二甲雙胍在腫瘤細(xì)胞代謝中的研究進展

梁火燕，李弘毅，朱彥輝，翟瑞卿，薛文華，閆 巖，丁顯飛，趙 杰，李礪鋒

二甲雙胍屬于雙胍類降糖藥物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)是在研究提取法國植物丁香（山羊豆）的山羊豆堿時被發(fā)現(xiàn)的。二甲雙胍的臨床應(yīng)用已經(jīng)將近半個世紀(jì)，作為全球應(yīng)用最廣泛的口服治療2型糖尿病的藥物，其已被推薦作為所有新診斷的2型糖尿病患者的一線治療藥物[1]。二甲雙胍治療2型糖尿病的主要機制是通過減少糖異生來破壞肝臟中葡萄糖的輸出[2]，二甲雙胍口服后,主要分布于胃腸等消化系統(tǒng)、肝臟以及腎臟中，其中以肝臟最多。究其原因，可能是因為大部分的有機陽離子轉(zhuǎn)運蛋白1（organic cation transporter 1，OCT1）和溶質(zhì)運載體家族22A1（solute carrier family 22A1，SLC22A1）基因表達(dá)于肝細(xì)胞基底膜外側(cè)從而介導(dǎo)肝細(xì)胞攝取機體內(nèi)的二甲雙胍進入肝臟；也有可能是由于OCT3蛋白（由SLC22A3基因編輯）[3]促進了肝細(xì)胞對二甲雙胍的攝取，而二甲雙胍的清除主要依賴于腎臟。近年來，二甲雙胍在調(diào)節(jié)免疫和炎性反應(yīng)等方面[4-5]的作用不斷被報道和研究，而最近的臨床資料研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用二甲雙胍治療的2型糖尿病患者具有較低的癌癥風(fēng)險，使癌癥的發(fā)病率降低了31%，多種類型腫瘤的特異性死亡率降低了34%[6]。許多其他的研究[7-11]也得出了類似的結(jié)論。

先前的研究揭示了二甲雙胍作為細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)劑的關(guān)鍵作用機制。有報道顯示，二甲雙胍可以通過升高單磷酸腺苷酸（adenosine monophosphate，AMP）/腺嘌呤核苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）比值和激活A(yù)MP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）來抑制癌細(xì)胞的增殖并誘導(dǎo)其凋亡[12]，且AMPK的激活可減少胃上皮祖細(xì)胞的增殖并增加酸分泌性壁細(xì)胞，進而降低胃癌的發(fā)病風(fēng)險[13]。此外，二甲雙胍在腫瘤微環(huán)境中模擬能量限制的作用在腫瘤學(xué)領(lǐng)域的意義重大[14-15]，然而這之中仍存在著種種矛盾與爭議[16]。首先，雖然上述研究結(jié)論在2型糖尿病患者中得到了證實，但其是否適用于非糖尿病患者尚未得到充分驗證；其次，二甲雙胍究竟是通過改變?nèi)梭w全身的代謝來“間接”影響腫瘤細(xì)胞還是以細(xì)胞自主方式對腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生“直接效應(yīng)”仍然具有很大爭議。但是，二甲雙胍通過代謝途徑來抑制腫瘤作為一種可能的機制已得到了部分證實。二甲雙胍影響腫瘤生物學(xué)的分子機制是一個前沿?zé)狳c研究領(lǐng)域，本文將主要從代謝角度總結(jié)近年來二甲雙胍在腫瘤抑制中所起到的潛在作用及其機制。

