тела, ожирением и смертностью, несмотря на повышенный риск сердечно-сосудистых заболеваний (217). Исследования по вмешательству в диету, такие как исследование женщин
Клеточные процессы, которые опосредуют положительное влияние ограничения калорий на продолжительность жизни у видов млекопитающих, остаются спорными, и хотя заманчиво предположить важную роль AMPK в качестве ключевого сенсора питательных веществ, существует ряд предостережений, которые ограничивают положительную корреляцию у видов млекопитающих по сравнению с более убедительные доказательства у низших эукариотических организмов, таких как C. elegans (219). Например, как обсуждалось в следующем разделе, несмотря на активацию AMPK, метформин не воспроизводимо увеличивает продолжительность жизни у грызунов и заметно меньше или неэффективен у старых животных, включая C. elegans (66,72,74,75,77). ,78). Кроме того, применение данных, полученных в исследованиях с C. elegans и грызунами, к интервенционным исследованиям в различных популяциях людей имеет очевидные ограничения.
Национальный институт программы тестирования мер воздействия на старение исследовал эффективность различных фармакологических препаратов, включая аспирин, метформин, нордигидрогваяретовую кислоту (NDGA) и рапамицин, чтобы определить, продлевают ли они продолжительность жизни у мышей (220). Важно, что метформин, как и рапамицин, ингибирует передачу сигнала mTOR, а ингибирование пути передачи сигнала mTOR рапамицином увеличивает продолжительность жизни у C. elegans, S. cerevisiae и Drosophila melanogaster (дрозофилы) (221). )(222)(223)(224)(225). Эффекты метформина на увеличение продолжительности жизни исследовались Martin-Montalvo et al. у самцов мышей, и указывают на то, что длительное лечение 0,1% метформина по массе с добавлением в рацион и начиная со среднего возраста увеличивало продолжительность жизни и здоровья (76) (см. Таблицу 1). С другой стороны, более высокая доза 1% метформина была токсичной и снижала среднюю продолжительность жизни мышей на 14,4% (76). Сообщалось, что эффекты метформина аналогичны эффектам ограничения калорий, включая улучшение чувствительности к инсулину и снижение уровня холестерина (76). Однако Стронг и др. не смогли воспроизвести положительные данные о продолжительности жизни при протоколе 0,1% метформина у мышей, хотя в комбинации с рапамицином (14 частей на миллион) продолжительность жизни увеличилась (77). Стронг и др. предоставил объяснение, что инсулинсенсибилизирующий эффект метформина компенсирует негативное влияние рапамицина на гомеостаз глюкозы (77). Смит и др. продемонстрировали, что ограничение калорий, но не метформин (в рационе 300 мг/кг/день), увеличивает продолжительность жизни у самцов крыс Fisher-344,
В совокупности эти результаты продемонстрировали, что путь mTOR играет роль в увеличении продолжительности жизни у млекопитающих, но поднимают вопрос, почему, за исключением исследования Мартина-Монтальво и др., метформин не увеличивает продолжительность жизни у млекопитающих, тогда как рапамицин увеличивает продолжительность жизни. (76). Благосклонный утверждал, что метаболические побочные эффекты рапамицина являются следствием его действия в качестве CRM и необходимы для опосредования его положительного влияния на продолжительность жизни (226). Если мы примем этот аргумент, а также примем, что метформин, несмотря на ингибирование mTOR, не является CRM (77,78), то нельзя ожидать, что метформин продлит продолжительность жизни. Одно предостережение, которое следует учитывать для всех исследований старения с использованием моделей грызунов, связано с заметными геномными различиями между грызунами и людьми с точки зрения реакции на воспалительное заболевание (227). Без сомнения, как врожденный, так и адаптивный иммунный ответ на воспаление играют ключевую роль в процессе старения, и различия в этих реакциях между грызунами и людьми заслуживают внимания. В этом отношении метформин может играть важную роль из-за его потенциального влияния на врожденный иммунный ответ и образование АФК, вызванное воспалительными цитокинами.
Аутофагия — это процесс, необходимый для удаления поврежденных белков и органелл, и он играет важную роль в регуляции старения клеток, обеспечивая запас питательных веществ для поддержания клеточной функции во время голодания, а ингибирование аутофагии имитирует ускоренное старение (52, 228, 229). Кроме того, ограничение калорий является сильным индуктором аутофагии и увеличивает продолжительность жизни C. elegans (230).
