Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.


Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

 

Международный эндокринологический журнал Том 14, №7, 2018

Вернуться к номеру

Роль експресії гена Foxo1 у механізмі антигіпертрофічної дії метформіну в кардіоміоцитах

Авторы: Пасєчко Н.В., Лой Г.Я., Корда М.М., Олещук О.М.
ДВНЗ «Тернопільський державний медичний університет ім. І.Я. Горбачевського МОЗ України», м. Тернопіль, Україна

Рубрики: Эндокринология

Разделы: Справочник специалиста

Версия для печати


Резюме

Актуальність. Діабетична кардіоміопатія є провідною причиною смертності при цукровому діабеті (ЦД) 2-го типу. Однією з основних патоморфологічних ознак розвитку діабетичної кардіоміопатії розглядається гіпертрофія кардіоміоцитів. Метформін, засіб вибору першої лінії для лікування ЦД 2-го типу, окрім антигіперглікемізуючих, викликає кардіопротективні ефекти. Проте механізм дії препарату в кардіоміоцитах вивчений недостатньо. Мета. Вивчення ролі експресії гена Foxo1 у механізмі антигіпертрофічної дії метформіну в кардіоміоцитах. Матеріали та методи. Н9С2 клітини були трансфектовані за допомогою siRNA Foxo1 та siRNA negative control. Клітини були депривовані у 0% медіумі протягом 24 годин, за 30 хвилин до стресу проліковані метформіном (5 mM) і поміщені у гіпоксичний бокс на 16 годин із подальшою реоксигенацією протягом чотирьох годин. Площі клітин визначені за допомогою програми ImageJ. Ефективність трансфекції підтверджено за допомогою полімеразної ланцюгової реакції в реальному часі. Результати. При нормальному функціонуванні гена Fохо1 метформін проявляє виражену антигіпертрофічну дію в умовах гіпоксії. Проте блокування експресії Fохо1 позбавляє препарат цього ефекту і викликає гіпертрофію Н9С2 клітин у всіх умовах експерименту. Висновки. Виражена гіпертрофічна відповідь у групі клітин, трансфектованих за допомогою siRNA Foxo1, які культивувалися в умовах гіпоксії і були проліковані метформіном, може бути результатом одного з механізмів: а) метформін запобігає збільшенню розмірів клітин через Fохо1-залежний механізм, тому блокування гена Fохо1 призводить до втрати препаратом антигіпертрофічного ефекту; б) метформін захищає від гіпоксії незалежно від Fохо1-шляху, тому виражена гіпертрофія лікованих метформіном клітин, інкубованих у гіпоксії, є наслідком гальмування експресії Fохо1, що є потужним гіпертрофічним стимулом. Отже, з’ясування кардіопротективного механізму дії метформіну залишається надзвичайно актуальним питанням і потребує подальшого вивчення.

Актуальность. Диабетическая кардиомиопатия (ДКМ) является ведущей причиной смертности при сахарном диабете (СД) 2-го типа. Одним из основных патоморфологических признаков развития ДКМ считается гипертрофия кардиомиоцитов. Метформин, препарат выбора первой линии для лечения СД 2-го типа, кроме гипогликемических, вызывает кардиопротекторные эффекты. Однако механизм действия препарата в кардиомиоцитах изучен недостаточно. Цель. Изучение роли экспрессии гена Foxo1 в механизме антигипертрофического действия препарата метформин в кардиомиоцитах. Материалы и методы. Н9С2 клетки были трансфектированы с помощью siRNA Foxo1 и siRNA negative control. Клетки были депривированы в 0% медиуме в течение 24 часов, за 30 минут до стресса пролечены метформином (5 mM) и помещены в гипоксический бокс на 16 часов с последующей реоксигенацией в течение четырех часов. Площади клеток определяли с помощью программы ImageJ. Эффективность трансфекции подтверждено с помощью полимеразной цепной реакции в реальном времени. Результаты. При нормальном функционировании гена Fохо1 метформин оказывает выраженное антигипертрофическое действие в условиях гипоксии. Однако блокировка экспрессии гена Fохо1 лишает препарат этого эффекта и вызывает гипертрофию Н9С2 клеток во всех условиях эксперимента. Выводы. Выраженная гипертрофическая реакция в группе клеток, трансфектированих с помощью siRNA Foxo1, которые культивировались в условиях гипоксии и были пролечены метформином, может быть результатом одного из механизмов: а) метформин предупреждает увеличение размеров клеток через Fохо1-зависимый механизм, поэтому блокировка гена Fохо1 приводит к потере препаратом антигипертрофического эффекта; б) метформин защищает от гипоксии независимо от Fохо1-пути, поэтому выраженная гипертрофия леченных метформином клеток, инкубированных в гипоксии, является следствием торможения экспрессии Fохо1, что является мощным гипертрофическим стимулом. Итак, изучение кардиопротекторного механизма действия метформина остается чрезвычайно актуальным вопросом и требует дальнейшего изучения.

