Metformín a prediktívne biomarkery pri širšom spektre interných ochorení

Souhrn

Metformín je najčastejšie predpisovaným antidiabetikom v klinickej praxi, ktoré zároveň predstavuje účinný liek na prevenciu rizikových pacientov pre diabetes mellitus 2. typu. Za väčšinu jeho účinku je možné považovať trvalé zníženie telesnej hmotnosti. Za vyše polstoročné používanie lieku v klinickej praxi stále molekulové mechanizmy jeho účinku nie sú celkom známe. Podobne okrem glykemických ukazovateľov nepoznáme biomarker v kontexte jeho dávkovania. Ukazuje sa však potenciálna výhoda stanovenia GDF15 ako možný biomarker pre jeho dávkovanie.

Klíčová slova:

biomarkery – GDF15

 prof. MUDr. Andrej Dukát, CSc., FRCP | andrej.dukat@fmed.uniba.sk | www.fmed.uniba.sk

Doručené do redakcie | Received 22. 8. 2025

Prijaté po recenzii | Accepted 5. 10. 2025

Úvod

Metformín je vo svete najčastejšie používaným liekom, ktorý účinne znižuje hladiny glykémie a incidenciu diabetes mellitus [1]. Jeho vplyv na mierne zníženie telesnej hmotnosti má tak liečebný potenciál na výskyt koronárnej choroby srdca, mortalitu, aj niektoré druhy malignít [2]. Zaujímavým nálezom bola cielená analýza štúdie ORIGIN (Outcome Reduction with Initial Glargine Intervention trial) [3]. Táto štúdia sledovala 12 537 pacientov s diabetes mellitus, alebo prediabetom (zhoršenou toleranciou glukózy, alebo zhoršenou hladinou glykémie nalačno), ktorí mali aj pridružené kardiovaskulárne (KV) rizikové faktory [4]. Z uvedenej kohorty bolo vybraných celkove 8 401 pacientov, u ktorých bolo z iniciálnej vzorky analyzované celé spektrum 237 rôznych biomarkerov (2 317 bolo na liečbe metfor­mínom v rôznych liečebných dávkach). Regresnou ana­lýzou sa tak dali identifikovať biomarkery vo vzťahu k užívaniu metformínu. Bolo možné sledovať genetické determinanty GDF15 (rastového diferenciačného faktora) vo vzťahu ku koronárnej chorobe srdca.

GDF15 a patofyziologické implikácie

Gén pre GDF15 (nazvaný ako nesteroidový protizápalový aktivovaný gén 1, alebo NAG-1) je lokalizovaný na chromosóme 19p12–13.1. GDF15 (nazvaný ako makrofágový inhibičný cytokín-1, alebo MIC-1) je vylučovaný ako 40 kDa polypeptid, ktorý sa štiepi v endoplazmatickom retikule a uvoľňuje sa ako 25 kDa aktívny cirkulujúci dimérový proteín [5]. V tomto kontexte má metformín tesné spojenie: aktivuje sekretorické cesty alebo znižuje inhibičné cesty. Humánne štúdie poukázali na priamy vzťah medzi hladinami GDF15 a závažnými KV-príhodami, diabetes mellitus a obličkovým ochorením. Jeho koncentrácie majú silnú prediktívnu hodnotu pre mortalitu (ako ukázala už horeuvedená štúdia ORIGIN).

Tieto uvedené súvislosti sú ako pri sekrécii GDF15, tak aj ako následok KV-poškodenia. (Je to analógom, ako pri vzťahu leptínu a obezity, kde je vyššia hladina leptínu u obéznych pacientov, ale leptín aj potláča chuť do jedla.) Metformín je vo vzťahu ako ku vyšším hodnotám GDF15, tak aj nižším KV-príhodám [6]. Zvyšuje cirkulujúce hladiny GDF15, a tým mediuje účinky metformínu na telesnú hmotnosť a energetiku, čím predstavuje chemoprotektívny liek.

