Metformin: na pomezí diabetologie a onkologie

Overview

Onemocnění diabetem 2. typu představuje samo o sobě predispozici k manifestaci nádorového onemocnění. Léky, které stimulují sekreci inzulinu, stejně jako podání inzulinu, také mírně zvyšují riziko onemocnění nádorem (OR okolo 1,3). Podání pioglitazonu dle ně­kte­rých zpráv vede k zvýšení rizika karcinomu močového měchýře. Naopak řada studií na izolovaných buňkách, experimentálních modelech i retrospektivních studií u lidí prokázala zřetelný preventivní účinek metforminu na manifestaci nádorového onemocnění, zejména nádorů pankreatu, prsu, kolorektálního karcinomu, endometria a ovaria. Navíc, prognóza u pacientů s řadou nádorů, kteří kromě běžné protinádorové léčby užívají metformin, se zdá zřetelně lepší než u pacientů s diabetem, kteří metformin neužívají. Tyto výsledky dávají naději na použití metforminu nebo jeho derivátů v prevenci a léčbě ně­kte­rých nádorů.

Klíčová slova:
diabetes mellitus 2. typu –  nádorová onemocnění –  antidiabetická léčba –  metformin

Úvod

Na počátku července roku 2009 byla diabetologická obec naléhavě informována o sérii článků, které ukazovaly na vztah mezi inzulinem glargin a výskytem ně­kte­rých nádorů, především nádorů prsu ve Švédsku, Skotsku a Německu [15,21,26,43]. Tento vztah nebyl později v řadě dalších pub­likací potvrzen, což popsala řada následných studií a metaanalýz [45], včetně recentního českého komentáře ke studii ORIGIN [41]. Vzrušení, které nastalo okolo výše uvedených článků, však mělo 1 velmi důležitý důsledek: již delší dobu známé vztahy mezi diabetem a nádorovými onemocněními se ocitly v centru mnohem větší pozornosti. Dále pak byly systematicky sledovány a publikovány výsledky vztahů jednotlivých metod léčení diabetu k riziku nádorových onemocnění [14].

Diabetes a riziko vzniku nádorových onemocnění

O diabetu 2. typu je známo, že je nezávislým rizikovým faktorem vzniku nádorů prsu, endometria, ledvin, pankreatu, jater, žlučových cest, močového měchýře a kolorektálního karcinomu [12,47]. Zvýšené riziko nádorů je diskutováno zejména ze 2 hledisek: prvním je hyperinzulinemie a inzulinová rezistence, které představují riziko, spojené zejména s expozicí vyšším hladinám endogenního inzulinu a aktivaci IGF‑1. Druhým je vztah k terapii, modulující riziko vzniku nádoru. Má se za to, že terapie inzulinem a inzulinovými sekreatagogy, zejména deriváty sulfonylurey, mírně zvyšuje riziko nádorového onemocnění [14]. Terapie pioglitazonem zvyšuje riziko vzniku karcinomu močového měchýře [5]. Podle recentní zprávy z Butlerovy skupiny vedla terapie léky založenými na inkretinovém principu k expanzi exokrinní i endokrinní pankreatické tkáně se zvýšenou pankreatickou dysplazií a tendencí k neuroendokrinním nádorům produkujícím glukagon, jak bylo nalezeno na sekčním materiálu u dárců orgánů: 8 pacientů léčených inkretinovou léčbou oproti 12 pacientům léčených jinými antidiabetiky a 14 nediabetickými kontrolními zemřelými. [9]. Na druhé straně o metforminu, který je používán v léčbě diabetes mellitus 2. typu již více než půl století, bylo v řadě studií provedených na izolovaných buněčných linií, u experimentálních zvířat i u lidí prokázáno, že má velký potenciál pro prevenci a zřejmě i léčbu ně­kte­rých typů nádorových onemocnění. V následujícím textu podáváme stručný přehled poznatků o účinku metforminu. O aktuálnosti tohoto tématu svědčí fakt, že k 15. červenci 2013 je v databázi Public Medline 1 640 odkazů, přitom za posledního 1/ 2 roku jich přibylo více než 300.

