מדענים חושפים כיצד מטפורמין במינון נמוך ממקד מסלולי מוח להפחתת סוכר בדם, ופותחים דרכים טריות לטיפולים בטוחים יותר וסוכרת יותר.
מחקר: מטפורמין במינון נמוך דורש RAP1 מוחי בגלל הפעולה האנטי-סוכרתית שלו. קרדיט תמונה: קטריה קון / Shutterstock
במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת התקדמות מדעיתהחוקרים בדקו אם מינונים נמוכים ורלוונטיים קלינית של מטפורמין מורידים גלוקוז בדם באמצעות עיכוב של חלבון 1 הקשור RAS (RAP1) בגרעין ההיפותלמי הוונטרומדיאלי (VMH) של המוח.
דגמים קלאסיים מציבים את הפעולה של מטפורמין בכבד דרך אדנוזין 5′-מונופוספט שהופעל על ידי חלבון קינאז (AMPK), אך עבודה חדשה יותר מוסיפה אדנוזין 3 ′, 5′-מחזורי מונופוספט (CAMP), אמות של GLP-1 (GLP-1) (GLP-1). מערכת העצבים המרכזית מווסתת בחוזקה את הגלוקוז דרך מעגלים היפותלמיים, כך שאפילו אותות תרופות קטנות במוח יכולות לשנות חילוף חומרים של גוף שלם.
נותרה אי וודאות לגבי החשיבות היחסית של מסלולים אלה במינונים מטפורמין רלוונטיים מבחינה קלינית. האם מינונים נמוכים של מטפורמין יכולים לעבוד בדרך עצבית? המחקר הנוכחי עוסק בשאלה זו ומדגיש את הצורך במחקר נוסף לניתוח מסלולי מוח לאיברים.
החוקרים השתמשו בעכברים כדי לבדוק מסלול מבוסס מוח. הם השוו בין חברי המלטה הרגילים עם עכברי RAP1ΔCNS, נוק-אאוט RAP1 ספציפי למוח הנוצר על ידי מחיקת RAP1A ו- RAP1B בנוירונים של סידן/קלמודולין קינאז II ALPHA (CAMKIIα) המבטאים. לכל העכברים ניתנה תזונה עשירה בשומן להעלאת סוכר בדם (היפרגליקמיה). הם קיבלו מינונים תוך-עירוניים יחידים או חוזרים ונשנים של חומרים אנטי-סוכרתיים כמו מטפורמין (ביגואניד), רוזיגליטזון (Thiazolidinedione), אקסנדין -4 (אגרוניסט של קולטן GLP-1), גליבנקם (סולפונילאה), דאפגליפלוזן דופק (אילם. בדיקות תגובה למינון השתמשו במטפורמין בבדיקות 50–150 מ"ג/ק"ג ובדיקות סובלנות לגלוקוז (GTTs) עם שטח תחת ניתוח העקומה (AUC).
כדי לבחון פעולה מרכזית, מטפורמין הועבר על ידי הזרקת intraceroventricular (ICV) (1-30 מיקרוגרם) לעכברים שמנים הנגרמים על ידי דיאטה, עם בקרות צריכת מזון ומעקב אחר משקל הגוף. אלקטרופיזיולוגיה בפרוסות היפותלמיות העריכה כיצד המטפורמין משנה את הירי של נוירונים של גורם סטרואידוגני 1 (SF1) ב- VMH. ניסויים רווח-פונקציה התבטאו RAP1 פעילים מכוננים (RAP1V12) באמצעות נגיף הקשור לאדנו (AAV) ב- VMH או בצלב ROSA26-LOX-LOX (LSL) -RAP1V12 × CAMKIIα-CRE כדי להעלות את פעילות ה- CNS RAP1. התוצאות כללו גלוקוז בדם, סובלנות לגלוקוז ומיפוי C-Fos של הפעלה עצבית.
מחיקת RAP1 בנוירונים של המוח הקדמי הניבה ליקוי סלקטיבי בתגובת המטפורמין. בביקורות של חברי המלטה, מטפורמין הורידה את הגליקמיה, אך עכברי RAP1ΔCNS לא הראו הפחתת גלוקוז משמעותית למטפורמין למרות התגובות הרגילות לסוכנים אנטי -סוכרת אחרים. לפיכך, יכולת הורדת הגלוקוז הגלובלית הייתה שלמה, ובכל זאת ההשפעה של מטפורמין אבדה באופן ספציפי כאשר RAP1 המוח נעדר.
מחקרי התגובה למינון חידדו את הסלקטיביות הזו. ב 50–150 מ"ג/ק"ג, מטפורמין הפחית את הגלוקוז בדם בביקורות באופן תלוי מינון (כימות על ידי AUC), אך אותן מינונים נכשלו בעכברי RAP1ΔCNS. GTTs הראו כי מטפורמין במינון נמוך שיפר את הסובלנות בביקורות, ואילו עכברי RAP1ΔCNS צברו תועלת זו רק בחשיפות Suprapharmacologic (≥200 מ"ג/ק"ג), ומשמע כי ריכוזים גבוהים יכולים לעקוף את מסלול המוח. זה מדגיש כי הדרישה ל- RAP1 מוחי היא ספציפית למינונים נמוכים ורלוונטיים קלינית של מטפורמין, ואילו מינונים גבוהים ופחות רלוונטיים קלינית ככל הנראה פועלים באמצעות מנגנונים היקפיים.