V ľudskej fyziológii po 2 týždňoch liečby metformínom dochádza ku 2,5–násobnému vzostupu cirkulujúcich hladín GDF15 [7]. Pri stredne dlhom sledovaní (6–18 mesiacov) liečby metformínom u pacientov s anamnézou kardiovaskulárneho ochorenia (KVO) bez diabetes mellitus bol zistený pokles telesnej hmotnosti o 3,5 % [8] a významné zvýšenie koncentrácie GDF15 (p < 0,0001). Zvýšenie koncentrácie GDF15 korelovalo s poklesom telesnej hmotnosti (r = 0,26; p = 0,024), ako ukázala štúdia CAMERA [8]. Tento vzťah nebol zistený v kontrolnej skupine s placebom (r = 0,0374; p = 0,740). Liečba metformínom vedie k rastu črevných organoidov spolu s indukciou expresie mRNA a sekrécie GDF15. Dominantným miestom expresie signálov nie je pečeň, ale črevo. GDF15 mRNA je v distálnej časti tenkého čreva, v kólon a v obličkách, kde k tomu dochádza už po 24-hodinách po podaní jednotlivej dávky metformínu. Zaujímavým nálezom však je, že metformín ako inzulínový senzitizér má svoje účinky aj za neprítomnosti GDF15 a pokračuje pri liečbe v znižovaní glykémie a inzulínu. Isté však je, že k najväčšej expresii GDF15 dochádza v nižšom tenkom čreve a v kólon, takže črevo je zrejmým miestom, kde účinkuje metformín. Tento potom svojim účinkom zvyšuje up-take glukózy z cirkulácie do uvedeného epitelu [9]. Liekové formy metformínu, ktoré pôsobia v čreve, majú preto väčší vplyv na zníženie glykémie, než formy absorbované viac systémovo [10].

GDF15 a klinické implikácie

Začiatky liečby „metformínom“ sú zviazané s rastlinou Galega officinalis, bežne označovanou ako francúzsky orgován [11], používanou v stredovekej medicíne ako anti­diabetikum. To viedlo v 20. rokoch minulého storočia k záujmu o biguanidy, ktorý vyústil do sledovaniu dimetyl­biguanidu J. Sternom a v roku 1957 k vývoju lieku Glu­co­phage („pojedač glukózy“) [12]. Počas posledných 2 desaťročí sa metformín stal prvolíniovým liekom v liečbe pacientov s diabetes mellitus 2. typu (DM2T) zakotvený v klinických odporúčaniach (ADA a EASD). Vo viacerých klinických štúdiách liek preukázal zlepšenie glykemickej kontroly s dobrým bezpečnostným profilom. Bol popísaný vzťah k v závislosti na genetických variáciách [13]. Up-take a toleranciu ovplyvňuje genetická variácia transportérov, resp. inhibícia transportérov liekmi. Zvýšenie up-take glukózy v čreve a následný vzostup koncentrácie laktátu v enterocytoch zodpovedá za jeho možnú gastrointestinálnu (GIT) intoleranciu. Jeho vplyv na dipeptidyl peptitázu 4 (DPP4) je malý, ale významný je vzostup koncentrácie glukogénu podobného peptidu 1 (GLP1). Vo farmakodynamike sa uplatňuje čiastočne aj vplyv na os črevo –⁠ mozog –⁠ pečeň. Zvýšený pool žlčových kyselín v čreve môže ovplyvniť konzistenciu stolice, sekréciu GLP1, hladinu cholesterolu a mikrobióm. Črevný mikrobióm potom môže zodpovedať za metformínovú toleranciu, resp. intoleranciu.

Metformín predstavuje najdôležitejší liek v prvolíniovej liečbe pacientov s DM2T, ktorý je zakotvený vo väčšine klinických odporúčaniach a guidelines a je ním liečených odhadom vyše 200 miliónov pacientov denne. Napriek tomu liečebné mechanizmy účinkov celkom nepoznáme pre jeho veľmi komplexné účinky. V predchádzajúcich obdobiach sa výskum zameriaval na sledovanie jeho vplyvu na zníženie hladín glukózy. V súčasnosti sa stále viac pozornosť zameriava na jeho významnú úlohu v gastrointestinálnom trakte, mikrobióme čreva a na imunitné bunky odvodené z tkanív. Na molekulovej úrovni tomu bolo v oblasti pečeňových mitochondrií a lyzosómov, teraz aj v kontexte liečby nádorov, ochorení súvisiacich so starnutím, zápalových ochorení, proteomiky, ale aj SARS-CoV-2.

