二甲双胍治疗头颈部鳞状细胞癌机制的研究进展

1、二甲双胍治疗头颈部鳞状细胞癌机制的研究进展头颈部鳞状细胞癌（headandnecksquamouscellcarcinoma，HNSCC）是头颈部最常见的癌症，由发生在口腔、咽部和喉部的鳞状细胞癌组成，其主要的危险因素包括烟草、酒精及人乳头瘤病毒（humanpapillomavirus，HPV）感染。HNSCC的治疗方法主要包括手术治疗、化疗及放疗，近年来还增加了靶向及免疫疗法。手术治疗可能会导致言语改变、吞咽困难、凝血障碍以及对鼻窦、腺体和淋巴结的损害。放、化疗等辅助治疗常因治疗的抵抗性及高系统毒性最终导致治疗的失败。二甲双胍是治疗型糖尿病的一线用药，具有稳定、价格低廉及高效的特点。二甲双胍

2、的降糖机制主要与其增加外周葡萄糖的摄取和利用，降低基础和餐后血糖及减少肝脏糖异生，改善胰岛素敏感性有关。近年来，大量体内、外研究表明二甲双胍可抑制多种恶性肿瘤的增殖，包括乳腺癌、子宫内膜癌、肺癌、胃癌、甲状腺髓样癌。此外，多项临床研究结果表明二甲双胍降低了HNSCC的患病风险并不同程度地改善了HNSCC患者的预后。关于其作用机制的相关研究也为HNSCC的治疗和预防提供了新靶点和新思路。1.二甲双胍抗HNSCC相关机制1.1通过降低胰岛素水平间接抑制HNSCC型糖尿病患者常发生胰岛素抵抗致循环胰岛素水平升高而导致高胰岛素血症的发生。高胰岛素血症造成了胰岛素样生长因子结合蛋白-1（IGFbindi

3、ngprotein-1，IGFBP-1）和IGFBP-2水平降低，因而提高了游离和生物活性胰岛素样生长因子-1（insulinlikegrowthfactor-1，IGF-1）的水平。高水平的胰岛素和IGF-1分别激活了在恶性肿瘤细胞中高表达的受体酪氨酸激酶通路、胰岛素受体和IGF-1受体，进而激活了胰岛素反应底物-1、下游丝裂原活化蛋白激酶通路、磷脂酰肌醇-3激酶/Akt通路及Janus激酶/信号转导与转录激活子通路。这些通路的激活可促进蛋白合成和细胞增殖，保护细胞免受凋亡刺激并参与癌症干细胞的启动和维持。二甲双胍通过降低肝糖原的输出并提高肌肉组织对葡萄糖的摄取，降低了血浆胰岛素和IGF-1

4、的水平从而阻碍了受体酪氨酸激酶通路向下游靶点的信号转导，抑制了癌前病变细胞及癌细胞的增殖。1.2抑制雷帕霉素靶蛋白（mammaliantargetofrapamycin，mTOR）通路mTOR是一种丝氨酸-苏氨酸激酶，由mTORC1和mTORC2两个复合体组成，在HNSCC的发生中起重要作用。mTOR信号通路是细胞生长、增殖、存活、新陈代谢和蛋白质合成关键的驱动和调节因子，在包括HNSCC在内的数种癌症中均被过度激活。二甲双胍作用于线粒体电子传递链（electrontransportchain，ETC）的线粒体复合体，抑制了线粒体的氧化磷酸化，使得ATP产生减少，AMP/ATP的比率上升，激活

5、腺苷酸激活蛋白激酶（AMP-activatedproteinkinase，AMPK），激活的AMPK抑制mTOR导致癌细胞的生长和代谢受到影响。Wu等构建了可表达酵母线粒体NADH脱氢酶（NDI1）的HNSCC细胞，通过与正常癌细胞进行对比，证明了二甲双胍可靶向作用于线粒体复合体进而通过激活AMPK/mTOR通路在体内外起到抗肿瘤作用。通过抑制mTOR信号通路，二甲双胍还可直接抑制具有PIK3CA变异或HPV促癌基因癌细胞的生长，这种抑制作用依赖于细胞表面有机阳离子转运体（organiccationtransporters，OCT3）的表达。Patel等在口腔上皮异常增生及高至中分化的HNSC

