二甲雙胍抗腫瘤作用機(jī)制研究進(jìn)展

蘭光友綜述，鄧述愷審校

（瀘州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)科，四川瀘州646000）

二甲雙胍抗腫瘤作用機(jī)制研究進(jìn)展

蘭光友綜述，鄧述愷審校

（瀘州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)科，四川瀘州646000）

二甲雙胍；腫瘤；藥理作用；綜述

二甲雙胍（Metformin）是臨床普遍用于2型糖尿病的降糖藥之一，同時有研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍具有一定抗腫瘤作用。腫瘤和糖尿病是全世界極為廣泛的疾病，對人類健康造成極大影響，并且糖尿病患者中絕大多數(shù)為2型糖尿病患者。近年來，流行病學(xué)資料顯示，糖尿病會增加腫瘤發(fā)病風(fēng)險，而二甲雙胍又廣泛用于2型糖尿病的治療。因此，只要這兩種疾病存在任何聯(lián)系，便會對彼此的發(fā)展和預(yù)后產(chǎn)生影響。自2005年首次提出二甲雙胍可降低2型糖尿病患者腫瘤發(fā)病率以來，越來越多的學(xué)者關(guān)注到二甲雙胍對不同腫瘤的抗腫瘤作用及相關(guān)機(jī)制?，F(xiàn)將二甲雙胍抗腫瘤作用的可能機(jī)制綜述如下。

1 二甲雙胍藥理作用

二甲雙胍因療效確切及用藥安全已成為全世界治療2型糖尿病的一線藥物。對二甲雙胍藥理作用的細(xì)胞及分子機(jī)制的深入研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍的藥理作用與腺苷單磷酸激活蛋白激酶（aqdenosine mono activated protein kinase，AMPK）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路密切相關(guān)，二甲雙胍本身并無激活A(yù)MPK的作用，但在其進(jìn)入細(xì)胞后影響腺苷單磷酸（adenosine mono phosphate，AMP）/腺苷三磷酸（adenosine triphosphoric acid，ATP），從而激活 AMPK。AMPK在細(xì)胞能量代謝中具有非常重要的地位。AMPK是一種三聚體蛋白，由調(diào)節(jié)亞單位β、γ和催化亞單位α構(gòu)成。有研究證明，當(dāng)細(xì)胞缺血、缺氧時AMP/ATP下降，AMP與γ亞單位結(jié)合，同時使β亞單位發(fā)生空間異構(gòu)，然后在AMPK作用下使催化亞單位α的172位蘇氨酸磷酸化，繼而α亞單位與γ亞單位空間異構(gòu)相連，最終成為磷酸化AMPK[1]。二甲雙胍則通過激活A(yù)MPK使其磷酸化，參與體內(nèi)多個能量代謝調(diào)節(jié)途徑。

2 二甲雙胍抗腫瘤作用可能機(jī)制

2.1 激活A(yù)MPK 二甲雙胍對腫瘤的直接抑制作用是通過激活A(yù)MPK實(shí)現(xiàn)的。AMPK是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白酶，是能量代謝的總開關(guān)，能準(zhǔn)確調(diào)節(jié)細(xì)胞能量代謝。細(xì)胞生長、分化和凋亡等所有代謝活動均與能量代謝密不可分，同時AMPK代謝途徑也對其精密調(diào)節(jié)。激活的AMPK能在各種細(xì)胞，包括腫瘤細(xì)胞增殖、凋亡及轉(zhuǎn)移等諸多過程中起重要作用，而二甲雙胍的降糖機(jī)制就是激活A(yù)MPK通路。有研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍能激活細(xì)胞內(nèi)AMPK并抑制乳腺癌細(xì)胞增殖[2]。能激活A(yù)MPK上游激酶，如絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶11（serine/threonine protein kinase 11，STK11）、鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶激酶-β和共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張突變激酶等。STK11是一種抑癌基因[3]，可通過磷酸化磷酸腺苷激活的蛋白激酶，從而激活A(yù)MPK，在肺癌、胰腺癌和黑色素瘤中，如STK11發(fā)生突變則介導(dǎo)AMPK活化。在激活A(yù)MPK后可通過抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）通路減少蛋白質(zhì)合成：mTOR是磷脂酰肌醇3激酶蛋白家族的重要組成之一，其能夠在蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄、翻譯和核糖體合成等諸多方面對細(xì)胞代謝活動起重要調(diào)節(jié)作用。mTOR位于AMPK下游，mTOR聯(lián)合AMPK途徑準(zhǔn)確調(diào)控細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成。當(dāng)mTOR活性增強(qiáng)可引起包括肺癌在內(nèi)的多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。二甲雙胍激活A(yù)MPK，繼而激活結(jié)節(jié)性硬化癥蛋白1/結(jié)節(jié)性硬化癥蛋白2復(fù)合體，mTOR活性受抑制，再通過相關(guān)分子機(jī)制使細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成減少，最終使腫瘤細(xì)胞增殖受抑制。有研究表明，二甲雙胍通過激活A(yù)MPK抑制mTOR活性，使細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成減少，抑制腫瘤細(xì)胞生長。需指出的是，在AMPK尚未被激活時二甲雙胍也可通過抑制胰島素受體、胰島素樣生長因子（insulin-like growth factor，IGF）等途徑同樣抑制mTOR活性[4]。所以，二甲雙胍可通過激活A(yù)MPK直接發(fā)揮抗腫瘤作用。高水平脂肪酸對腫瘤細(xì)胞存活極其重要，某些癌基因則可促進(jìn)脂肪酸從頭合成。二甲雙胍在激活A(yù)MPK后可抑制脂肪酸合成酶，最終降低體內(nèi)脂肪酸水平。因此，二甲雙胍能通過激活A(yù)MPK，進(jìn)而影響腫瘤組織脂肪合成，使腫瘤細(xì)胞增殖受抑制[5]。