Metformín, telesná hmotnosť a GDF15

Cirkulujúce zvýšené hladiny GDF15 predstavujú stresový cytokín, ktorý je novým biomarkerom aj pri liečbe metformínom [14]. V experimente liečba metformínom viedla k zvýšeniu hladín GDF15 mRNA v čreve, obličkách, kostrovom svalstve a v pečeni pri vysokotukovej diete [15]. V humánnej medicíne sa preukázala zvýšená expresia GDF15 z gastrointestinálneho traktu pri liečbe metformínom [16]. Zvýšená expresia cirkulujúceho GDF15 bola zistená aj pri strate telesnej hmotnosti a znížení chuti do jedla [17].

Metformín môže urýchliť zníženie telesnej hmotnosti u pacientov s DM2T aj bez tohto ochorenia [18–19]. Zvýšené cirkulujúce hladiny GDF15 sú prítomné pri liečbe metformínom a ním navodenom znížení telesnej hmotnosti u pacientov s DM2T nezávisle od jeho hypoglykemizujúceho vplyvu [20]. Asociácia medzi cir­ku­lujúcimi hladinami a telesnou hmotnosťou však nebola zistená u osôb s prediabetom a zvýšenou telesnou hmotnosťou po 13-týždňovej liečbe metformínom [21]. Dlho­dobé podávanie metformínu a sledovanie uvedených vzťahov si bude vyžadovať ešte kontrolovanú štúdiu.

Nové mechanizmy pôsobenia metformínu, ktorými sa znižujú hladiny glukózy

Pôvodná predstava, že antidiabetický efekt metformínu je prevažne sprostredkovaný cez inhibíciu hepatálnej glukoneogenézy, bola doplnená o dôkazy, že významný podiel predstavuje aj gastrointestinálny trakt. Ovplyvňuje hepatálne mitochondrie a inhibuje mitochondriálny respiračný reťazcový komplex I, ale táto inhibícia je však nielen slabá, je aj reverzibilná [22]. Schéma 1 tieto mechanizmy zobrazuje. Veľmi dôležitým miestom účinku metformínu je najmä črevo, v ktorom sa zvyšuje up-take glukózy a tvorba laktátu, zvyšujú sa koncentrácie GLP1 a pool žlčových kyselín v čreve mení jeho mikrobióm. Nové liekové formy metformínu (so spomaleným uvoľňovaním) nielen zlepšujú kontrolu glyk­émie, ale majú menšiu systémovú expozíciu. Za liečebné účinky metformínu a čiastočne aj za vedľajšie nežiaduce účinky je zodpovedné predovšetkým črevo [23].

Ukázalo sa, že metformín inhibuje komplex I respiračného reťazca: mení pomer adenozín monofosfátu (AMP), alebo adenozín difosfátu (ADP) ku adenozín trifosfátu (ATP) a následne inhibuje glukoneogenézu [24] a znižuje tvorbu endogénnej glukózy (Endogenous Glucose Production –⁠ EGP). Okrem uvedeného sú ale od metformínu závislé aj iné alternatívne cesty účinkov (5´AMP-aktivovanej proreínkinázy –⁠ AMPK), ale aj nezávislé účinky (gastrointestinálne mechanizmy), schéma [25]. Liečba metformínom je spojená aj s rýchlejším odbúraním glukózy, hladiny glukagónu a EGP ako u zdravých, tak aj u pacientov s novozisteným diabetes mellitus na dobrej kontrole glykémie. Vplyv liečby metformínom na metabolizmus glukózy teda zrejme bude závisieť aj individuálne od glykemického stavu. U zdravých metformín zvyšuje klírens glukózy následkom zvýšenia EGP kontraregulačnými mechanizmami [26]. Je to rozdiel oproti zníženiu EGP u pacientov so zlou kontrolou diabetu [27].

