ДОКЛАДИ

  • Пълен член
  • Цифри и данни
  • Препратки
  • Цитати
  • Метрика
  • Препечатки и разрешения
  • PDF

Резюме

Доказано е, че перинаталният (пренатален и ранен неонатален) период е критичен етап за диференциацията на половия диморфизъм, както и за развитието на енергийния баланс и метаболитната верига. 5-7 Хипотезата на Баркър за връзките между лошата перинатална среда като недохранване и повишената податливост на болести привлича значително внимание през последните години. 8 Ние предположихме, че ранното лечение с метформин може да има дългосрочни късни ефекти и в тази статия представяме резултати показват, че експозицията на метформин при новородени има значително въздействие върху пола върху продължителността на живота, дълголетието и туморогенезата при мишки.

статия

Резултати

Динамика на телесното тегло, свързана с възрастта

Мъжки мишки 129/Sv са били по-тежки от женските през целия си живот както в контролната група, така и в тази, новородена, лекувана с метформин (Фигура 1А). Телесното тегло на мъжете, изложени на метформин, е било по-ниско от това на мъжете в контролната група на практика през целия период на наблюдение, докато жените, лекувани с метформин, са имали по-бързо наддаване на телесно тегло и са били по-тежки от тези в контролната група (Фигура 1А).

Публикувано онлайн:

Фигура 1. Динамика, свързана с възрастта на някои параметри при мъже и жени 129/Sv мишки, новородени и нелекувани с метформин. (A) Телесно тегло. (Б.) Консумация на храна. (° С) Консумация на питейна вода. (д) Телесна температура (жени); *- P Фигура 1. Динамика, свързана с възрастта на някои параметри при мъже и жени 129/Sv мишки, новородени и нелекувани с метформин. (A) Телесно тегло. (Б.) Консумация на храна. (° С) Консумация на питейна вода. (д) Телесна температура (жени); *- P Полови разлики в стареенето, продължителността на живота и спонтанната туморогенеза при 129/Sv мишки, неонатално изложени на метформин

Публикувано онлайн:

Таблица 1. Ефект на новороденото лечение с метформин върху параметрите на естрозната функция при женски мишки 129/Sv

Метаболитни и хормонални параметри при мишки, лекувани с метформин

Нивото на серумния инсулин е било по-ниско, докато нивото на серумен IGF-1, холестерол и азотен оксид е повишено при 3-месечни контролни жени в сравнение с контролните мъже (Таблица 2).

Публикувано онлайн:

Таблица 2. Някои метаболитни и хормонални параметри при контролни мъжки и женски мишки 129/Sv на различна възраст

Не е открита разлика, свързана с възрастта в нивата на глюкоза, общ холестерол, триглицериди, инсулин и някои други метаболитни и хормонални параметри между 3 и 9-месечни мъжки контролни мишки, но нива на малонов диалдехид, IGF-1 и азотен оксид ( НЕ) при 9-месечни контролни мъже са били по-високи в сравнение с тези при 3-месечни мъже. При 9-месечните контролни жени нивото на малонов диалдехид и IGF-1 се повишава в сравнение с 3-месечните жени, докато нивото на холестерола намалява. Излагането на новородено на метформин практически не променя степента на хормоналните и метаболитни параметри в кръвния серум на мъжки и женски мишки (Таблица 3).

Публикувано онлайн:

Таблица 3. Ефект от лечението с метформин при новородени върху някои метаболитни и хормонални параметри при 3-месечни мъже и жени 129/Sv мишки, неонатално лекувани и нелекувани с метформин

Оцеляване и дълголетие на 129/Sv мишки

Динамиката на оцеляване при контролни и лекувани с метформин мъжки и женски мишки е показана в Фигура 2А и в Таблица 4. Заслужава да се отбележи, че няма разлика в разпределението на продължителността на живота между мъжки и женски контроли (P-стойността е 0,571, χ 2 = 0,3). Очевидно лечението с метформин води до малко по-различни ефекти върху оцеляването на мъжки и женски мишки, тъй като разликата в разпределението на продължителността на живота на мъжете и жените под действието на метформин става статистически значима (P-стойността е 0,0474, χ 2 = 3,9).

Публикувано онлайн:

Таблица 4. Ефект на новороденото лечение с метформин върху преживяемостта на 129/Sv мишки

Публикувано онлайн:

Фигура 2. Оцеляване (A) и добив на тумор (Б.) криви при мъжки и женски мишки 129/Sv, новородени и нелекувани с метформин.

Фигура 2. Оцеляване (A) и добив на тумор (Б.) криви при мъжки и женски мишки 129/Sv, новородени и нелекувани с метформин.

