Metf ormina y Metabolismo óseo

Dr. Juan Enrique BlümelDpto. Medicina Interna Sur

Universidad de Chile

Santiago 10-11 de Mayo 2019

XXVI CongresoSCHOMM

No tengo conflicto de intereses

El aumento de la expectati va de vida es un fenómeno global

Aumento de expectativas de vida en últimas décadas (mujeres)

Población mayor de 60 y de 90 años 1992-2017 Chi le

15%

10%

5%

0

1992 2017 1992 2017 Mayores 60 años Mayores 90 años

9.8%

16.2%

0.2% 0.5%

+ 6.4%

+ 0.3%

Hemos aumentado al expectativa de vida, pero no hemos prolongado la vida

Instituto Nacional de Estadística. Chile. Censo Nacional de Población y Vivienda Redatam 1992 - 2002 - 2017.

No modificables:•Envejecimiento•Factores genéticos

Modificables:

• Estilos de vida

Condiciones intermedias:

• Hipertensión• Dislipidemia• Obesidad • Pre-diabetes

Enfermedad:

• Cardiovascular• Cáncer• Diabetes • Artrosis• Osteoporosis

Envejecimiento: principal factor de riesgo de enfermedades

crónicas

Mala CVMortalidad

El envejecimiento es la acumulación tiempo-dependiente de daño celular, lo que

resulta en una declinación progresiva de las funciones fisiológicas y aumento de

las enfermedades crónicas y muerte.

La Edad es el principal factor de riesgo de cáncer, enfermedad cardiovascular,

disfunción metabólica, demencias, artrosis, sarcopenia, osteoporosis, etc.

El envejecimiento está determinado genéticamente, pero puede ser manipulado.

Lopez-Otin C. Cell. 2013;153(6):1194–217

¿Qué es el envejecimiento?

Un poco de historiaMuchos han buscado prolongar la vida

Qin Shi Huang (260-210 AC), primer emperador de China. Cuenta la tradición que murió envenenado por una terapia, compuesta por mercurio y plomo, que ingería para prolongar la vida.

Los genes y la restricción calórica infl uyen en la longevidad

Gráficos de supervivencia de ratones enanos Ames (DF) y normales (tipo salvaje, WT) alimentados ad libitum (AL) o restringidos al 70% de la ingesta calórica normal (restricción calórica, CR).

Bartke A. Nature 2001; 414; 412.

• Inestabilidad genómica. Radiación, ROS alteran DNA y llevan a senescencia o apotosis celular.

• Atriccion del telómero. La duplicación celular acorta el telómero y puede conducir con los años a apoptosis.

• Alteraciones epigenéticas. La expresión de los genes puede ser reguladas por cambios enzimáticos propios del envejecimiento.

• Pérdida proteostasis. Falla de eliminación de proteínas dañadas.

• Falla de regulación de señales de insulina e IGF-1. mTOR.

• Disfunción mitocondrial.

• Senescencia celular.

• Agotamiento de células madres.

• Falla de la comunicación intercelular.

Lopez-Otin C. Cell. 2013;153(6):1194–21

Mecanismo de envejecimiento

Rodier F, Campisi J. J Cell Biol. 2011;192:547-56.

Fue descrita hace más de 40 años. Los fibroblastos en cultivos experimentan inicialmente una rápida división; pero después, pierden su capacidad de duplicación. Sin embargo, permanecen viable en un estado senescente por muchas semanas.

Posteriormente se entendió la senescencia celular como una detención irreversible del crecimiento que se produce cuando las células experimentan agresiones. Es un mecanismo anti-cáncer.

Senescencia Celular

Marcadores de Senescencia :

SASP: Senescence-Associated Secretory Phenotype (40-80 factores involucrados en diferentes vías de señalización intracelular: IL-6, IL-1, IL-8; MMP-3, etc).•p16INK4a: proteína supresora de tumores.•SA-Bgal: Senescence-associated beta-galactosidase.•DNA-SCARS: DNA segments with chromatin alterations reinforcing senescence.

