Роль АМФ-активируемой протеинкиназы в изменении устойчивости миокарда к ишемическому и реперфузионному повреждению под действием метформина при сахарном диабете тип 2

Актуальность. Единичные исследования свидетельствуют о том, что препарат из группы бигуани-дов метформин в дополнение к хорошо известному сахароснижающему действию способен оказывать значимый кардиопротективный эффект. Молекулярные механизмы опосредованной метформином кардиопротекции практически не изучены. Целью данного исследования является изучение роли ключевого регулятора энергетического метаболизма клетки — АМФ-активируемой протеинкиназы (АМФК) — в изменении устойчивости миокарда к ишемическому и реперфузионному повреждению под действием метформина у животных с сахарным диабетом тип 2 (СД2). Материалы и методы. Исследование проводилось на крысах линии Wistar со стрептозотоцин-индуцированным неонатальным СД2. Для моделирования ишемии-реперфузии миокарда использовали изолированное, перфу-зируемое по Лангендорфу сердце с предварительным внутрибрюшинным введением метформина в течение 3 дней. Кардиопротективный эффект метформина оценивался по гемодинамическим показателям и по размеру инфаркта миокарда. Активность АМФК в миокарде оценивалась с помощью Вестерн-блоттинга. Результаты. Метформин не оказывал значимого эффекта на размер инфаркта и характер постишемического восстановления функции левого желудочка у здоровых животных и животных с СД2. В то же время размер инфаркта при СД2 был существенно ниже, чем в контрольной группе, что является подтверждением феномена метаболического прекондиционирования. Активация АМФК в миокарде по сравнению с контролем отмечалась как в группе животных с СД2, так и при введении метформина интактным и диабетическим животным. Введение метформина животным с СД2 сопровождалось максимальным увеличением активности АМФК. Выводы. Наличие СД2 приводило к активации АМФК и сопровождалось повышением толерантности миокарда к ишемии. При системном введении метформина до ишемии не отмечалось достоверного кардиопротективного эффекта, однако было зарегистрировано повышение активности АМФК в миокарде. Активность АМФК увеличивалась в наибольшей степени при сочетании СД2 и введения метформина.

сахарный диабет, миокард, АМФ-активируемая протеинкиназа, метформин

1. Hurst R.T., Lee R.W. Increased incidence of coronary atherosclerosis in type 2 diabetes mellitus: mechanisms and management // Ann. Intern. Med. — 2003. — Vol. 139, № 10. — P. 824-834.

2. Grundy S.M., Benjamin I.J., Burke G.L. et al. Diabetes and cardiovascular disease: a statement for healthcare professionals from the American Heart Association // Circulation. — 1999. — Vol. 100, № 10. — P. 1134-1146.

3. Kravchuk E., Grineva E., Bairamov A., Galagudza M., Vlasov T. The effect of metformin on the myocardial tolerance to ischemia-reperfusion injury in the rat model of diabetes mellitus type II // Exp. Diabetes Res. — 2011. — Vol. 2011. — P. 907496. Epub 2011 Jun 22. — [Электронный ресурс]. — URL: http://www. ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3132893/?tool=pubmed

4. Galagudza M.M., Nekrasova M.K., Syrenskii A.V., Ni-fontov E.M. Resistance of the myocardium to ischemia and the efficacy of ischemic preconditioning in experimental diabetes mellitus // Neurosci. Behav. Physiol. — 2007. — Vol. 37, № 5. — P. 489-493.

5. Muller S., Denet S., Candiloros H. et al. Action of metformin on erythrocyte membrane fluidity in vitro and in vivo // Eur. J. Pharmacol. — 1997. — Vol. 337, № 1. — P. 103-110.

6. Nagi D.K., Yudkin J.S. Effects of metformin on insulin resistance, risk factors for cardiovascular disease, and plasminogen activator inhibitor in NIDDM subjects. A study of two ethnic groups // Diabetes Care. — 1993. — Vol. 16, № 4. — P. 621-629.

7. Wulffele M.G., Kooy A., de Zeeuw D. et al. The effect of metformin on blood pressure, plasma cholesterol and triglycerides in type 2 diabetes mellitus: a systematic review // J. Intern. Med. — 2004. — Vol. 256, № 1. — P. 1-14.

8. Bhamra G.S., Hausenloy D.J., Davidson S.M. et al. Metformin protects the ischemic heart by the Akt-mediated inhibition of mitochondrial permeability transition pore opening // Basic Res. Cardiol. — 2008. — Vol. 103, № 3. — P. 274-284.

9. Calvert J.W., Gundewar S., Jha S. et al. Acute metformin therapy confers cardioprotection against myocardial infarction via AMPK-eNOS-mediated signaling // Diabetes. — 2008. — Vol. 57, № 3. — P. 696-705.

10. UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Effect of intensive blood-glucose control with metformin on complications in overweight patients with type 2 diabetes (UKPDS 34) // Lancet. — 1998. — Vol. 352, № 9131. — P. 854-865.

11. Hardie D.G., Carling D., Carlson M. The AMP-activated/ SNF1 protein kinase subfamily: metabolic sensors of the eukaryotic cell? // Annu. Rev. Biochem. — 1998. — Vol. 67. — P. 821-855.

12. Hawley S.A., Gadalla A.E., Olsen G.S., Hardie D.G. The antidiabetic drug metformin activates the AMP-activated protein kinase cascade via an adenine nucleotide-independent mechanism // Diabetes. — 2002. — Vol. 51, № 8. — P. 2420-2425.

13. Garvey W.T., Hardin D., Juhaszova M., Dominguez J.H. Effects of diabetes on myocardial glucose transport system in rats: implications for diabetic cardiomyopathy // Am. J. Physiol. — 1993. — Vol. 264, № 3. — P. 837-844.

14. Bagrov Y.Y., Manusova N.B., Egorova I.A. et al. Ma-rinobufagenin, an Endogenous Inhibitor of a-1 Na/K-ATPase, Is a Novel Factor in Pathogenesis of Diabetes Mellitus // Dokl. Biol. Sci. — 2005. — Vol. 404. — P. 333-337.

15. Минасян С.М., Галагудза М.М., Сонин Д.Л. и р. Методика перфузии изолированого сердца крысы // Рег. кров. и микроцирк. — 2010. — Т. 8, № 4. — С. 54-59.

16. Королев Д.В., Александров И.В., Галагудза М.М., Сыренский А.В., Сонин Д.Л., Егорова Е.И. Автоматизация получения и обработки данных физиологического эксперимента // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. — 2008. — Т. 7, № 2 (26). — С. 79-84.

17. Ishihara T., Haraguchi G., Konishi M. et al. Effect of adiponectin on cardiac allograft vasculopathy // Circ. J. — 2011. — Vol. 75, № 8. — P. 2005-2012.

18. Kemp B. E., Stapleton D., Campbell D. J. et al. AMP-activated protein kinase, super metabolic regulator // Biochem. Soc. Trans. — 2003. — Vol. 31, № 1. — P. 162-168.

19. Hardie D.G., Scott J.W., Pan D.A., Hudson E.R. Management of cellular energy by the AMP-activated protein kinase system // FEBS Lett. — 2003. — Vol. 546, № 1. — P. 113-120.

20. Shaw R.J., Kosmatka M., Bardeesy N. et al. The tumor suppressor LKB1 kinase directly activates AMP-activated kinase and regulates apoptosis in response to energy stress // Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. — 2004. — Vol. 101, № 10. — P. 3329-3335.

21. Winder W.W., Hardie D.G. AMP-activated protein kinase, a metabolic master switch: possible roles in type 2 diabetes // Am. J. Physiol. — 1999. — Vol. 277, № 1, Pt. 1. — P. 1-10.

22. Zhang L., He H., Balschi J.A. Metformin and phenformin activate AMP activated protein kinase in the heart by increasing cytosolic AMP concentration // Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. — 2007. — Vol. 293, № 1. — P. 457-466.

23. Rodrigues B., Cam M.C., McNeill J.H. Metabolic disturbances in diabetic cardiomyopathy // Mol. Cell. Biochem. — 1998. — Vol. 180, № 1-2. — P. 53-57.

24. Seymour A.M., Chatham J.C. The effects of hypertrophy and diabetes on cardiac pyruvate dehydrogenase activity // J. Mol. Cell. Cardiol. — 1997. — Vol. 29, № 10. — P. 2771-2778.

25. Schummer C.M., Werner U., Tennagels N. Dysregulated pyruvate dehydrogenase complex in Zucker diabetic fatty rats // Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. — 2008. — Vol. 294, № 1. — P. 88-96.

26. Nishino Y., Miura T., Miki T. et al. Ischemic preconditioning activates AMPK in a PKC-dependent manner and induces GLUT4 up-regulation in the late phase of cardioprotection // Car-diovasc. Res. — 2004. — Vol. 61, № 3. — P. 610-619.

27. Sukhodub A., Jovanovic S., Du Q. et al. AMP-activated protein kinase mediates preconditioning in cardiomyocytes by regulating activity and trafficking of sarcolemmal ATP-sensitive K-channels // J. Cell. Physiol. — 2007. — Vol. 210, № 1. — P. 224-236.

28. Wilcock C., Bailey C.J. Accumulation of metformin by tissues of the normal and diabetic mouse // Xenobiotica. — 1994. — Vol. 24, № 1. — P. 49-57.