Metformín a imunitný systém

Imunitný systém predstavuje centrálnu úlohu pri iniciovaní progresie mnohých už spomenutých patológií. Podiel zápalu nízkeho stupňa a metabolické dysfunkcie pri nich sú dnes už zadefinované aj v novom CKM-syndróme (Cardiovascular-Kidney-Metabolic) [28,29]. Tzv. „metainflammation“ potom predisponuje jedinca nielen na uvedené viaceré komorbidity, ale aj infekcie Mycobacterium tuberculosis, alebo závažnú infekciu SARS-CoV-2 [30]. Doposiaľ ale nie celkom poznáme vzájomné interakcie medzi parenchýmovými a tkanivovými imunitnými bunkami týchto zápalových procesov. Akokoľvek však, metformín má aj niektoré protizápalové účinky cez závislé, aj nezávislé AMPK-mechanizmy (Adenozin Monofosfát-aktivovaná Proteinová Kináza) u pacientov s diabetes mellitus [31]. Dokázateľne zlepšuje funkciu mitochondrií v mononukleároch periférnej krvi cez zvýšenú AMPK-fosforyláciu a cez mitofágiu [32]. Ďalej znižuje hladiny reaktívnych kyslíkových radikálov a pro­zápalových cytokínov v krvi (TNFα a IL6) [33,34]. U pacientov s prediabetom znižuje koncentrácie NET (Neu­trophil-derived Extracellular Trap) zložky elastázy, pro­­teín­ázy 3 a histónov, celkom nezávisle od normalizácie glykémie [35]. Ide o komplexné účinky zasahujúce proti patogénnom a zápalom mediovaným poškodením tkanív a trombózou. Opäť ale presné mechanizmy, ako prebiehajú funkcie neutrofilov pôsobením metformínu, zatiaľ nepoznáme. S istotou však existuje aj vzťah metformínu a exposómu [36]. Inhibícia mito­chon­driového komplexu I predstavuje aj prevenciu prozápalovej aktivácie alveolových makrofágov expozómu znížením kalciom mediovaného uvoľňovania IL6 [36].

Napokon je potrebné v tomto kontexte upozorniť na možnú prevenciu inflamosómu (inflammaging) metformínovou liečbou. Už spomenutý CKM-syndróm má istý vzťah k zápalu nízkeho stupňa a k remodelácii imunitného systému [37]. Okrem neho oslabuje následky spojené so starnutím, imunosenescenciou, čo predstavuje ďalšie možné senolytikum [38]. Proces senescencie bol podrobne rozobraný na inom mieste, tu len pripomenieme, že tento proces je charakterizovaný zápalovou aktiváciou imunitných buniek, znížením ich funkcie a oslabením účinkov imunitnej odpovede [39]. Čo je však významné, liečba metformínom znižuje frekvenciu prozápalových skupín B-buniek v krvi u starších diabetikov vo veku nad 70 rokov a zvyšuje vakcinačné špecifické protilátky po vakcinácii [40]. Sledovania ukázali, že liečba metformínom znižuje so senescenciou spojené markery jeho sekretorického fenotypu [40].