Background. Diabetic cardiomyopathy is the leading cause of mortality in patients with type 2 diabetes mellitus. Hypertrophy of cardiomyocytes is one of the main pathomorphological signs of diabetic cardiomyopathy development. Metformin, the first-line drug for the treatment of type 2 diabetes mellitus, along with hypoglycaemic effects, exerts cardioprotective effects. However, the mechanism of metformin action in cardiomyocytes remains unclear. The purpose of the study was to investigate the role of Foxo1 gene expression in the mechanism of antihypertrophic action of metformin in cardiomyocytes. Materials and methods. H9C2 cells were transfected with siRNA Fохо1 and siRNA negative control. Cells were deprived in 0% medium for 24 hours, treated with metformin (5mM) 30 min before cell stress, then put into hypoxic chamber for 16 hours and reoxygenated for 4 hours. Cell area was quantified using ImageJ. Knockdown efficiency was confirmed by real time polymerase chain reaction. Results. At the normal functioning of Fохо1 gene, metformin has the expressed antihypertrophic action under hypoxia. However, blocking Fохо1 gene expression deprives preparation of this effect and causes the hypertrophy of Н9С2 cells in all conditions of the experiment. Conclusions. The strong hypertrophic response in the group of H9C2 cells transfected with siRNA Foxo1 cultured under hypoxia with metformin treatment may be a result of following mechanisms: a) metformin prevents hypertrophy through Foxo1 pathway, thus, Foxo1 silencing totally blocked metformin protective effects on H9C2 hypertrophy; b) metformin protects against hypoxia independently of Foxo1 pathway, therefore, strong hypertrophy of metformin-treated cells incubated in hypoxia is the result of Foxo1 knockdown, a potent hypertrophic stimulus. Consequently, further investigations are still required to clarify the mechanisms by which metformin exerts its cardioprotective effects.


Ключевые слова

діабетична кардіоміопатія; гіпертрофія; Н9С2 клітини; метформін; Fохо1

диабетическая кардиомиопатия; гипертрофия; Н9С2 клетки; метформин; Fохо1

diabetic cardiomyopathy; hypertrophy; H9C2 cells; metformin; Fохо1


Для ознакомления с полным содержанием статьи необходимо оформить подписку на журнал.