Се и др. исследовали роль хронической активации AMPK метформином в восстановлении аутофагии кардиомиоцитов у мышей с диабетом OVE26, модели диабета первого типа (231). В изолированных сердцах мышей с диабетом наблюдалось существенное снижение функции AMPK и аутофагии кардиомиоцитов, а также митохондриальные скопления, рассредоточенные между плохо организованными миофибриллами, и повышенный апоптоз, который был обращен вспять после хронического лечения метформином (231). Сонг и др. сообщили о связи между SIRT1, AMPK и метформин-индуцированной аутофагией, тем самым подтверждая синергетическую взаимосвязь между деацетилазой, сиртуином-1 и метформ-опосредованными эффектами на старение (232).
У мышей сверхэкспрессия Atg5, белкового продукта основного гена аутофагосомы, усиливает аутофагию и, что более важно, вызывает антивозрастные фенотипы, включая повышенную чувствительность к инсулину и моторный контроль (233). Кроме того, эмбриональные фибробласты, культивированные у трансгенных мышей Atg5, в меньшей степени подвержены гибели клеток, вызванной окислительным стрессом, толерантность, обратимая с помощью ингибитора аутофагии (233). Более того, siRNA, нацеленная на Atg5, блокирует активацию метформином потока аутофагии и гибели клеток в клетках аденокарциномы в культуре, хотя это основано на использовании высоких концентраций (1-4 мМ и 12-часовое воздействие) метформина (234).
В совокупности данные этих исследований указывают на связь между метформином, аутофагией и увеличением продолжительности жизни. Однако в условиях, когда опухолевые микрососудистые эндотелиальные клетки в культуре подвергаются голоданию по глюкозе, метформин ингибирует аутофагию посредством ингибирования пути mTOR и частично независимого от AMPK механизма (235). Эффекты метформина по ингибированию аутофагии наблюдались только после 48-часовой инкубации с 2 мМ метформина, а более низкие концентрации, находящиеся в терапевтическом диапазоне, включая 50 мМ, были неэффективны (235). Таким образом, снова возникает вопрос о том, могут ли эффекты, о которых сообщалось в исследованиях in vitro с мМ концентрациями метформина, быть переведены в терапевтический эффект у людей.
Диабет был связан с повышенным риском развития различных видов рака (236). В ретроспективном исследовании, опубликованном в 2005 г., сообщалось, что пациенты с диабетом, которые лечились метформином от СД2, имели более низкий риск развития рака, и подчеркивалась возможная связь между метформином и серин-треониновым опухолевым супрессором, LKB1, как механизм снижения риска. 113) (см. Таблицу 2). Точно так же связь между метформином и активацией AMPK была подчеркнута как основа антипролиферативного действия метформина (43).
Обширная поддержка защитного действия метформина против рака была предоставлена многочисленными, но не всеми исследованиями (237, 238). Например, не было продемонстрировано никакой связи между использованием метформина и более низкой заболеваемостью раком мочевого пузыря, а также были высказаны опасения по поводу того, как анализируются данные обсервационных исследований (239, 240). Национальный институт рака (https://www.cancer.gov/about-cancer/treatment/clinical-trials/intervention/metformin-hydrochloride) перечисляет ряд текущих клинических испытаний с использованием метформина для следующего: Her2-положительный рак молочной железы , плоскоклеточный рак головы и шеи, рак эндометрия и яичников, множественная миелома, лимфолейкоз и рак щитовидной железы. Примеры включают исследование фазы II, NCT02028221, предназначен для определения того, снижает ли метформин риск рака молочной железы, связанный с ожирением, и должен быть завершен в середине 2021 года. Испытание фазы III, NCT01101438, «Метформин в сравнении с плацебо в отношении рецидива и выживаемости при раке молочной железы на ранней стадии», должно быть завершено в начале 2022 года.
Логической мишенью, с помощью которой метформин может опосредовать свои предполагаемые антипролиферативные эффекты при раке, является ингибирование mTOR и серин-треониновой киназы, рибосомной S6K (pS6K), либо посредством активации AMPK, либо через AMPK-независимый путь (241, 242). Также утверждалось, что ингибирование митохондриального комплекса 1 вносит важный вклад в цитотоксические эффекты метформина и наблюдалось в раковых клетках и подтверждалось данными, показывающими снижение ингибирования роста опухоли в раковых клетках, экспрессирующих устойчивый к метформину дрожжевой комплекс 1. , NDI1 (136 243).