•SAHF: Senescence-associated heterochromatin foci.•Acortamiento de telomeros.

Enfermedades crónicasEnvejecimiento

Senescencia celular

Stress

Farr JN. Bone April 2019; 121:121–133

Senescencia celular en el hueso

Farr JN. J Bone Miner Res. 2018 September; 33(9): 1568-84

Senescenciacelular

ROSmitocondrial

DisregulacionInsulina/IGF-1

AgotamientoCels. madre

Comunicacióncelular alterada

Reparacióncelular

Dañoesporádico

Regeneracióntisular Sistema

inmune

Envejecimiento(osteoporosis)

Osteoprogenitores Cels. mieloidesOsteocitos

• 1964. En Rapa Nui se detecta en muestras de tierra un producto con propiedades antibióticas.

• 1975. Purificación del producto. Se le nombra rapamicina por Rapa Nui.

• 1977 Se demuestra actividad inmunosupresora.

• 1984 Se encuentra actividad antitumoral.

• 1991 Se identifica su acción en genes que se denominaron TOR (Target Of Rapamicina).•

• 1995. Se descubre el mecanismo de acción de la rapamicina.

• 1999 Aprobado (FDA) para uso en trasplante renal.

• 2006 Se muestra que extienden la vida útil de las levaduras.

• 2007 Aprobado para tratamiento de cáncer.

• 2009 Se muestra que prolonga la vida de los ratones.

• 2011 Se muestra efectos positivos en Alzheimer (ratones). Aprobado para tratar cáncer de páncreas.

• 2012 Se muestra que prolongan la vida de los nemátodos.

• 2014-2018 Uso en diferentes cánceres, enfermedades crónicas y cirugía coronaria.

• 2019. Más de 39.308 artículos en PubMed (09/05/19).

Simon C. Nature 2013; 493, 338–34)

Un poco de historia: Rapamicina (mTOR)

Acciones celulares de Rapamicina

Johnson SC. Nature 2013; 493, 338-34.

Interacción de mTor y envejecimiento

Johnson SC. Nature 2013; 493, 338-34.

IIS: insulin/IGF signalingFOXO: transcription factors

Acciones de metf ormina en el envejecimiento

Inflamación Sobrevida celular Defensa estrés Autofagia Síntesis proteínas

Akt : protein kinase BAMPK : AMP-activated protein kinase.IGF-1 : insulin-like growth factor 1.IL-6 : interleukin 6IRS : insulin receptor substratemTOR : mammalian Target of Rapamycin.PAI-1 : plasminogen activator inhibitor-1PI3K : phosphatidylinositol 3-kinaseSIRT-1 : sirtuina 1TNF- tumor necrosis factor- 𝛂TN-kB : Factor nuclear Kappa

Barzilai N. Cell Metabolism 2016; 23: 1060-65

METFORMINA

• ↓ niveles insulina.

• ↓ señalización IGF-1.•

• Inhibición de mTOR.•

• Reducción de ROS.

• Activación AMPK .

• ↓ en daño a ADN

Metf ormina: ¿Fármaco anti -envejecimiento?

Metformin

Anti-Aging Pill?

Metf ormina y envejecimiento (ratas)

En ratas metformina (100mg/kg) extiende el promedio de vida en 37.8%

Anisimov VN. Cell Cycle 2008; 7:2769-73.

Mejora: tiempo en rotarod (+30%), distancia recorrida en treadmill, riesgo de catarata, pruebas de tolerancia oral a la glucosa, insulina y función cognitiva

Allard JS. Behav Brain Res 2016: 301, 1-9.

Rotarod

• Pacientes diabéticos tratados con metformina tienen 20% menor riesgo de ECV y 36% menos muerte en comparación con otros tratamiento. UKPDS group. Lancet 1998; 352(9139):1558.

• En el estudio HOME pacientes tratados con insulina, al agregar metformina reducen en 40% los eventos cardiovasculares después de 4 años. Kooy A. Arch

Intern Med 2009; 169:616-25.

