Metforminin DKD Üzerindeki Etkilerinin Altında Yatan Temel Mekanizmalar
1. Glomerüloskleroz
Mezangial hücre fonksiyonunun bozulması diyabetik koşullarda glomeruloskleroz gelişiminde önemli bir rol oynar. Metforminin, oksidatif stresi ve inflamasyonu inhibe ederek ve glikoz ve lipid metabolizmasını iyileştirerek diyabetik sıçanlarda bağ dokusu büyüme faktörü (CTGF) gibi TGF-β ve ECM üretiminin böbrek ekspresyon seviyelerini inhibe ederek albüminüriyi hafiflettiği gösterilmiştir. Metforminin ayrıca sıçan mezangial hücrelerinde yüksek glikoz kaynaklı NF-κB aktivasyonunu ve ardından gelen monosit kemotaktik protein (MCP)-1’i zayıflattığı gösterilmiştir. İlginç bir şekilde, bu olumlu etkiler metformin kaynaklı GLP-1R yukarı regülasyonu tarafından aracılık edilmiştir. Böbrek korteksindeki GLP-1R ekspresyonunun db/db farelerinde azaldığı bildirilmiştir. Kim ve ark. lipotoksisite kaynaklı apoptozun, metformin tarafından önlenen mezanjiyal hücrelerde GLP-1R aşağı regülasyonuyla aracılık edildiğini göstermiştir. Ayrıca, db/db farelerinde azalmış glomerüler GLP-1R’nin metformin tarafından geri kazandırıldığını gözlemlemişlerdir. Metforminin GLP-1R ekspresyonunu artırma mekanizmaları henüz net olmasa da, hem metformin hem de bir AMPK aktivatörü olan 5-amino-4-imidazolkarboksamid ribozid (AICAR) GLP-1R ekspresyonunu indüklediği için AMPK’nın bu gözlemde yer aldığı görülmektedir. Birlikte ele alındığında, bu bulgular metformin ve inkretin bazlı tedavinin kombinasyonunun DKD’yi tedavi etmede etkili olduğunu göstermiştir. Metformin tarafından AMPK’ya bağlı renoproteksiyon, CKD’nin bir sıçan subtotal nefrektomi modelinde de gösterilmiştir. Borges ve ark. 120 günlük metformin uygulamasının, AMPK aktivasyonu ve ardından mitokondriyal biyogenezin iyileştirilmesi yoluyla albüminüri ve interstisyel fibrozu azalttığını ve bunların hepsinin kan basıncı ve glikoz azalmasından bağımsız olarak aracılık ettiğini gösterdi. Uzun kodlamayan RNA’lar (lncRNA’lar), protein kodlamayan 200 nt’den daha uzun bir RNA molekülü sınıfıdır. Metforminin, TGF-β ekspresyonunu yukarı düzenleyen bir lncRNA olan H19 ekspresyonunu inhibe ederek mezangial hücrelerde proliferasyonu, inflamasyonu ve ECM birikimini baskıladığı gösterilmiştir. AMPK, metformin kaynaklı lncRNA modülasyonunda rol oynayabilir çünkü metforminin, AMPK/memeli rapamisin hedefi (mTOR) yolunu aktive ederek lncRNA TUG1’i zayıflatarak endotel hücre proliferasyonunu ve aterosklerozu inhibe ettiği gösterilmiştir. Metforminin, podositlerde AMPK aktivasyonu ile sitoskeleton dinamiklerini ve insülin duyarlılığını modüle ettiği gösterilmiştir. Ayrıca, T2D sıçanlarında oksidatif stres ve podosit kaybının aşağı düzenlenmesi yoluyla albüminüri ve podosit apoptozunu önlediği gösterilmiştir. Böbrekteki lipid fosfataz Src homologi 2 alanı içeren inositol-5-fosfataz 2 (SHIP2), diyabetik farelerde ve T2D hastalarında yukarı düzenlenir ve insülin sinyallemesini ve Akt aktivitesini azaltarak podosit apoptozunu indükler. db/db farelerinde metformin uygulanması, SHIP2 aktivitesini azaltarak podosit apoptozunun azalmasıyla sonuçlandı . İlginç bir şekilde, yazarlar glomerüler SHIP2 aktivitesinin metforminle tedavi edilen T2D hastalarında yukarı düzenlenmediğini bulmuşlardır .