Metformín a mikrobióm

V posledných rokoch sa do centra výskumnej pozornosti dostávajú interakcie s mikrobiómom. Metagenomické sledovania poukazujú, že mikrobióm mení celkovú štruktúru a funkciu črevných mikrobiálnych spoločností, ktorá u pacientov s diabetes mellitus zhoršuje dysbiózu s následným ovplyvnením hosťujúceho metabolizmu [41,42]. Všetko sa zároveň mení s etnicitou pacientov s diabetes mellitus a vykazuje významnú variabilitu [43]. Týka sa 2 taxonomických jednotiek z Faecalibacteries [43]. Aj u zdravých osôb met­formín ovplyvňuje zloženie črevného mikrobiómu, čo je však nezávislé od pacientov s diabetes mellitus s pre­važujúcimi hladinami glukózy v krvi [44]. Okrem ovplyvnenia črevného mikrobiómu, liečba metformí­nom u diabetikov zvyšuje hladiny Escherichia species a znižuje Intestinibacter species [45]. Liečba metformínom u diabetikov s prítomnou periodontitídou vedie okrem črevného, aj ku zmenám ústneho mikrobiómu [46]. To či orálny mikrobióm má priamy vplyv na ovplyvnenie systémovej glykémie pri liečbe metformínom, zatiaľ nevieme. Vplyv liečby metformínom na zníženie hladiny glukózy a mastných kyselín v tenkom čreve je významnejší pri liekových formách metformínu s predĺženým uvoľňovaním [47]. Vplyv liečby metformínom na zloženie črevného mikrobiómu môže byť priamy aj nepriamy. Priamy vplyv je na bakteriálny rast a zmeny v črevnom zložení. Zmeny v zložení závisia od AMPK v čreve ako výsledok zmeny expresie antimikrobiál­nych peptidov. Zvyšuje ochrannú funkciu črevnej mu­kózovej bariéry cez zvýšenie prítomnosti Akkermansia muciniphilia a počtu pohárikových buniek, čo vedie ku zhrubnutiu vrstvy mukózy [48]. Metformín zvyšuje aj expresiu proteínu okludínu, ktorý znižuje translokáciu lipopolysacharidov, zápal hrubého čreva a dys­funkčnú črevnú permeabilitu [48]. Nepriame účinky liečby met­formínom sú cez zníženie cirkulujúcich hladín TMAO (TriMetylamín-N-Oxid), čo asociuje s kardiovaskulárnymi a onkologickými patológiami [49]. Tieto zmeny v remodelácii črevného mikrobiómu majú aj preventívny potenciál a podieľajú sa na antitumorových vplyvoch liečby metformínom.

Metformín a proteomika

Najaktuálnejšie zaznamenávame výskumný záujem na proteomiku v klinických vzťahoch. Tohtoročná správa v Lancete analyzovala vplyv liečby metformínom na cirkulujúci proteóm (Connolly). Porovnala doterajšie prierezové štúdie u pacientov s diabetes mellitus na liečbe metformínom a bez tejto liečby (v klinických štúdiách IMPOCT, RAMP, S3WP-T2D, IMI-RHAPSODY). 23 analyzovaných bielkovín významne asociovalo s liečbou metformínom, takže v budúcnosti bude potrebné brať do úvahy aj expozíciu metformínu ako lieku v proteomických štúdiách [50].

Metformín a starnutie

Metformín predstavuje látku proti starnutiu, ktorá predlžuje dĺžku života nielen niektorých živých organizmov, ale aj človeka [51]. U človeka v kontexte onkologických ochorení a kardiovaskulárnych ochorení u DM2T. Ako je tomu u zdravého organizmu nevieme, ale výskum sa v súčasnosti zameriava na črevný mikrobióm u človeka. Experimentálne dôkazy ukazujú na zníženie aktivácie inflamasómu a tvorby IL18 z makrofágov odvodených z kostnej drene [51].

V humánnej medicíne je zrejme možný preventívny vplyv na inflamasóm (remodeláciu imunitného systému) pri kardio-reno-hepato-metabolickom syndróme a pri senescencii [39]. V tejto súvislosti sa veľmi očakávajú výsledky RCT-štúdií TAME (Targeting Aging with Metformin) a MILES (Metformin in Longevity Study).

Metformín a exposóm

Metformín sa nemetabolizuje a nezmenený sa vylučuje z organizmu. Približne 70 % liečebnej dávky (denné dávky meformínu sa pohybujú medzi 0,5–2,5 g) sa vylučuje močom a stolicou, následkom je ale jeho hromadenie v prostredí. Predstavuje tak faktor kontaminácie vody. Detekované koncentrácie sú v nanogramoch až mikrogramoch na liter v povrchových vodách, ale dokonca aj v pitnej vode [52,53]. Bioakumulácia je dokázaná u vodných živočíchov aj rastlín. Ekotoxické štúdie zasa preukázali vplyvy degradácie metformínu na transformačné látky. Hoci sú koncentrácie v pitnej vode veľmi nízke, záťaž na okolité prostredie, predovšetkým jeho transformačné produkty nemožno celkom ako exposóm prehliadať.