• En el Singapore Longitudinal Aging Study metformina mostró una asociación inversa con el deterioro cognitivo (OR = 0.49, IC 95% 0.25-0.95). Ng TP. J Alzheimers

Dis 2014;41:61-8.

Metf ormina y envejecimiento (humanos)

Un paradigma de envejecimiento: Las enfermedades osteomusculares

• 10-20% de mayores de

60 años tienen síntomas.• 30-50% tienen arthrosis.• Inglaterra 1 millón de

consultas anuales.• Más del 90% de los

reemplazos articulares.• £ 3.2 billion.

Osteoartritis (artrosis)• En LATAM 45% a 50% de las mujeres

tienen osteopenia vertebral y 12 a 17% tiene osteoporosis.

• Cuello femoral: 46 a 57% tienen osteopenia; 8% a 22%, osteoporosis.

• Chile. Mujeres mayores de 50 años, 46% osteopenia; 22% osteoporosis.

• México. Una de cada cuatro personas tiene osteopenia u osteoporosis (24 millones de persona).

Osteoporosis

Sarcopenia Factor común: vejez

• 5-13% en población de 60-70 años; sube a 11-50% en mayores de 80 años.• Actualmente afecta a 50 millones de personas en el mundo• En 40 años afectará a más de 200 millones.

Riera G. Salud pública Méx vol. 2009; S1: 52-55

Osteoporosis y Senescencia Ósea (ratones)

Pre-OB OB Osteocitos Linf. B Linf.T Mieloide

Jóvenes

Viejos

Farr JN. J Bone Miner Res 2016; 31:1920-29

Ratones

Exp

resi

ón

no

rmal

izad

o

X10-5

25

20

15

10

5

0

p16ink4a

Farr JN. J Bone Miner Res 2016; 31:1920-29

Bíomarcadores de Senescencia Ósea (humanos)SASP en tejido óseo humano

Joven: 27 años; mayor:78 años

p16ink4a p21 p538

6

4

2

0

20

15

10

5

0

15

10

5

0

Exp

resi

ón

no

rmal

izad

o

Exp

resi

ón

no

rmal

izad

o

Exp

resi

ón

no

rmal

izad

o

Joven Mayor Joven Mayor Joven Mayor

X10-4 X10-4 X10-2

Senescencia celular en Osteoartritis (Artrosis)

Envejecimiento y obesidad (inflamación crónica) alteran equilibrio metabólico del cartílago.

Esto provoca disfunción mitocondrial, lo que aumenta ROS, el cual daña DNA.

El daño de DNA, a través de p53, lleva a senescencia celular.

Obesidad(inflamación crónica)

Vejez

ROS

Daño DNA(reducida reparación)

Senescencia celular

Daño DNA Mit.: Disfunción Biogénesis (AMPK) Mitofagia

Disfución Metab.

Inflamación

Activacióncitokinas

Daño a proteínas

Artrosis

Loeser RF. Clin Geriatr Med 2010; 26(3): 371–386.

Bío marcadores de senescencia celular en Artrosis

Anderson, AS, Best Pract. Res. Clin. Rheumatol . 2010; 24:15-26.

La senescencia celular por divisiones múltiples no se produce en cartílago; los condrocitos raramente se dividen.

La senescencia en el cartílago resulta del daño oxidativo, la inflamación y la activación de oncogenes.

Los condrocitos en artrosis muestran acortamiento de telómeros, una característica de las células senescentes.

Esto, es consecuencia del aumento de producción de citokinas (IL-1, IL-6, and IL-8), metaloproteinasas, y factores de crecimiento (EGF).

La senescencia de células madres musculares (cels. satélites) esta implicada en la sarcopenia

• La regeneración muscular depende de células madres. Está alterada en ancianas.• La vejez provoca una inducción de p16INK4a en células madres, lo cual traduce un

estado senescente. Este, provoca una regeneración defectuosa en el músculo sarcopénico.

