二甲雙胍在腫瘤治療中的研究進展

孫 萌，王東凱

（沈陽藥科大學 藥學院，遼寧 沈陽 110016）

1 二甲雙胍的簡介

二甲雙胍是胍的衍生物，一直以來被應用于治療高血糖癥和2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）。二甲雙胍及其衍生物苯乙雙胍和丁苯雙胍等屬于抗糖尿病藥的雙胍類。在 1970年代初期，苯乙雙胍和丁苯雙胍因可能導致心臟死亡和乳酸性酸中毒的較高風險而被撤回使用[1]，而二甲雙胍與其他抗糖尿病藥物相比，表現出極少數的副作用[2]。迄今為止，二甲雙胍的使用已從 T2DM 擴展到治療以高胰島素血癥為特征的疾病，如多囊卵巢疾病、糖尿病腎病、非酒精性脂肪性肝炎等疾病，此外，還可能具有保護心血管和神經系統(tǒng)以及減輕炎癥等有益作用[3]。更重要的是，大量流行病學的研究表明，二甲雙胍對多種類型的癌癥具有預防和治療作用。

2 二甲雙胍抗腫瘤的作用機制

二甲雙胍潛在的抗腫瘤作用機制有很多，其中腺嘌呤核糖核苷酸依賴的蛋白激酶（adenosine 5′-monophosphate-activated protein kinase，AMPK）途徑可能是通過激活 AMPK 或抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）靶點從而產生抗腫瘤作用的。二甲雙胍抗腫瘤作用的其他作用機制還包括抑制胰島素和類胰島素樣生長因子以及影響微小 RNA（microRNA，miR）等，所有這些都可能在抑制腫瘤的發(fā)生中發(fā)揮作用。

2.1 二甲雙胍激活 AMPK

AMPK 的激活能有效地抑制癌細胞。線粒體中的二甲雙胍可使細胞內的腺嘌呤核糖核苷酸（adenosine monophosphate，AMP）增加，隨之使肝激酶 B1（liver kinase B1，LKB1）磷酸化，從而激活 AMPK。二甲雙胍通過對 AMPK 的激活作用，可以使細胞周期蛋白 D1 蛋白的表達被抑制，從而抑制癌細胞的增值。AMPK 的激活也抑制了腫瘤細胞中一些重要的脂肪酶，抑制了腫瘤細胞獲得脂肪酸，導致癌細胞糖酵解受到阻礙，產生細胞抑制效應[4]。

2.2 二甲雙胍抑制雷帕雷素靶蛋白 mTOR 靶點

mTOR 的主要作用是對細胞生長的多個信號進行響應，以調節(jié)蛋白質合成，從而調節(jié)和控制細胞的生長和增殖[5]。在癌癥治療中，mTOR 的過度激活可能會導致腫瘤進展加快，而二甲雙胍激活 AMPK 后，可通過下調特異性蛋白轉錄因子，降低胰島素樣生長因子的水平來抑制 mTOR通路[6]，從而抑制癌癥的發(fā)展。

2.3 二甲雙胍抑制胰島素樣生長因子

胰島素水平升高與許多癌癥的發(fā)展都有相關，且對一些癌細胞組織具有促有絲分裂作用[7]。而胰島素樣生長因子（insulin like growth factor，IGF）主要在細胞的能量調節(jié)和生長過程方面起作用。其亞型 IGF-1 與其他亞型相比，具有較強的促進有絲分裂作用和抗細胞凋亡作用，能夠促進腫瘤細胞的生長分化[8]。一些研究表明，二甲雙胍可以通過降低胰島素和 IGF-1 的水平而顯示出抗癌特性。二甲雙胍作為胰島素的重要增敏劑，可顯著降低血漿中的胰島素和胰島素結合蛋白濃度，從而間接降低血漿中 IGF-1 水平，抑制腫瘤細胞的生長。

2.4 二甲雙胍對 microRNAs 的影響

據報道，二甲雙胍能通過上調微 miR let-7，導致 H19 非編碼 RNA 的降解，當 H19 基因敲除將激活 S-腺苷-L-同型半胱氨酸水解酶（S-adenosyl-L-homocysteine hydrolase,SAHH），通過激活 SAHH 的活性來誘導全基因組 DNA 甲基化的改變。二甲雙胍作用于腫瘤細胞，會導致基因的高甲基化，并伴隨著細胞增殖的抑制[9]。二甲雙胍還可由增加 miR-26a 的表達，從而有效降低乳腺癌細胞的生存能力[10]。研究人員發(fā)現，在二甲雙胍處理的胰腺癌細胞中，miR-143/145 被上調，從而抑制了胰腺癌細胞的增殖，起到了對腫瘤生長的抑制作用[11]。此外，二甲雙胍還能影響許多 miR 的表達水平，例如 miR-21、miR-26a、miR-33a、miR-140-5p、miR-142-3p 等。