1 二甲雙胍對腫瘤細(xì)胞葡萄糖代謝的作用及機制探討

葡萄糖的攝取增加是許多腫瘤細(xì)胞的特征性標(biāo)志，并且2型糖尿病患者升高的血糖和胰島素水平與較差的癌癥預(yù)后相關(guān)[17]?，F(xiàn)有的證據(jù)表明，高胰島素水平可以刺激常見癌癥細(xì)胞的增殖[18]。2005年EVANS等[19]發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可降低糖尿病患者的癌癥發(fā)生率。癌細(xì)胞具有更高的葡萄糖消耗水平，而葡萄糖代謝失調(diào)增加了癌癥發(fā)展的風(fēng)險，因此使用葡萄糖代謝抑制劑二甲雙胍可能有效地控制了包括癌癥在內(nèi)的代謝疾病。隨著腫瘤抑制基因肝激酶B1（liver kinase B1，LKB1）的發(fā)現(xiàn)，使其成為了二甲雙胍通過激活A(yù)MPK通路影響癌癥的第一個被識別的細(xì)胞靶點，并且被確定為該信號通路的主要上游激活因子[20]。LKB1-AMPK的相互作用可改變肝臟葡萄糖代謝的穩(wěn)態(tài)，并且在抑制蛋白質(zhì)的合成中發(fā)揮重要作用，從而抑制腫瘤的發(fā)生[21]。二甲雙胍誘導(dǎo)LKB1-AMPK信號通路的活化會抑制配合物哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）及其調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白（regulatory-associated protein of mTOR，Raptor）的表達(dá)以及細(xì)胞增長和蛋白質(zhì)合成[22]。AMPK的磷酸化激活抑癌基因結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物2（tuberous sclerosis complex 2，TSC2），在生理狀態(tài)下，由TSC1基因編碼的hamartin蛋白質(zhì)和由TSC2基因編碼的tuberin蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)共同形成功能性異二聚體（TSC1/TSC2復(fù)合物），該復(fù)合物具有GTP酶激活蛋白（GTPase-activating protein，GAP）活性，并通過負(fù)相關(guān)調(diào)節(jié)Ras蛋白腦組織同源類似物（Ras homolog enriched in brain，Rheb）蛋白的活化從而阻遏mTOR信號通路的激活，進而在控制細(xì)胞大小、細(xì)胞周期和細(xì)胞增殖的信號通路中發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用[23]。

在肺癌的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可以通過抑制AMPK信號通路的下游途徑阻斷AMPK的活化而發(fā)揮其抗腫瘤的作用[24]。此外，有多項研究還證實，二甲雙胍可抑制包括黑素瘤[25]、膽管癌[26]、甲狀腺癌[27]、子宮內(nèi)膜癌[28]、白血病[29]、乳腺癌[30]、骨髓瘤[31]和食道鱗狀細(xì)胞癌[32]在內(nèi)的多種癌癥細(xì)胞的生長，并可能可以抑制頭頸癌的轉(zhuǎn)移[33]。從二甲雙胍治療腫瘤的機制而言，二甲雙胍誘導(dǎo)的細(xì)胞周期停滯和2個主要的信號通路[AMPK通路和磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）通路]相關(guān)。二甲雙胍被轉(zhuǎn)運到肝細(xì)胞中，導(dǎo)致能量緊張，然后激活A(yù)MPK信號通路，從而進一步抑制肝糖異生和激活糖酵解。同時，能量應(yīng)激增加了肝細(xì)胞中的葡萄糖消耗，從而導(dǎo)致葡萄糖和胰島素水平降低，并通過干擾循環(huán)系統(tǒng)的糖酵解作用，這些可能促成了二甲雙胍在腫瘤中的治療作用。PI3K途徑的異常激活已在大多數(shù)癌細(xì)胞中被廣泛報道[33]。此外，ZHAO等[35]的研究表明，AMPK的激活可能拮抗蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，并進一步抑制細(xì)胞周期進程。有最新研究[13]發(fā)現(xiàn)，AMPK代謝通路促進干細(xì)胞向胃壁細(xì)胞分化，二甲雙胍通過激活A(yù)MPK和Kruppel樣因子4（Kruppel like factor 4，KLF4）抑制胃上皮祖細(xì)胞增殖的同時，也可能通過激活A(yù)MPK和過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助活化因子1（peroxisome proliferators-activated receptor-γ coactivator-1，PGC1）誘導(dǎo)壁細(xì)胞成熟，而壁細(xì)胞的大量受損是胃癌發(fā)生的重要一步，這可能是二甲雙胍降低胃癌患病風(fēng)險的潛在機制。有趣的是，二甲雙胍在癌癥中與AMPK無關(guān)的作用也得到了證實，如具有降低胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor 1，IGF-1）和胰島素血漿濃度的作用[36]。因此，二甲雙胍并不是完全通過AMPK通路發(fā)揮作用的[37]。此外，有研究[38]發(fā)現(xiàn)二甲雙胍可增強二氯乙酸鹽對Lewis肺癌細(xì)胞的毒性作用，這說明兩者具有潛在的協(xié)同作用；并且二甲雙胍誘導(dǎo)氧化應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡而沒有糖酵解在H4IIE肝細(xì)胞癌細(xì)胞中的阻斷作用。