2.2 誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯 G1/S和G2/M是細(xì)胞周期循環(huán)中的2個主要限制點(diǎn)，細(xì)胞周期蛋白D1（Cyclin D1）、細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶（cyclin dependent kinase，CDK）和細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶抑制因子（cyclin dependent kinase inhibitor，CDKI）共同參與了對細(xì)胞周期的調(diào)控。Cyclin D1與CDK結(jié)合的復(fù)合物調(diào)節(jié)G1/S和G2/M限制點(diǎn)。二甲雙胍在激活A(yù)MPK后通過：（1）活化p53-p21軸，使E2F失活；p53是一種抑癌基因，p21是其下游的CDKI，p21啟動子上有p53結(jié)合位點(diǎn)。二甲雙胍在激活A(yù)MPK后誘導(dǎo)p53磷酸化、啟動p21合成，進(jìn)而抑制視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤（retinoblastoma，Rb）蛋白磷酸化，非磷酸化Rb蛋白與E2F結(jié)合。E2F是細(xì)胞進(jìn)入S期關(guān)鍵基因的轉(zhuǎn)錄因子，其失活后使基因不能轉(zhuǎn)錄，最終阻止細(xì)胞從G1期進(jìn)入S期。（2）下調(diào)Cyclin D1，有研究表明，二甲雙胍激活A(yù)MPK后抑制下游mTOR，引起Cyclin D1表達(dá)下降，處于G0/G1期腫瘤細(xì)胞比例明顯升高。因此，提出二甲雙胍可能激活A(yù)MPK從而抑制mTOR，使mTOR下游靶分子解磷酸化，下調(diào)Cyclin D1，阻滯細(xì)胞周期于G0/G1期。有研究發(fā)現(xiàn)，AMPK對細(xì)胞有絲分裂具有一定抑制作用，二甲雙胍在激活A(yù)MPK后通過對細(xì)胞有絲分裂相關(guān)基因表達(dá)的抑制，使腫瘤細(xì)胞有絲分裂受抑制，發(fā)揮抗腫瘤作用[6]。

2.3 降低胰島素及IGF-1水平 大量流行病學(xué)調(diào)查及實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)均提示，胰島素及IGF-1會增加人體患癌的風(fēng)險。有研究表明，胰島素和IGF-1是腫瘤發(fā)生的獨(dú)立危險因素，二者可通過激活I(lǐng)GF-1受體促進(jìn)細(xì)胞分裂和激活血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），增加腫瘤血供。二甲雙胍則可通過改善胰島素抵抗、降低胰島素水平，拮抗上述機(jī)制而發(fā)揮抗腫瘤作用。胰島素與胰島素受體或胰島素樣生長因子受體結(jié)合，啟動促進(jìn)生長的信號通路，其中包括磷脂酰肌醇3-激酶、蛋白激酶B、mTOR等信號通路，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生及發(fā)展。Algire等[7]報道，二甲雙胍通過降低胰島素水平，減弱對腫瘤細(xì)胞的刺激，降低腫瘤發(fā)生率。

2.4 其他相關(guān)可能機(jī)制

2.4.1 慢性炎癥 慢性炎癥與腫瘤發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。糖尿病患者組織產(chǎn)生前炎性細(xì)胞因子，如腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF），對結(jié)腸癌、乳腺癌等腫瘤的發(fā)生、發(fā)展具有調(diào)節(jié)作用。二甲雙胍可通過抑制VEGF、TNF-α等的產(chǎn)生，調(diào)節(jié)細(xì)胞脂肪酸代謝[8]而發(fā)揮抗炎作用，其可能機(jī)制為降低炎性細(xì)胞因子水平。有研究發(fā)現(xiàn)，C反應(yīng)蛋白可誘導(dǎo)TNF-α的釋放，激活核因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）而引起致炎效應(yīng)。二甲雙胍則可通過抑制TNF-α誘導(dǎo)的活化NF-κB，減輕炎性發(fā)應(yīng)。同時二甲雙胍還可直接下調(diào)NF-κB，抑制炎性反應(yīng)。

