Les scientifiques découvrent comment la metformine à faible dose cible les voies cérébrales pour abaisser la glycémie, ouvrant des voies fraîches pour des thérapies plus sûres et plus intelligentes du diabète.
Étude: la metformine à faible dose nécessite un RAP1 cérébral pour son action antidiabétique. Crédit d'image: Kateryna Kon / Shutterstock
Dans une étude récente publiée dans la revue Avancées scientifiquesles chercheurs ont testé si les doses faibles et cliniquement pertinentes de la metformine abaissent la glycémie par inhibition de la protéine 1 liée au RAS (RAP1) dans le noyau hypothalamique ventromédial (VMH) du cerveau.
Les modèles classiques placent l'action de la metformine dans le foie à travers la protéine kinase activée par l'adénosine 5′-monophosphate (AMPK), mais les travaux plus récents ajoutent de la signalisation de l'adénosine 3 ', du monophosphate cyclique (CAMP), des cibles mitochondriales et des effets médiatisés par le glucagon-1 (GDF1) et du GDF1). Le système nerveux central régule étroitement le glucose à travers des circuits hypothalamiques, donc même les petits signaux de médicament dans le cerveau peuvent déplacer le métabolisme du corps entier.
Il reste une incertitude quant à l'importance relative de ces voies à des doses de metformine cliniquement pertinentes. Les faibles doses de metformine pourraient-elles fonctionner par une voie neuronale? La présente étude aborde cette question et met en évidence la nécessité de poursuivre les recherches pour disséquer les voies du cerveau à l'organe.
Les chercheurs ont utilisé des souris pour tester une voie basée sur le cerveau. Ils ont comparé les compagnons de litière normaux avec les souris RAP1ΔCNS, un knockout RAP1 spécifique du cerveau antérieur généré en supprimant Rap1a et Rap1b dans les neurones exprimant le calcium / calmoduline. Toutes les souris ont reçu un régime riche en graisses pour augmenter la glycémie (hyperglycémie). Ils ont reçu des doses intrapéritonéales simples ou répétées d'agents antidiabétiques comme la metformine (un biguanure), la rosiglitazone (un thiazolidinedione), l'Exendine-4 (un agoniste du récepteur GLP-1), le glibenclamide (un sulfonylurée), la dapagliflozine (un inhibitor SGLT2) et l'insulline. Les tests de dose-réponse ont utilisé la metformine à 50–150 mg / kg et des tests de tolérance au glucose (GTTS) avec une surface dans l'analyse de la courbe (AUC).
Pour sonder l'action centrale, la metformine a été délivrée par injection intracérébroventriculaire (ICV) (1–30 μg) aux souris obèses induites par le régime alimentaire, avec des contrôles d'intlates alimentaires et une surveillance du poids corporel. L'électrophysiologie dans les tranches hypothalamiques a évalué comment la metformine modifie le tir des neurones du facteur 1 stéroïdogène (SF1) dans le VMH. Des expériences de gain de fonction ont exprimé un RAP1 constitutivement actif (RAP1v12) en utilisant le virus adéno-associé (AAV) dans VMH ou un Rosa26-LOX-Stop-LOX (LSL) -RAP1V12 × CaMKIIα-Cre croix pour élever l'activité CNS RAP1. Les résultats comprenaient la glycémie, la tolérance au glucose et la cartographie C-Fos de l'activation neuronale.
La suppression de RAP1 dans les neurones du cerveau antérieur a produit un défaut sélectif dans la réactivité de la metformine. Dans les témoins de litière, la metformine a abaissé la glycémie, mais les souris RAP1ΔCNS n'ont pas montré de réduction significative du glucose à la metformine malgré des réponses normales à d'autres agents antidiabétiques. Ainsi, la capacité globale de l'habitation du glucose était intacte, mais l'effet de la metformine a été spécifiquement perdu lorsque le cerveau Rap1 était absent.
Des études de dose-réponse ont aiguisé cette sélectivité. À 50–150 mg / kg, la metformine a réduit la glycémie chez les témoins de manière dose-dépendante (quantifiée par l'AUC), mais les mêmes doses ont échoué chez les souris RAP1ΔCNS. GTTS a montré que la metformine à faible dose améliorait la tolérance chez les témoins, tandis que les souris RAP1ΔCNS ont gagné ce bénéfice uniquement lors des expositions suprapharmacologiques (≥ 200 mg / kg), ce qui implique que des concentrations élevées peuvent contourner la voie du cerveau. Cela souligne que l'exigence de Rap1 cérébral est spécifique à des doses faibles et cliniquement pertinentes de la metformine, tandis que les doses plus élevées et moins pertinentes agissent probablement par des mécanismes périphériques.
