Injeksi Metformin

Metformin secara kompetitif berikatan dengan situs pengikatan ubikuinon pada kompleks mitokondria I, menghalangi langkah awal rantai transfer elektron (ETC). Penghambatan ini menyebabkan runtuhnya gradien proton (Δ PSI m), penurunan aktivitas ATP sintase, dan penurunan tajam rasio ATP/AMP intraseluler. Sebuah studi yang dilakukan oleh Northwestern University pada tahun 2023 menunjukkan bahwa pengobatan metformin dapat menurunkan kadar ATP dalam sel tumor sebesar 60%-70% sehingga memicu aktivasi cepat AMPK (adenosine monophosphate activation protein kinase).

AMPK, sebagai sensor energi seluler, memicu beberapa pemrograman ulang metabolik saat aktivasi:
Peningkatan oksidasi asam lemak: memfosforilasi ACC (asetil KoA karboksilase), menghambat sintesis asam lemak, dan mendorong oksidasi -.
Peningkatan regulasi pengambilan glukosa: Peningkatan pengambilan glukosa oleh otot dan jaringan adiposa melalui translokasi GLUT4.
Penghambatan sintesis protein: Fosforilasi mTORC1 (kompleks protein target rapamycin mamalia 1), menghalangi sinyal hilir S6K1 dan 4EBP1, dan menghambat proliferasi sel tumor.

Sel tumor bergantung pada glikolisis aerobik (efek Warburg) untuk menghasilkan ATP, namun peralihan metabolik yang diinduksi metformin secara signifikan melemahkan pasokan energi mereka:
Penghambatan glikolisis: Aktivasi AMPK mengurangi produksi fruktosa-2,6-difosfat (F2,6BP) dan menurunkan laju glikolisis dengan menghambat PFKFB3 (6-fosfofruktosa-2-kinase/fruktosa-2,6-difosfatase 3).
Blokade fosforilasi oksidatif: Penghambatan kompleks I secara langsung mengganggu rantai pernapasan mitokondria, memaksa sel beralih ke jalur glikolitik yang tidak efisien, namun produksi ATP kurang dari 10% dari tingkat semula.

Mengurangi akumulasi laktat: Penghambatan glikolisis mengurangi produksi laktat, meningkatkan pengasaman lingkungan mikro tumor, dan meningkatkan efek kerusakan radiasi pada DNA.
Bukti klinis: Pada sel kanker kolorektal SW480, kombinasi metformin dan radioterapi menghasilkan penurunan ekspresi enzim glikolitik kunci HK2 (hexokinase 2) sebesar 40%, penurunan kadar ATP intraseluler sebesar 55%, dan penurunan kemampuan pembentukan koloni sebesar 70%.

Radiasi pengion menghasilkan radikal bebas melalui ionisasi langsung dan hidrolisis tidak langsung, yang menyebabkan putusnya untai ganda DNA (DSB), putusnya untai tunggal (SSB), dan kerusakan basa. Sel tumor bergantung pada dua sistem perbaikan utama untuk merespons kerusakan:
Perbaikan rekombinasi homolog (HR): Menggunakan BRCA1/2 sebagai inti dan kromatid saudara sebagai templat untuk memperbaiki DSB secara tepat.
Persimpangan terminal non homolog (NHEJ): Menghubungkan ujung yang rusak dengan cepat melalui protein seperti Ku70/Ku80 dan DNA PKcs dapat dengan mudah menimbulkan kesalahan.

Menghambat secara langsung ekspresi protein perbaikan HR dicapai dengan metformin yang menurunkan regulasi ekspresi protein HR utama melalui jalur AMPK/mTOR
Penghambatan Rad51: Dalam sel kanker pankreas, metformin mengurangi tingkat protein Rad51 sebesar 60%, menghasilkan penurunan efisiensi perbaikan SDM sebesar 50%.
Degradasi ubiquitinasi BRCA1/2: Metformin mengaktifkan E3 ligase MDM2, mendorong degradasi proteasomal BRCA1/2 dan melemahkan kemampuan perbaikan SDM.

Suntikan metforminmengganggu perbaikan NHEJ melalui stres oksidatif:
Penghambatan fosforilasi DNA PKcs: Akumulasi ROS (spesies oksigen reaktif) menyebabkan defosforilasi serin 2609 dalam DNA PKcs (subunit katalitik protein kinase yang bergantung pada DNA), sehingga tidak dapat merekrut faktor perbaikan.
Disosiasi Ku70/Ku80: ROS konsentrasi tinggi mengoksidasi Cys58 dan Cys155 dari Ku70, mengganggu kemampuan pengikatannya pada ujung DNA.
Eksperimen pada hewan: Dalam model tumor transplantasi tikus telanjang, kombinasi metformin dan radioterapi memperpanjang durasi fokus - H2AX (penanda DSB) sebanyak tiga kali lipat dan mengurangi ekspresi protein jalur sinyal perbaikan (p-ATM, p-ATR) sebesar 70%.

Suntikan metforminmeningkatkan kadar ROS melalui jalur ganda penghambatan kompleks I mitokondria dan pemrograman ulang metabolik:
Penghambatan kompleks I: Pemblokiran transfer elektron menyebabkan kebocoran elektron, yang bereaksi dengan O ₂ menghasilkan anion superoksida (O ₂⁻⁻), yang kemudian diubah menjadi H ₂ O ₂ oleh SOD (superoksida dismutase).
Peningkatan oksidasi asam lemak: Asetil KoA yang dihasilkan oleh oksidasi - memasuki siklus TCA, meningkatkan produksi NADH dan semakin memperburuk penghambatan kompleks I.
Penipisan Glutathione (GSH): Metformin menghambat GCL (glutamate cysteine ​​ligase) dan GS (glutathione synthase), menyebabkan penurunan kadar GSH sebesar 50% dan melemahkan kapasitas antioksidan seluler.

Kerusakan DNA langsung disebabkan oleh reaksi Fenton H ₂ O ₂ untuk menghasilkan radikal hidroksil (· OH), yang secara langsung menyerang tulang punggung dan basa gula fosfat DNA, menyebabkan kerusakan SSB dan oksidasi basa. Setiap Gy radiasi dapat menghasilkan sekitar 10 ⁵ · OH, dan perlakuan awal metformin meningkatkan jumlah · OH yang dihasilkan sebanyak 2 kali lipat.

ROS mengatur radiosensitivitas melalui molekul sinyal sensitif redoks:
ASK1/JNK/c-Aktivasi jalur Jun: ROS mengoksidasi Cys250 dari ASK1 (kinase 1 yang diatur sinyal apoptosis), melepaskan penghambatan dirinya, mengaktifkan JNK (c-Jun N-terminal kinase) dan c-Jun, mendorong apoptosis sel.

Penghambatan NF - κ B: ROS mengoksidasi Cys179 dari I κ B alpha (protein penghambat faktor nuklir kappa B alpha), mendorong degradasinya dan melepaskan NF - κ B ke dalam nukleus. Namun, metformin menghambat aktivitas IKK (I κ B kinase) melalui AMPK, memblokir translokasi nuklir NF - κ B, dan mengurangi ekspresi protein anti apoptosis seperti Bcl-2 dan XIAP.
Percobaan pada hewan: Dalam model tumor transplantasi sel osteosarkoma U2OS, metformin yang dikombinasikan dengan radioterapi meningkatkan kadar ROS pada tumor sebanyak tiga kali lipat dan meningkatkan laju apoptosis sel sebesar 50%.