Přehled významnějších studií popisujících vztah metforminu a nádorových onemocnění

Na úrovni buněčných kultur byl metformin nalezen jako aktivní proti nádorovým buňkám karcinomu prsu [50], ovariálnímu karcinomu [18], karcinomu prostaty [6] či mozkovému gliomu [24]. Mechanizmy účinku metforminu na nádorové buňky jsou spojovány hlavně s ovlivněním apoptózy a zahrnují pokles cyklinu D1, AMPK aktivaci vedoucí k inhibici mTOR a redukci v iniciaci translace, selektivní toxicitou pro p53 deficientní buňky a indukcí kaspázy dependentní apoptózy asociované s aktivací c‑ JunN terminální kinázy (JNK). Podrobnější mechanizmy účinky metforminu jsou uvedeny v následujících odstavcích našeho článku.

U zvířat s experimentálním modelem nádorového onemocnění byl nalezen efekt metforminu na prevenci karcinomu prostaty u křečků [44], podobně metformin inhiboval rozvoj karcinomu prsu u myší [3], měl supresní vliv na růst střevních polypů v myším modelu [46], oslabil růst karcinomu plic u jeho experimentálního myšího modelu [2] a inhiboval růst experimentálního karcinomu prostaty [6].

U lidí je k dispozici množství klinických sledování, zatím však retrospektivních a často s nedobře postavenými kontrolními skupinami. Přesto jsou ně­kte­ré výsledky velmi nadějné.

Z dat, která jsou k dispozici britské databáze (UK –  Based General Proctise Research Diabase) bylo analyzováno 1 611 pacientek s karcinomem ovaria. Dlouhodobé užívání, definované jako více než 30 receptů metforminu, bylo spojeno s redukcí rizika karcinomu ovaria (OR: 0,61, 95% CI 0,30– 1,25 pro metformin a OR: 1,26, 95% CI 0,65– 2,44 pro deriváty sulfonylurey). Dlouhodobé užívání inzulinu (více než 40 receptů) mírně zvýšilo riziko ovariálního karcinomu (OR: 2,29, 95% CI 1,13– 4,65).

U nemocných s karcinomem ovaria sledovali Romero et al [40] vztah mezi diabetem 2. typu, léčbou metforminem a progresí karcinomu. Celkem bylo 5 let sledováno 341 pacientek s epiteliálními karcinomy ovaria, z toho 297 netrpělo diabetem, 28 nemocných mělo diabetes 2. typu bez léčby metforminem a 16 diabetiček 2. typu bylo léčeno metforminem. Pětileté období bez progrese (progression free survival –  PFS) mělo 23 % pacientek nediabetiček, 8 % diabetiček léčených jinými antidiabetiky než metforminem a 51% diabetiček na metforminu.

Potenciálně klinicky významným může být fakt, že účinek metforminu cílí na ovariální rakovinné kmenové buňky (cancer stem cells –  CSC), jak bylo prokázáno in vitro i in vivo [42]. Při tom v experimentu in vitro metformin výrazně omezil růst ovariálních rakovinných buněčných linií. Tento efekt byl aditivní k cisplatině. Metformin redukoval ALDH (aldehyd dehy­drogenáza) ovariální CSC –  prokázáno FACS. Metformin omezil formaci CSC tumorózních sfér. In vivo metformin významně zvýšil schopnost cisplatiny restringovat xenografty z tumorózních buněčných linií a významně omezil růst SLDH + CSC xenograftů, což bylo asociováno s poklesem v ALDH + CSC, buněčné proliferace a angiogeneze [42]. Luteinizační hormon facilituje angiogenezi v ovariálních epiteliálních nádorových buňkách a metformin inhibuje jeho efekt přes mTOR signální dráhu [32].

