A mTORC1-hez képest sokkal kevesebbet tudunk az mTORC2 útvonal upstream aktivátorairól. mTORC2 a növekedési faktorokra, mint például az inzulin, a riboszómához való közvetlen kapcsolódáson keresztül PI3K-függő módon reagál . mTORC2 közvetlenül aktiválja az Akt-ot a hidrofób motívumának (Ser473) és az SGK1-nek, az iontranszportot és a növekedést szabályozó kináznak a foszforilálásával . Az mTORC2 elvesztése nem akadályozza meg néhány Akt célpont, például a TSC2 foszforilációját, de teljesen megszünteti az SGK1 aktivitását . Így a PI3K/Akt az mTORC2-nek a riboszómákhoz való társulásának elősegítésével történő aktiválása mellett az Akt-függő TSC1/TSC2 gátláson keresztül az mTORC1 aktiválását is szabályozza . Az Akt-on és az SGK1-en kívül a PKC-α egy másik, az mTORC2 által aktivált kináz, amely az aktin citoszkeleton befolyásolásával szabályozza a sejt alakját .

Eredetileg úgy gondolták, hogy a rapamycinnel való akut kezelés az mTORC1 gátlásával ellentétben nem zavarja az mTORC2 jelátvitelt, de a legújabb adatok megerősítik, hogy az mTORC2 összeszerelésének rapamycinspecifikussága sejttípus-specifikus . Mindenesetre, bár az mTORC2 kevésbé reagál a rapamicinre és a rapalogokra, az e vegyületeknek való hosszan tartó expozíció az mTORC2 összeszerelődés elnyomását eredményezi, ami az Akt jelátvitel gátlásával jár . Ugyanakkor a rapalogs terápia csökkent vagy megváltozott hatékonyságot eredményez, mivel az mTOR-útvonalban számos negatív visszacsatolási hurok létezik. Az IRS1 mTOR-S6K1 útvonal általi közvetlen foszforilációját, amely elősegíti az IRS1 degradációját és a PI3K/Akt downregulációt, már említették . Ezért a rapalogok az mTOR-S6K1 útvonal negatív visszacsatolásának csökkenéséhez vezetnek az IRS útvonalra, ezáltal növelve a növekedési faktor és az Akt jelátvitelt csökkent apoptotikus potenciállal. Ez az egyik oka az mTOR-gátlók elégtelen tumorellenes aktivitásának.

Az mTOR-túlaktiváció és az inzulinrezisztencia összefüggésétől függetlenül azonban a rapalogok inzulinrezisztenciát és hiperglikémiát is okozhatnak. E jelenség magyarázatához az mTOR-gátlás hatásait több szervben is meg kell vizsgálni, elsősorban a hasnyálmirigyet és a májat beleértve.

3. A túlaktivált mTOR metabolikus következményei

A glükóz és az inzulin posztprandiális emelkedése aktiválja az mTOR-t és ennek következtében az mTORC2-n keresztül a protein kináz B-t (Akt). Az Akt aktiválása glükózfelvételhez vezet a megnövekedett GLUT4 transzlokáció révén a membránba a zsírsejtekben . A GSK-3 foszforilációja és Akt általi deaktiválása csökkenti a glikogén-szintáz foszforilációs sebességét és növeli a glikogén-szintáz aktivitását és a glikogén felhalmozódását, elsősorban a májban és az izmokban . Ezenkívül az Akt szabályozza a glükóz homeosztázist azáltal, hogy foszforilálja és gátolja a FOXO1-et, a glükoneogenezist szabályozó transzkripciós faktort . Ezenkívül az mTORC2 elősegíti a glikogénszintézist és csökkenti a glükoneogenezist a májban .

