二甲雙胍抑制甲狀腺乳頭狀癌的相關(guān)作用機制

李宇 徐瑾 賀會清

三峽大學(xué)第二人民醫(yī)院（宜昌市第二人民醫(yī)院）內(nèi)分泌科（湖北宜昌 443000）

甲狀腺乳頭狀癌（papillary thyroid carcinoma，PTC）好發(fā)于兒童和中青年女性，是甲狀腺癌最常見的病理類型，其惡性程度相對較低、生長緩慢、分化良好，10年生存率大于90%［1］。臨床上針對PTC患者通常采取手術(shù)切除及術(shù)后促甲狀腺激素（TSH）抑制治療或放射性碘治療的方式［2］。但手術(shù)仍有復(fù)發(fā)的風(fēng)險，且長期超生理劑量的甲狀腺激素的TSH抑制治療會導(dǎo)致亞臨床甲亢、加重心臟負擔（尤其在老年患者）、增加絕經(jīng)后女性的心血管事件和骨質(zhì)疏松發(fā)生率［3］，嚴重影響PTC患者的生存質(zhì)量。因此，重新定位PTC的治療方法頗為重要。GANDINI等［4］在一項二甲雙胍與腫瘤發(fā)生風(fēng)險及病死率的Meta分析中發(fā)現(xiàn)，口服二甲雙胍治療的患者，其腫瘤發(fā)生率和腫瘤病死率分別降低了31%和34%，二甲雙胍為獨立影響因素。此外，DAUGAN等［5］在一項二甲雙胍抑制甲狀腺癌細胞生長的研究中報道，二甲雙胍可以抑制未分化甲狀腺癌（undifferentiated thyroid carcinoma，UTC）細胞的生長并誘導(dǎo)其凋亡。并且DONG等［6］研究發(fā)現(xiàn)二甲雙胍抑制PTC細胞生長的作用與細胞增殖和凋亡失衡有關(guān)。另有研究報道，二甲雙胍還可以抑制結(jié)腸癌、肺癌和胃癌等多種腫瘤細胞的增殖［7］。上述結(jié)果表明二甲雙胍具有抗腫瘤細胞增殖的活性，基于這一點，二甲雙胍似乎是治療甲狀腺癌的一種很有前途的治療手段。本文就二甲雙胍抑制PTC的相關(guān)作用機制予以綜述。

1 活化肝激酶B1（liver kinase B1，LKB1）/腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）通路

二甲雙胍是一種親脂性雙胍，由于其安全性和有效性，是臨床上常用的一線降糖藥物。其主要降糖機制是通過激活LKB1引起AMPK的活化，活化的AMPK可將體內(nèi)的合成代謝轉(zhuǎn)換為分解代謝，從而抑制肝糖原異生、延遲腸壁細胞對葡萄糖的攝取、改善胰島素的敏感性等；另外，二甲雙胍也可不依賴AMPK，直接通過下調(diào)線粒體代謝的方式減少糖異生，最終達到降低血糖和血胰島素水平的目的［8］。KHEIRANDISH等［9］在關(guān)于二甲雙胍抗腫瘤作用的最新證據(jù)一文中報道，二甲雙胍的抗腫瘤作用包括直接作用和間接作用，其中AMPK在二甲雙胍的直接抗癌機制中至關(guān)重要。首先，二甲雙胍可以直接激活LKB1-AMPK信號通路。LKB1作為AMPK的上游激酶，是一種與抑癌作用相關(guān)的蛋白激酶。據(jù)報道，LKB1的表達對于二甲雙胍誘導(dǎo)AMPK的活化至關(guān)重要，故二甲雙胍對缺乏LBK1表達的腫瘤細胞的生長抑制作用較不敏感［10］。另有研究報道，二甲雙胍可以通過增強化療藥物的細胞毒作用，從而有效地根除LBK1-AMPK信號通路缺陷的腫瘤細胞，為缺乏LBK1表達的腫瘤細胞提供了良好的治療指針［11-12］。其次，在細胞水平，二甲雙胍通過抑制線粒體復(fù)合物I，使得ATP生成減少，依賴ATP的三大營養(yǎng)物質(zhì)的合成代謝受限，腫瘤細胞生長受抑制；同時AMP產(chǎn)生增多、AMP/ATP比值增加，亦可間接激活A(yù)MPK［13］。有體外研究表明［14］，二甲雙胍發(fā)揮抗腫瘤作用的主要機制是通過激活腫瘤細胞AMPK信號通路，并抑制其下游分子雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1（mTORC1）的活性，致使腫瘤細胞蛋白合成受阻，細胞生長受抑制。CHO等［15］在二甲雙胍抑制甲狀腺乳頭狀癌BCPAP細胞增殖的研究中發(fā)現(xiàn)，甲狀腺乳頭狀癌BCPAP細胞生長受抑制與二甲雙胍激活A(yù)MPK通路有關(guān)，且抑制程度呈劑量依賴性。另外，機體內(nèi)活性氧（reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)生增多出現(xiàn)的氧化應(yīng)激（oxidative stress，OS）可致基因突變，細胞發(fā)生癌變。二甲雙胍可以通過抑制線粒體氧化呼吸鏈減少ROS的產(chǎn)生，從而降低細胞基因突變的發(fā)生率，抑制細胞癌變［16］。但二甲雙胍減少ROS的產(chǎn)生是否依賴AMPK信號通路來實現(xiàn)，現(xiàn)研究成果仍存在分歧。更令人驚訝的是，另有研究發(fā)現(xiàn)，在PTC組織中AMPK的表達和活性異常增加［17］，他們認為在應(yīng)激狀態(tài)下AMPK的激活將增加腫瘤細胞的能量供給，從而促進腫瘤細胞的生長和轉(zhuǎn)移。因此筆者得出結(jié)論，AMPK的激活對甲狀腺腫瘤細胞生長的影響具有兩面性，合理應(yīng)用AMPK調(diào)節(jié)劑能有效地改善腫瘤預(yù)后。