Метаболические изменения, возникающие в результате диабета (гиперинсулинемия, гипергликемия и дислипидемия), потенцируют сигнальные пути и могут усиливать онкогенный характер ткани молочной железы за счет ускорения роста и миграции клеток, ангиогенеза, увеличения метастазирования и снижения ответа на химиотерапию (158). , (244) (245) (246) (247).Эти метаболические пути, а не прямое антипролиферативное действие, могут быть мишенью, поскольку метформин снижает печеночный глюконеогенез, улучшает чувствительность к инсулину, снижает уровень инсулина и глюкозы в крови, и эти эффекты, которые также уменьшат рост опухоли, а не прямое антипролиферативное действие могут быть основной целью метформина (55, 248).
Как указывалось ранее, при лечении диабета пиковые концентрации метформина в плазме обычно составляют менее 20 мМ (155, 160). Однако во многих исследованиях in vitro использовались мМ концентрации метформина для демонстрации антипролиферативного действия на опухолевые клетки в культуре [см. (114, 115); Таблица 2 ]. Чандель и др. утверждают, что более высокие концентрации метформина необходимы в протоколах культивирования клеток in vitro, поскольку обилие факторов роста и питательных веществ, таких как глюкоза, снижает чувствительность к ингибирующим эффектам метформина, что отражает важность глюкозы и эффекта Варбурга для роста раковых клеток. а также важность гликемического контроля при диабете (249). Исследования влияния концентрации глюкозы на антипролиферативное действие метформина на рост клеток рака молочной железы в различных линиях рака человека Исследования in vitro показывают, что тройные негативные клетки рака молочной железы (TNBC) особенно чувствительны к пролиферативному действию глюкозы. и клетки TNBC более чувствительны к метформину при более низких уровнях глюкозы (250). Зордоки и др. сообщили, что метформин значительно ингибировал рост клеток, культивируемых в нормогликемических условиях, и только для клеток, выращенных в нормогликемических условиях, метформин индуцировал значительную активацию AMPK (251). Самуэль и др. также продемонстрировали, используя протокол клеточной культуры, что более высокие уровни глюкозы снижают способность метформина ингибировать пролиферацию раковых клеток (247). В отличие от данных исследований in vitro, ретроспективный анализ пациентов с СД2 и ТНРМЖ, проведенный Bayraktar et al. указали, что адъювантное лечение метформином не было связано со значительным улучшением выживаемости, и сделали вывод о необходимости данных проспективных рандомизированных исследований фазы III (252).
Аргументом, объясняющим избирательное действие метформина при некоторых видах рака, но не при всех, является то, что в опухолевых клетках существует дифференциальная экспрессия транспортеров притока и оттока, что обеспечивает внутриклеточное накопление метформина в раковой клетке и результирующую селективную токсичность (158). . Кай и др. которые сравнили уровни поглощения метформина и ингибирующую активность в отношении роста раковых клеток в клеточной линии рака молочной железы человека (BT-20), дефицитной по OCT, и клеточной линии BT-20, сверхэкспрессирующей переносчик органических катионов 3 (OCT3), клетки OCT3-BH20: OCT3 является также является преобладающим переносчиком новообразований молочной железы человека (241). Поглощение [ 14 C]-метформина было в 13 раз выше в клетках OCT3-BT20, чем в клетках BT-20, и связаны с повышенным фосфорилированием AMPK и сниженным фосфорилированием pS6K в клетках OCT3-BT20, и эти результаты были подтверждены на мышах с опухолями со сверхэкспрессией OCT3 (241). Сопоставимые данные также были получены в исследовании с моделью рака молочной железы на крысах с высоким содержанием жиров, показывающей положительную связь с экспрессией OCT2 и накоплением изотопа [D 6 ]-метформина (253). Напротив, и хотя LnCaP, линия рака предстательной железы, оказалась особенно чувствительной к метформину и в диапазоне концентраций, который находился в пределах ожидаемого клинически и коррелировал с высокой экспрессией мРНК для OCT3 и низкой экспрессией MATE2 для других клеточных линий. требовались очень высокие концентрации, до 10 мМ, метформина, чтобы увидеть значительное ингибирование, и сильной значимой корреляции между ингибированием пролиферации и экспрессией MATE2 не наблюдалось (254). Ограничением исследований, изучающих уровни экспрессии переносчиков катионов, является то, что в отсутствие адекватных специфических антител к переносчикам количественная оценка белка-переносчика была невозможна, и корреляции полностью основывались на данных мРНК. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что уровни экспрессии транспортеров поглощения и экструзии не обязательно являются ограничивающими факторами, определяющими антипролиферативные эффекты метформина, и что генетически детерминированные вариации сигнальных путей имеют различное значение, как и уровни питательных веществ в микроокружении опухоли (249, 254). . Ограничением исследований, изучающих уровни экспрессии переносчиков катионов, является то, что в отсутствие адекватных специфических антител к переносчикам количественная оценка белка-переносчика была невозможна, и корреляции полностью основывались на данных мРНК. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что уровни экспрессии транспортеров поглощения и экструзии не обязательно являются ограничивающими факторами, определяющими антипролиферативные эффекты метформина, и что генетически детерминированные вариации сигнальных путей имеют различное значение, как и уровни питательных веществ в микроокружении опухоли (249, 254). . Ограничением исследований, изучающих уровни экспрессии переносчиков катионов, является то, что в отсутствие адекватных специфических антител к переносчикам количественная оценка белка-переносчика была невозможна, и корреляции полностью основывались на данных мРНК. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что уровни экспрессии транспортеров поглощения и экструзии не обязательно являются ограничивающими факторами, определяющими антипролиферативные эффекты метформина, и что генетически детерминированные вариации сигнальных путей имеют различное значение, как и уровни питательных веществ в микроокружении опухоли (249, 254). .
В заключение, поскольку положительные эффекты метформина наблюдаются не при всех видах рака, необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, являются ли противораковые действия прямыми или вторичными по отношению к положительным эффектам метформина на продолжительность жизни, которые проявляются у пациентов с ожирением, например, улучшение гомеостаза глюкозы. , повышенная чувствительность к инсулину и сниженная передача сигналов через путь IGF-1-mTOR (114 242), таблица 2.
Связанная с диабетом гипергликемия, гиперинсулинемия, повышенный окислительный стресс, сосудистые заболевания и воспаление связаны со снижением когнитивных функций, и, согласно метаанализу, был сделан вывод, что метформин уменьшает снижение когнитивных функций и деменцию у пациентов с СД2 (255).
В Сингапурском лонгитюдном исследовании старения 2365 пациентов с диабетом (возраст ≥ 55 лет) находились под наблюдением в течение 4 лет (см. Таблицу 2 (116)). В перекрестном и продольном многомерном анализе оценивались отношения шансов связи хронического приема метформина с когнитивными нарушениями (краткий тест на психическое состояние ≤ 23), демонстрирующие существенную обратную связь с когнитивными нарушениями (116). В крупном обсервационном исследовании с января 2004 г. по декабрь 2009 г. наблюдали за 67 731 участником, у которых не было признаков деменции, не было диабета и в возрасте ≥ 65 лет, чтобы наблюдать за началом СД2 и сравнивать риск заболеваемости деменцией, связанной с с использованием противодиабетических препаратов и сообщили, что метформин снижает риск развития деменции (256). В другом клиническом исследовании,
Молекулярная основа эффектов метформина на когнитивную функцию подтверждается данными, полученными с использованием нервных стволовых клеток взрослых мышей в культуре, которые показывают, что метформин в диапазоне концентраций от 500 нМ до 1 мМ усиливает пролиферацию и самообновление в зависимости от фактора транскрипции, Tap73, и усиливает дифференцировка нейронов через путь AMPK-атипичная протеинкиназа C (aPKC)-CREB-связывающий белок (CBP) [(117): Таблица 2]. Данные исследования на мышах с высоким содержанием жиров также связывают эффективность метформина в рационе (250 мг/кг/день) для восстановления памяти и обучения с микробиотой и положительными данными протокола трансплантации кала [(118): Таблица 2 ]. Потенциал использования метформина для лечения болезни Альцгеймера также подтверждается данными, указывающими на то, что метформин воздействует на моноацилглицероллипазу, фермент, ответственный за образование провоспалительных эйкозаноидов из 2-арахидоноилглицерина (258). Недооцененная гипотеза состоит в том, что способность метформина усиливать сосудистую функцию ЦНС, как это происходит на периферии (106), также может способствовать улучшению функции ЦНС.