Z mnoha různých studií zabývajících se metforminem a karcinomem prsu byla provedena metaanalýza [13]. Ta shrnula přehled literatury a metaanalýzu výsledků z článků excerptovaných v PubMed, Cochrane Library a Scopus na témata metformin, biguanides, cancer a neoplasms. Ze 443 citací bylo vybráno 18 článků včetně 7 nezávisle provedených observačních studií, ve kterých byl metformin užíván 3 roky. Bylo zjištěno, že metformin má protektivní účinek na vznik karcinomu prsu u postmenopauzálních žen s diabetem (celkem OR 0,83). Silnější asociace byly nalezeny u delšího užívání metforminu (OR 0,75) a u studií, které začaly sledovat nemocné před rokem 1997 (OR 0,68).

U kolorektálního karcinomu nejsou výsledky týkající se používání metforminu jednoznačné. Na jedné straně používání metforminu nebylo spojeno se snížením rizika [8]. Na straně druhé rozsáhlá čínská studie zahrnující více než 100 000 pacientů nalezla protektivní efekt metforminu.

Mechanizmus účinku metforminu s ohledem na buněčný metabolizmus a buněčný cyklus

Primárním cílem zásahu metforminu (a dalších biguanidů) v savčích buňkách je mitochondriální komplex I (NADH: ubichinon oxidoreduktáza [16]), který zajišťuje vstup elektronů z NADH do dýchacího řetězce. Inhibice komplexu I metforminem vede ke snížení průtoku elektronů dýchacím řetězcem a tedy i k omezení produkce ATP oxidativní fosforylací. Poměr ATP/ ADP v buňce je dobře známým parametrem regulujícím řadu metabolických pochodů, neboť věrně odráží energetický stav buňky. Zvýšená nabídka ADP vede skrze enzym adenylátkinázu k přeměně 2 molekul ADP na 1 molekulu ATP a 1 molekulu AMP. Takto vzniklé AMP pak alostericky za asistence kinázy LKB1 aktivuje další signální protein: AMP‑ dependentní kinázu (AMPK) [10].

AMPK je jedním z klíčových regulátorů energetického metabolizmu, přičemž její aktivace signalizuje nedostatečnou syntézu ATP. Aktivní AMPK tedy bude aktivovat enzymy přímo či nepřímo zajišťující produkci ATP a naopak inhibovat procesy, které ATP spotřebovávají.

AMPK stimuluje transport glukózy do buňky skrze fosforylaci proteinů řídících translokaci GLUT‑ 4 a GLUT‑ 1 na buněčnou membránu [38] a zároveň potencuje translokaci mastných kyselin do mitochondrie přes karnitinový člunek [49]. V ně­kte­rých buňkách (kardiomyocyty, makrofágy) AMPK stimuluje glykolýzu aktivací fosfofruktokinázy 2 (PFK‑ 2) [34,35].

AMPK zároveň fosforyluje a inaktivuje anabolické enzymy, jako je acetyl‑ CoA karboxyláza (produkce malonyl‑ CoA, první krok v syntéze mastných kyselin), glykogen syntáza či hydroxymetylglutaryl‑ CoA reduktáza (syntéza cholesterolu a dalších izoprenoidů) [11,36,37]. Jedním z významných procesů vyžadujících kvanta ATP je syntéza proteinů a také tu AMPK inhibuje cestou inaktivace signálního komplexu mTORC1 (mammalian target of rapamycin complex 1) [19,23].