При мъжете лечението с метформин значително увеличава средния живот на всички мишки (+ 20%, P Полови разлики в стареенето, продължителността на живота и спонтанната туморогенеза при 129/Sv мишки, неонатално изложени на метформин

Публикувано онлайн:

Таблица 5. Параметри на продължителността на живота на мъжки мишки 129/Sv, новородени и нелекувани с метформин

Оценените параметри на модела Gompertz за групата мъже мишки, лекувани с метформин, показват значително намаляване на първоначалната смъртност (β) и времето за удвояване на смъртността (MRDT). Лечението с метформин увеличава средната продължителност на живота в групата на мъжете (и тези с дълъг живот). Оценените параметри на модела на оцеляване на Gompertz за групата жени, лекувани с метформин, показват значително увеличение на първоначалната смъртност и MRDT. Параметър α на модела Gompertz, който се интерпретира като скорост на стареене, е бил 1,5 пъти по-нисък при мъжката контролна група в сравнение с женските и се е увеличил с 1,7 пъти при мъжете, подложени на лечение с метформин, спрямо контролните мъже, докато при жените е бил намален с 1,2 пъти (Таблица 5).

Според логаритмичния тест условното разпределение на продължителността на живота на 129/Sv мишки в ранен живот, лекувани с метформин, се различава значително от контролната популация. Разликата е много по-значима при мъжки мишки (χ 2 = 11,8; p = 0,000601), отколкото при женските (χ 2 = 3,7; p = 0,0555). Според прогнозните параметри на регресионния модел на Кокс 29 лечение с новородени с метформин повишава относителния риск от смърт при женски мишки и го намалява при мъжете в сравнение със съответните интактни групи. Промените са значителни при мъжете и жените. Параметрите на регресионния модел на Кокс бяха за мъже: β = −0,767; exp (β) = 0.464; se (β) = 0,228; р = 0,00075; и за жени: β = 0,246; exp (β) = 1,28; se (β) = 0,128; р = 0,056.

Спонтанно развитие на тумор при 129/Sv мишки

Динамиката на свързаното с възрастта увеличение на спонтанното развитие на тумора е представена в Фигура 2Б. Средната продължителност на живота на мишки, носещи тумор, се е увеличила с 4% при мъжете, изложени на метформин, и е непроменена при жените (Таблица 6). Според логаритмичния тест условното разпределение на продължителността на живота на мишки, носещи тумор 129/Sv, третирани с метформин, се различава значително от контролните групи. При мъжете: χ 2 = 1,8; р = 0,177; при жените: χ 2 = 3,2; р = 0,0739. Според изчислените параметри на регресионния модел на Кокс лечението с метформин значително повишава относителния риск от смърт при женски мишки в сравнение със съответната контролна група: β = 0,286; exp (β) = 1,33; se (β) = 0,161; р = 0,076.

Публикувано онлайн:

Таблица 6. Параметри на туморогенезата при 120/Sv мишки, новородени и нелекувани с метформин

Според теста с дълъг ранг 29 няма значителни разлики във възрастовите разпределения на общата поява на тумори в контролните и лекуваните с метформин групи от двата пола. Първата мъжка мишка, носеща тумор в групата, лекувана с метформин, умира на възраст 408 d и на 472 d в контролната мъжка група. Общата честота на тумори при ефективни контролни мъжки мишки (оцелели до момента на смъртта от първия тумор в експеримента) е 14,6% и 15% при лекуваните с метформин животни (Таблица 6). Няма значителна разлика в честотата на злокачествени или доброкачествени тумори с каквато и да е локализация между контролните и лекуваните с метформин мъжки мишки групи.

При женските мишки общата честота на туморите е сходна в контролните и лекуваните с метформин групи. Доброкачествените съдови тумори се развиват най-често при женски мишки 129/Sv (Таблица 6), в съответствие с онкологичните характеристики на този миши щам 30 и честотата му не се различава между метформин и контролните групи. Няма значителна разлика в честотата на други тумори между мишки, лекувани или нелекувани с метформин. При женски мишки без тумор метформин значително намалява средната продължителност на живота на дълголетни животни. При безтуморни мъжки лечения с метформин значително се увеличава средната продължителност на живота на всички животни, както и средната продължителност на живота на дълголетни мишки в сравнение с контролната подгрупа без тумор. Разпределението на продължителността на живота на мъже без тумор, подложени на лечение с метформин, се различава значително от съответната контролна група (χ 2 = 9,7; p = 0,00184). Според изчислените параметри на регресионния модел на Кокс 31 лечението с метформин значително намалява относителния риск от смърт при безтуморни мъжки мишки в сравнение с контролната група: β = - 0,74; exp (β) = 0,477; se (β) = 0,222; p = 0,0023).