事實上，由于癌細(xì)胞具有異常增殖的特性，而顯示出其與親代細(xì)胞不同的新陳代謝變化[39-40]。在正常情況下，細(xì)胞主要通過線粒體的呼吸鏈獲得能量。然而，即使在有氧環(huán)境中，癌細(xì)胞也需依賴糖酵解，這種現(xiàn)象被稱為“Warburg效應(yīng)”[41]。實際上，葡萄糖調(diào)節(jié)生理分子從而維持各種癌細(xì)胞的增殖。腫瘤細(xì)胞用葡萄糖作為能量來源來構(gòu)建細(xì)胞骨架。此表型的關(guān)鍵是葡萄糖-6-磷酸（glucose-6-phosphate，G-6-P）的產(chǎn)生，G-6-P在糖代謝中的作用對于腫瘤細(xì)胞的存活和增殖是非常有利的[42]。葡萄糖磷酸化是葡萄糖代謝中的第一步，這個反應(yīng)是由己糖激酶（hexokinase，HK）進行催化的，HK的4個同工酶依據(jù)其不同的亞細(xì)胞定位而發(fā)揮不同的催化和調(diào)節(jié)性能。HK-Ⅰ型、HK-Ⅱ型和HK-Ⅲ型的蛋白相對分子質(zhì)量均為1×105，它們對葡萄糖有很高的親和力，這表現(xiàn)在它們的米氏常數(shù)（Km值）在微摩爾濃度范圍內(nèi)，對G-6-P的反饋抑制很敏感。HK-Ⅰ型同工酶在人體內(nèi)是普遍存在的，HK-Ⅱ型僅在骨骼肌、脂肪組織和心臟中被發(fā)現(xiàn)，HK-Ⅲ型僅存在神經(jīng)元中。與此相反，HK-Ⅳ型，又被稱為葡糖激酶，在肝臟和胰腺中表達(dá)，其蛋白相對分子質(zhì)量為5×104，對葡萄糖的親和力較低，且受激素調(diào)控，對于G-6-P的反饋作用并不敏感。實際上，在線粒體外膜中，HK-Ⅰ型和Ⅱ型與通透性轉(zhuǎn)換孔相互作用，包括負(fù)責(zé)到細(xì)胞質(zhì)的ATP的通量的電壓依賴性陰離子通道1（voltage dependent anion channel 1，VDAC1），并可以優(yōu)先獲得ATP。此物理締合能促進葡萄糖磷酸化，并保護細(xì)胞免于凋亡[43]。HK-Ⅱ型在肺癌和乳腺癌中高度表達(dá)，增殖的癌細(xì)胞需要HK-Ⅱ型，這一點已在腫瘤進展間質(zhì)的下游調(diào)節(jié)中被證實[44-45]。在未結(jié)合狀態(tài)中，HK-Ⅱ型是一個開放的非活動結(jié)構(gòu)，ATP以一種遠(yuǎn)離催化部位的構(gòu)象綁定。在與葡萄糖結(jié)合后的構(gòu)象變化導(dǎo)致酶促活性封閉HK-Ⅱ型，呈現(xiàn)在ATP上就是生產(chǎn)構(gòu)象的突出。二甲雙胍可通過直接抑制HK2的活動和改變亞細(xì)胞定位從而誘導(dǎo)線粒體中HK-Ⅱ型的解離。二甲雙胍占據(jù)的區(qū)域已經(jīng)由計算機建模模擬，并發(fā)現(xiàn)其與結(jié)合位點G-6-P相對應(yīng)。同時，有研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍不抑制葡糖激酶HK-Ⅳ型，這是區(qū)別于其他HK同工酶的地方，且其并不會對G-6-P產(chǎn)生自發(fā)抑制作用[46]。因此，糖酵解和線粒體氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）是雙胍類藥物的作用方向之一。然而，在最新的研究[47]中，有研究者發(fā)現(xiàn)二甲雙胍可不依賴糖酵解途徑，而是通過增強氧化應(yīng)激來促進腫瘤細(xì)胞凋亡，進而發(fā)揮抗腫瘤作用。