2.5 二甲雙胍對其他信號通路的影響

雖然 AMPK 和 mTOR 通路被認為是二甲雙胍顯示抗癌特性的機制，但研究發(fā)現，二甲雙胍對其他信號通路的影響也能產生抗癌效果。比如通過 RAS（rat sarcoma）蛋白通路激活的絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）能夠參與調節(jié)細胞生長、增殖和凋亡的多條細胞內信號通路，二甲雙胍通過 MAPK 途徑能夠誘導細胞凋亡，促進生長抑制和 DNA 損傷誘導基因 153（growth arrest and DNA damage inducible gene 153，GADD153）的表達[12]。除此之外，核因子活化 B 細胞 κ 輕鏈增強子（nuclear factor kappa-B，NF-κB）是一種對細胞增殖和凋亡具有調控作用的轉錄因子。二甲雙胍可以通過減少 NF-κB 的表達，抑制癌細胞的增殖和降低癌細胞對化療藥物的敏感度，從而導致癌細胞的增殖減少[13]。最近研究發(fā)現，二甲雙胍能有效地抑制蛋白酪氨酸磷酸酶 D 型受體（protein tyrosine phosphatase receptor-type delta，PTPRD）缺失誘導的血管生成，降低 PTPRD 失活腫瘤的細胞存活率，并逆轉 PTPRD 表達的下降，從而起到抑制腫瘤生長的作用[14]。

3 二甲雙胍在腫瘤治療中的應用

近年來，二甲雙胍的抗腫瘤作用得到了普遍關注。2005 年，Evans 等[15]進行研究的過程中，首次發(fā)現服用二甲雙胍的 T2DM 患者降低了發(fā)展乳腺癌的風險。除其預防作用外，在肝癌、胰腺癌、結直腸癌和乳腺癌等治療領域，還觀察到了二甲雙胍對改善患者總體生存結果或降低死亡率等方面具有有益作用[16]。由于二甲雙胍本身價格較低、毒副作用較小等優(yōu)勢，其抗腫瘤作用的應用具有重要的科研價值。

3.1 二甲雙胍在乳腺癌治療中的應用

目前已有眾多研究分析了二甲雙胍與乳腺癌間的關系。例如，M.Bodmer 等[17]利用數據庫對22 621 例口服二甲雙胍的 T2DM 女性患者進行分析。結果發(fā)現，患者長期服用二甲雙胍，可以降低其患乳腺癌的風險。He X.等[18]則應用統(tǒng)計學分析方法，對糖尿病合并人表皮生長因子受體-2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）陽性乳腺癌的女性患者的特異性生存率進行研究，發(fā)現二甲雙胍使用者的乳腺癌特異性死亡率明顯降低。此外，L.Amaral 等[19]采用雌孕激素受體陽性和三陰性乳腺癌細胞系作為體外乳腺癌模型，發(fā)現當二甲雙胍長期作用于 MCF7 和MDA-MB-231 人乳腺癌細胞時，細胞存活率和培養(yǎng)質量呈濃度依賴性降低，可以抑制三陰性乳腺癌細胞的生長。Wang J.C.等[20]通過比較和研究使用二甲雙胍治療和未使用二甲雙胍治療的小鼠的轉移性乳腺癌模型，發(fā)現二甲雙胍在轉移性乳腺癌模型中顯示出顯著的抑制能力。轉移性乳腺癌的特點是血管生成過度、不成熟和形態(tài)異常，而二甲雙胍能夠發(fā)揮顯著降低微血管密度、滲漏和缺氧，增加血管壁細胞覆蓋率和灌注量的作用，從而抑制腫瘤生成新生血管，進而抑制腫瘤發(fā)展。此外，E.Lopez-bonet 等[21]探討了二甲雙胍作為一種創(chuàng)新策略，用于治療那些經術前治療后，未能達到病理完全緩解的患者，可以起到降低殘余乳腺癌細胞增殖幾率的作用。

3.2 二甲雙胍在卵巢癌治療中的應用

Wang S.B.等[22]的一項回顧性研究發(fā)現，與未臨床使用二甲雙胍藥物的卵巢癌患者相比，應用二甲雙胍進行治療的卵巢癌患者具有更長的生存期與腫瘤進展停滯期。其采用 Cox 回歸分析進一步研究發(fā)現，通過二甲雙胍治療可降低腫瘤的二次復發(fā)率，并且降低卵巢癌患者的死亡風險。Zhang F.等[23]通過研究發(fā)現，將卵巢癌細胞用二甲雙胍進行處理后，富含半胱氨酸 61（Cysteine-Rich 61，Cyr61）蛋白的表達水平出現明顯下調，有利于細胞凋亡。結果表明，二甲雙胍對卵巢癌細胞具有抑制作用，Cyr61 是二甲雙胍在卵巢癌細胞中的直接靶點。Zhang Y.等[24]研究結果表明，二甲雙胍可能通過抑制卵巢癌患者的依賴胞外二三磷酸核苷酸水解酶-1/胞外-5′-核苷酸酶（CD39/CD73）的骨髓來源的抑制性細胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）來改善抗腫瘤 T 細胞的免疫，從而產生抗腫瘤活性。與此同時，二甲雙胍也開始與其他化療方法合用以治療卵巢癌。孫亞楠等[25]研究發(fā)現，將二甲雙胍與經典的化療方案進行聯合治療，能有效降低復發(fā)卵巢癌患者血清中糖蛋白 CA125 和人附睪蛋白（human epididymis protein 4，HE4）的水平，從而提升治療復發(fā)卵巢癌的臨床療效。Yang C.等[25]將二甲雙胍與化療藥順鉑連用于治療卵巢癌，結果表明二甲雙胍可以使耐藥的卵巢癌細胞對化療藥物增敏，這可能與細胞的誘導自噬有關。