Kromě přímého ovlivnění metabolických enzymů fosforylací ovlivňuje AMPK také jejich expresi přes příslušné transkripční faktory. V játrech tak aktivace AMPK vede ke snížení exprese pyruvátkinázy [28], fosfoenolpyruvát karboxykinázy [29] a nepřímo i acetyl‑ CoA karboxylázy či syntázy mastných kyselin. Tyto enzymy jsou klíčové pro glukoneogenezi a syntézu mastných kyselin. Inhibována je exprese proteinu SREBP [52], který hraje roli v aktivaci syntézy cholesterolu, a AMPK dále obecně snižuje syntézu proteinů v játrech skrze snížení koncentrace transkripčního faktoru HNF‑ 4α [30]. Na katabolické straně rovnice AMPK zvyšuje expresi transportéru GLUT‑ 4 [51] a stimuluje novotvorbu mitochondrií prostřednictvím transkripčního faktoru PGC‑ 1α [25].

AMPK také přímo zasahuje do buněčného cyklu pomocí fosforylace transkripčního faktoru p53, která tento protein aktivuje a vede k zastavení buněčného cyklu na rozhraní G1/ S či přímo k apoptóze [22]. I tato role AMPK dává dobrý smysl: při nedostatku ATP nemá smysl začít replikovat DNA a připravovat se na buněčné dělení.

I když AMPK může vypadat jako klíčová převodová páka účinku biguanidů na buněčné funkce, ně­kte­ré jejich účinky aktivaci AMPK nevyžadují. mTORC1 může např. být deaktivován alternativní cestou přes Rag GTPázu, která je aktivována přímo AMP [17]. Stejně tak byl popsán vliv metforminu na expresi TNF‑α a tím na zánětlivou odpověď [4], na produkci reaktivních sloučenin kyslíku (ROS) [2] či na aktivaci cyklinu D1 [6].

Tento výčet proteinů a metabolických drah ovlivněných biguanidy či přímo metforminem nám umožňuje vytvořit model jeho vlivu u nádorových buněk. Maligně transformované buňky mají obvykle tendenci růst a dělit se ve větší míře než normální buňky. Metformin bude působit proti této tendenci: buňkám se nebude dostávat ATP, budou aktivovány katabolické a inhibovány anabolické dráhy a může dojít i k zablokování buněčného cyklu či přímo k apoptóze. Tento model je samozřejmě velmi hrubý a zdaleka nemusí platit u všech typů maligních nádorů. Účinek metforminu tak vždy bude záviset na konkrétním genotypu a fenotypu dané buňky, na její lokalizaci vzhledem k okolním buňkám a strukturám, na dostupnosti živin a kyslíku a na mnoha dalších faktorech.

Je vcelku zajímavé, že 2 proteiny přímo spojené s drahou AMPK jsou tumor supresorové proteiny. Kináza LKB‑ 1 nezbytná pro aktivaci AMPK zvýšenou hladinou AMP je zmutována u Peutz‑ Jeghersova syndromu [20] a protein TSC‑ 2 zprostředkující účinek AMPK na mTORC1 je poškozen u tuberózní sklerózy [48]. Tento fakt dále posiluje význam této regulační dráhy alespoň u ně­kte­rých typů abnormálního buněčného růstu.

Limity interpretace dosavadních výsledků

Dosavadní data o vztazích mezi metforminem a nádory mají celou řadu rovin. Jakkoliv jsou data získaná na izolovaných buněčných systémech slibná, jakkoliv jsou data z experimentálních modelů nádorů nadějná, jakkoliv jsou data z klinických sledování ohromující, mají řadu limitů, které významně shrnul Michael Pollack [39]. Farmakoepidemiologická data týkající se metforminu a nádorů mají celou řadu interpretačních omezení: především jde o data získaná retrospektivně. Sama přítomnost diabetu může ovlivnit pravděpodobnost nádorového onemocnění. Metformin je podáván velmi často i s dalšími léky, které mají potenciální antineoplastické účinky (statiny, β‑adrenolytika), což může ovlivnit výsledný efekt metforminu [31]. Hladina metforminu však může být negativně ovlivněna interakcí s dalšími léky. Např. o inhibitorech protonové pumpy je známo, že inhibují odběr metforminu [37]. Přehled nejdůležitějších z těchto faktorů je uveden v tab. 1.