Amint már említettük, fontos hangsúlyozni, hogy mind a tápanyagok, mind az inzulin aktiválják az mTOR-t, de a túlaktivált mTOR legalább két mechanizmus révén tovább okozza az inzulinrezisztenciát . Az mTORC1 által aktivált S6K1 az inzulinreceptor 1/2 szubsztrát foszforilációját és degradációját okozza, ezáltal rontja az inzulinszignalizációt. A növekedési faktor receptorhoz kötött 10-es fehérje befolyásolásával az mTORC1 szintén inzulinrezisztenciát okozhat. Az S6K1 deléciója elegendő az inzulinérzékenység javításához egerekben és zsírral táplált rágcsálókban, míg az aktivált mTOR útvonal károsodott inzulinszignalizációhoz és inzulinrezisztenciához vezet . Emberekben az aminosavak infúziója aktiválja az mTOR/S6K1 útvonalat, és ennek következtében inzulinrezisztenciát okoz a vázizmokban .

Az mTOR túlaktiválása a májban, az izmokban, a zsírszövetekben és a hasnyálmirigyben tehát inzulinrezisztenciához vezet. Kezdetben az mTORC1 serkenti a β-sejtek működését, ami fokozott inzulinszekréciót, valamint a β-sejtek terjeszkedését és hipertrófiáját okozza. Az mTORC2-Akt tengely a proliferáció és a túlélés elősegítésével pozitívan befolyásolja a β-sejtek tömegét . A krónikus mTOR-stimuláció további során az mTOR rezisztenssé teszi a β-sejteket az IGF-1-gyel és az inzulinnal szemben, elősegítve a sejthalált . Ez azt jelenti, hogy a hasnyálmirigy β-sejtjeiben a túlaktivált mTORC1 fokozott inzulinszekréciót okoz az inzulinrezisztencia kompenzálására, de végül a β-sejtek károsodásához vezet.

A mTOR-aktivitás a lipidanyagcserét is befolyásolja. A jelátvitel elősegíti a lipogenezist a májban. Az mTOR a szterol szabályozó elem-kötő fehérjén (SREBP) keresztül elősegíti a lipogenezist a májban . Az inzulinnal stimulált mTORC1 fokozza a lipogenezist és a lipidraktározást, míg gátolja a lipolízist, a β-oxidációt és a ketogenezist. Az aktivált mTORC1 három lipázra van hatással: az adipózus triglicerid lipázra (ATGL), a hormonérzékeny lipázra (HSL) és a lipoprotein lipázra (LPL) . A zsírsejtekben az ATGL katalizálja a triacilglicerin lipolízisét diacilglicerinné, majd a HSL a diacilglicerint monoacilglicerinné alakítja. Az mTORC1 csökkenti a HSL aktivitását és csökkenti az extracelluláris LPL aktivitását, amely fontos a lipoprotein szövetekbe való felvételéhez. Az mTORC1 aktiválása csökkenti a ketontestek termelését a PPAR-α aktivitásának gátlásával a májban .

A génexpresszió különböző szintjeinek koordinálásával az mTORC1szabályozza a mitokondriumok tömegét és funkcióit. Az mTORC1 elvesztése az egerek izomzatában csökkenti az oxidatív funkciót és az izomtömeget, ami korai halálhoz vezet . Az mTORC1 elvesztése vagy rapamycin kezelés csökkenti a peroxiszóma proliferátor aktivált receptor koaktivátor 1-alfa (PGC-1α) expresszióját és gátolja a PGC-1α komplexét a yin-yang 1 YY1 transzkripciós faktorral . A rapamicin csökkenti a PGC-1alfa, az ösztrogénnel kapcsolatos receptor alfa és a nukleáris légzési faktorok génexpresszióját, amelyek mitokondriális transzkripciós szabályozók, ami a mitokondriális génexpresszió és az oxigénfogyasztás csökkenését eredményezi. Az YY1 szabályozza a mitokondriális génexpressziót, és az mTOR és a PGC-1alfa közös célpontja. Az mTOR gátlása azt eredményezi, hogy az YY1 nem lép kölcsönhatásba és koaktiválódik a PGC-1alfa által, ezáltal csökkenti a mitokondriális oxidatív funkciót .