Metformín a SARS-CoV-2

Z klinickej skúsenosti infekcie Covid-19 vieme, že starší vek, obezita a DM2T predstavovali rizikových pacientov pre ťažký akútny respiračný syndróm. Observačné štúdie ukázali, že metformín má ochranný a liečebný vplyv proti koronavírusovej infekcii [54]. Jednou z dôležitých podmienok benefitu metformínu bola dobrá kontrola glykémie [55]. Ukazuje sa však, že metformín môže mať pri koronavírusovej infekcii liečebný benefit [30].

Metformín a osteoartritída

Osteoartritída predstavuje progredujúce ochorenie všetkých zhybov, spôsobujúce bolesť a významné pohybové postihnutie. Na celkovej neschopnosti pacienta predstavuje 13. najvyšší podiel. Pritom pri osteoartritíde neexistujú lieky modifikujúce ochorenie. Súčasné možnosti sú zamerané na symptomatickú liečbu rozvinutého ochorenia a v koncových štádiách vedú ku náhrade najviac postihnutého kĺbu [56]. Aj v tejto indikácii sa ukazujú možnosti liečby takto postihnutých pacientov metformínom [57]. Má celé spektrum potenciálnych účinkov aj v tejto skupine pacientov: protizápalový, imunomodulačný, analgetický, hypolipidemický, antiobezitický a antikancerogénny efekt (aj u nediabetických pacientov) [58]. Vzhľadom na pleiotrópne účinky metformínu, predovšetkým cez aktiváciu cesty adenozín monofosfát aktivovanú proteínkinázu, predstavuje potenciál aj pre pacientov s osteoartritídou [59]. Celkove 10 predklinických a 5 humánnych štúdií konzistentne preukázalo možné terapeutické miesto metformínu aj pre takto postihnutých pacientov pre jeho chondroprotektívne a analgetické vlastnosti [60].

Závery

Na základe uvedeného je možné pri liečbe metformínom uviesť niekoľko záverov pre súčasnú klinickú prax [26,61,62]:

• Hlavnými cieľovými orgánmi metformínu sú pečeň a črevo.
• Cieľovými organelami pri vplyvoch metformínu na znižovaní glykémie sú mitochondrie a lyzosómy.
• Interakcie črevného mikrobiómu sú dôležitými faktormi pri liečbe metformínom.
• Metformín má protizápalové a imunomodulačné vlastnosti pri rôznych druhoch ochorení cez AMPK závislých aj nezávislých mechanizmoch v nezrelom aj adaptívnom imunitnom systéme.
• Liečba metformínom u pacientov s diabetes mellitus vedie ku uvoľňovaniu GDF15, vedie ku zníženiu telesnej hmotnosti pritom nezávisle od zníženia hladín glykémie.

V kontexte biomarkera GDF15 je možné uviesť nasledujúce závery pre klinickú prax [63]:

• GDF15 je exprimovaný viacerými typmi buniek a ku zvýšeniu dochádza pri hypoxii buniek, ich stresoroch, dysfunkcii mitochondrií a pri vytrvalostnom zaťažení.
• Ku zvýšeniu sekrécie GDF15 dochádza cez mito­chondriálny stres a aktiváciu stresovej odpovede cestou AMPK.
• GDF15 priaznivo ovplyvňuje nealkoholové ochorenie pečene a steatohepatitídu protizápalovými mechanizmami. Či ide o proces nezávislý od zníženia telesnej hmotnosti, zatiaľ nevieme.
• GDF15 má kardioprotektívny efekt cez zníženie aterosklerózy, hypertrofie ľavej komory srdca a isch­emického reperfúzneho poškodenia a taktiež presné mechanizmy zatiaľ tiež nepoznáme.
• V krátkom čase sa očakávajú výsledky testov s analógmi GDF15, či experimentálne výsledky budeme môcť aplikovať aj pre humánnu medicínu.