Adulto Anciano

Inactiva

Senescente Inactiva

REGENERACIÓN

ENVEJECIMIENTO

Sousa-Victor P. Cell Cycle 2014;13(20):3183-90.

Farmacología de la vejez

Co-morbilidades en la vejez Polifarmacia

Entre el 36% y el 39% de los adultos mayores toman 5 o más medicamentos recetados.

Si se incluye el uso de medicamentos de venta libre, el porcentaje de ancianos que toman 5 o más medicamentos aumenta a 67%.

La terapia anti-senescencia apunta a un solo objetivo

Efectos del bloqueo de mTOR sobre enfermedades crónicas

BloqueomTOR

Efectos (+)Efectos (+/-)

Tratamiento de la senescencia celular

Reducir células senescente activando un gen suicida con un fármaco (AP20187).

Usar fármacos senolíticos (quercetina y desatinib).

Inhibiendo el fenotipo SASP (bloquear la producción de citokinas y MPs (JAKi).

Farr JN. Nat Med 2017; 23:1072-79

Tratamiento de la senescencia celular en osteoporosis

Ratones viejos con pérdida ósea tratados durante 2-4 meses con

las 3 intervenciones anti-aging. Mejoró en forma similar la masa

ósea y la microarquitectura tanto en hueso trabecular como

cortical.

Usando ya sea el enfoque genético o los senolíticos, hubo una

reducción del ~ 50% en los osteocitos senescentes, lo que indica

que no se requería la eliminación completa de las células

senescentes para los efectos beneficiosos en el esqueleto.

Farr JN. Nat Med 2017; 23:1072-79

SATB2, proteína que regular la transcripción celular, es crucial para la diferenciación osteogénica de las células madres del hueso.

Ratas ooforectomizadas expresan menos SATB2 en células madres, lo que se asocia a mayor senescencia y menos diferenciación osteogénica.

La administración de E2 provoca mayor expresión de SATB2, que se

inhibe al bloquear RE-β.

E2 disminuye senescencia celular y aumenta diferenciación osteogénica.

Estos resultados indican que el estrógeno previene la osteoporosis al promover la diferenciación celular, mediante la inhibición de la senescencia de las células madres a través de una vía RE-β/SATB2

Wu G1. J Cell Physiol 2018 May;233(5):4194-4204.

Tratamiento de la senescencia celular en osteoporosis

Condrocitos senescentes (CS) se encuentran en cartílagos artrósicos.

En ratones sometidos a traumas crónicos se acumulan CS. La eliminación

con técnicas genéticas de CS disminuye OA.

La inyección intraarticular de un senolítico provoca los mismos efectos.

La eliminación selectiva de CS en cultivos celulares de condrocitos de

pacientes con OA disminuye la expresión de marcadores senescentes y

aumenta la expresión de las proteínas de la matriz del cartílago.

Colectivamente, estos hallazgos señalan a los CS como un objetivo

terapéutico para tratar la artrosis.

Tratamiento de la senescencia celular en Artrosis

Jeon OH. Nat Med 2017; 23(6):775-781.

ROS inducen senescencia celular. ¿Habrá algún un rol para los

antioxidantes?

En cultivos de osteoblastos de pacientes artrósicos, el ácido

ascórbico disminuyó las células senescentes y ROS. Ello, se asoció

con mayor proliferación celular; o sea, aumento de osteoblastos

subcondrales.

La eliminación de osteoblastos subcondrales senescente aparece

como un target para el tratamiento de la artrosis.

Antioxidantes en la senescencia celular de la Artrosis

Burger MG. Int J Mol Sci 2017;18(12). pii: E2517.

La eliminación de células senescentes o la inhibición de la producción

de su SASP (citoquinas, MP, etc.) en ratones:

Mejora la función cardíaca y vasomotora.

Reduce la calcificación aórtica y la inestabilidad de la placa.

Mejora la sensibilidad a la insulina.

Reduce la debilidad en ratones viejos.