Дискусия

Публикувано онлайн:

Таблица 7. Ефект на пола и времето на започване на лечението с метформин върху биомаркери, продължителност на живота и туморогенеза при 129/Sv мишки

Друга възможна причина за наблюдавани различия, свързани с половите особености на физиологията в целите на лекарствата, включително метформин. Този въпрос се нуждае от специална дискусия. Ние вярваме, че лечението на новородени с метформин е препрограмирало хипоталамусния контрол на енергията и репродуктивната хомеостаза по различни начини при мъжете и жените. За оценката на този проблем трябва да се вземат предвид два набора от наблюдения.

Първо, беше показано, че има нарушение на глюкозния толеранс и повишено ниво на глюкоза на гладно при възрастни мъжки потомци на мишки, лекувани с метформин (300 mg/kg) от 1-ви до 18-ия ден от бременността, докато при женските потомци този ефект не е наблюдавано. 32 Телесното тегло се увеличава при потомството на женски мишки, които са били изложени преди раждането на метформин през времето, когато мишките са били държани както на редовна диета, така и на диета с високо съдържание на мазнини, докато при мъжките потомци телесното тегло е било повишено по време на диетата с високо съдържание на мазнини. Анализът за обогатяване на генен набор показа, че респираторният електронен транспорт е обогатен с мъжки потомци, изложени на метформин. Авторите предполагат, че пренаталната експозиция на метформин е препрограмирала централната регулация на енергийния баланс в тялото. 32

На второ място, заслужава да се отбележи, че ранното лечение с растежен хормон съкращава дълголетието и намалява клетъчната устойчивост на стрес при дълголетни мишки джуджета Ames. 33 Тези наблюдения категорично предполагат, че дефицитът на растежен хормон при мишки джуджета по време на развитието е важен за тяхното изключително дълголетие и че намалените нива на GH сигнал по време на ранното развитие са от решаващо значение за дълголетието.

Преди няколко години първоначално беше предложено да се използват антидиабетни бигуаниди като миметици за ограничаване на калориите (CR) и потенциално лечение против стареене. 13 В редица проучвания беше показано, че приложението на антидиабетни бигуаниди (фенформин, буформин и метформин) започва в зряла възраст, увеличава продължителността на живота и потиска спонтанната и индуцирана туморогенеза. 2, 34–38 Заслужава да се отбележи, че мъжки и женски възрастни мишки 129/Sv демонстрират дивергентна реакция към същата доза метформин. Метформин не успя да увеличи продължителността на живота на мъжки плъхове F344. 27

Инхибиторът на мишена на рапамицин при бозайници (mTOR) увеличава преживяемостта на женските в по-голяма степен, отколкото при мъжките хибридни мишки. 39 Заслужава да се отбележи, че средното удължаване на продължителността на живота се наблюдава при женски мишки (+ 20,4%), но не се увеличава при мъжки S6K1 -/- такива. 40 Изтриването на рибозомна S6 протеин киназа 1 (S6K1), компонент на чувствителния на хранителни вещества mTOR сигнен път, доведе до увеличена продължителност на живота на мишките и до устойчивост на свързани с възрастта патологии, като костна, имунна и двигателна дисфункция и загуба на чувствителност към инсулин. 40 Изтриване на индуцирани от S6K1 модели на генна експресия, подобни на тези, наблюдавани при CR или с фармакологично активиране на аденозин монофосфат (AMP) -активирана протеин киназа (AMPK), запазен регулатор на метаболитния отговор на CR. Средната продължителност на живота на най-старите 10% оцелели и максималната продължителност на живота също са увеличени само при жените. Няма разлика в честотата на макроскопични тумори при S6K1 -/- и мишки от див тип.

Сравнението на ефектите на метформин върху различни биомаркери на стареене при различни щамове мишки показва забележимо сходство в наблюдаваните модели. 34,35 Доказано е, че телесното тегло и консумацията на храна са непроменени или леко намаляват в някои периоди от живота при гризачи, третирани с метформин. Телесната температура е сходна при контролните и лекуваните с метформин мишки. При жени от 3 щама (129/Sv, HER-2/neu и SHR), изложени на метформин, е установено забавяне на свързаните с възрастта нарушения във функцията на еструса. Подобно на жените със синдром на поликистозните яйчници, метформин подобрява редовността на менструалния цикъл, което води до спонтанна овулация и подобрява индукцията на овулация с кломифен цитрат. 41