6、C细胞中发现了OCT3的高表达，证明了二甲双胍可通过OCT3进入细胞并通过激活AMPK抑制mTORC1通路直接抑制HNSCC的发生发展。二甲双胍还可通过抑制mTORC1的活性降低癌前病变的大小及数量，抑制其向舌癌的转化。此外，在肝激酶B1被敲除后mTORC1的活性仍可被抑制，揭示了二甲双胍抑制mTORC1的AMPK非依赖性途径。1.3对癌症干细胞的作用癌症干细胞（cancerstemcell，CSC）与包括HNSCC在内多种癌症的复发和药物抵抗有关。肿瘤的低氧微环境增强了CSCs对治疗所诱导细胞死亡的逃逸，降低了化疗效果。研究表明二甲双胍对mTOR的抑制作用可使4E-BP1再活化从而抑制HNS

7、CC干性基因的转录，证明二甲双胍可以直接作用于HNSCC起始细胞，诱导细胞分化，阻止其恶性转化。此外，二甲双胍与姜黄素的联用可以抑制NOTCH1及其他通路从而抑制CSCs的促癌症发生作用，这种作用在HNSCC进展的初始阶段更为有效。1.4诱导细胞周期停滞和促进凋亡作用体内、外实验表明二甲双胍可通过降低cyclinD1的表达并抑制视网膜母细胞瘤蛋白的磷酸化诱导口腔鳞状细胞癌（oralsquamouscellcarcinoma，OSCC）细胞发生G0/G1期停滞，并通过下调抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xL，并上调促凋亡蛋白Bax促进细胞凋亡阻止OSCC的发展。根据Sikka等的研究，二甲双胍可以

8、时间和剂量依赖的方式导致HNSCC的G1期细胞数量增加，S期细胞数量下降，这与其抑制蛋白翻译的起始和延伸阶段导致包括Cdks、cyclins、CDKIs、Skp2和-Trcp在内的细胞内蛋白整体表达下降有关。低氧条件下，二甲双胍抑制了OSCC细胞的增殖和迁移并通过提高caspase3的表达促进细胞的凋亡。最近的一项研究表明，二甲双胍通过促进细胞凋亡并抑制细胞增殖导致HPV+细胞整体数量下降，抑制了肿瘤的生长。一项临床实验研究表明，在确定性手术前使用9d二甲双胍使得HNSCC组织的凋亡率明显上升。Curry等的临床试验也证明了术前使用二甲双胍提高了HNSCC凋亡细胞的数量，HPV-吸烟患者比HP

9、V+患者更为明显。1.5免疫调节作用二甲双胍提高抗肿瘤免疫反应限制肿瘤生长的主要机制如下:（1）防止肿瘤相关巨噬细胞（tumorassociatedmacrophage，TAMs）的M2极化；（2）抑制促炎症细胞和免疫抑制细胞因子的分泌；（3）提高细胞毒性CD8+T细胞的功能；（4）防止T细胞在肿瘤微环境中的耗竭。临床实验表明，二甲双胍提高了HNSCC患者血清中促肿瘤免疫因子TNF-和IL-2，降低了抗肿瘤免疫因子IL-4，并提高了细胞毒性T细胞、NK细胞和NKT细胞的水平，导致了固有免疫的整体激活。近期的一项体内研究发现二甲双胍的局部注射加快了大鼠颊黏膜溃疡面积的缩小，也体现了与其对炎症的抑

10、制。研究表明，在有结节外入侵的转移性淋巴结中，二甲双胍增强了侵袭性边缘CD8+效应T细胞的浸润，证明了其免疫调节性，且FOXP3+调节T细胞的浸润也有所提高，这可能预示了HNSCC良好的预后。相反，有研究表明二甲双胍在提高瘤周前沿间质内CD8+T细胞浸润的同时降低了肿瘤组织内FOXP3+T细胞的浸润，使得肿瘤组织及前沿间质内CD8+/FOXP3+的比率（CFR）均有所提高，而高CFR常预示着良好的癌症预后。2.二甲双胍辅助抗HNSCC的相关机制2.1增强放疗效果研究表明具有破坏性突变的p53蛋白所介导的放疗抵抗常导致HNSCC的局部复发，二甲双胍可增强放疗诱导的衰老作用降低其抵抗性，这可能与二