最近的研究結(jié)果表明，當(dāng)細(xì)胞生長在低葡萄糖水平時，線粒體復(fù)合體ⅠDNA發(fā)生突變會增加腫瘤（白血病和肺癌等）細(xì)胞對苯乙雙胍的敏感性[48]；反之，高葡萄糖濃度會降低二甲雙胍對乳腺癌細(xì)胞增殖的有效性[49]。所有這些結(jié)果表明，葡萄糖劑量和二甲雙胍功效之間的相互作用可能對臨床上二甲雙胍的使用具有重要影響[49-50]。尤其是維持體內(nèi)葡萄糖水平平衡方面，這會是臨床上使用二甲雙胍治療腫瘤的重要要求。

2 二甲雙胍對腫瘤細(xì)胞脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)作用

二甲雙胍的另一個作用表現(xiàn)在通過減少肝臟脂肪變性而改善脂質(zhì)代謝[51-52]，這一作用還在一項臨床研究中被報道[53]。二甲雙胍可以通過選擇性增加極低密度脂蛋白（very low density lipoprotein，VLDL）對甘油三酯的攝取和褐色脂肪組織中的脂肪酸氧化而降低血漿中的甘油三酯的含量，從而促進血脂循環(huán)代謝[54]。二甲雙胍可引起組織中脂質(zhì)存儲的減少，與脂肪酸氧化和脂肪生成抑制的增加相一致，其機制可能與通過激活A(yù)MPK信號通路進行的介導(dǎo)有關(guān)[54-56]。最近有研究在小鼠模型中證實了AMPK在二甲雙胍對脂質(zhì)代謝中的作用，但在實驗中二甲雙胍引起血糖水平的降低取決于其通過乙酰輔酶A羧化酶（acetyl-coA carboxylase，ACC）的AMPK依賴性磷酸化降低細(xì)胞脂肪酸水平的能力[57]。因此，根據(jù)目前的結(jié)果來推測二甲雙胍對肝葡萄糖產(chǎn)生的抑制作用可能是繼發(fā)于藥物對ACC的影響。上述研究提示，二甲雙胍無法調(diào)節(jié)特異性敲除肝臟LKB1基因的高血脂小鼠的血糖水平[58]。事實上，二甲雙胍在激活缺乏LKB1基因的細(xì)胞中的AMPK受阻后，會降低ACC的磷酸化程度以及二甲雙胍提高胰島素敏感性和降低血糖的能力。因此，二甲雙胍可通過在胰島素抵抗范圍內(nèi)的AMPK依賴性和非依賴性的機制通過多種代謝途徑敏銳地抑制肝糖輸出。

當(dāng)前二甲雙胍的治療機制大多是依賴AMPK通路。有研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍具有抑制脂肪生成的能力以及由脂肪細(xì)胞介導(dǎo)的卵巢腫瘤增殖和轉(zhuǎn)移等的作用，其被推薦作為卵巢癌早期階段的一種治療選擇，這不僅是由于其具有抑癌潛能，還因為其同時有改變癌癥微環(huán)境的作用[59-60]。隨后的動物實驗[61]發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可以通過激活A(yù)MPK來下調(diào)早期結(jié)直腸癌的?；o酶A（acyl coenzyme A，acyl-CoA）合成酶/硬脂酰輔酶A去飽和酶（acyl-CoA synthetases/Stearoyl-CoA desaturase，ACSLS/SCD）從而改善結(jié)直腸癌小鼠的預(yù)后。此外，有研究[62]進一步發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍聯(lián)合脂肪酸合酶抑制劑可通過調(diào)節(jié)從頭合成脂肪酸過程來影響彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤細(xì)胞（diffuse large B-cell lymphoma，DLBCL）的存活，從而發(fā)揮抗腫瘤作用。另有研究報道，二甲雙胍-氟他胺聯(lián)合治療可上調(diào)肝和胰島素信號通路，這可能有助于改善脂質(zhì)代謝[63]，從而降低多囊卵巢綜合征的發(fā)病風(fēng)險。