Ciblant directement le cerveau a confirmé la suffisance. La metformine ICV (aussi faible que 1 à 10 μg) a abaissé une glycémie de manière aiguë chez des souris obèses induites par l'alimentation et dans des modèles déficitaires par la leptine (OB / OB) et traités par la streptozotocine, indépendamment de l'apport alimentaire et sans perte de poids, indiquant un effet glycémique médié central à l'administration de minuscules par rapport à l'administration systémique.
C-FOS Mappage des neurones sensibles à la metformine localisés au VMH. L'électrophysiologie a montré que la metformine dépolarisé les neurones VMH SF1 et une augmentation des tirs; Cette réponse a été largement abolie lorsque Rap1 a été retiré des neurones SF1, impliquant un nœud VMH dépendant du RAP1 comme cible de la metformine.
La génétique du gain et de la perte de fonction a cimenté la causalité. Chez les souris RAP1CNSV12 (RAP1 actif constitutivement dans le cerveau antérieur), la glycémie à jeun et l'intolérance étaient plus élevées, et la metformine n'a plus amélioré les excursions de glucose pendant GTTS. De même, le forçage de l'expression de RAP1v12 bilatéralement dans VMH en utilisant AAV émoussé à la fois agitée et chronique de l'abandon du glucose par la metformine et des améliorations induites par la metformine nettement altérées dans la tolérance au glucose. Inversement, la suppression de RAP1 spécifiquement dans les neurones SF1 a abaissé la glycémie au même degré que la metformine et a éliminé tout effet aigu ou chronique supplémentaire du médicament. Ensemble, ces manipulations montrent que l'effet thérapeutique de la metformine nécessite une inhibition de RAP1 dans les neurones VMH SF1.
Le contexte pharmacologique est important, car les concentrations du cerveau et du liquide céphalo-rachidien à la possibilité de dosage thérapeutique sont ~ 0,5 à 10 micromolaires, bien en dessous des niveaux hépatiques ou intestinaux. Dans cette gamme, la metformine a activé les neurones SF1 et une activité RAP1 réduite, conforme à un mécanisme central très sensible qui domine à faible doses, tandis que des doses plus élevées, moins cliniques recrutent probablement des voies périphériques et peuvent contourner l'exigence du CNS RAP1. L'étude n'exclut pas la possibilité d'effets directs de la metformine sur les tissus périphériques tels que le foie et l'intestin à des doses plus élevées.
Chez les souris dépourvues de RAP1 neuronal, la glycémie de base est souvent réduite, ce qui peut limiter l'effet observable de l'administration de la metformine supplémentaire (« effet de plancher »). Cependant, même dans les groupes assortis de glycémie, la metformine n'a pas réussi à abaisser le glucose chez les souris RAP1ΔCNS mais est restée efficace chez les témoins.
L'étude souligne également l'implication potentielle d'autres régulateurs, tels que les protéines d'échange directement activées par l'AMPc 2 (EPAC2), dans l'activation du RAP1 dans le cerveau, ainsi que des connexions possibles avec la voie Lysosomal AMPK. Bien que cela n'ait pas été directement testé dans cette étude, il représente une avenue prometteuse pour les recherches futures.
Pour résumer, cette étude identifie un mécanisme au cerveau pour la metformine à l'exposition thérapeutique: de faibles doses inhibent le RAP1 dans les neurones SF1 VMH pour abaisser la glycémie. L'effet est sélectif pour la metformine chez les agents approuvés par la Food and Drug Administration des États-Unis et est perdu lorsque le SNC RAP1 est supprimé ou activé de manière constitutive, mais restauré à des doses très élevées et moins pertinentes qui agissent probablement de manière périphérique. Bien que les résultats mettent en évidence l'importance de la voie VMH RAP1 à des doses faibles et cliniquement pertinentes, elles n'excluent pas les mécanismes périphériques à des doses plus élevées ou dans d'autres contextes. Pour les patients et les cliniciens, cette voie du cerveau aide à expliquer pourquoi les doses modestes fonctionnent en toute sécurité et de manière cohérente, et il pointe la signalisation centrale RAP1 comme cible pour affiner les thérapies diabétiques qui coordonnent le foie, le muscle et l'intestin.