2.4.2 人類表皮生長因子受體-2（human epidermal growth factor receptor-2，HER-2） HER-2基因是一種原癌基因，是腫瘤細(xì)胞擴(kuò)增的驅(qū)動因子。有研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可通過激活A(yù)MPK，抑制mTOR，降低HER-2蛋白在乳腺癌細(xì)胞中的表達(dá)，抑制腫瘤發(fā)生、發(fā)展[9]。同時有研究還發(fā)現(xiàn)，低濃度二甲雙胍就能夠抑制HER-2激酶活性和預(yù)防治療中HER-2耐藥的出現(xiàn)[10]。

3 二甲雙胍抗腫瘤的臨床研究

3.1 放療 放療是治療惡性腫瘤方法之一，因存在對射線抵抗的細(xì)胞易造成放療失敗或復(fù)發(fā)，所以，放療增敏劑顯得尤為重要。一項(xiàng)回顧性研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍聯(lián)合放療能有效抑制腫瘤細(xì)胞增殖，增強(qiáng)放療效果，提高病理完全緩解率，減少局部復(fù)發(fā)率?？赡軝C(jī)制為抑制放射造成的DNA損傷修復(fù)[11-12]。另有研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍聯(lián)合放療組DNA損傷修復(fù)比例低于單純放療組，表明二甲雙胍增強(qiáng)腫瘤放射敏感性的作用可能與DNA損傷修復(fù)受損有關(guān)[13-14]。

3.2 化療 化療也是惡性腫瘤的主要治療手段之一，但化療藥物又給患者帶來諸多痛苦，因此，迫切需要找到一種能增強(qiáng)化療藥物敏感性、降低藥物劑量及不良反應(yīng)的藥物。Kitazon等[15]報道，二甲雙胍對人肺腺癌化療后的癌細(xì)胞可表現(xiàn)出明顯抑制作用。一項(xiàng)回顧性研究表明，不管是否有糖尿病，接受二甲雙胍和全身治療者輔助化療的有效性顯著高于未聯(lián)用二甲雙胍的乳腺癌患者[16]。在基礎(chǔ)研究方面，Rocha等[17]研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙肌與紫杉醇聯(lián)用較單用化療藥物能引起更強(qiáng)的細(xì)胞周期阻滯和細(xì)胞凋亡，同時對移植瘤的抑制率也是如此，并且發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)AMPK活化水平更高。Vasquez-Martin等[16]發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍與化療藥物聯(lián)用能抑制腫瘤干細(xì)胞增殖，還能有效降低復(fù)發(fā)率。二甲雙胍與化療藥物聯(lián)用可增強(qiáng)化療藥物療效，降低化療藥物劑量及不良反應(yīng)發(fā)生率，還能選擇性殺死腫瘤干細(xì)胞。

3.3 靶向治療 隨著研究的不斷深入，近年來，靶向治療是腫瘤治療的熱點(diǎn)，通過有效干預(yù)腫瘤表達(dá)的標(biāo)志分子及對相關(guān)通路的影響，可具有抑制腫瘤生長及進(jìn)展的作用。其中表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）就是重要靶點(diǎn)之一，藥物包括單克隆抗體及酪氨酸激酶抑制劑。Morgillo等[18]報道，二甲雙胍與吉非替尼治療非小細(xì)胞肺癌具有協(xié)同作用。Lau等[19]報道，二甲雙胍與厄洛替尼聯(lián)用可通過減少EGFR表達(dá)和增加PTEN表達(dá)而發(fā)揮協(xié)同誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡作用。但目前相關(guān)研究較少，尚有待于進(jìn)行更多二甲雙胍與靶向治療的研究。

4 結(jié) 語

從動物模型、體外實(shí)驗(yàn)、臨床研究諸多方面均顯示二甲雙胍具有一定抗腫瘤作用，其可能機(jī)制多樣復(fù)雜。但目前二甲雙胍的臨床研究多為回顧性分析，尚有待于進(jìn)行大量前瞻性、多中心和隨機(jī)隊(duì)列研究。此外，二甲雙胍作用時間及血藥濃度等問題均未提及，尚有待于進(jìn)行更多的研究。但相信二甲雙胍有望成為新一代經(jīng)濟(jì)、實(shí)惠的抗腫瘤藥物，為防治腫瘤提供新的方法，為腫瘤學(xué)的發(fā)展提供更廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)

[1]Hardie DG，Sakamoto K.AMPK：a key sensor of fuel and energy status in skeletal muscle[J].Physiology（Bethesda），2006，21：48-60.