Az emelkedett mTOR-aktivitás miatt kialakuló inzulinrezisztencia, amelyet a fokozott máj glükoneogenezis, az izmok csökkent glükózfelvétele és a hasnyálmirigy β-sejt apoptózis jellemez, végül II. típusú cukorbetegséghez vezet. Figyelembe véve, hogy az inzulinrezisztencia és a kapcsolódó szövődmények, mint a retinopátia, neuropátia és nefropátia megelőzhetik a II. típusú cukorbetegség diagnózisát, felmerül a kérdés, hogy az mTOR-útvonal farmakológiai gátlásával megelőzhetők-e a diabéteszes szövődmények.

4. Az mTOR-gátlók által kiváltott glükóz intolerancia

Nyilvánvaló, hogy az mTOR-nak számos szerepe van az anyagcserében, és ha a tápanyag-túlterhelés és az elhízás hatására túlműködik, részt vesz a glükóz intolerancia és az inzulinrezisztencia kiváltásában. A kalóriakorlátozás, ami a kalóriabevitel csökkentését jelenti a megfelelő táplálkozás fenntartása mellett, javítja a glükóztoleranciát és az inzulinérzékenységet, és meghosszabbítja az élettartamot . Tekintettel arra a feltételezésre, hogy a rapamicin egy éhezést mimetizáló szer, feltételezték a szerepét az inzulinrezisztencia visszafordításában. A rapamycin akut kezelése (egyszeri injekció) növeli az inzulinérzékenységet és a glükózfelvételt . Egészséges önkéntesekben a rapamycin egyszeri adagja előkezelésként megszünteti a tápanyag-indukált inzulinrezisztenciát . Az akut vagy szakaszos rapamycin-kezelés eredményeivel ellentétben a krónikus rapamycin-kezelés rontja a glükóz-homeosztázist. Paradox módon a krónikus rapamycinkezelés glükóz intoleranciához vezet mind állatokban, mind emberekben . Bár a krónikus rapamycin kezelés csökkenti a zsírtartalmat, ugyanakkor elősegíti az inzulinrezisztenciát, a glükóz intoleranciát és a glükoneogenezist a májban. Annak ellenére, hogy a rapamicinnel kezelt patkányok májában javult az inzulin jelátvitel, amely az mTOR / S6K1 negatív visszacsatolási hurok blokkolásából származik, a glükoneogén útvonal indukciója a májban potenciálja a glükóz intoleranciát . Bár a fehér zsírszövet és a vázizmok a krónikus rapamycin-kezelés során a folyamatos inzulinstimulációra reagálva normálisan veszik fel a glükózt, a máj inzulinrezisztenciája nagyban hozzájárul a károsodott glükóz homeosztázishoz . Kimutatták, hogy a máj glükoneogenezisének inzulin által közvetített elnyomása közvetlenül a rapamycin által kiváltott mTORC2 zavar által közvetített . Az mTORC2 gátlásán kívül a krónikus rapamycin kezelés hozzájárul az inzulinrezisztenciához, mivel képtelen aktiválni a zsírsavak β-oxidációját és a ketogenezist, ami a lipidanyagcsere egyensúlyhiányához vezet . Ezenkívül a hosszan tartó rapamycin-kezelés a β-sejtek életképességének csökkenéséhez és az inzulinszekréció csökkenéséhez vezet, valószínűleg az mTORC2 gátlásán keresztül . Ez a krónikus mTOR-gátló kezelés által kiváltott fokozott β-sejt-toxicitás hidat képezhet a szilárd szervtranszplantációt követően újonnan kialakuló diabetes mellitus kialakulásához, ami szükségessé teszi olyan stratégiák kidolgozását, amelyekkel elkerülhető ez a káros hatás.

