二甲雙胍抗腫瘤作用的研究進(jìn)展

蔣騰，朱仲玲綜 述，閻昭，2審 校

（1.天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院臨床藥理研究室，國(guó)家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津市“腫瘤防治”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市惡性腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津300060；2.天津市藥物臨床研究技術(shù)創(chuàng)新中心，天津300182）

二甲雙胍是治療2 型糖尿病的一線治療藥物。近年來(lái)的研究表明，除了降糖的作用以外，二甲雙胍在改善多囊卵巢綜合征[1]，控制體重[2]，延緩衰老[3]以及抗腫瘤[4]等方面都有作用，其中對(duì)抗腫瘤作用的研究最為廣泛。目前，二甲雙胍在肺癌、肝細(xì)胞癌、胃癌、甲狀腺癌等中表現(xiàn)出優(yōu)秀的治療潛力。其臨床研究主要集中于抑制腫瘤細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，改善腫瘤微環(huán)境，增強(qiáng)免疫以及聯(lián)合其他藥物增加藥物敏感性[5-6]等方面。本文將從AMP 活化蛋白激酶（AMPK）依賴性與AMPK 非依賴性兩個(gè)方面，闡述二甲雙胍在抗腫瘤作用中的研究進(jìn)展。

1 二甲雙胍依賴AMPK 的抗腫瘤作用

1.1 抑制脂質(zhì)合成代謝 重編程是腫瘤細(xì)胞代謝異常的經(jīng)典方式。近年來(lái)，通過(guò)同位素示蹤技術(shù)發(fā)現(xiàn)，線粒體呼吸是腫瘤細(xì)胞耐藥、轉(zhuǎn)移、維持腫瘤干細(xì)胞活性[7]以及腫瘤發(fā)生所必須的。線粒體呼吸的代謝中間產(chǎn)物促進(jìn)脂質(zhì)以及核酸的合成，用以維持細(xì)胞的生長(zhǎng)與增殖。因此，在癌細(xì)胞中脂肪合成的速率會(huì)明顯增加。AMPK 通過(guò)靶向許多脂肪生成酶的活性來(lái)抑制脂肪生成。二甲雙胍通過(guò)激活A(yù)MPK，直接磷酸化固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白（SREBP）1c 的Ser372 殘基。從而抑制SREBP-1c 的前體形式（前體SREBP-1c）蛋白水解為成熟的SREBP-1c，進(jìn)而下調(diào)SREBP-1c 的靶點(diǎn)，包括乙酰輔酶A 羧化酶（ACC）和脂肪酸合酶（FASN），這導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)脂肪合成減少[8]。另一方面，AMPK 磷酸化可以直接失活A(yù)CC，抑制羥甲基戊二酸單酰輔酶A 還原酶（HMGCR）的合成，導(dǎo)致膽固醇的合成減少。因此，二甲雙胍通過(guò)抑制由AMPK 激活介導(dǎo)的脂肪生成而展現(xiàn)出其抗癌潛力。

1.2 控制自噬 自噬是一種保守的自降解系統(tǒng)，對(duì)于在壓力條件下維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。自噬可能通過(guò)抑制腫瘤的發(fā)生但促進(jìn)腫瘤的發(fā)展而發(fā)揮著作用。AMPK 激活可以通過(guò)自噬協(xié)助細(xì)胞適應(yīng)代謝應(yīng)激，激活的AMPK 通過(guò)雷帕霉素復(fù)合物1（mTORC1）抑制以及unc-51 樣自噬激活激酶1（ULK1）磷酸化來(lái)觸發(fā)自噬。研究表明，二甲雙胍可以通過(guò)自噬抑制腫瘤的發(fā)展[9]。但是，最近的研究表明，二甲雙胍可以通過(guò)抑制自噬，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，從而發(fā)揮抗腫瘤作用[10]。

1.3 誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯 二甲雙胍作為線粒體復(fù)合體Ⅰ抑制劑，通過(guò)限制ATP 的合成，激活A(yù)MPK。在一項(xiàng)關(guān)于宮頸癌的研究中發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍以劑量依賴性的方式激活A(yù)MPK 及其下游的p53，也可以減少與G0/G1 期相關(guān)的CyclinD1 表達(dá)誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯[11]。另有研究表明，二甲雙胍可抑制卵巢癌細(xì)胞的生長(zhǎng)而不影響正常細(xì)胞[12]，并且與卵巢癌的p53突變狀態(tài)無(wú)關(guān)，而是通過(guò)AMPK/糖原合成酶激酶（GSK）3β 的激活，促進(jìn)CyclinD1 蛋白酶體降解發(fā)揮細(xì)胞周期阻滯作用。p21 與p27 對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)控同樣發(fā)揮重要作用，p21 與p27 的敲低會(huì)使S 期、G2/M 期的比例增加[13]。Zhou 等[14]對(duì)急性髓性白血病的研究表明，二甲雙胍通過(guò)AMPK 促進(jìn)p53、p21CIP1和p27KIP1的表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯。

