Studium zjistí, že kontrola hladiny cukru v krvi metforminu začíná v mozku

Vědci odhalí, jak nízkodávková metformin zaměřuje mozkové dráhy ke snižování hladiny cukru v krvi a otevírá čerstvé cesty pro bezpečnější a chytřejší terapie cukrovky.

Studie: Nízkodávkový metformin vyžaduje pro svůj antidiabetický účinek mozek RAP1. Obrázek kredit: Kateryna Kon / Shutterstock

V nedávné studii zveřejněné v časopise Pokroky vědyVědci testovali, zda nízké, klinicky relevantní dávky metforminu nižší glukózy v krvi prostřednictvím inhibice proteinu 1 souvisejícího s RAS (RAP1) ve ventromediálním hypothalamickém jádru (VMH) mozku.

Klasické modely umístí metforminový působení do játra prostřednictvím proteinové kinázy aktivované adenosinem 5′-monofosfátem (AMPK), ale novější práce přidává signalizaci adenosinu 3 ‚, 5‘-cyklický monofosfát (cAMP), mitochondriální cíle, a dokonce i ve střevech, tak i ve střevech a ve střevech a ve střevech a ve střevě zprostředkované účinky Glukagon-jako peptid-1 (GLP-1) a růstový a diferenciační faktor 15 (GDF15). Central nervový systém Pevně reguluje glukózu prostřednictvím hypotalamických obvodů, takže i malé signály léčiva v mozku mohou posunout metabolismus celého těla.

Zůstane nejistota ohledně relativní důležitosti těchto cest při klinicky relevantních dávkách metforminu. Mohly by nízké dávky metforminu fungovat nervovou cestou? Současná studie se zabývá touto otázkou a zdůrazňuje, že je třeba další výzkum pro rozetírání cest mozku k orgánu.

Vědci použili myši k testování cesty založené na mozku. Srovnali normální vrhy s myšími Rap1ACNS, což je přední mozkový specifický knockout RAP1 generovaný odstraněním RAP1A a RAP1B v neuronech exprimujících RAP1a a RAP1B. Všechny myši dostala dietu s vysokým obsahem tuku ke zvýšení hladiny cukru v krvi (hyperglykémie). They received single or repeated intraperitoneal doses of antidiabetic agents like metformin (a biguanide), rosiglitazone (a thiazolidinedione), exendin-4 (a GLP-1 receptor agonist), glibenclamide (a sulfonylurea), dapagliflozin (an SGLT2 inhibitor), and insulin, with blood glucose tracked over čas. Testování reakce na dávku používalo metformin při 50–150 mg/kg a testech tolerance glukózy (GTT) s oblastí pod analýzou křivky (AUC).

Pro sondu centrální účinek byl metformin dodán intracerebroventrikulární (ICV) injekcí (1–30 μg) obéznímu myším vyvolaným stravou s kontrolami podpory potravy a monitorováním tělesné hmotnosti. Elektrofyziologie v hypothalamických řezech hodnotila, jak metformin mění střelbu steroidogenních faktorů-1 (SF1) neuronů ve VMH. Experimenty se získáváním funkcí exprimovaly konstitutivně aktivní RAP1 (RAP1V12) s použitím viru adeno-asociovaného (AAV) ve VMH nebo Rosa26-lox-stop-lox (LSL) -RAP1V12 × CAMKIIa-CRE Cross. Výsledky zahrnovaly glukózu v krvi, toleranci glukózy a mapování C-Fos neuronální aktivace.

Odstranění RAP1 v neuronech předního mozku způsobilo selektivní defekt v citlivosti metforminu. U kontrol vrhu metformin snížil glykémii, ale myši RAP1ACNS neprokázaly významné redukce glukózy na metformin navzdory normální odpovědi na jiná antidiabetická látka. Globální kapacita snižující se glukózou byla tedy neporušená, ale účinek Metforminu byl konkrétně ztracen, když mozek RAP1 chyběl.

Tuto selektivitu naostřily studie reakce na dávku. Při 50–150 mg/kg metformin snížil glukózu v krvi v kontrolách v závislosti na dávce (kvantifikované AUC), ale stejné dávky selhaly u myší Rap1ACNS. GTTS ukázala, že nízkodávková metformin zlepšila toleranci u kontrol, zatímco myši Rap1ACNS získaly tuto přínos pouze při suprafarmakologických expozicích (≥ 200 mg/kg), což znamená, že vysoké koncentrace mohou obejít dráhu mozku. To zdůrazňuje, že požadavek na mozek RAP1 je specifický pro nízké, klinicky relevantní dávky metforminu, zatímco vyšší, méně klinicky relevantní dávky pravděpodobně působí prostřednictvím periferních mechanismů.