מיקוד ישיר של המוח אישר את ההספק. מטפורמין ICV (נמוך כמו 1-10 מיקרוגרם) הוריד באופן חריף את הגלוקוז בדם בעכברים שמנים הנגרמים על ידי תזונה ובמודלים חסרי לפטין (OB/OB) ובמודלים שטופלו בסטרפטוזוטוצין, ללא תלות בצריכת המזון וללא ירידה במשקל, מה שמצביע על השפעה גליקמית מתווכת במרכז במלכדים קטנטנים בהשוואה למסירה מערכתית.
מיפוי C-Fos מקומי של נוירונים מגיבים למטפורמין ל- VMH. האלקטרופיזיולוגיה הראתה כי מטפורמין מקוטב נוירוני VMH SF1 וירי מוגבר; תגובה זו בוטלה ברובה כאשר הוסרה RAP1 מנוירוני SF1, והרמיזה צומת VMH תלוי RAP1 כיעד המטפורמין.
גנטיקה של רווח ואובדן תפקוד עוד יותר סיבתיות מלטפת. בעכברים RAP1CNSV12 (RAP1 פעילים מכוננים במוח הקדמי), גליקמיה צום וחוסר סובלנות היו גבוהות יותר, ומטפורמין כבר לא שיפר את טיולי הגלוקוז במהלך GTTs. באופן דומה, אילוץ ביטוי RAP1V12 דו צדדי ב- VMH בעזרת AAV הוטל על הורדת גלוקוז חריפה וכרונית על ידי מטפורמין ופגיעה במידה ניכרת בשיפורים הנגרמים על ידי מטפורמין בסובלנות הגלוקוז. לעומת זאת, מחיקת RAP1 ספציפית בנוירונים SF1 הורידה את הגליקמיה באותה מידה כמו מטפורמין וביטלה כל השפעה חריפה או כרונית נוספת של התרופה. יחד, מניפולציות אלה מראות כי ההשפעה הטיפולית של מטפורמין מחייבת עיכוב RAP1 בתוך נוירוני VMH SF1.
הקשר פרמקולוגי חשוב, שכן ריכוזי מטפורמין במוח ונוזל מוחי במינון טיפולי הם ~ 0.5–10 מיקרומולריים, הרבה מתחת לרמות הכבד או המעי. בטווח זה, מטפורמין הפעיל נוירונים SF1 והפחיתו את פעילות RAP1, בקנה אחד עם מנגנון מרכזי רגיש ביותר השולט במינונים נמוכים, ואילו מינונים גבוהים ופחות קליניים ככל הנראה מגייסים מסלולים היקפיים ויכולים לעקוף את דרישת ה- RAP1 של CNS. המחקר אינו שולל את האפשרות להשפעות ישירות של מטפורמין על רקמות היקפיות כמו הכבד והמעי במינונים גבוהים יותר.
בעכברים חסרי RAP1 עצבי, לרוב מופחתת גלוקוז בדם הבסיסי, מה שעלול להגביל את ההשפעה הניתנת לצפייה של מתן מטפורמין נוסף ("אפקט הרצפה"). עם זאת, אפילו בקבוצות תואמות גליקמיה, מטפורמין לא הצליח להוריד את הגלוקוז בעכברי RAP1ΔCNS אך נותר יעיל בביקורת.
המחקר מצביע גם על מעורבות פוטנציאלית של רגולטורים אחרים, כמו חלבון Exchange המופעל ישירות על ידי CAMP 2 (EPAC2), בהפעלת RAP1 במוח, וכן חיבורים אפשריים למסלול AMPK ליזוזומלי. אמנם זה לא נבדק ישירות במחקר זה, אך הוא מייצג דרך מבטיחה למחקר עתידי.
לסיכום, מחקר זה מזהה מנגנון ראשוני מוחי למטפורמין בחשיפה טיפולית: מינונים נמוכים מעכבים RAP1 בנוירונים VMH SF1 כדי להוריד את הגלוקוז בדם. ההשפעה היא סלקטיבית למטפורמין בקרב סוכנים שאושרו על ידי ארצות הברית ואושרו על ידי מתן המזון והתרופות והיא אבודה כאשר CNS RAP1 נמחק או מופעל בצורה מכוננת, אך משוחזר במינונים גבוהים מאוד, פחות רלוונטיים קלינית, אשר ככל הנראה פועלים באופן היקפי. בעוד שהממצאים מדגישים את החשיבות של מסלול RAP1 VMH במינונים נמוכים ורלוונטיים קלינית, הם אינם שוללים מנגנונים היקפיים במינונים גבוהים יותר או בהקשרים אחרים. עבור חולים וקלינאים, מסלול מוח זה עוזר להסביר מדוע מינונים צנועים עובדים בבטחה ובעקביות, והוא מצביע על איתות RAP1 מרכזי כמטרה לשכלל טיפולי סוכרת המתאמים את הכבד, השרירים והמעיים.