2 雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapa-mycin，mTOR）通路

mTOR是一個289 kDa絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在營養(yǎng)狀態(tài)、生長因子和應(yīng)激信號等外源性信號的傳導(dǎo)下起著調(diào)節(jié)細胞生長、增殖和存活的作用。因此，mTOR被定義為細胞自噬的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器。它有兩種不同的多蛋白復(fù)合物，mTOR復(fù)合物 1（mTORC1）和 mTOR 復(fù)合物 2（mTORC2）［18］。mTORC1和mTORC2有不同的分子組織和細胞功能，mTORC1調(diào)節(jié)mRNA的翻譯和蛋白質(zhì)的合成，而mTORC2參與細胞生存和代謝的調(diào)節(jié)。二甲雙胍通過激活A(yù)MPK，抑制其下游效應(yīng)分子mTORC1的活性，并進一步引起下游信號分子真核細胞起始因子4E結(jié)合蛋白1（eukaryotic translation initiation factor 4E binding protein 1，eIF4E-BP1）和核糖體 S6激酶 1（ribosomal protein S6 kinase-1，S6K1）磷酸化失活，使得腫瘤細胞蛋白質(zhì)的合成減少，細胞生長受抑制［19］。CHO等［15］研究發(fā)現(xiàn)二甲雙胍下調(diào)甲狀腺乳頭狀癌細胞BCPAP和BHP10-3SC的活性并誘導(dǎo)其凋亡，與二甲雙胍活化AMPK，并進一步抑制mTOR通路有關(guān)。HAN等［19］研究發(fā)現(xiàn)cyclinD1和c-myc是腫瘤細胞生長的重要調(diào)節(jié)因子，二甲雙胍通過抑制mTOR/p70S6K/4E-BP1信號傳導(dǎo)通路，從而降低cyclinD1和c-myc的表達，影響甲狀腺癌細胞的生長和遷移。因此，我們將甲狀腺癌添加到使用二甲雙胍治療后能改善腫瘤預(yù)后的癌癥名單中［20］。另外，有研究發(fā)現(xiàn)二甲雙胍下調(diào)mTOR的表達可不依賴AMPK的激活，致前列腺癌細胞增殖受阻［21］。但二甲雙胍的非AMPK依賴的mTOR的抑制作用是否同樣出現(xiàn)在乳頭狀甲狀腺癌中，還需進一步研究證實。