3 二甲雙胍對腫瘤細(xì)胞胰島素代謝的調(diào)節(jié)作用

二甲雙胍對腫瘤進展的抑制作用可能是通過間接降低胰島素濃度來實現(xiàn)的。胰島素有利于腫瘤細(xì)胞的增殖和有絲分裂過程[64]，胰島素受體（insulin receptor，IR）包括2個亞型：IR-A和IR-B。IR-A和IR-B可形成復(fù)合體來激活有絲分裂途徑[65]。生理狀態(tài)下，與IR-B驅(qū)動有絲分裂和增殖途徑不同，IR-A主要表達(dá)于腫瘤細(xì)胞。胰島素通過結(jié)合到IR-A和IR-B復(fù)合體激活特定IGF-1受體（insulin like growth factor 1 receptor，IGF-1R）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。胰島素特異地結(jié)合IR-A是被公認(rèn)的胰島素促有絲分裂作用的機制，即使胰島素僅有較低的親和力，也能結(jié)合并激活腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)的IGF-1R。胰島素降低循環(huán)中胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白1（insulinlike growth factor binding protein-1，IGFBP-1）和IGFBP-2的濃度[66]，這可以提高IGF-1的生物活性，進而激活具有類似效力的IGF-1R和IR/IGF-1R混合受體。

IR、IGF-1R和IR/IGF-1R的磷酸化激活絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular signal regulated protein kinase，ERK）信號通路，刺激細(xì)胞生長和增殖。最近的研究已經(jīng)證明，MAPK/ERK信號通路的激活可調(diào)節(jié)丙酮酸激酶同工酶M2（pyruvate kinase isozyme type M2，PKM2）細(xì)胞核移位，從而促進“Warburg效應(yīng)”。此外，PKM2作為糖酵解最重要的限速酶之一，在細(xì)胞質(zhì)中PKM2可作為酶促活性的四聚體或非活性二聚體存在。MAPK/ERK信號通路的激活可以誘導(dǎo)Ser37磷酸化和PKM2的核轉(zhuǎn)運；當(dāng)一個PKM2二聚體易位到細(xì)胞核中，即能成為一種有效的蛋白激酶，其中磷酸化組蛋白H3，導(dǎo)致細(xì)胞周期蛋白D1（cyclin D1）和Myc基因的轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)[67]。另外，IR和IGF-1R通路可作用于糖酵解的生化中間產(chǎn)物，最近的研究已經(jīng)提出，PI3K/AKT信號通路在細(xì)胞能量代謝中起調(diào)節(jié)作用。AKT是主要的抗細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)劑，其可以促進糖酵解和葡萄糖攝取，誘導(dǎo)缺氧誘導(dǎo)因子1α和癌細(xì)胞中葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白1（glucose transporter 1，GLUT1）及HK2的表達(dá)[68]。AKT使HK2在Thr473磷酸化，并且有利于HK2與線粒體的關(guān)聯(lián)，這不僅需要抑制細(xì)胞色素c釋放和細(xì)胞凋亡，也需要保證HK2的催化功能[69]。

在這種情況下，需要研究二甲雙胍能否干擾或怎么干擾癌細(xì)胞中由胰島素和IGF-1誘導(dǎo)而增加的細(xì)胞能量代謝。在小鼠模型中，口服二甲雙胍可通過降低胰島素和IGF-1濃度抑制正常肺上皮和肺腫瘤的mTOR通路。二甲雙胍抑制IGF-1誘導(dǎo)AKT磷酸化[70]。因此，考慮到AKT和線粒體/HK2之間有串?dāng)_的存在，這一發(fā)現(xiàn)證明了一種可能性，即二甲雙胍也可能通過間接抑制作用驅(qū)動線粒體中HK2的解離[46]。

4 二甲雙胍對腫瘤細(xì)胞線粒體的氧化磷酸化的作用及機制探討

對于二甲雙胍抑制線粒體的氧化磷酸化過程的認(rèn)識始于2000年的2篇開創(chuàng)性研究。這2篇研究報道了，二甲雙胍通過對線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ（mitochondrial respiratory chain complex Ⅰ，MRCC-Ⅰ）[一種還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）-泛醌還原酶]溫和而特異性的抑制作用來降低細(xì)胞的呼吸作用，同時又不會影響線粒體功能過程中的其他步驟[71-72]。其實，早在20世紀(jì)60年代就有研究觀察到雙胍類衍生物對線粒體氧化磷酸化的作用，并與糖酵解的增加有關(guān)聯(lián)[73]。后來，進一步的研究發(fā)現(xiàn)，各種高濃度的雙胍類衍生物都能夠特異性地降低NADH途徑的氧化呼吸鏈而不會降低琥珀酸氧化呼吸鏈，這樣就將抑制作用分配到線粒體電子鏈（mitochondrial electron chain，ECT）傳遞過程中復(fù)合體Ⅰ所形成電子傳遞鏈中的各個復(fù)合體上[74]。因此，并非近些年才提出有關(guān)于線粒體的能量調(diào)節(jié)機制。