2. Tübüler Yaralanma/Böbrek Fibrozu
Diyabetik koşullar altında mTOR aktive olur ve böbrek hücrelerinin hasarında, apoptozunda ve fibrotik yanıtında ve epitel-mezenkimal geçişinde (EMT) önemli bir rol oynar. Metformin, diyabetik koşullar altında mTOR aracılı tübüler hasarı hafifletir. LKB-1 ve AMPK’nin tübülo-interstisyel fibrozu önlediği gösterilmiştir. Proksimal tübüler hücrelerdeki bozulmuş yağ asidi oksidasyonunun (FAO), metformin tarafından önlenen azaltılmış enerji eksikliği nedeniyle TIF ile ilişkili olduğu gösterilmiştir. Metforminin, FAO’nun temel düzenleyicisi olan AMPK ve hedefi ACC’nin fosforilasyonu yoluyla tübülo-interstisyel fibrozu hafiflettiği ve böylece lipit bulunabilirliğini artırdığı gösterilmiştir. Son olarak, metformin böbrek tübüler hücrelerinde ileri glikasyon son ürünü (AGE) aracılı NF-κB aktivasyonunu ve reaktif oksidatif türlerin (ROS) oluşumunu inhibe ederek apoptozu zayıflatır. Bu bulgular, metforminin diyabetik koşullar altında glomerüler bileşen hücreleri ve böbrek tübüler hücreleri üzerinde koruyucu etkilere sahip olduğunu göstermektedir.
Hipoksik bir durum DKD patogenezinde rol oynar. Metforminin diyabetik koşullar altında oksijen metabolizmasında rol oynadığı gösterilmiştir. Takiyama ve arkadaşları metforminin proksimal tübül hücrelerinde hipoksi aracılı hücresel yanıtın merkezi düzenleyicisi olan HIF-1α’yı inhibe ettiğini göstermiştir. Ayrıca metforminin T2D sıçanlarında ATP üretimi ve oksijen tüketim oranlarını azalttığını ve hücresel oksijen gerginliğini artırdığını bulmuşlardır. Christensen ve arkadaşları metforminin diyabetik koşullar altında uncoupling protein-(UCP) 2’yi inhibe ederek medüller hipoksiyi iyileştirdiğini ve mitokondriyal süperoksit radikal üretimini azalttığını göstermiştir [ 69 ]. Böbrek hücrelerinin yaşlanması DKD patogenezinde rol oynar. Metforminin renal tübüler epitel hücrelerinde yaşlanmayla ilişkili gen p21’in yüksek glikoz kaynaklı ekspresyonunu inhibe ettiği gösterilmiştir. Ayrıca, db/db farelerine metformin verilmesinin, RNA bağlayıcı protein kas körü benzeri ekleme düzenleyici (MBNL) 1 ve miR-130a-3p ekspresyonunu artırarak ve STAT3 ekspresyonunu azaltarak böbrek tübüler epitel hücrelerinin yaşlanmasını engellediği gösterilmiştir
Dikkat çekici olarak, metformin, OCT’ler ve AMPK’dan bağımsız olarak tübülo-interstisyel hasarı hafifletebilir. Daha önce belirtildiği gibi, OCT1, metforminin hepatositler tarafından alınmasında önemli bir rol oynar. Bununla birlikte, Christensen ve arkadaşları, metformin uygulamasının, OCT1/2 eksikliği olan farelerin böbreğinde tek taraflı üreteral obstrüksiyon (UUO) aracılı TNF-α, MCP-1 ve proksimal tübül hasarı belirteci KIM-1 indüksiyonlarını hafiflettiğini gösterdi. Metforminin, AMPK-β1 eksikliği olan farelerde UUO tarafından bu indüksiyonları