1.4 激活Foxo3a Foxo3a 在細(xì)胞凋亡、細(xì)胞增殖、DNA 損傷和抗氧化應(yīng)激方面起著至關(guān)重要的作用。在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中，F(xiàn)oxo3a 作為抑癌基因發(fā)揮著作用。調(diào)節(jié)Foxo3a 活性是通過(guò)控制Foxo3a 在核和細(xì)胞質(zhì)之間的轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)現(xiàn)的。諸如蛋白激酶B（PKB）、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK）等蛋白激酶以及聚（ADP-核糖）聚合酶1（PARP1)依賴性磷酸化作用有助于將其從細(xì)胞核中排除。在細(xì)胞質(zhì)中，F(xiàn)oxo3a 被泛素化，然后被蛋白酶體降解從而失活。Foxo3a 失活與癌癥的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)[15]。研究表明，激活A(yù)MPK可以通過(guò)調(diào)節(jié)Foxo3a 抑制上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）。Foxo3a 激活導(dǎo)致E-鈣黏蛋白基因的表達(dá)降低和編碼EMT 誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子的抑制[16]。同時(shí)，一項(xiàng)腦膠質(zhì)瘤的研究表明，二甲雙胍通過(guò)AMPK 激活Foxo3a，在體外誘導(dǎo)干細(xì)胞樣神經(jīng)膠質(zhì)瘤起始細(xì)胞的分化，抑制干細(xì)胞樣神經(jīng)膠質(zhì)瘤起始細(xì)胞形成腫瘤。因此，二甲雙胍對(duì)腫瘤細(xì)胞的作用機(jī)制是通過(guò)激活A(yù)MPK-Foxo3a 軸發(fā)揮作用的[17]。

2 二甲雙胍不依賴AMPK 的抗腫瘤作用

2.1 增強(qiáng)免疫功能 二甲雙胍對(duì)腫瘤免疫微環(huán)境的影響越來(lái)越受到關(guān)注。腫瘤缺氧是免疫治療的障礙，二甲雙胍在體內(nèi)外抑制腫瘤細(xì)胞中的氧氣消耗，從而減少了腫瘤微環(huán)境中的缺氧狀態(tài)，進(jìn)而增強(qiáng)免疫功能。先前的研究表明，二甲雙胍可以通過(guò)調(diào)節(jié)脂肪酸代謝增加CD8+T 細(xì)胞的產(chǎn)生。最近的研究證實(shí)，二甲雙胍可以促進(jìn)白細(xì)胞介素（IL）-2、腫瘤壞死因子（TNF）-α、干擾素（IFN）-γ 等細(xì)胞因子的產(chǎn)生，維持CD8+腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞(TILs)的活性[18]。另一方面，二甲雙胍可以降低PD-L1 的穩(wěn)定性和膜定位來(lái)增加細(xì)胞毒性T 細(xì)胞（CTL）的活性[19]。因此，將二甲雙胍與免疫療法相結(jié)合，提高腫瘤對(duì)免疫療法的敏感性成為可行的治療策略。

2.2 通過(guò)抑制未折疊蛋白反應(yīng)（UPR）促進(jìn)細(xì)胞凋亡 UPR 被認(rèn)為可以保護(hù)腫瘤細(xì)胞免受葡萄糖缺乏和缺氧的應(yīng)激條件以及免疫檢測(cè)的影響[20]。當(dāng)腫瘤細(xì)胞處于應(yīng)激條件下的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）中積累。這種積累通過(guò)跨膜蛋白ATF6、蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶（PERK）和肌醇需求激酶(IRE1)的啟動(dòng)誘導(dǎo)UPR 轉(zhuǎn)錄程序的激活[21]。UPR 通過(guò)限制ER 中錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)的積累，以及葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78（GRP78）和葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白94（GRP94）的上調(diào)來(lái)維持細(xì)胞存活[22]?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可以抑制轉(zhuǎn)錄激活因子X(jué)BP1 和ATF4 的產(chǎn)生，并在葡萄糖剝奪期間誘導(dǎo)大量細(xì)胞死亡。

2.3 抑制微管蛋白的表達(dá) 微管蛋白作為微管細(xì)胞骨架的組成部分，在細(xì)胞分裂、染色體分離以及細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)确矫姘l(fā)揮關(guān)鍵作用[23]。微管主要由α-微管蛋白和β-微管蛋白異二聚體組成。新近研究表明，幾種微管蛋白同種型（βⅠ-，βⅡ-，βⅢ-，βⅣa-和βⅤ-微管蛋白）的高表達(dá)與多種腫瘤進(jìn)展、化療耐藥以及患者預(yù)后不良相關(guān)。其中，以βⅢ-微管蛋白（TUBB3）的研究較為廣泛，經(jīng)過(guò)組織芯片分析發(fā)現(xiàn)，TUBB3 的高表達(dá)常見于各種腦腫瘤、肺癌、胰腺腺癌、腎細(xì)胞癌和惡性黑色素瘤[24]。同時(shí)，TUBB3 表達(dá)異常與肺癌、乳腺癌、卵巢癌和胃癌在內(nèi)的多種腫瘤對(duì)紫杉醇類和生物堿類藥物的耐藥性有關(guān)[23]。先前的報(bào)道表明，二甲雙胍可以顯著降低乳腺癌細(xì)胞系中的微管相關(guān)蛋白[25]。