Лечението с метформин започна след пубертета не успя да повлияе на метаболитните параметри при мишки 129/Sv при мъже и доведе до някои подобрения при женски SHR и HER-2/neu мишки. Метформин инхибира туморогенезата при женски мишки 129/Sv и HER-2/neu и не го повлиява при мъжки мишки 129/Sv и женски SHR. При възрастни женски 129/Sv мишки лечението с метформин инхибира развитието на злокачествени тумори и увеличава общата честота на доброкачествени ангиогенни тумори. Тези данни съответстват на наблюдения, че метформин може да увеличи експресията на VEGF, интратуморалната микросъдова плътност и намалява некрозата, като по този начин насърчава ангиогенния фенотип и увеличава туморогенната прогресия. 42

Нашите резултати, заедно с неотдавнашните открития за участието на mTOR сигналния път в регулирането на стареенето 44,46 и доказателствата за значително удължаване на живота на бозайниците с рапамицин и ограничаване на калориите 10,12,18,39 предполагат, че миметикът на ограничението на калориите, антидиабетният бигуанид метформин може бързо да се планира за фармакологична интервенция на популационно ниво, като се вземат предвид свързаните с пола и възрастта особености на ефекта на това лекарство.

Материали и методи

Животни

Всички проучвания са планирани и проведени в съответствие с разпоредбите на Европейската конвенция за защита на гръбначните животни, използвани за експериментални и други научни цели. CETS № 123 и бяха одобрени от N.N. Етичен комитет на Научния институт по онкология на Петров. По време на проучването животните са били под наблюдение на ветеринар за всякакви признаци на заболеваемост и са били положени всички усилия за облекчаване на страданието. Инбредни 129/Sv мъжки и женски мишки се размножават в животновъдния обект на Н. Петров изследователски институт по онкология.

Експериментален дизайн

Биохимични параметри

Метаболитните параметри бяха оценени в кръвен серум. Концентрацията на глюкозата се изчислява електрохимично с помощта на експресен анализатор (i-STAT, Abbot), използвайки патрони CG8 +. Концентрацията на хемоглобина (HGB) и гликозилирания хемоглобин (gHGB) се определя електрофоретично с помощта на комплекти реагенти на Becman Coulter, Inc . Общите концентрации на холестерол, триглицериди и малонов алдехид (MDA), супероксид-дисмутаза (SOD) и каталазни дейности бяха обработени с помощта на анализатор Stat Fax 3300 и реактивни комплекти Spinreact в съответствие със стандартните инструкции. Концентрациите на трийод-тиронин (Т3), тироксин (Т4), съдов ендотелен растежен фактор (VEGF) и инсулиноподобен растежен фактор (IGF-1) и азотен оксид (NO) бяха оценени чрез анализ на имунните ензими (ELISA) с помощта на Cusabio и комплекти реагенти на R&B Systems съгласно стандартни процедури.

Патоморфологично изследване

Всички животни са били аутопсирани. Всички тумори, както и тъкани и органи със съмнение за развитие на тумор бяха изрязани и фиксирани в 10% неутрален формалин. След рутинна хистологична обработка тъканите бяха вградени в парафин. Хистологичните срезове с дебелина от 5 до 7 μm бяха оцветени с хематоксилин и еозин и бяха изследвани микроскопски. Туморите са класифицирани според препоръките на Международната агенция за изследване на рака. 50

Статистика

Експерименталните резултати бяха обработени статистически чрез методи на вариационна статистика с използване на STATGRAPH статистически програмен комплект. Значимостта на несъответствията е оценена според t-критерия на Student, точния метод на Fischer, χ 2 и непараметричния Wilcoxon-Mann-Whitney. Методът на Student-Newman-Keuls е използван за всички двойни многократни сравнения. Коефициентът на корелация е изчислен по метода на Спирман. 51 Разликите в честотата на тумора са оценени чрез лог-тест на Mantel-Haenszel. Параметрите на модела Gompertz бяха изчислени с помощта на метод на максимална вероятност, нелинейна процедура за оптимизация 52 и самонаписан код в ‘Matlab’; доверителните интервали за параметрите са получени с помощта на метода bootstrap. 53

За експериментална група е използван регресионният модел на Cox 29, 63 за оценка на относителния риск от смърт и развитие на тумора при лечението в сравнение с контролната група: h (t, z) = h0 (t) exp (zβ), където h (t, z) и h0 (t) означават съответно степента на опасност и изходната степен на опасност, β е неизвестният параметър за третираната група, а z приема стойности 0 и 1, като е индикаторна променлива за 2 проби - контролната и третираната група.

Таблица 1. Ефект на новороденото лечение с метформин върху параметрите на естрозната функция при женски мишки 129/Sv