Список литературы

1. World Health Organization. Global report on diabetes [Електронний ресурс] / World Health Organization // WHO website (http://www.who.int). — 2016. — Режим доступу до ресурсу: http://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/204871/9789241565257_eng.pdf?sequence=1.
2. Kharroubi A.Т. Diabetes mellitus: The epidemic of the century / A.Т. Kharroubi, Н.М. Darwish // World Journal of Diabetes. — 2015. — Vol. 6. — P. 850-867. 
3. Diabetic cardiomyopathy: pathophysiology, diagnostic evaluation and management / J.M. Pappachan, G.I. Varughese, R. Sriraman, G. Arunagirinathan // World Journal of Diabetes. — 2013. — Vol. 5. — P. 177-189.
4. Alterations in sarcoplasmic reticulum and mitochondrial functions in diabetic cardiomyopathy / N.S. Dhalla, S. Rangi, S. Zieroth, Y.J. Xu // Experimental & Clinical Cardiology. — 2012. — Vol. 3. — P. 115-120.
5. Diabetic cardiomyopathy: insights into pathogenesis, diagnostic challenges, and therapeutic options / [А. Aneja, W.W. Tang, S. Bansilal та ін.]. // The American Journal of Medicine. — 2008. — Vol. 121. — P. 748-757.
6. Hyperglycemia-induced apoptosis in mouse myocardium: mitochondrial cytochrome C-mediated caspase-3 activation pathway / [L. Cai, W. Li, G. Wang та ін.]. // Diabetes. — 2002. — Vol. 6. — P. 1938-1948.
7. Oxidative stress-dependent impairment of cardiac-specific transcription factors in experimental diabetes / [M. Aragno, R. Mastrocola, C. Medana та ін.] // Endocrinology. — 2006. — Vol. 12. — P. 5967-5974.
8. Poornima I.G. Diabetic cardiomyopathy: the search for a unifying hypothesis / I.G. Poornima, P. Parikh, R.P. Shannon // Circulation Research. — 2006. — Vol. 5. — P. 596-605.
9. Dorn G.W. Phenotyping hypertrophy: eschew obfuscation / G.W. Dorn, J. Robbins, P.H. Sugden // Circulation Research. — 2003. — Vol. 92. — P. 1171-1175.
10. American Diabetes Association. Pharmacologic Approaches to Glycemic Treatment: Standards of Medical Care in Diabetes-2018 / American Diabetes Association // Diabetes Care. — 2018. — Vol. 41. — P. 73-85.
11. 10-year follow-up of intensive glucose control in type 2 diabetes / R.R. Holman, S.K. Paul, M.A. Bethel et al. // New England Journal of Medicine. — 2008. — Vol. 359. — P. 1577-1589.
12. Cellular and molecular mechanisms of metformin: an overview / B. Viollet, B. Guigas, N.S. Garcia et al. // Clinical Science. — 2012. — Vol. 6. — P. 253-270.
13. Metformin rapidly increases insulin receptor activation in human liver and signals preferentially through insulin-receptor substrate-2 / J.E. Gunton, P.J. Delhanty, S.I. Takahashi, R.C. Baxter // The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. — 2003. — Vol. 3. — P. 1323-1332.
14. Metformin regulates the incretin receptor axis via a pathway dependent on peroxisome proliferator-activated receptor-α in mice / A. Maida, B.J. Lamont, X. Cao, D.J. Drucker // Diabetologia. — 2011. — Vol. 52. — P. 339-349.
15. Mechanism by which metformin reduces glucose production in type 2 diabetes / R.S. Hundal, M. Krssak, S. Dufour et al. // Diabetes. — 2000. — Vol. 12. — P. 2063-2069.
16. Role of AMP-activated protein kinase in mechanism of metformin action / G. Zhou, R. Myers, Y. Li et al. // The Journal of Clinical Investigation. — 2001. — Vol. 8. — P. 1167-1174.
17. AMPK: a metabolic gauge regulating whole-body energy homeostasis / R. Lage, C. Diéguez, A. Vidal-Puig, M. López // Trends Mol. Med. — 2008. — Vol. 12. — P. 539-549.
18. The kinase LKB1 mediates glucose homeostasis in liver and therapeutic effects of metformin / R.J. Shaw, K.A. Lamia, D. Vasquez et al. // Science. — 2005. — Vol. 310. — P. 1642-1646.
19. Metformin and metabolic diseases: a focus on hepatic aspects / J. Zheng, S.L. Woo, X. Hu et al. // Frontiers of Medicine. — 2015. — Vol. 2. — P. 173-186.
20. Ouyang J. Metformin activates AMP kinase through inhibition of AMP deaminase / J. Ouyang, R.A. Parakhia, R.S. Ochs // The Journal of Biological Chemistry. — 2011. — Vol. 1. — P. 1-11.
21. Transitory activation of AMPK at reperfusion protects the ischaemic-reperfused rat myocardium against infarction / М.А. Paiva, L.М. Gonçalves, L.А. Providência et al. // Cardiovascular Drugs and Therapy. — 2010. — Vol. 24. — P. 25-32.
22. Metformin Protects Against Systolic Overload — Induced Heart Failure Independent of AMP-Activated Protein Kinase α2 / Х. Xu, Z. Lu, J. Fassett et al. // Hypertension. — 2014. — Vol. 63(4). — P. 723-8. 
23. Eijkelenboom A. FOXOs: signalling integrators for homeostasis maintenance / A. Eijkelenboom, B.M. Burgering // Nature reviews Molecular cell biology. — 2013. — Vol. 2. — P. 83-97.