3.3 二甲雙胍在前列腺癌治療中的應用

體外研究表明，使用二甲雙胍處理前列腺癌 LNCaP 細胞后，LNCaP 細胞存活率降低，細胞凋亡增強。結果表明，二甲雙胍能通過雄激素受體信號通路途徑，降低前列腺癌細胞的活力并增加其凋亡，從而產生抑制前列腺癌發(fā)展的作用[27]。而Chen X.等[28]進一步提出，二甲雙胍抑制前列腺癌細胞增殖、遷移和侵襲的機制是通過上調前列腺癌細胞中色素上皮衍生因子（pigment epithelium-derived factor，PEDF）的表達。Liu Q.等[29]利用轉基因小鼠前列腺癌小鼠模型、體外巨噬細胞遷移試驗和患者樣本，觀察了二甲雙胍在前列腺癌治療開始和去雄激素治療后對腫瘤相關炎癥的影響。結果發(fā)現，二甲雙胍能通過抑制環(huán)氧合酶-2/前列腺素E2（COX2/PGE2）軸，抑制腫瘤相關巨噬細胞的浸潤，特別是抑制雄激素阻斷療法（androgen deprivation therapy，ADT）誘導的腫瘤相關巨噬細胞的浸潤，從而抑制前列腺癌的發(fā)展。

3.4 二甲雙胍在肝癌治療中的應用

Zhou X.等[30]將小鼠人肝細胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）異種移植模型持續(xù)暴露于低濃度的二甲雙胍，發(fā)現在二甲雙胍介導的肝癌細胞衰老中，AMPK 通過直接磷酸化來反向調節(jié)沉默信息調節(jié)因子1（sirtuin-1，SIRT1），從而通過 AMPK-SIRT 途徑誘導肝癌細胞衰老。Jiang Z.等[31]探討了二甲雙胍通過調節(jié) HULC（highly up-regulated in liver cancer）RNA 及其下游信號通路增強對乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV)誘導肝細胞癌的抑制作用及其機制。其結果表明了二甲雙胍通過負性調控 HULC/p18/miR-200A/ZEB1 信號通路對 HBV 相關肝癌細胞產生了明顯的抑制作用。彭曉韌等[32]使用二甲雙胍處理了人肝癌 HepG2 細胞，結果表明隨二甲雙胍的濃度的增高，人肝癌細胞 HepG2 細胞中 P-AMPK 的蛋白表達上調，同時脂肪酸合成酶（fatty acid synthase，FASN)、磷酸化哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（P-mTOR）的蛋白表達下調，經二甲雙胍作用后的肝癌細胞 HepG2 有明顯的增值抑制。

3.5 二甲雙胍在其他癌癥治療中的應用

M.Moro 等[33]在臨床前實驗中發(fā)現，二甲雙胍在鼠類肉瘤病毒癌基因/肝激酶 B1 基因（kirsten rat sarcoma viral oncogene gene/ Liver kinase B1 gene，KRAS/LKB1）共突變患者來源的異種移植瘤中產生了促凋亡作用和增強順鉑抗癌活性。此外，二甲雙胍阻止了腫瘤細胞對順鉑治療的獲得性耐藥性的發(fā)展，為二甲雙胍聯合標準鉑類化療治療 KRAS/LKB1 共突變非小細胞肺癌奠定了基礎。C.G.Meireles 等[34]通過薈萃分析、評價了二甲雙胍治療子宮內膜不典型增生和子宮內膜癌的療效。分析結果表明，二甲雙胍輔助治療可能有助于將非典型子宮內膜增生逆轉為正常的子宮內膜組織學，減少與腫瘤進展有關的細胞增殖生物標志物，并有助于提高子宮內膜癌的總存活率。最近研究人員[35]發(fā)現二甲雙胍可能通過靶向信號轉導和轉錄激活因子 3（signal transduction and activator of transcription 3，STAT3）和轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）/Smad（small and mothers against decapentaplegic homolog）蛋白信號通路來治療化療耐藥的直腸癌。

4 展望

目前二甲雙胍抗腫瘤的作用機制已得到人們的廣泛關注。多項研究結果表明二甲雙胍能夠通過多種方式抑制腫瘤的發(fā)展，且二甲雙胍對乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌及肝癌等癌癥都有明顯的抑制作用，還可以增強化療藥物的抗癌活性。但目前大多數對于二甲雙胍抗腫瘤作用的研究仍局限于體外研究階段，實現二甲雙胍用于臨床抗腫瘤治療還需要進一步的研究來證明。總體來說，二甲雙胍的抗腫瘤作用具有廣闊的研究前景，可以為癌癥治療提供新的治療方案與思路。