Máme v současnosti již nějaké návrhy na použití antidiabetik u pacientů se současným onemocněním diabetem a nádorovým onemocněním?

Dosavadní výsledky vyplývající z článků popisujících účinek metforminu u buněčných a experimentálních modelů nádorů, u retrospektivních sledování pacientů s jednotlivými typy nádorových onemocnění léčených či neléčených metforminem, výsledky metaanalýz těchto článků, teoretické studie opírající se o poznatky z molekulární a buněčné bio­logie zatím nevedly k jednoznačnému doporučení o typu léčby u pacientů s diabetem a současným nádorovým onemocněním. Dosavadní výsledky však ukazují, že diabetologové používají u stovek tisíc nemocných s diabetem 2. typu lék, který má potenciální účinek v prevenci a snad i v léčbě ně­kte­rých nádorových onemocnění. To zvyšuje důraz na podávání metforminu jako léku první volby u všech nemocných s diabetem 2. typu, což je jeho základní indikací vyplývající z lékové dokumentace. Přestože u metforminu není v lékové dokumentaci uvedena indikace prediabetes, je doporučením diabetologických společností evropské i české jeho podávání i u nemocných s prediabetem. Proto by měly výbory příslušných společností vyvinout ještě iniciativu s ohledem na rozšíření indikací tohoto léku u pacientů s prediabetem. Při jakémkoliv podávání metforminu je samozřejmě nutné respektovat kontraindikace a omezení tohoto podávání, především tedy snížení funkce ledvin (S‑ kreatinin nad 130 μmol/ l), těžké poškození jater a selhání jater, srdeční a respirační selhání.

Praxí Diabetologického centra FN Královské Vinohrady Praha a 3. lékařské fakulty UK Praha se stává podávat všem nemocným s diabetem 2. typu a současným nádorovým onemocněním metformin vždy, pokud nejsou kontraindikace. Metformin považujeme za potenciálně výhodný i do kombinace s léky, které stimulují sekreci inzulinu, tedy deriváty sulfonylurey, glinidy, inhibitory DPP‑4 a analogy GLP‑1, stejně jako do kombinace s inzulinem u pacientů s diabetem 2. typu. Pro tyto situace neexistují zatím žádné přesné směrnice. Domníváme se však, že i současná interpretace doporučení k léčbě diabetu 2. typu tento postup plně ospravedlňuje. Budoucí praxe se jistě zaměří na používání léků stimulujících sekreci inzulinu u pacientů s nádorovými onemocněními, přinejmenším ně­kte­rými. K takovémuto doporučení je však ještě poměrně dlouhá doba.

Závěr: metformin –  naděje pro prevenci i terapii nádorových onemocnění

Výsledky výzkumu trvajícího déle než 15 let a skutečný boom prací v posledních 3 letech naznačují, že metfromin může představovat významný lék v prevenci řady nádorových onemocnění a možná, že i adjuvantní, ne‑li přímo cíleně podávaný lék v léčbě ně­kte­rých typů nádorů. Výhodou –  a současně nevýhodou –  metforminu je, že je lékem velmi levným. Další potenciální velkou výhodou metforminu je více než 55letá zkušenost s jeho podáváním u pacientů s diabetem 2. typu. Základní kontraindikací podání metforminu je snížení renálních funkcí (metformin nepodáváme u nemocných, kteří mají kreatinin vyšší než 130 μmol/ l), vysazujeme při podávání i.v. kontrastních jodových látek a nasazujeme až po kontrole hladiny kreatininu. Potenciální použití metforminu jako prostředku pro prevenci a event. léčbu nádorových onemocnění u diabetiků a snad i nediabetiků bude možné až po zhodnocení řady preventivních i terapeutických studií, které v současné době probíhají.

prof. MU Dr. Michal Anděl, CSc.

www.lf3.cuni.cz

e‑mail: michal.andel@lf3.cuni.cz

Doručeno do redakce: 14. 7. 2013