zayıflattığını gözlemlediler ve bu da metforminin böbrek koruyucu etkilerinin OCT1/2 ve AMPK’dan bağımsız olduğunu düşündürmektedir. Buna göre, metforminin UUO fare modelinde STAT3 aracılı bağışıklık hücresi infiltrasyonunu, tübüler hasarı ve fibrozu engellediğini ve bunun AMPK’den bağımsız mekanizmaları açıklayabileceğini bildirdiler. Feng ve arkadaşları, metforminin AMPKα2 eksikliği olan farelerde UUO kaynaklı böbrek fibrozunu azalttığını gösterdiler. Metforminin TGF-β1 ekspresyonunu AMPKα2’ye bağımlı bir şekilde engellediğini gözlemlediler. Buna karşılık, AMPKα2’den bağımsız bir şekilde TGF-β1 alt akış Smad3 fosforilasyonunu engelledi. Bu bulgular, metformin tarafından böbrek korumanın hem AMPK’ye bağımlı hem de bağımsız şekillerde meydana geldiğini göstermektedir.
3. Otofaji
Otofaji, DKD için koruyucu bir mekanizmadır ve AMPK ve sessiz çiftleşme tipi bilgi düzenlemesi 2 homolog 1 (Sirt1) tarafından düzenlenir. Sirt1, NAD + -bağımlı bir deasetilazdır ve otofajiyi indükleyerek oksijensiz radikalleri azaltabilen bir transkripsiyon faktörü olan FoxO1’in ekspresyonunu artırır. Bu nedenle, AMPK ve Sirt1/FoxO1 ekseninin otofajide koruyucu bir sinyal yolu olduğu öne sürülmüştür. Metforminin, AMPK/Sirt1/FoxO1 sinyal yolunu aktive ederek otofaji yoluyla böbrek fibrozunu ve glomerüldeki histolojik değişiklikleri hafiflettiği gösterilmiştir
4. İdrar Sodyum Atılımı
Son olarak, metformin ve diyabetle ilişkili risk faktörleri arasındaki ilişki bildirilmiştir. İdrar sodyum atılımı kan basıncının düzenlenmesinde rol oynar. Hashimoto ve arkadaşları, sodyum atılımının metformin tarafından distal kıvrımlı tübüldeki Na-Cl ko-taşıyıcı (NCC) aktivitesindeki azalma yoluyla arttığını göstermiştir. Hiperürisemi, hem genel popülasyonda hem de diyabetli bireylerde normal böbrek fonksiyonuna sahip bireylerde CKD için bağımsız bir risk faktörüdür. Zhang ve arkadaşları, idrar metformin atılımının hiperürisemik sıçanlarda arttığını göstermiştir. Mekanik bir bakış açısından, ürik asit renal metformin taşıyıcıları OCT1, OCT2 ve MATE1’in ekspresyonunu yukarı düzenler ve böylece metforminin idrarla atılımını teşvik eder
Birlikte ele alındığında, bu bulgular metformin tarafından sağlanan renoproteksiyonun oksidatif stresi, inflamasyonu ve fibrozu azaltarak ve otofajiyi indükleyerek sağlandığını göstermektedir. Dahası, metformin hem AMPK’ya bağımlı hem de AMPK’dan bağımsız şekillerde renoprotektif etkiler göstermektedir. Ek olarak, metforminin renoprotektif aktivitesinde glikoz düşürücü etkilerin yer aldığı açıktır. Hayvan çalışmalarında günde 300 mg/kg/gün dozundaki metforminin, vücut yüzey alanına göre normalize edildiğinde, insan hastalarda klinik kullanım için kullanılan doza (50-100 kg ağırlığındaki bir insan hastası için günde 1200-2400 mg) eşdeğer olduğu düşünülmektedir