A szív- és érrendszeri megbetegedések világszerte növekvő és súlyosbodó egészségügyi problémát jelentenek. A kardiovaszkuláris betegségek következtében kialakult halálozások a mai napig vezetik a mortalitási statisztikát. A rizikófaktorok csökkentése és a prevenció fontossága vitathatatlan a szív- és érrendszeri betegségekben. A doxorubicin (DOX) egy széleskörűen alkalmazott, nem-szelektív antraciklin típusú antibiotikum, melynek leggyakoribb felhasználási területe az akut leukémiák, malignáns limfómák, és az emlő daganatok kezelése. A DOX egy nagyon hatékony antineoplasztikus szer, azonban klinikai felhasználásának limitáló tényezője a kumulatív és irreverzibilis kardiotoxicitás. A DOX-indukálta kardiotoxicitás multifaktoriális, hátterében számos bonyolult molekuláris mechanizmusok állnak, melyek a mai napig nem teljesen tisztázottak, azonban tudjuk, hogy mitokondriális diszfunkció, oxidatív stressz, lipidperoxidáció, apoptózis és az autofágia abnormális működése áll. Mivel a DOX kezelés során sérül a mitokondrium, és modulálódik az ATP termelődés, így az AMPK útvonal modulálódása várható: ez egyrészt hatással van az energia homeosztázisra, másrészt az autofágia folyamatára, hiszen az AMPK hatására indukálódhat az autofágia. Kutatócsoportunk célul tűzte ki egyrészt az autofágia szerepének vizsgálatát DOX-indukálta kardiotoxicitásban, ahol, mint kiegészítő terápiaként metformint adagoltunk. A legújabb tanulmányokban arról olvashatunk, hogy a MET számos esetben kardioprotektív hatással bír. Az irodalomban korábban már leírták, hogy a MET az AMPK útvonalon keresztül indukálni képes az autofágiát, azonban azt még nem írták le mindeddig, hogy a doxorubicinnal együttesen adagolva hogyan befolyásolja az autofágia folyamatát. További kísérleteinkben pedig a különböző dózisban alkalmazott ISO dózisfüggő szívkárosító hatásait, és a folyamatban résztvevő, különböző túlélési és halálozási útvonalak (apoptózis, nekrózis és autofágia), és azok kapcsolatát vizsgáltuk. A tanszéken korábban végzett ex vivo kísérletekből azt már tudjuk, hogy az ISO dózisfüggő toxicitást mutat, azonban a molekuláris útvonalak, s azok pontos szerepe nem teljesen tisztázott a β-receptorokra gyakorolt hatása folyamán.

Doxorubicin (DOX) is a highly effective and widely-used non-selective class I anthracycline antibiotic which is frequently incorporated in the treatment of acute leukemia, malignant lymphoma, and several solid tumors. However, the efficacy of DOX is hindered due to the cumulative and irreversible cardiotoxicity. The molecular mechanisms underlying DOX-induced cardiotoxicity are multifactorial and are still unclear, but mitochondrial dysfunction, oxidative stress, apoptosis, and dysregulation of autophagy are involved. Furthermore, the heart is very susceptible to DOX-induced lipid peroxidation and toxicity because of its high energy requirement and mitochondrial density. Autophagy is a highly conserved process which is aimed to maintain cell and tissue homeostasis, and involves the elimination of damaged and long-lived organelles under both physiological and pathological conditions, including energy and oxygen status, nutrient starvation, and modification in metabolism. Several studies have found that DOX treatment affects autophagy, however, it is still not clearly elucidated how DOX alters this process. Previous studies on this matter have shown many controversial results. Recently reported studies have demonstrated that DOX induces autophagy; however, it causes dysregulation in the autophagic flux and the autophagic process cannot be completed. In addition, Tokarska et al. reported that DOX can cause dysregulation in most processes of myocardial energy metabolism, such as the AMP-activated protein kinase (AMPK) signaling pathway. AMPK is a major sensor of cell energetic homeostasis. Low cellular energy levels and increased reactive oxygen species (ROS) result in the phosphorylation and activation of AMPK, which is able to induce autophagic processes. Metformin (MET) is an orally used first-line anti-diabetic drug for the treatment of type 2 diabetes. Several studies reported that application of MET decreases mortality and cardiovascular end-points of type 2 diabetes and has protective effects in cardiac function. Recently, several studies have found that MET activates AMPK, and through the AMPK signaling pathway it induces cardiac autophagy and improves cardiac functions. Various studies have revealed that boosting or restoring autophagy could help the cardiomyocytes to survive during DOX therapy. In the present study, we co-administered DOX and MET in order to investigate the role of MET in the autophagic process and its cardioprotective properties in DOX-induced cardiotoxicity. Thus, our investigation may offer further understanding of the role of cardiac autophagy in DOX-treated animal subjects. In addition, our hypothesis was that MET could activate AMPK, restore autophagy, and improve cardiac function, which may consequently mean that DOX co-administered with MET help the cardiomyocytes to survive. To further study the importance of autophagy during cardiotoxicity we administered isoproterenol (ISO) at different doses (0.005 mg/kg ISO; 0.05 mg/kg ISO; 0.5 mg/kg ISO; 5 mg/kg ISO; 50 mg/kg ISO), and monitored the autophagic process and the two death pathways, including apoptosis and necrosis. ISO is a catecholamine and bearing a non-selective β-adrenergic agonist property. At low dose it can be used in heart block and cardiac arrest; however, at chronic or high doses, administration of ISO leads to the development of irreversible damage of the myocardium and ultimately causes infarct-like necrosis in heart muscle. β-adrenergic overstimulation by ISO upset the balance between the oxygen demand and supply of the myocardium leading to pathological alteration. The underlying mechanisms of ISO-induced cardiac injury are complex and multifactorial, but the major drawbacks of the ISO therapy are the generation of cytotoxic free radicals in myocytes followed by oxidative stress and lipid peroxidation, which leads to progressive mitochondrial damage, inflammatory cytokines production, ionic imbalance including intracellular Ca2+ overloading that result in cardiac injury. Previous studies on this matter showed that ISO-induced myocardial damage involves apoptosis, and necrosis, moreover apoptosis seems to be an important complicating factor of myocardial injuries increasing the degree of myocyte cell death, which eventually leads to irreversible damages. However, the role of autophagy, and its connection with apoptosis and necrosis under this condition remains to be elucidated. Taken together our aims were to investigate the autophagy and cell death pathways including apoptosis and necrosis in ISO-induced cardiac injury in a dose-dependent manner.