Спектроскопическое исследование взаимодействия метиленового синего с коферментами и его влияния на метаболизм опухоли

Д.В. Поминова, А.В. Рябова, А.С. Скобельцин, И.В. Маркова, И.Д. Романишкин

Ключевые слова: метаболизм опухоли; времяразрешенная флуоресцентная микроскопия; метиленовый синий; спектроскопия; коферменты НАДН и ФАДН₂; лактат.

2025, том 17, номер 1, стр. 18.

DOI: https://doi.org/10.17691/stm2025.17.1.02

Полный текст статьи

html pdf

Аннотация
Список литературы
Как цитировать в References

Цель исследования — изучить взаимодействие метиленового синего (МС) с коферментами НАДН, ФАДН₂ и лактатом, а также оценить долгосрочное влияние МС на метаболизм опухоли in vivo при его внутривенном и пероральном введении.

Материалы и методы. Взаимодействие МС с коферментами НАДН, ФАДН₂ и лактатом исследовали с использованием абсорбционной спектрофотометрии. Долгосрочное влияние МС на метаболизм опухоли in vivo изучали на мышиной модели карциномы Эрлиха. Оценку влияния МС на метаболизм опухоли in vivo осуществляли с помощью времяразрешенной флуоресцентной микроскопии по времени жизни кофермента НАДН.

Результаты. Установлено, что НАДН является основным коферментом, с которым взаимодействует МС. Уменьшение количества лактата опосредовано сдвигом метаболизма опухоли в результате взаимодействия МС с коферментом НАДН. В экспериментах in vivo, в группах с внутривенным введением МС, существенного уменьшения скорости роста опухолей по сравнению с контролем не обнаружено. Для группы, получавшей МС с питьевой водой, наблюдалось уменьшение скорости роста опухоли, снижение уровня оксигенации и метаболического индекса a1/a2, что свидетельствует о сдвиге от гликолиза к окислительному фосфорилированию.

Заключение. Продемонстрирована возможность использования МС для коррекции метаболизма опухоли и уменьшения скорости ее роста, однако необходимо оптимизировать время терапии и концентрацию МС для получения выраженного терапевтического эффекта.