在過去的10年中，二甲雙胍對MRCC-Ⅰ特殊的抑制作用已在大鼠、小鼠以及人的原代肝細(xì)胞[71-72,75]、肝細(xì)胞瘤、腎上腺皮質(zhì)瘤永生細(xì)胞系[76-78]、骨骼肌細(xì)胞勻漿液[79]、內(nèi)皮細(xì)胞[80]、胰腺β細(xì)胞[81]、神經(jīng)元[82]、外周血單核細(xì)胞和血小板[83]中得到證實。這種瞬態(tài)抑制MRCC-Ⅰ從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞中能量電荷下降的機制已有報道，這種細(xì)胞能量狀態(tài)的量度的計算公式為（ATP濃度＋0.5×ADP濃度）/（ATP＋ADP＋AMP）濃度[75,84]；腫瘤細(xì)胞中ATP濃度的下降和ADP/ATP及AMP/ATP比值的上調(diào)激活了AMPK信號通路，并通過相關(guān)的多種信號網(wǎng)絡(luò)，進一步協(xié)調(diào)廣泛的能量代謝反應(yīng)[85]。盡管二甲雙胍對于復(fù)合體Ⅰ抑制作用的確切機制還未明確，僅在高濃度下觀察到其對分離出的線粒體的影響，這提示這種藥物對于線粒體的作用可能需要完整的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境[71,76]。最近有報道顯示，二甲雙胍（包括其他雙胍類）可以直接抑制純化的呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ，以及從牛心臟中分離出的線粒體和亞線粒體顆粒[74,86]，這與之前報告的數(shù)據(jù)相符[72,87]。然而，在增殖和分化過程中，癌細(xì)胞的代謝譜不同于非癌細(xì)胞。有力的證據(jù)表明，二甲雙胍可調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞中的能量代謝，尤其是負(fù)責(zé)一系列能量代謝的線粒體，并可能成為癌癥治療靶點[88]。二甲雙胍已在包括乳腺癌[89]、前列腺癌[89]、胰腺癌[90]和肺癌[91]等惡性腫瘤中顯示出了對線粒體復(fù)合物Ⅰ和ATP的直接抑制作用。

其他證據(jù)也表明，二甲雙胍可減少進入三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle，TCA）的乙酰輔酶A。乙酰輔酶A是從頭合成脂質(zhì)的原料，而已有研究證明脂質(zhì)的含量在癌癥轉(zhuǎn)移和治療耐藥性中起著重要的作用[92]。此外，SCOTLAND等[93]的研究證實，二甲雙胍可導(dǎo)致由細(xì)胞色素c介導(dǎo)或Bcl-2家族調(diào)節(jié)的線粒體凋亡，而線粒體ATP產(chǎn)生的減少導(dǎo)致Bcl-2和Bax之間的失衡。Bax是一種促凋亡蛋白，它的線粒體移位促進細(xì)胞色素c的釋放[94]。細(xì)胞色素c通過激活半胱天冬酶級聯(lián)反應(yīng)（如caspase 9、caspase 3和caspase 7的活化）能進一步誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡[95]。在特定癌癥的研究中，KALYANARAMAN等[96]報道了二甲雙胍可通過增強活性氧（reactive oxygen species，ROS）的積累和刺激氧化還原信號機制來抑制人胰腺癌細(xì)胞增殖；而GUO等[97]和MAAYAH等[98]的研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可以通過部分抑制線粒體細(xì)胞色素P450的活性來抑制乳腺癌細(xì)胞的生長。