11、甲双胍提高活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS）的产生有关。过表达的苹果酸酶（malicenzyme，ME）可阻止细胞的衰老，研究表明二甲双胍可抑制ME2的表达，在具有突变型p53的HNSCC中比野生型更为明显，这解释了其可能的放疗增强作用。组织低氧常影响放疗疗效，二甲双胍可以提高HNSCC移植瘤内的氧饱和度和血红蛋白浓度，而不影响周围正常组织，为其提高放疗敏感性提供了依据。近期一项关于局部晚期HNSCC的一期临床实验将二甲双胍与放化疗结合起来，结果表明患者2年内的整体生存率及无进展生存期都有所提高。2.2辅助化疗缺氧导致了多种细胞系的化疗抵抗，Qi等证明了二甲双胍可以在

12、低氧条件下抑制NF-B/HIF-1信号轴及相关蛋白产物的表达从而提高OSCC对顺铂的敏感性。近期的研究表明，二甲双胍的加入提高了顺铂在低氧环境下对HNSCC细胞的抑制作用，且当两者浓度比为110时可产生较强的协同作用。体外研究表明二甲双胍可提高顺铂对非干细胞的毒性，但同时也提高了干性标志物的表达，这种相反的作用可能与二甲双胍抑制线粒体复合体降低了ROS的产生有关。根据此研究结论，作者提出将二甲双胍与可降低其对CSCs干性增强作用的药物联用可能会是治疗HNSCC的新手段。此外，二甲双胍不仅可以增强阿霉素对舌鳞状细胞癌的增殖抑制，提高凋亡率并加强对癌细胞迁徙与侵袭的抑制作用，还可以通过多种机制降低

13、阿霉素所导致的心脏毒性，提高其化疗安全性。二甲双胍还可通过抑制OSCC细胞Warburg效应相关因子的表达增强5-氟尿嘧啶（fluorouracil，5-FU）对OSCC的促凋亡和生长抑制作用。与之相反，有研究认为二甲双胍增强了OSCC对5-FU的抵抗，这可能与二甲双胍提高了细胞胸苷酸合成酶（thymidylatesynthase，TS）及胸苷激酶1的表达从而削弱了5-FU对于遗传物质合成代谢的干扰有关。两项研究结果的差异可能来自于细胞系之间的差异，WHCO细胞系的染色体上具有与TS过度表达相关的基因导致了抵抗的发生。2.3辅助靶向治疗吉非替尼是一种表皮生长因子受体（epidermalgrow

14、thfactorreceptor，EGFR）酪氨酸激酶抑制剂，可靶向作用于EGFR而起到治疗癌症作用。低氧条件下，HNSCC细胞招募巨噬细胞并使之极化为M2型TAMs，从而激活CCL15-CCR1-NF-B通路导致对吉非替尼的抵抗。二甲双胍可以在低氧条件下抑制TAMs分泌CCL15并降低HNSCC细胞CCR1表达从而抑制巨噬细胞与肿瘤细胞的相互作用，提高了吉非替尼的治疗效果。此外，低氧所促进的G1-S周期进展及上皮-间充质转化也会导致吉非替尼的抵抗，二甲双胍通过诱导细胞周期抑制并下调上皮-间充质转化增强吉非替尼的疗效。达沙替尼是Bcr-bl激酶和Src激酶抑制剂，可通过激活AMPK依赖性内质网应激介导EGFR降解促进肿瘤凋亡。二甲双胍的AMPK激酶作用增强了达沙替尼在体内、外对HNSCC的抗癌效果并提高了抵抗性细胞系对达沙替尼的敏感性。此外，二甲双胍还可以提高OSCC细胞对于吉西他滨的易