Исследование Metformin in Longevity Study (MILES), разработанное как перекрестное исследование, представляет собой двойное слепое исследование, в котором субъекты выступают в качестве своей собственной контрольной группы плацебо [(79) Таблица 1]. MILES (https://clinictrials.gov/ct2/show/NCT02432287) началась в октябре 2014 г. и была проведена на 14 пожилых участниках с нарушенной толерантностью к глюкозе, чтобы определить, может ли метформин (1700 мг/день) вызывать физиологические и транскриптомные изменения в мышцах и жировой ткани. тканей после 6 недель лечения, а также для определения путей, на которые влияет метформин, и определения возможных молекулярных промежуточных соединений, участвующих в механизме действия метформина (79). Данные исследования MILES показывают, что метформин модифицировал несколько путей, связанных со старением, включая метаболические пути, тримеризацию коллагена и ремоделирование внеклеточного матрикса (ECM).
Нарушение регуляции метаболизма жировой ткани ранее было связано с возрастным процессом отложения внеклеточного матрикса, и ранее было показано, что эффекты метформина на метаболизм жирных кислот имитируют эффекты других вмешательств, которые увеличивают продолжительность жизни модельных организмов (36 259 260). Результаты исследования MILES подчеркивают воздействие метформина на несколько механизмов старения. Тем не менее, важно отметить заключительную фразу Kulkarni et al.: «Эти результаты еще предстоит подтвердить в других тканях и дизайнах исследований, и они еще не позволяют нам идентифицировать первичный сайт действия метформина, который затем может вызвать наблюдали изменения в экспрессии генов» (79).
Исследование Targeting Aging with Metformin (TAME) представляет собой двойное слепое плацебо-контролируемое многоцентровое исследование, в котором планируется принять участие 14 исследовательских центров в США, и при условии финансирования и одобрения в нем примут участие 3000 этнически разных людей в возрасте от 65 до 65 лет, не страдающих диабетом. 80 (60 261). Целями TAME являются: 1. Клинические исходы, измеряемые появлением новых возрастных хронических заболеваний; 2. Функциональные результаты, такие как изменения подвижности, измеряемые скоростью ходьбы более 10 метров [см. также (262)], а также показатели когнитивных нарушений; 3. Биомаркеры старения, такие как воспаление и старение (261). План исследования для TAME заключается в том, что пациентам будут назначать суточную дозу метформина (1500 мг) в течение 6 лет с предполагаемым периодом наблюдения более 3,5 лет (261). Утверждается, что результаты исследования TAME дадут больше информации о том, снижает ли метформин риск развития возрастных заболеваний, за исключением диабета, у лиц, не страдающих диабетом, и потенциально предоставят инструмент для борьбы со старением как таковым, а не с сопутствующими заболеваниями в отдельности (60 261). . Однако, как указано в этом обзоре и в других обзорах, существуют опасения по поводу возрастных эффектов метформина, а также у более старых организмов, включая C.elegans, грызунов и людей, эффекты метформина вариабельны и могут быть вредными [см. (202) )]. Также стоит процитировать заключительное заявление и предостережение Пыркова и соавт. из их анализа набора данных более 500 000 человек из России, Великобритании и США для оценки биологического возраста и потенциала увеличения продолжительности жизни: "
В настоящее время проводится ряд других клинических испытаний, направленных на решение некоторых проблем, отмеченных в этом обзоре: NCT04264897 (Влияет ли чувствительность к инсулину на потенциал метформина в отношении замедления старения), которое должно быть завершено в апреле 2024 года. - слепое исследование фазы 3 с участием 148 участников, целью которого было сравнить влияние метформина на чувствительность к инсулину и функцию митохондрий у пациентов, чувствительных к инсулину, по сравнению с пациентами, резистентными к инсулину. NCT02570672 («Метформин для предотвращения слабости у пожилых людей с высоким риском») — это исследование фазы 2 с участием 120 субъектов в возрасте от 65 до 90 лет с преддиабетом, получавших 1000 мг метформина два раза в день по сравнению с плацебо, и должно быть завершено в октябре. 2024. Ослабление будет определяться с помощью стандартизированной оценки (264). Исследование фазы 1 уже ведется, Роль метформина в мышечном здоровье пожилых людей» (NCT03107884), завершение которого намечено на апрель 2022 г., призвана определить, компенсирует ли лечение метформином пожилых людей негативное влияние постельного режима на накопление липидов, воспаление, резистентность к инсулину и потерю мышечной массы. . В совокупности результаты этих исследований будут полезны для более точной оценки преимуществ метформина в отношении продолжительности здоровья, а также для уточнения будущих более крупных исследований, таких как TAME.