3 誘導(dǎo)細胞周期阻滯及細胞凋亡

在整個細胞周期中，G1/S期和G2/M期是細胞進行有絲分裂的重要時期。研究發(fā)現(xiàn)二甲雙胍可誘導(dǎo)細胞周期停滯于G0/G1期、S期或G2/M期，使細胞增殖受阻，從而誘導(dǎo)細胞凋亡［22］。Cyclin D1是調(diào)節(jié)細胞從G1期進展到S期的調(diào)節(jié)蛋白，Cyclin D1的異常表達與多種腫瘤細胞的增殖有關(guān)［23］。DONG等［6］研究發(fā)現(xiàn)使用二甲雙胍干預(yù)后的甲狀腺乳頭狀癌裸鼠模型的癌細胞進展緩慢，且CyclinD1被明顯抑制，認為二甲雙胍抑制PTC細胞生長的作用與細胞周期進展受阻有關(guān)。二甲雙胍通過激活A(yù)MPK，抑制mTOR的活性，引起下游靶分子翻譯起始因子4E結(jié)合蛋白（4E-binding proteins，4E-BPs）和核糖體S6激酶（ribosomal protein S6 kinases，S6Ks）解磷酸化，導(dǎo)致Cyclin D1的表達減少，使得細胞G1/S期的進展受限，從而誘導(dǎo)細胞周期阻滯及細胞調(diào)亡，且這種細胞增殖受限的結(jié)果取決于二甲雙胍的劑量［19］。p53是一種抑癌基因，控制著細胞能否正常地進行細胞分裂，若細胞DNA受損且不能被修復(fù)時，p53將啟動細胞凋亡程序誘導(dǎo)其凋亡。研究［24］發(fā)現(xiàn)，大約50%的惡性腫瘤中存在p53基因失活，二甲雙胍通過激活A(yù)MPK導(dǎo)致p53及其Ser15磷酸化水平的上調(diào)，又進一步地活化p53，誘導(dǎo)依賴于p53的細胞自噬和細胞衰老等過程，使癌細胞存活到能量應(yīng)激狀態(tài)，即在低營養(yǎng)環(huán)境中誘發(fā)細胞凋亡。

4 抑制腫瘤壞死因子-α誘導(dǎo)的CXCL8分泌

ROTONDI等［25］研究發(fā)現(xiàn)腫瘤壞死因子-α（TNF-α）是CXCL8分泌的主要誘導(dǎo)劑。CXCL8是甲狀腺癌生長的重要調(diào)節(jié)因子，主要通過其受體CXCR1和CXCR2介導(dǎo)的自分泌和旁分泌機制直接刺激甲狀腺腫瘤細胞的增殖，且該受體只在腫瘤細胞上表達。除了對腫瘤細胞的直接作用外，CXCL8還在促進甲狀腺腫瘤細胞的侵襲性方面起著至關(guān)重要的作用。二甲雙胍通過抑制TNF-α誘導(dǎo)的CXCL8分泌，使得細胞生長受阻，同時抑制腫瘤細胞的侵襲能力，且這種抑制作用呈劑量依賴性。并且進一步研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍抑制TNF-α誘導(dǎo)的CXCL8分泌在分化型甲狀腺癌細胞（如甲狀腺乳頭狀癌）中起作用，在未分化或間變性而非分化型甲狀腺癌中則不然。事實上，F(xiàn)ANG等［26］已證實，腫瘤相關(guān)巨噬細胞通過釋放一組細胞因子促進甲狀腺乳頭狀癌的轉(zhuǎn)移，其中CXCL8的作用最為顯著。故二甲雙胍抑制CXCL8的促腫瘤作用可被認為是該藥的另一種間接抗癌機制。

5 影響胰島素/胰島素樣生長因子-1

有研究提示胰島素抵抗和高胰島素血癥是甲狀腺結(jié)節(jié)、甲狀腺腫瘤形成的危險因素［27-28］。胰島素樣生長因子-1（IGF-1）是結(jié)構(gòu)上類似胰島素的多肽，同樣具有促進細胞增殖的作用。據(jù)觀察，胰島素受體的過度表達或激活可能是甲狀腺腫瘤及結(jié)節(jié)性病變形成的早期事件［29］。二甲雙胍通過激活A(yù)MPK加快脂肪酸氧化分解代謝，有效地改善血脂譜，增加外周組織對胰島素的敏感性，從而有效地降低患者血糖及血胰島素水平，緩解了胰島素抵抗，細胞增殖受抑制。TANG等［30］研究證實，二甲雙胍可減小伴有胰島素抵抗的2型糖尿病患者的甲狀腺體積及結(jié)節(jié)大小，其可能機制是二甲雙胍通過增加外周組織對胰島素的敏感性，減少血胰島素和IGF-1的量，并下調(diào)胰島素受體的表達，進而抑制胰島素/IGF-1的促細胞增殖作用，間接地發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)。