有研究表明，至少在原代小鼠肝細(xì)胞中，二甲雙胍對于復(fù)合體Ⅰ的抑制作用并沒有被一氧化氮（NO）合成酶抑制劑或者ROS的清除劑所抑制[71]，并且不依賴于AMPK[75]。有研究[72]認(rèn)為，膜電位驅(qū)動帶正電荷的二甲雙胍在線粒體基質(zhì)中的積累會導(dǎo)致MRCC-Ⅰ受到抑制。另外，其非極性側(cè)鏈也將促進其結(jié)合到疏水結(jié)構(gòu)上，如線粒體膜的組成成分磷脂。重要的是，二甲雙胍的親脂性，主要依賴于二甲基取代末端氨基，而苯乙雙胍的結(jié)構(gòu)看起來極性更低。這些奇特的物理化學(xué)特性解釋了為什么2個結(jié)構(gòu)相關(guān)的雙胍類卻能影響不同的線粒體機制，二甲雙胍對于復(fù)合體Ⅰ是一種相對較弱但特異性的抑制劑，而苯乙雙胍則是對于線粒體的ETC發(fā)揮更有效但不特特異的作用[99]。此外，二甲雙胍可以通過選擇性地抑制反向電子流過呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ而顯著減少線粒體ROS的產(chǎn)生，雖然對于復(fù)合體Ⅰ的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系的理解在不斷深入，但是其許多方面的調(diào)節(jié)，如激活∕去激活的轉(zhuǎn)變，仍未能完全理解[74]。因此，仍需進一步研究二甲雙胍調(diào)控呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ的機制。值得注意的是，有研究報道，二甲雙胍與線粒體銅離子的直接結(jié)合可能對藥物的代謝起著關(guān)鍵的作用[100]。這些發(fā)現(xiàn)再次指出線粒體在二甲雙胍的分子機制中有著重要的參與。

5 二甲雙胍對腫瘤細(xì)胞免疫功能的調(diào)節(jié)作用

由過去幾年的流行病學(xué)調(diào)研結(jié)果顯示，二甲雙胍具有獨特的抗腫瘤作用。一項研究表明，與未使用二甲雙胍的糖尿病患者相比，使用二甲雙胍的糖尿病患者罹患癌癥的風(fēng)險顯著降低[101]；另有研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)二甲雙胍治療能增強糖尿病患者胰腺癌化療及其他治療手段的效果[102]。盡管有大量實驗針對二甲雙胍抗腫瘤免疫機制進行研究，但是目前仍不能明確二甲雙胍的抗癌模式。EIKAWA等[103]在2014年針對二甲雙胍在抗腫瘤的免疫調(diào)節(jié)效應(yīng)進行了研究，證明了二甲雙胍對腫瘤微環(huán)境中的CD8＋T細(xì)胞具有直接保護作用，能夠保護腫瘤浸潤性CD8＋T淋巴細(xì)胞免于凋亡，并且通過記憶T細(xì)胞和效應(yīng)T細(xì)胞的相互轉(zhuǎn)化，使衰竭的程序性死亡受體1（programmed cell death protein 1，PD-1）-T淋巴細(xì)胞免疫球蛋白黏蛋白3（T cell immunoglobulin domain and mucin domain 3，Tim-3）陽性表達(dá)的腫瘤浸潤性CD8＋T淋巴細(xì)胞重新獲能，進而發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)。此外，由于免疫檢查點及其配體之間的相互作用，以及腫瘤微環(huán)境中葡萄糖的濃度極低，腫瘤浸潤性CD8＋T淋巴細(xì)胞的代謝被鎖定在糖酵解作用占主導(dǎo)地位的氧化磷酸化狀態(tài)。二甲雙胍可能通過增加糖酵解效率，導(dǎo)致腫瘤浸潤性CD8＋T淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化為更活躍的效應(yīng)狀態(tài)以對抗癌癥[104]。

ZHAO等[105]以肝癌細(xì)胞的小鼠為模型進行研究，發(fā)現(xiàn)口服二甲雙胍通過減少白細(xì)胞介素-22（interleukin-22，IL-22）的分泌來抑制信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3（signal transducer and activator of transcription，STAT3）的磷酸化，從而發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)。該研究認(rèn)為，二甲雙胍經(jīng)過AMPKmTOR信號通路下調(diào)STAT3和STAT4的磷酸化水平，同時下調(diào)所在通路中下游的Bcl-2和cyclin D1的表達(dá)水平。二甲雙胍同樣可以抑制原始CD4＋T細(xì)胞的增殖、效應(yīng)T細(xì)胞的分化以及輔助性T淋巴細(xì)胞1（T-helper lymphocyte 1，Th1）和Th17中特異轉(zhuǎn)錄因子T盒子轉(zhuǎn)錄因子（T box transcription factor，T-bet）和維甲酸相關(guān)孤兒受-γt（retinoic acid related orphan receptor gamma-γt，ROR-γt）