Основываясь на 60-летней истории использования в качестве антидиабетического препарата для лечения СД2, метформин признан относительно безопасным препаратом. Метформин больше не защищен патентами и поэтому является сравнительно недорогим. В совокупности эти свойства вместе с обширной литературой, поддерживающей преимущества в условиях диабета, ожирения, сердечно-сосудистых заболеваний и, возможно, рака и деменции, могут оправдать его более широкое использование в качестве профилактического средства для компенсации последствий старения и увеличения продолжительности здоровья и жизни. В этом обзоре мы также выделили и подвергли критике некоторые ключевые клинические и лабораторные исследования, которые предоставляют данные, подтверждающие гипотезу о том, что метформин, независимо от его антигипергликемического действия, обладает преимуществами, которые в принципе могут замедлять клеточное старение и улучшать продолжительность жизни и здоровье. продолжительность жизни. метформин, Благодаря своему прямому защитному действию на сосудистую функцию, может замедлить процесс старения за счет улучшения кровотока и обеспечить защиту от возрастного снижения когнитивных функций. Однако не все данные являются подтверждающими, и метформин, как показано на C. elegans и мышах, может быть менее эффективным или неэффективным у пожилых людей. Мы также подчеркивали, что, исходя из фармакокинетических свойств метформина, необходимо соблюдать осторожность, прежде чем экстраполировать результаты исследований на клетках in vitro, проведенных со сравнительно высокими концентрациями метформина, на клиническую эффективность при концентрациях в плазме в диапазоне 20 микромолей или ниже. Этот вопрос вызывает особую озабоченность в связи с исследованиями in vitro, сообщающими об антипролиферативном эффекте метформина и продвигающими его использование в качестве вспомогательного средства для лечения различных видов рака, поскольку в большинстве этих исследований концентрация / доза метформина, которые использовались, скорее всего, окажутся токсичными для пациентов. Кроме того, зависимость от использования метформина в качестве профилактического средства для замедления старения может уменьшить стимул к достижению доказанных преимуществ изменений образа жизни, таких как улучшение питания и физических упражнений. Кроме того, длительное хроническое использование метформина требует внимания к потенциальному возникновению дефицита витамина B12. На этом основании мы делаем вывод, что метформин не следует рассматривать как «быстрое средство» от старения за счет немедикаментозных вмешательств, таких как диета, физические упражнения и связанные с ними изменения образа жизни. Действительно, использование метформина может свести на нет некоторые положительные эффекты физических упражнений и образа жизни, а также менее благоприятные эффекты у пожилых людей, что также подчеркивалось в Программе профилактики диабета (265,266). С другой стороны, мы согласны с тем, что использование метформина при лечении пациентов с СД2 положительно влияет на продолжительность жизни. Снижая уровень глюкозы в плазме и массу тела, метформин улучшает метаболический профиль пациента и тем самым снижает тяжесть и риск других заболеваний, связанных с диабетом, таких как сердечно-сосудистые, раковые, а также нейродегенеративные заболевания (267). Также подчеркивается важность оси кишечник-мозг в опосредовании терапевтических эффектов метформина, как и потенциальные полезные эффекты метформина для защиты от нейродегенеративных расстройств. Наконец, хотя доказательства увеличения продолжительности жизни у видов млекопитающих не являются окончательными, полный анализ и последующие клинические испытания, включая MILES и TAME, может дать более четкие ответы на вопрос, следует ли продвигать метформин помимо его использования для лечения СД2 в качестве препарата, увеличивающего как продолжительность здоровья, так и продолжительность жизни. Особое значение имеет потребность в доказательствах проспективных исследований воздействия метформина на субъектов разных возрастных групп, не страдающих хроническими заболеваниями, которые помогут определить, имеет ли метформин преимущества помимо снижения бремени ранее существовавшего заболевания.
IM и CT участвовали в концептуализации рукописи и написании первого варианта. HD, MH, IM и CT в равной степени внесли свой вклад в обзор литературы и рукописи, а также в редакцию рукописи. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.
Публикация этой статьи финансировалась Департаментом медицинского образования Weill Cornell Medicine.
Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Примечание издателя. Все претензии, изложенные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно представляют претензии их дочерних организаций или издателя, редакторов и рецензентов. Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или претензии, которые могут быть сделаны его производителем, не гарантируются и не поддерживаются издателем.
Комментариев нет:
Отправить комментарий