Přímo zacílení na mozek potvrdil dostatečnost. ICV metformin (až 1–10 μg) akutně snižoval glukózu v krvi u obézních myší vyvolaných stravou a u modelů s deficitem leptinu (OB/OB) a streptozotocinem, nezávislým na příjmu potravy a bez úbytku hmotnosti, což naznačuje centrálně zprostředkovaný glycemický účinek při malých dávkách.

Mapování C-Fos lokalizovalo lokalizované neurony reagující na metformin do VMH. Elektrofyziologie ukázala, že metformin depolarizoval neurony VMH SF1 a zvýšené palby; Tato odpověď byla do značné míry zrušena, když byl RAP1 odstraněn z neuronů SF1, což implikovalo uzel VMH závislý na RAP1 jako cíl metforminu.

Genetika zisku a ztráty funkce dále upevnila kauzalitu. U myší RAP1CNSV12 (konstitutivně aktivní RAP1 v předním mozku) byly glykémie a intolerance nalačno vyšší a metformin již nezlepšil exkurze glukózy během GTT. Podobně, nucení exprese RAP1V12 bilaterálně ve VMH pomocí AAV otupovalo akutní i chronickou glukózu snižování metforminem a výrazně narušila zlepšení tolerance glukózy indukované metforminem. Naopak, odstranění RAP1 konkrétně v neuronech SF1 snížilo glykémii ve stejném stupni jako metformin a eliminovalo jakýkoli další akutní nebo chronický účinek léčiva. Tyto manipulace společně ukazují, že terapeutický účinek metforminu vyžaduje inhibici RAP1 v neuronech VMH SF1.

Farmakologické kontext záleží, protože koncentrace metforminu mozků a mozkomíšního moku při terapeutickém dávkování jsou ~ 0,5–10 mikromolární, daleko pod jaterní nebo střevní hladinou. V tomto rozsahu metformin aktivoval neurony SF1 a snížená aktivita RAP1, konzistentní s vysoce citlivým centrálním mechanismem, který dominuje při nízkých dávkách, zatímco vyšší, méně klinických dávek pravděpodobně najme periferní dráhy a může obejít požadavek CNS RAP1. Studie nevylučuje možnost přímých účinků metforminu na periferní tkáně, jako je játra a střeva při vyšších dávkách.

U myší postrádajících nervový RAP1 je často snížena základní glukóza v krvi, což může omezit pozorovatelný účinek dalšího podávání metforminu („podlahový efekt“). Avšak i ve skupinách odpovídajících glykémii se metformin nepodařilo snížit glukózu u myší Rap1ACNS, ale zůstal účinný v kontrolách.

Studie také poukazuje na potenciální zapojení jiných regulačních orgánů, jako je protein pro výměnu přímo aktivovaný Camp 2 (EPAC2), při aktivaci RAP1 v mozku a také možné spojení s lysozomální cestou AMPK. I když to nebylo v této studii přímo testováno, představuje slibnou cestu pro budoucí výzkum.

Abychom to shrnuli, tato studie identifikuje mechanismus prvního mozku pro metformin při terapeutické expozici: nízké dávky inhibují RAP1 v neuronech VMH SF1 na snižování glukózy v krvi. Účinek je selektivní pro metformin mezi agenturami schválených potravinami a léčivem schválenými a je ztracen, když je CNS RAP1 smazán nebo konstitutivně aktivován, ale obnoven ve velmi vysokých, méně klinicky relevantních dávkách, které pravděpodobně působí periferně. Zatímco zjištění zdůrazňují důležitost dráhy RAP1 VMH při nízké úrovni, klinicky relevantní dávky, nevylučují periferní mechanismy při vyšších dávkách nebo v jiných kontextech. U pacientů a kliniků pomáhá tato mozková cesta vysvětlit, proč mírné dávky fungují bezpečně a důsledně, a ukazuje na centrální signalizaci RAP1 jako cíl pro zdokonalení terapií cukrovky, které koordinují játra, sval a střeva.