[2]Zhang Y，Storr SJ，Johnson K，et al.Involvement of metformin and AMPK in the radioresponse and prognosis of luminal versus basal-like breast cancer treated with radiotherapy[J].Oncotarget，2014，5（24）：12936-12949.

[3]Alexander A，Walker CL.The role of LKB1 and AMPK in cellular responses to stress and damage[J]．FEBS Lett，2011，585（7）：952-957.

[4]Memmott RM，Dennis PA.LKB1 and mammalian target of rapamycin as predictive factors for the anticancer efficacy of metformin[J].J Clin Oncol，2009，27（34）：e226.

[5]Louden ED，Luzzo KM，Jimenez PT，et al.TallyHO obese female mice experience poor reproductive outcomes and abnormal blastocyst metabolism that is reversed by metformin[J].Reprod Fertil Dev，2014，27（1）：31-39.

[6]Kim HJ，Kim SK，Kim BS，et al.Apoptotic effect of quercetin on HT-29 colon cancer cells via the AMPK signaling pathway[J].J Agric Food Chem，2010，58（15）：8643-8650.

[7]Algire C，Amrein L，Zakikhani M，et al.Metform blocks the stimulative effect of a high-energy diet on colon carcinoma growth in vivo and is associated with reduced expression of fatty acid synthase[J].Endocr Relat Cancer，2010，17（2）：351-360.

[8]Arai M，Uchiba M，Komura H，et al.Metformin，an antidiabeticagent，suppresses the production of tumor necrosis factor and tissue factor by inhibiting early growth response factor-1 expression in human monocytes in vitro[J].J Pharmacol Exp Ther，2010，334（1）：206-213.

[9]Yang SH，Dou KF，Song WJ.Prevalence of diabetes among men and women in China[J].N Engl J Med，2010，362（25）：2425-2426.

[10]Vazquez-Martin A，Oliveras-Ferraros C，del Barco S，et al.The antidiabetic drug metformin：a pharmaceutical AMPK activator to overcome breast cancer resistance to HER2 inhibitors while decreasing risk of cardiomyopathy[J].Ann Oncol，2009，20（3）：592-595.

[11]Skinner HD，Sandulache VC，Ow TJ，et al.TP53 disruptive mutations lead to head and neck cancer treatment failure through inhibition of radiationinduced senescence[J].Clin Cancer Res，2012，18（1）：290-300.

[12]Skinner HD，McCurdy MR，Echeverria AE，et al.Metformin use and improved response to therapy in esophageal adenocarcinoma[J].Acta Oncol，2013，52（5）：1002-1009.

[13]Storozhuk Y，Hopmans SN，Samli T，et al.Mettformin inhibits growth and enhances radiation response of non-small cell lung cancer（NSCLC）through ATM and AMPK[J].Br J Cancer，2013，108（10）：2021-2032.

[14]Li H，Chen X，Yu Y，et al.Metformin inhibits the growth of nasopharyngeal carcinoma cells and sensitizes the cells to radiation via inhibition of the DNA damage repair pathway[J].Oncol Rep，2014，32（6）：2596-2604.

[15]Kitazono S，Takiguchi Y，Ashinuma H，et al.Effect of metformin on residual cells after chemotherapy in a human lung adenocarcinoma cell line[J]. Int J Oncol，2013，43（6）：1846-1854.

[16]Vasquez-Martin A，Oliveras-Ferraros C，Cuff S.Metformin regulates breast cancer stem cell ontogeny by transcriptional regulation of the epithelialmesenchymal transition（EMT）status[J].Cell Cycle，2010，9（18）：3807-3814.

[17]Rocha GZ，Dias MM，Ropelle ER，et al.Metformin amplifies chemotherapy-induced AMPK activation and antitumoral growth[J].Clin Cancer Res，2011，17（12）：3993-4005.

[18]Morgillo F，Sasso FC，Della-Corte CM，et al.Synergistic effects of metformin treatment in combination with gefitinib，a selective EGFR tyrosine kinase inhibitor，in LKB1 wild-type NSCLC cell lines[J].Clin Cancer Res，2013，19（13）：3508-3519.

[19]Lau YK，Du X，Rayannavar V，et al.Metformin and erlotinib synergize to inhibit basal breast cancer[J].Oncotarget，2014，5（21）：10503-10517.

10.3969/j.issn.1009-5519.2015.17.016

A

1009-5519（2015）17-2613-03

2015-04-14）

蘭光友（1990-），男，四川宜賓人，在讀碩士研究生，主要從事呼吸內(nèi)科臨床工作；E-mail：845550573@qq.com。

鄧述愷（E-mail：dsk-lan@163．com）。