5. A metformin szerepe az mTOR-gátlók által kiváltott inzulinrezisztencia visszafordításában

Az inzulinrezisztencia klinikai jelentősége összefügg a koszorúér-betegséggel és az ischaemiás stroke-kal . A metformin, egy széles körben felírt antidiabetikum, egy biguanid, és a II. típusú diabetes mellitus kezelésének első vonalát képviseli . Nemcsak csökkenti a hiperglikémiát elsősorban a máj glükoneogenezisének csökkentésével, hanem növeli az inzulinérzékenységet és csökkenti a vérzsírszintet . A metformin azonban a II. típusú diabetes mellitus kezelésén kívül az öregedéssel összefüggő betegségekben, például a rákban és a szív- és érrendszeri betegségekben is kimutatta jótékony hatását . Mindezen öregedéssel összefüggő állapotokban a metformin a rapamycin-terápia hatásaihoz hasonló hatást ért el. Számos epidemiológiai vizsgálat megerősítette, hogy a II. típusú cukorbetegség metforminnal történő kezelése a rák előfordulásának és a rák okozta halálozásnak a csökkenésével járt . Különböző állatkísérletes modellek is eltérő rákellenes és prolongáló hatást mutattak a dózistól, nemtől és a metforminkezelés megkezdésekor fennálló életkortól függően .

A metformin molekuláris mechanizmusai csak részben ismertek. Többféle hatásmechanizmust vizsgáltak, ami a mitokondriális légzési lánc (I. komplex) gátlására utal, mint elsődleges hatásmódra. . Ennek eredményeképpen a sejtek energiaállapotának csökkenése a megnövekedett celluláris AMP : ATP aránnyal aktiválja az AMP-aktivált protein kinázt (AMPK), amely gátolja az mTORC1 jelátvitelt a májban, a metformin elsődleges hatáshelyén, különböző downstream hatásokkal . Alacsonyabb dózisban a metformin az AMPK-t és a TSC-t igényli az mTORC1 gátlásához, míg magasabb dózisban ez a hatás az AMPK-tól és a TSC-től független . A metformin mindenesetre csökkenti a máj fehérjeszintézisét az mTORC1 gátló hatásával járó mechanizmuson keresztül. A GLUT4 fokozó faktor foszforilációjának indukálásával a metformin fokozza a perifériás glükózfelvételt, ezáltal növeli az inzulinérzékenységet. Ezenkívül a metformin csökkenti a zsírsav-oxidáció inzulin által kiváltott szuppresszióját . Úgy tűnik, hogy ez a hatás az AMPK stimulációjának és az izmok malonyl-CoA-tartalmának csökkenésének tulajdonítható.

Mindezek a metabolikus hatások szinte azonosak az éhezés, azaz a táplálékkorlátozás hatásaival. Kimutatták, hogy a metforminnal kezelt egerek transzkripciós profilja hasonlított az étrendi korlátozásnak kitett egerekéhez . Bár mind a rapamicin, mind a diétás megszorítás gátolja a lipogenezist és aktiválja a lipolízist, aminek következtében megnövekedett a nem észterezett zsírsavak szérumszintje, a diétás megszorítással ellentétben a rapamicin nem aktiválja a β-oxidációt . Tekintettel arra, hogy a rapamycin által okozott anyagcserezavar két fő jellemzője a májban a glükoneogenezis stimulálása és a β-oxidáció csökkenése, a metformint potenciális megoldásként vetik fel. Mivel a csökkent zsírsav-oxidáció összefügg az inzulinrezisztencia kialakulásával, a metformin által indukált zsírsav-oxidáció hozzájárulhat az inzulinérzékenység növeléséhez. A metformin hozzáadása a krónikus rapamycinkezeléshez terápiás megközelítést jelenthet az inzulinrezisztencia és a diszlipidémia kezelésére. A szakirodalom nagy része a metformin és a rapamicin együttes alkalmazását tárgyalja az öregedés és az öregedéssel összefüggő betegségek kezelése céljából. A megelőzésre, azaz a rapamycin okozta anyagcserezavar kezelésére javasolt másik lehetőség a rapamycin intermittáló alkalmazása, figyelembe véve azt a tényt, hogy a rapamycin-terápia abbahagyása után az inzulinrezisztencia és a glükóz intolerancia reverzibilis. Nyilvánvaló, hogy ez a megközelítés nem alkalmazható a transzplantáció kilökődésének megelőzése érdekében immunszuppresszív terápiával kezelt betegeknél, illetve a daganatellenes kezelésként mTOR-gátlókat szedő betegeknél, ahol az mTOR-gátlóval történő terápiának folyamatosnak kell lennie.