Zhu Y. Aging Cell 2015; 14:644-58Roos CM. Aging Cell 2016; 15:973-77Childs BG. Science 2016; 354:472-77Xu M. Elife 2015; 4:e12997Xu M. Proc Natl Acad Sci USA 2015; 112:301-310

Senescencia y otras enfermedades de la vejez

Con los antecedentes previos se planificó el estudio TAME en el año 2017:

3.000 sujetos de entre 65 y 79 años fueron aleatorizados para recibir

tratamiento con placebo o metformina.

Se evaluará un índice compuesto por eventos cardiovasculares, cáncer,

demencia y mortalidad.

Este estudio está avalada por la FDA.

Sus primeros resultados los tendremos en tres años más.

Targeting Aging With Metformin (TAME) Study

¿Por qué Metformina en el TAME?

Con uso de metformina se observa:

40% mayor sobrevida en ratas.

En humanos, menos factores de riesgo cardiovascular.

Menor contenido de calcio coronario.

Menor mortalidad en diabéticos con metformina comparados

con los tratados con otras terapias antidiabéticas.

Anisimov et al., 2008, Goldberg et al., 2013; Haffner et al.,2005; Goldberg et al., 2015; UKPDS Group, 1998

Latinoamérica. REDLINC-IX

Hipótesis: Si el uso de metformina pudiera modificar el envejecimiento en

humanos este efecto podría reflejarse en la densidad mineral ósea.

Pacientes y Método: 100 Mujeres mayores de 50 años por centro. Estudio

longitudinal retrospectivo.

Objetivo primario: Comparar osteoporosis entre usuarios de MET y controles.

Objetivo secundario: Relacionar la masa ósea con síntomas climatéricos. Los

bochornos se han asociado con osteoporosis.

Características de participantes en REDLINC-IX

Mujeres Controles: 954 Usuarios Metformina: 616 p<

Edad 60,8 ± 7.9 63,1 ± 7.8 0.0001Años estudio 11.0 ± 7.3 11,2 ± 5.8 0.2910IMC 23.1 ± 10.3 27.0 ± 9.1 0.0001DMO Columna (g/cm2) 0,942 ± 0,251 1.008 ± 0,208 0.0001DMO Caderas (g/cm2) 0,826 ± 0,206 0,972 ± 0,153 0.0001T Columna -1.49 ± 1,31 -1,10 ± 1.90 0.0001T Cadera -1.09 ± 1,08 -0.78 ± 1.07 0.0001Osteoporosis (%) 24.4 13.3 0.0001Histerectomía (%) 16.2 26.1 0.0001Ooforectomía (%) 12.8 15.0 0.0290Actividad Física (150 min/sem) 49.9 32.8 0.0001Menopáusicas (%) 95.2 97.1 0.0180Fracturas (%) 14.7 15.5 nsUsa calcio (%) 42.3 46.7 0.0110Usa Vit D (%) 42.5 46.7 0.0130Antecedentes cardiovasculares (%) 14.0 20.1 0.0001Antecedentes Cáncer (%) 6.0 8.1 0.0210Diabetes (%) 3.6 70.4 0.0001

1.259 mujeres.40 a 89 años

Argentina, Bolivia, Brasil, Chile,

Ecuador, México, Panamá, Paraguay,

Perú.

Variable OR IC 95%

Edad (años) 1.07 1.05 - 1.09

IMC (kg/m2) 0.92 0.89 - 0.96

Uso de Metformina 0.44 0.32 - 0.69

Variables que no entraron en el modelo: THM, ooforectomía, Calcio, Vit D, cigarrillos, bochornos, diabetes.

Riesgo de osteoporosis en usuarias de metforminaRegresión logística

Metformina evita pérdida ósea inducida por corticoides

Zhao J. J Bone Miner Metab. 2019 Jan 31. [Epub ahead of print]

Ratas:Ctr : ControlesMP : MetilprednisolonaAln : AlendronatoMet: Metformina

Marcadores bioquímicos:

• Met: Disminuye reabsorción Aumenta formación• Aln : Disminuye reabsorción

DMO Fémur

DMO 5° vertebra lumbar