Schirmer R.H., Adler H., Pickhardt M., Mandelkow E. “Lest we forget you —methylene blue...”. Neurobiol Aging 2011; 32(12): 2325.e7–2325.e2.325E16, https://doi.org/10.1016/j.neurobiolaging.2010.12.012.
Haouzi P., Gueguinou M., Sonobe T., Judenherc-Haouzi A., Tubbs N., Trebak M., Cheung J., Bouillaud F. Revisiting the physiological effects of methylene blue as a treatment of cyanide intoxication. Clin Toxicol (Phila) 2018; 56(9): 828–840, https://doi.org/10.1080/15563650.2018.1429615.
Brooks M.M. Methylene blue as antidote for cyanide and carbon monoxide poisoning. JAMA 1933; 100(1): 59, https://doi.org/10.1001/jama.1933.02740010061028.
Shiva S., Brookes P.S., Patel R.P., Anderson P.G., Darley-Usmar V.M. Nitric oxide partitioning into mitochondrial membranes and the control of respiration at cytochrome c oxidase. Proc Natl Acad Sci U S A 2001; 98(13): 7212–7217, https://doi.org/10.1073/pnas.131128898.
Herman M.I., Chyka P.A., Butler A.Y., Rieger S.E. Methylene blue by intraosseous infusion for methemoglobinemia. Ann Emerg Med 1999; 33(1): 111–113, https://doi.org/10.1016/s0196-0644(99)70427-0.
Wendel W.B. The control of methemoglobinemia with methylene blue. J Clin Invest 1939; 18(2): 179–185, https://doi.org/10.1172/JCI101033.
Howland R.H. Methylene blue: the long and winding road from stain to brain: Part 1. J Psychosoc Nurs Ment Health Serv 2016; 54(9): 21–24, https://doi.org/10.3928/02793695-20160818-01.
Tardivo J.P., Del Giglio A., de Oliveira C.S., Gabrielli D.S., Junqueira H.C., Tada D.B., Severino D., de Fátima Turchiello R., Baptista M.S. Methylene blue in photodynamic therapy: from basic mechanisms to clinical applications. Photodiagnosis Photodyn Ther 2005; 2(3): 175–191, https://doi.org/10.1016/S1572-1000(05)00097-9.
Taldaev A., Terekhov R., Nikitin I., Melnik E., Kuzina V., Klochko M., Reshetov I., Shiryaev A., Loschenov V., Ramenskaya G. Methylene blue in anticancer photodynamic therapy: systematic review of preclinical studies. Front Pharmacol 2023; 14: 1264961, https://doi.org/10.3389/fphar.2023.1264961.
Privistirescu A.I., Sima A., Duicu O.M., Timar R., Roşca M.G., Sturza A., Muntean D.M. Methylene blue alleviates endothelial dysfunction and reduces oxidative stress in aortas from diabetic rats. Can J Physiol Pharmacol 2018; 96(10): 1012–1016, https://doi.org/10.1139/cjpp-2018-0119.
Yang S.H., Li W., Sumien N., Forster M., Simpkins J.W., Liu R. Alternative mitochondrial electron transfer for the treatment of neurodegenerative diseases and cancers: methylene blue connects the dots. Prog Neurobiol 2017; 157: 273–291, https://doi.org/10.1016/j.pneurobio.2015.10.005.
Chiarugi A., Dölle C., Felici R., Ziegler M. The NAD metabolome — a key determinant of cancer cell biology. Nat Rev Cancer 2012; 12(11): 741–752, https://doi.org/10.1038/nrc3340.
Vander Heiden M.G., Cantley L.C., Thompson C.B. Understanding the Warburg effect: the metabolic requirements of cell proliferation. Science 2009; 324(5930): 1029–1033, https://doi.org/10.1126/science.1160809.
Warburg O. On respiratory impairment in cancer cells. Science 1956; 124(3215): 269–270, https://doi.org/10.1126/science.124.3215.269.
Hanahan D., Weinberg R.A. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell 2011; 144(5): 646–674, https://doi.org/10.1016/j.cell.2011.02.013.
Schulz T.J., Thierbach R., Voigt A., Drewes G., Mietzner B., Steinberg P., Pfeiffer A.F., Ristow M. Induction of oxidative metabolism by mitochondrial frataxin inhibits cancer growth: Otto Warburg revisited. J Biol Chem 2006; 281(2): 977–981, https://doi.org/10.1074/jbc.M511064200.
Colegio O.R., Chu N.Q., Szabo A.L., Chu T., Rhebergen A.M., Jairam V., Cyrus N., Brokowski C.E., Eisenbarth S.C., Phillips G.M., Cline G.W., Phillips A.J., Medzhitov R. Functional polarization of tumour-associated macrophages by tumour-derived lactic acid. Nature 2014; 513(7519): 559–563, https://doi.org/10.1038/nature13490.
Huber V., Camisaschi C., Berzi A., Ferro S., Lugini L., Triulzi T., Tuccitto A., Tagliabue E., Castelli C., Rivoltini L. Cancer acidity: an ultimate frontier of tumor immune escape and a novel target of immunomodulation. Semin Cancer Biol 2017; 43: 74–89, https://doi.org/10.1016/j.semcancer.2017.03.001.
DeBerardinis R.J., Lum J.J., Hatzivassiliou G., Thompson C.B. The biology of cancer: metabolic reprogramming fuels cell growth and proliferation. Cell Metab 2008; 7(1): 11–20, https://doi.org/10.1016/j.cmet.2007.10.002.
Heikal A.A. Intracellular coenzymes as natural biomarkers for metabolic activities and mitochondrial anomalies. Biomark Med 2010; 4(2): 241–263, https://doi.org/10.2217/bmm.10.1.
Barron E.S. The catalytic effect of methylene blue on the oxygen consumption of tumors and normal tissues. J Exp Med 1930; 52(3): 447–456, https://doi.org/10.1084/jem.52.3.447.
Harrop G.A., Barron E.S. Studies on blood cell metabolism: I. The effect of methylene blue and other dyes upon the oxygen consumption of mammalian and avian erythrocytes. J Exp Med 1928; 48(2): 207–223, https://doi.org/10.1084/jem.48.2.207.
Poteet E., Choudhury G.R., Winters A., Li W., Ryou M.G., Liu R., Tang L., Ghorpade A., Wen Y., Yuan F., Keir S.T., Yan H., Bigner D.D., Simpkins J.W., Yang S.H. Reversing the Warburg effect as a treatment for glioblastoma. J Biol Chem 2013; 288(13): 9153–9164, https://doi.org/10.1074/jbc.M112.440354.
Pominova D., Ryabova A., Skobeltsin A., Markova I., Linkov K., Romanishkin I. The use of methylene blue to control the tumor oxygenation level. Photodiagnosis Photodyn Ther 2024; 46: 104047, https://doi.org/10.1016/j.pdpdt.2024.104047.
Pominova D.V., Ryabova A.V., Skobeltsin A.S., Markova I.V., Romanishkin I.D., Loschenov V.B. Spectroscopic study of methylene blue in vivo: effects on tissue oxygenation and tumor metabolism. Biomedical Photonics 2023; 12(1): 4–13, https://doi.org/10.24931/2413-9432-2023-12-1-4-13.
Stratonnikov A.A., Loschenov V.B. Evaluation of blood oxygen saturation in vivo from diffuse reflectance spectra. J Biomed Opt 2001; 6(4): 457–467, https://doi.org/10.1117/1.1411979.
Sevcik P., Dunford H.B. Kinetics of the oxidation of NADH by methylene blue in a closed system. J Phys Chem 1991; 95(6): 2411–2415, https://doi.org/10.1021/j100159a054.
Chu C., Lin H., Liu H., Wang X., Wang J., Zhang P., Gao H., Huang C., Zeng Y., Tan Y., Liu G., Chen X. Tumor microenvironment-triggered supramolecular system as an in situ nanotheranostic generator for cancer phototherapy. Adv Mater 2017; 29(23): 10.1002/adma.201605928, https://doi.org/10.1002/adma.201605928.
Sharick J.T., Favreau P.F., Gillette A.A., Sdao S.M., Merrins M.J., Skala M.C. Protein-bound NAD(P)H lifetime is sensitive to multiple fates of glucose carbon. Sci Rep 2018; 8(1): 5456, https://doi.org/10.1038/s41598-018-23691-x.
Peter C., Hongwan D., Küpfer A., Lauterburg B.H. Pharmacokinetics and organ distribution of intravenous and oral methylene blue. Eur J Clin Pharmacol 2000; 56(3): 247–250, https://doi.org/10.1007/s002280000124.
Tranquada R.E., Bernstein S., Grant W.J. Intravenous methylene blue in the therapy of lactic acidosis. Arch Intern Med 1964; 114: 13–25, https://doi.org/10.1001/archinte.1964.03860070059003.

Pominova D.V., Ryabova A.V., Skobeltsin A.S., Markova I.V., Romanishkin I.D. Spectroscopic Study of Methylene Blue Interaction with Coenzymes and Its Effect on Tumor Metabolism. Sovremennye tehnologii v medicine 2025; 17(1): 18, https://doi.org/10.17691/stm2025.17.1.02