Az eddig elvégzett vizsgálat a rapamycin mTORC1-re és mTORC2-re gyakorolt hatását foglalta össze, rámutatva arra, hogy a rapamycin hosszú távú kezelése az mTORC1 mellett az mTORC2-t is megzavarja, ezáltal β-sejt-toxicitást és inzulinrezisztenciát okoz . Az mTORC2 gátlásának ezt a hatását in vivo több szövetben is megerősítették, beleértve a májat, a fehér zsírszövetet és a vázizmot . Tekintettel arra a feltételezésre, hogy a rapamicin immunszuppresszív hatásait túlnyomórészt az mTORC1 közvetíti, feltételezhető, hogy az mTORC1-specifikus gátlók a rapamicinnel azonos immunszuppresszív hatást érnek el, de mTORC2 által közvetített toxicitás nélkül. Ez a feltételezés akkor működhet, ha az mTOR-gátlókat öregedésgátló terápiaként használják, mert a mTORC1-gátlás az mTORC2-gátlás okozta anyagcserezavarok elkerülése révén érné el a kívánt hatást .

Ez akkor is így lenne, ha az mTORC1-specifikus gátlókat immunszuppresszív gyógyszerként használnák? Úgy tűnik, hogy az mTOR-gátló terápia fontos immunszuppresszív hatásait az mTORC1 és az mTORC2 gátlása egyaránt közvetíti. A T-sejtek proliferációjának gátlása és a dendritikus sejtek érésének blokkolása mellett az mTOR-gátlók immunszabályozó tulajdonságainak egyik jellemzője a Tregek kialakulása, amelyek differenciálódását és terjeszkedését az mTORC2 aktivitása elnyomja . Ez azt jelenti, hogy az immunrendszerhez tartozó sejtekben az mTORC1 specifikus gátlása az mTORC2 megzavarása nélkül elégtelen immunszupresszióhoz vezethet.

Vannak arra utaló jelek, hogy más rapalogok, például az everolimus és a temsirolimus kisebb mértékű mTORC2-gátlást és ezáltal kisebb mértékű inzulinrezisztenciát érnek el, de ezt még más vizsgálatokkal meg kell erősíteni .

Mindenesetre az mTOR-gátlók folyamatos alkalmazásának szükségessége szilárd szervátültetések, például veseátültetés után megakadályozza a rapamicin intermittáló alkalmazását vagy a rapamicin kisebb dózisban történő alkalmazását. E probléma megoldására, azaz az inzulinrezisztencia és a veseátültetés után újonnan kialakuló cukorbetegség megelőzésére a rapamicin és metformin kombinált terápiáját javasolták . Az AMPK klinikailag releváns dózisokban történő indukálásával a metformin gátolja az mTORC1-et, ami segít csökkenteni a rapamycin adagját és a kapcsolódó káros metabolikus hatásokat. Ha a vesetranszplantált betegeknél , metformint lehet felírni a már meglévő 2-es típusú diabetes mellitus vagy az újonnan kialakult diabetes mellitus kezelésére .

6. Következtetés

Megpróbáljuk megmutatni, hogy a metformin alkalmazása a vesetranszplantáció után kialakuló diabetes mellitus megelőzése érdekében is lehetséges. Eddig nem végeztek olyan vizsgálatokat, amelyek a metformin szerepét vizsgálták volna a transzplantációt követően újonnan kialakuló diabetes mellitus megelőzésében. A jövőbeni kutatások olyan klinikai irányelveket eredményezhetnek, amelyek lehetővé teszik a rapalog által közvetített káros hatások jobb ellensúlyozását.

Érdekütközések

A szerzők kijelentik, hogy nincsenek érdekellentétek.

Köszönet

Ez a tanulmány a Szerb Köztársaság Tudományos és Technológiai Minisztériumának támogatásával készült (175089 és 175097 számú). A szerzők köszönetet mondanak a Hemofarm AD-nek is, amely további támogatást nyújtott a cikk publikálásához.