Erken yaşam stresinde metformin kullanımının hipokampusun nörogenezine etkileri
Effects of metformin use on hippocampal neurogenesis in early life stress
Yazar: EKİN BAYSAL DOĞAN
Danışman: PROF. DR. ESRA ERDEMLİ
Ankara Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Histoloji ve Embriyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2024
Konu: Histoloji ve Embriyoloji = Histology and Embryology

Özet:
Erken Yaşam Stresinde Metformin Kullanımının Hipokampusun Nörogenezine Etkileri

Amaç: Erken yaşam stresi (EYS), nöropsikiyatrik hastalıklar başta olmak üzere uzun vadeli sağlık sorunlarına zemin hazırlamaktadır; bu nedenle, etkili müdahale stratejilerinin geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Çalışmamızda, diyabet tedavisinde uzun süredir kullanılan; nörotrofik ve nöroprotektif özelliklere sahip olduğu bildirilen metforminin, EYS'nin hipokampal nörogenez ve dendrit gelişiminde yol açtığı olumsuz etkileri erken dönemde önleme potansiyeli araştırılmıştır. 
Gereç ve Yöntem: Bu hipotezi test etmek için, erkek ve dişi yenidoğan Wistar sıçanları kontrol, metformin uygulaması, EYS modeli ve EYS ile birlikte metformin uygulaması olmak üzere dört gruba ayrılmıştır. EYS modeli, yavruların yaşamlarının ilk iki haftasında her gün 180 dakika süreyle maternal separasyon ve izolasyona tabi tutulmasıyla oluşturulmuştur (MS180). Aynı dönemde, günlük 50 mg/kg dozunda intraperitoneal metformin uygulanmış ve vücut kütlesi ölçümleri düzenli olarak kaydedilmiştir. Doğum sonrası 15. günde kortikosteron ölçümleri için kan örnekleri alınmıştır. Histolojik analizler için sol beyin hemisferleri formaldehitle fikse edildikten sonra rutin doku takibinden geçirilmiş ve parafine gömülmüştür. Koronal kesitler; proliferasyon (Ki67), yeni nöron (Doublecortin; DCX), olgun nöron (NeuN) ve apopitoz (cleaved-caspase-3) belirteçleri ile immünohistokimyasal olarak işaretlenmiştir buna ilaveten hipokampusun stereolojik hacim tahminleri için hematoksilen ve eozin boyaması yapılmıştır. Sağ beyin hemisferlerinde, Golgi-Cox impregnasyonu sonrasında nöronların dendrit yapısı ve diken yoğunluğu değerlendirilmiştir. 
Bulgular: EYS modelinde metformin uygulamasının dentat girusta proliferasyonu, yeni nöron oluşumunu, hücre sağkalımını, dendrit büyümesini ve dendrit dikeni oluşumunu arttırarak gelişimsel nörogenezi iyileştirdiği tespit edilmiştir. Bu olumlu etkiler her iki cinsiyette de görülmekle birlikte sadece dişilerde istatistiksel anlamlılık düzeyine ulaşmıştır. Ayrıca, metformin uygulamasının stres altındaki erkek yavrularda ikinci haftadan itibaren gelişimsel kilo alımını anlamlı ölçüde yavaşlatması dikkat çekicidir. 
Sonuç: Bu bulgular, metforminin EYS'ye bağlı nörogelişimsel bozuklukları önleme potansiyelini ortaya koymaktadır. EYS'de metformin uygulamasının nörogenez üzerindeki kalıcı etkilerinin yanı sıra yetişkinlikteki bilişsel ve davranışsal sonuçlarını incelemek ve gözlemlenen cinsiyet farklılıklarının altında yatan moleküler ve endokrin mekanizmaları aydınlatmak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.

Anahtar Kelimeler: erken yaşam stresi, hipokampus, metformin, nörogenez, nöroproteksiyon

Abstract:
Effects of Metformin Use on Hippocampal Neurogenesis in Early Life Stress

Aim: Early life stress (ELS) is known to predispose individuals to long-term health issues, particularly neuropsychiatric disorders, underscoring the importance of developing effective intervention strategies. Our study investigates the potential of metformin—a well-established antidiabetic drug with reported neurotrophic and neuroprotective properties—to mitigate the adverse effects of ELS on hippocampal neurogenesis and dendritic development in early life. 
Materials and Methods: To test this hypothesis, newborn male and female Wistar rats were divided into four groups: control, metformin administration, ELS model, and ELS combined with metformin treatment. The ELS model was induced by subjecting pups to maternal separation and isolation for 180 minutes daily during the first two weeks of life (MS180). During the same period, 50 mg/kg/day of intraperitoneal metformin was administered, with body mass measurements recorded regularly. At postnatal day 15, blood samples were collected for corticosterone measurement. Left brain hemispheres were fixed in formaldehyde, processed, and embedded in paraffin for histological analysis. Coronal sections were immunohistochemically labeled with markers for proliferation (Ki67), immature neurons (Doublecortin; DCX), mature neurons (NeuN), and apoptosis (cleaved caspase-3), and hematoxylin and eosin staining was performed to estimate the stereological volume of the hippocampus. In the right hemispheres, dendritic structure and spine density of neurons were evaluated following Golgi-Cox impregnation.
Results: Metformin treatment in the ELS model was found to improve developmental neurogenesis in the dentate gyrus by enhancing proliferation, neurogenesis, cell survival, dendritic growth, and spine formation. While these beneficial effects were observed in both sexes, statistical significance was attained only in females. Additionally, it is noteworthy that metformin administration significantly slowed developmental body mass gain in male pups under stress starting from the second week. 
Conclusions: These findings highlight metformin's potential as an intervention to counteract the neurodevelopmental disruptions associated with ELS. Further research is warrented to examine the enduring effects of metformin administration on neurogenesis in the context of ELS, as well as on cognitive and behavioral outcomes in adulthood, and to elucidate the molecular and endocrine mechanisms underlying the observed sex differences.

Key Words: early life stress, hippocampus, metformin, neurogenesis, neuroprotection