Early metformin intervention prevents hepatocellular carcinoma in a carbon tetrachloride induced mouse model of cirrhosis

Background: Il carcinoma epatocellulare (HCC) è il quinto tumore maligno più frequente al mondo ed uno dei più mortali. La trasformazione oncogenica è generalmente sempre presente nella malattia epatica cronica, spesso come conseguenza della fibrosi epatica e della cirrosi. Le indagini di laboratorio che si effettuano di routine e quelle normalmente disponibili possono identificare pazienti a rischio per HCC. A causa della prognosi infausto di HCC, questi pazienti sono i migliori candidati per la chemio prevenzione. La metformina è un agente ipoglicemico dimetilbiguanide economico, utilizzato per il trattamento di pazienti con diabete mellito di tipo 2 (DM2) e con un ampio profilo di sicurezza. Precedenti studi epidemiologici hanno dimostrato che il DM2 è un importante fattore di rischio per lo sviluppo dell'HCC. Tuttavia, in coorti diabetiche trattate con metformina, lì è stata una significativa riduzione dell'incidenza e della mortalità del cancro. Abbiamo ipotizzato che la precoce chemio prevenzione con metformina nella regolazione della fibrosi epatica non diabetica potrebbe ridurre la trasformazione neoplastica degli epatociti. Metodi: La fibrosi epatica e la cirrosi sono state indotte in topi transgenici che sovra-esprimono il microRNA-221, mediante somministrazione cronica di tetracloruro di carbonio. L’utilizzo della metformina è stato introdotto nella fase precoce di sviluppo della fibrosi, in questi topi. Utilizzando tecniche di imaging intravitale, tecniche molecolari e analisi istologiche, abbiamo valutato la presenza di: fibrosi, steatosi, incidenza dei tumori, apoptosi , proliferazione nel parenchima epatico e la via di segnalazione di AMPK e AKT. I dati ottenuti sono stati analizzati tramite analisi della varianza e test t di Student per valori non appaiati. Tutti i test statistici utilizzati sono di tipo a due code. Risultati: l'utilizzo precoce della metformina ha causato la soppressione della crescita dei tumori nei modelli di topo TG221 di carcinoma epatocellulare con cirrosi indotta. Gli animali trattati con metformina mostrano: 1) riduzione della fibrosi epatica, come evidenziato dalla colorazione tricromica di Masson; 2) diminuzione della steatosi e del contenuto lipidico epatico (olio rosso O, P<0,01 vs non trattato); 3) miglioramento della funzionalità epatica; 4) ridotta incidenza di noduli epatici superficiali (92% riduzione P<0,0001 vs non trattato). Inoltre la metformina induce attivazione di AMPK, inibizione del pathway AKT, sovra-regolazione globale dei microRNA e induzione di autofagia. Conclusioni: questi dati suggeriscono che la metformina agisce interrompendo più di un nodo nella fase precoce del carcinoma epatocellulare, attenuando la progressione della malattia epatica cronica e quindi conferendo effetti epatoprotettivi.

Background: Hepatocellular carcinoma (HCC) is the fifth most common malignancy worldwide and one of the most deadly cancers. Oncogenic transformation is generally ubiquitous in chronic liver disease, often as a consequence of liver fibrosis and cirrhosis. Routine and readily available laboratory investigations can identify at-risk for HCC cohorts. Because of abysmal prognosis of HCC, these patients are best candidates for chemoprevention. Metformin is an inexpensive, dimethylbiguanide hypoglycaemic agent used to treat type 2 diabetes mellitus patients (DM2) with a broad safety profile. Previous epidemiological studies have shown that DM2 is a major risk factor for development of HCC. However, in metformin treated diabetic cohorts, there has been significant reduction in cancer incidence and mortality. We hypothesized that early chemoprevention with metformin in non-diabetic liver fibrosis setting could decrease neoplastic transformation of hepatocytes. Methods: Liver fibrosis and cirrhosis was induced in transgenic microRNA 221 overexpressing mice by chronic administration of carbon tetrachloride. Metformin intervention was initiated at the stage of early fibrosis in these mice. Using intravital imaging, molecular techniques and histological analysis we determined fibrosis, steatosis, incidence of tumours, apoptosis and proliferation in liver parenchyma, AMPK and AKT signalling. Data were analysed with one-way analysis of variance and unpaired student t-test. All statistical tests were two-sided. Results: Early metformin intervention abrogated growth of tumours in TG221 mouse models of HCC with cirrhotic background. Metformin treated animals displayed 1) reduced liver fibrosis as evidenced by Masson’s trichrome staining, 2) decreased steatosis and hepatic lipid content (Oil red O, P < 0.01 vs un-treated), 3) improved liver function and 4) reduced incidence of surface liver nodules (92% reduction P< 0.0001 vs un-treated). Metformin mediated AMPK activation, AKT pathway inhibition, global upregulation of microRNAs and induction of autophagy. Conclusion: These data suggest that metformin interrupts more than one node in initiation of HCC, mitigates progression of chronic liver disease and as consequence confers hepatoprotective effects.