的表達(dá)水平，從而減少IL-22的分泌。因此，二甲雙胍也可通過抑制STAT3信號活化而抑制體內(nèi)腫瘤的生長。

代謝和免疫結(jié)合也是近來研究的熱點。有研究[106]表明，二甲雙胍可以通過LKB1激活A(yù)MPK信號通路來調(diào)節(jié)T細(xì)胞的免疫應(yīng)答。AMPK是效應(yīng)T細(xì)胞和記憶T細(xì)胞相互轉(zhuǎn)化的一個重要因素。研究認(rèn)為，二甲雙胍代謝重編程作用可以使體內(nèi)的微環(huán)境調(diào)節(jié)為更適合效應(yīng)T細(xì)胞分化的狀態(tài)，以此來影響活化T細(xì)胞的生長和增殖。在AMPK感受到能量壓力時，會抑制mTORC1的活化。二甲雙胍可能通過抑制T細(xì)胞抗原受體（T cell receptor，TCR）活化的關(guān)鍵代謝過程以及IL-2的分泌，從而影響T細(xì)胞的應(yīng)答和增殖。

此外，二甲雙胍可能通過影響脂肪酸的代謝來發(fā)揮抗腫瘤作用[107]。在缺失腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6（tumor necrosis factor receptor associated factor 6，TRAF6）的小鼠體內(nèi)，正常的效應(yīng)T細(xì)胞應(yīng)答增強，但是由于CD8＋T細(xì)胞缺少AMPK的激活和線粒體脂肪酸氧化等相關(guān)反應(yīng)和免疫缺陷，記憶T細(xì)胞的數(shù)量明顯減少。而二甲雙胍可以使敲除TRAF6基因的CD8＋T細(xì)胞重啟線粒體脂肪酸氧化反應(yīng)，并刺激CD8＋記憶T細(xì)胞增殖。除了CD8＋記憶T細(xì)胞外，二甲雙胍還可以通過將CD11b＋細(xì)胞的代謝重定向至較低的OXPHOS狀態(tài)，同時提高糖酵解作用，從而將微環(huán)境推向抑制某些腫瘤生長的狀態(tài)[108]。

有研究認(rèn)為，二甲雙胍可通過抑制腫瘤細(xì)胞分泌腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor，TNF-α）而減少IL-8的分泌，且具有劑量依賴性[109]。（C-X-C）基序趨化因子配體8 [（C-X-C）motif ligand 8，CXCL8]是控制甲狀腺癌生長和進化的核因子κB（nuclear factor κ B，NF-κB）信號中一個重要的下游調(diào)節(jié)因子，使用二甲雙胍可以通過CXCL8有效延長實驗小鼠的存活期限并抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移能力。該研究還認(rèn)為，由二甲雙胍通過抑制TNF-α進而引起CXCL8分泌的減少，這可能是今后非直接抗癌藥物的主要機制。此外，二甲雙胍還可以直接通過AMPK依賴和非依賴的方式抑制NF-κB途徑發(fā)揮抗炎作用[110]。最近的一項研究表明，在包括癌癥在內(nèi)的一系列疾病中，AMPK的二甲雙胍激活可以限制Janus激酶（janus kinase，JAK）/STAT依賴性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的激活[111]。STAT信號通路的激活與癌細(xì)胞的增殖和侵襲有關(guān)[112]，而YANG等[113]發(fā)現(xiàn)二甲雙胍通過JAK/STAT信號通路抑制了食管鱗狀細(xì)胞癌的細(xì)胞增殖。

6 結(jié)語

細(xì)胞能量的下降狀態(tài)促進了細(xì)胞能量傳感器——AMPK的激活，而由二甲雙胍引起的AMPK的激活被認(rèn)為是導(dǎo)致肝臟糖異生抑制的重要機制。然而，最近的研究表明，二甲雙胍抑制肝臟葡萄糖產(chǎn)生的機制中除了AMPK的激活以外，還有其他機制的參與。二甲雙胍抑制呼吸鏈復(fù)合物Ⅰ導(dǎo)致的肝臟能量狀態(tài)降低可能是藥物快速減少肝臟糖異生的核心解釋。同時，二甲雙胍可通過AMPK信號通路抑制脂肪的生成，從而起到抑制腫瘤增殖和轉(zhuǎn)移的作用。對于近年來研究較多的腫瘤周邊微環(huán)境，二甲雙胍也可以通過其發(fā)揮抑癌作用，從而進一步提高二甲雙胍對于腫瘤的抑制作用。因此，二甲雙胍可作為降低癌細(xì)胞生存率而又不損傷正常細(xì)胞的較為理想的抗癌治療藥物，其發(fā)展前景還是非?？捎^的。