24. Watkins S.J. The H9C2 cell line and primary neonatal cardiomyocyte cells show similar hypertrophic responses in vitro / S.J. Watkins, G.M. Borthwick, H.M. Arthur // In Vitro Cellular & Developmental Biology-Animal. — 2011. — Vol. 2. — P. 125-131.
25. Myocyte stress 1 plays an important role in cellular hypertrophy and protection against apoptosis / A.L. Koekemoer, N.W. Chong, A.H. Goodall, N.J. Samani // FEBS letters. — 2009. — Vol. 17. — P. 2964-2967.
26. Hypertrophy of the heart: a new therapeutic target? / N. Frey, H.A. Katus, E.N. Olson, J.A. Hill // Circulation. — 2004. — Vol. 13. — P. 551-571.
27. Relationship of insulin sensitivity and left ventricular mass in uncomplicated obesity / G. Iacobellis, M.C. Ribaudo, A. Zappaterreno et al. // Obesity research. — 2003. — Vol. 4. — P. 518-524.
28. Metformin inhibits isoproterenol-induced cardiac hypertrophy in mice / H.N. Cha, J.H. Choi, Y.W. Kim et al. // The Korean Journal of Physiology & Pharmacology. — 2010. — Vol. 6. — P. 377-384.
29. Effect of Metformin on mortality in patients with heart failure and type 2 diabetes mellitus / J.M. Evans, A.S. Doney, M.A. Al Zadjali et al. // The American Journal of Cardiology. — 2010. — Vol. 7. — P. 1006-1010.
30. Metformin use and mortality in ambulatory patients with diabetes and heart failure / D. Aguilar, W. Chan, B. Bozkurt et al. // Circulation: Heart Failure. — 2011. — Vol. 1. — P. 53-58.
31. Metformin therapy and prognosis of patients with heart failure and new-onset diabetes mellitus. A propensity-matched study in the community / S.P. Romero, J.L. Andrey, A. Garcia-Egido et al. // International Journal of Cardiology. — 2013. — Vol. 2. — P. 404-412.
32. Effects of metformin versus glipizide on cardiovascular outcomes in patients with type 2 diabetes and coronary artery di–sease / J .Hong, Y. Zhang, S. Lai et al. // Diabetes Care. — 2012. — Vol. 22. — P. 1304-1311.
33. AMP-activated protein kinase inhibits TGF-β-, angiotensin II-, aldosterone-, high glucose-, and albumin-induced epithelial-mesenchymal transition / J.H. Lee, J.H. Kim, J.S. Kim et al. // American Journal of Physiology-Renal Physiology. — 2013. — Vol. 6. — P. 686-697.
34. Crosstalk between AMPK activation and angiotensin II-induced hypertrophy in cardiomyocytes: the role of mitochondria / J.S. Hernández, G. Barreto-Torres, A.V. Kuznetsov et al. // Journal of Cellular and Molecular Medicine. — 2014. — Vol. 4. — P. 709-720.
35. Metformin effects on the heart and the cardiovascular system: a review of experimental and clinical data / L. Nesti, A. Natali // Nutrition, Metabolism and Cardiovascular Diseases. — 2017. — Vol. 8. — P. 657-669.
36. Metformin protects H9C2 cardiomyocytes from high-glucose and hypoxia/reoxygenation injury via inhibition of reactive oxygen species generation and inflammatory responses: role of AMPK and JNK / M. Hu, P. Ye, H. Liao et al. // Journal of Diabetes Research. — 2016. — Vol. 2. — P. 1-9.
37. New insight into Metformin action: regulation of ChREBP and FoXO1 activities in endothelial cells / Х. Li, К.L. Kover, D.Р. Heruth et al. // Molecular Endocrinology. — 2015. — Vol. 29. — P. 1184-1194.
38. Metformin inhibits hepatic gluconeogenesis through AMP-activated protein kinase-dependent regulation of the orphan nuclear receptor SHP / Y.D. Kim, K.G. Park, Y.S. Lee et al. // Diabetes. — 2008. — Vol. 57. — P. 306-314. 
39. Metformin inhibits estrogen-dependent endometrial cancer cell growth by activating the AMPK-Foxo1 signal pathway / J. Zou, L. Hong, С. Luo et al. // Cancer Science. — 2016. — Vol. 107. — P. 1806-1817.
40. Forkhead box transcription factor 1: role in the pathogenesis of diabetic cardiomyopathy / V. Kandula, R. Kosuru, Н. Li et al. // Cardiovascular Diabetology. — 2016. — Vol. 15. — P. 44-56.

Похожие статьи

Effect of Metformin on the Medullary Thyroid Cancer Cells
Авторы: Khoperia V.G. - Ukrainian Scientific and Practical Centre for Endocrine Surgery, Transplantation of Endocrine Organs and Tissues of Ministry of Public Health of Ukraine, Kyiv, Ukraine; Vasko V.V. - Uniformed Services University of the Health Sciences, Bethesda, MD, USA
Международный эндокринологический журнал 5 (53) 2013
Дата: 2013.09.25
Рубрики: Эндокринология
Разделы: Клинические исследования
Фармакогенетичні аспекти дії метформіну  у хворих на цукровий діабет 2-го типу
Авторы: Пасєчко Н.В., Олещук О.М., Лой Г.Я.
ДВНЗ «Тернопільський державний медичний університет імені І.Я. Горбачевського МОЗ України», м. Тернопіль, Україна

Международный эндокринологический журнал 8 (80) 2016
Дата: 2017.01.12
Рубрики: Эндокринология
Разделы: Справочник специалиста

Вернуться к номеру