6 抑制葡萄糖轉(zhuǎn)運關(guān)鍵蛋白（GLUT1）和糖酵解關(guān)鍵酶（PKM2）的表達

“瓦伯格效應(yīng)”（Warburg effect）是腫瘤細胞出現(xiàn)惡變的代謝基礎(chǔ)之一［31］，即腫瘤細胞在有氧的條件下，優(yōu)先以糖酵解供能為主。JOZWIAK等［32］的研究已經(jīng)證實葡萄糖轉(zhuǎn)運關(guān)鍵蛋白——葡萄糖轉(zhuǎn)運體1（glucose transport protein-1，GLUT1）在甲狀腺癌組織中異常表達，由GLUT1介導(dǎo)的葡萄糖跨膜轉(zhuǎn)運為腫瘤細胞生長提供所需的能量來源。KIM等［33］認為GLUT1基因與甲狀腺特異性基因在甲狀腺乳頭狀癌中高表達。郭慧玲等［34］研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍通過顯著下調(diào)腫瘤細胞GLUT1的表達，抑制葡萄糖跨膜進入細胞，從而有效地減少腫瘤細胞的能量來源，誘導(dǎo)細胞凋亡。且進一步研究發(fā)現(xiàn)，涉及腫瘤細胞惡性轉(zhuǎn)化的有氧糖酵解過程與糖酵解關(guān)鍵酶——M2型丙酮酸激酶（pyruvate kinase M2 isoform，PKM2）的高表達有關(guān)，二甲雙胍還可通過抑制PKM2的表達，使得腫瘤細胞的有氧糖酵解途徑受阻，即便有充足的葡萄糖供給，腫瘤細胞也不能通過糖酵解途徑產(chǎn)生ATP供能，最終導(dǎo)致“能量衰竭”引起細胞死亡［34］。由此得知，二甲雙胍可通過調(diào)節(jié)腫瘤細胞能量代謝的方式抑制PTC細胞生長。

7 二甲雙胍降低TSH水平

據(jù)報道，TSH與胰島素同時作為刺激甲狀腺細胞增殖的生長因子的概念已被證實［35］。BASER等［36］認為TSH是調(diào)控甲狀腺細胞生長和分化的主要激素，可以促進甲狀腺結(jié)節(jié)的形成，延緩甲狀腺細胞的凋亡。目前臨床上針對甲狀腺乳頭狀癌通常選擇放射性碘治療或手術(shù)治療以及術(shù)后的TSH抑制治療［2］等。由于術(shù)后長期TSH抑制治療可能導(dǎo)致甲狀腺激素過量，對患者造成很多不利影響。故尋找另一種通過降低TSH水平的方法來抑制甲狀腺癌細胞的生長是目前最值得關(guān)注的。DIMIC等［37］在一項關(guān)于糖尿病患者伴有臨床或亞臨床甲狀腺功能減退以及糖尿病患者伴甲功正常的人群中，給予二甲雙胍治療后TSH水平變化的回顧性研究中發(fā)現(xiàn)，糖尿病伴有臨床或亞臨床甲減的患者在服用二甲雙胍治療后TSH水平明顯降低，且甲狀腺激素（T3、T4）水平不受影響，而甲功正常的糖尿病患者的TSH水平無變化。從研究結(jié)果可以看出，二甲雙胍能有效地降低臨床或亞臨床甲狀腺功能減退癥患者的TSH水平。因此理論上，二甲雙胍可以用于甲狀腺結(jié)節(jié)或甲狀腺癌合并TSH升高時，也可用于甲狀腺癌術(shù)后的TSH抑制治療。但由于目前研究的樣本量小，且都是糖尿病等特殊人群的回顧性研究，缺乏在無糖代謝紊亂人群中的相關(guān)研究，所以二甲雙胍是否通過降低TSH水平來縮小甲狀腺結(jié)節(jié)的體積、抑制甲狀腺癌的生長、減少甲狀腺腫瘤的復(fù)發(fā)率，還需未來進一步的研究考證。

8 結(jié)語與展望

PTC起病隱匿，病程緩慢，惡性程度較低，其發(fā)展是一個多因素、多基因、多信號通路綜合參與作用的復(fù)雜過程。其即便較早出現(xiàn)頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，但預(yù)后仍較好，10年生存率仍能達到90%以上［1］。目前臨床上針對PTC的常規(guī)治療并發(fā)癥高。因此尋找一種新方法，既能改善甲狀腺乳頭狀癌患者的預(yù)后，又能減少藥物的不良反應(yīng)是很有意義的。二甲雙胍已在臨床應(yīng)用多年，安全性已經(jīng)得到充分肯定，且近來大量研究表明二甲雙胍還具有抗腫瘤效應(yīng)［38］，其作用機制主要包括激活LKB1-AMPK、抑制mTOR信號通路，誘導(dǎo)細胞周期阻滯及細胞凋亡，抑制腫瘤壞死因子-α誘導(dǎo)的CXCL8分泌，影響胰島素/胰島素樣生長因子-1，抑制GLUT1和PKM2的表達，降低TSH水平等。但是，二甲雙胍要作為一種腫瘤輔助治療藥物應(yīng)用于臨床，其具體抗癌機制及介導(dǎo)的信號通路目前研究成果尚未達成一致。因此，更多的臨床研究對評估二甲雙胍治療PTC的意義是非常必要的。