2.4 激活DNA 損傷反應(yīng)（DDR） DDR 的缺失通過(guò)促進(jìn)DNA 突變來(lái)促進(jìn)腫瘤發(fā)展，共濟(jì)失調(diào)性毛細(xì)血管擴(kuò)張突變（ataxia telangiectasia mutated，ATM）是介導(dǎo)DDR 的主要調(diào)節(jié)因子之一，二甲雙胍可能通過(guò)激活A(yù)TM 介導(dǎo)的DDR，使細(xì)胞對(duì)損傷敏感，從而顯著降低組織中功能異常的癌變前細(xì)胞的積累[26]。

2.5 調(diào)節(jié)腸道菌群 胰腺導(dǎo)管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC）的發(fā)生與十二指腸黏膜和管腔的微生物組成和多樣性發(fā)生變化有關(guān)，而二甲雙胍可改變十二指腸微生物組成，并降低肥胖引起的胰腺導(dǎo)管腺癌的發(fā)病率[27]。此外，二甲雙胍治療可以通過(guò)降低脆弱擬桿菌（B. fragilis），提高腸道中的膽汁酸葡糖去氧膽酸（GUDCA）的水平，進(jìn)而拮抗膽汁酸受體（farnesoid X receptor，F(xiàn)XR），以改善代謝障礙[28]。激活FXR 可促進(jìn)前列腺癌和非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的增殖[29]。同時(shí)，觀察到在FXPhighPD-L1low亞型的非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞系和荷瘤小鼠中對(duì)抗PDL1 治療的敏感性增強(qiáng)[30]。但是，最近的研究表明，拮抗FXR 可能會(huì)促進(jìn)Lgr5+腸癌干細(xì)胞的增殖，F(xiàn)XR的激活降低了腸癌的嚴(yán)重程度，從而顯著提高了生存率[31]。因此，二甲雙胍通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群影響癌癥發(fā)生、發(fā)展的作用機(jī)制仍然需要深入探究。

3 二甲雙胍相關(guān)的臨床試驗(yàn)

目前，在Clinicaltrials.gov 上注冊(cè)了200 余項(xiàng)與二甲雙胍抗腫瘤作用相關(guān)的臨床試驗(yàn)。其中，探索二甲雙胍聯(lián)合用藥是目前臨床試驗(yàn)的重點(diǎn)之一。Arrieta 等[32]的二期臨床試驗(yàn)表明，在晚期肺腺癌患者的標(biāo)準(zhǔn)EGFR-TKIs 治療中加入二甲雙胍可以顯著改善PFS。在一項(xiàng)關(guān)于非糖尿病非小細(xì)胞肺癌患者的研究中指出，二甲雙胍與卡鉑、紫杉醇和貝伐單抗聯(lián)合使用具有顯著的臨床益處[33]。但是，在一項(xiàng)類似的研究中，Parikh 等[34]發(fā)現(xiàn)，晚期非小細(xì)胞肺癌患者使用二甲雙胍聯(lián)合化療的方案沒(méi)有顯著改善臨床療效。這可能是由于樣本量較少，且大多數(shù)入組患者存在非LKB1 突變的KRAS 突變有關(guān)。同時(shí)，Nanni 等[35]在關(guān)于HER2 陰性轉(zhuǎn)移性乳腺癌的臨床試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍聯(lián)合化療的一線治療在PFS和OS 方面未顯示任何優(yōu)勢(shì)。不過(guò)將穩(wěn)態(tài)模型評(píng)估-胰島素抵抗指數(shù)（HOMA-IR）≥2.5 的胰島素抵抗患者與HOMA-IR＜2.5 的胰島素敏感患者進(jìn)行比較時(shí)，觀察到PFS 有顯著差異。除了關(guān)注二甲雙胍的抗腫瘤作用，也有針對(duì)二甲雙胍預(yù)防作用的研究，在一項(xiàng)隨機(jī)安慰劑對(duì)照多中心試驗(yàn)中，對(duì)于接受單發(fā)或多發(fā)結(jié)直腸腺瘤息肉切除術(shù)的患者，低劑量的二甲雙胍（250 mg/d）治療1年可顯著降低結(jié)直腸癌總風(fēng)險(xiǎn)[36]。

綜上所述，二甲雙胍作為治療2 型糖尿病的一線藥物，在預(yù)防腫瘤發(fā)生，控制疾病進(jìn)展方面都發(fā)揮著重要的作用。不僅可以通過(guò)激活A(yù)MPK 抑制腫瘤細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯；還可以在調(diào)節(jié)免疫功能、腸道菌群等方面間接的對(duì)抗腫瘤起到積極作用。但是，仍然需要在調(diào)節(jié)免疫功能、腸道菌群組成變化、控制自噬以及二甲雙胍聯(lián)合用藥等方面進(jìn)行深入的探究。臨床試驗(yàn)方面，應(yīng)明確二甲雙胍的最佳受益人群，為腫瘤患者的治療受益以及預(yù)防腫瘤的發(fā)生提供更多的理論依據(jù)。