二甲双胍抗肿瘤作用的研究进展

二甲双胍抗肿瘤作用的研究进展摘要二甲双胍是Ⅱ型糖尿病（T2DM）经典的一线治疗药物，除此之外它还具有抗肿瘤的作用。尤其对T2DM及多种癌症的发生和死亡风险有明显的减低作用，并可以改善预后。二甲双胍抗肿瘤作用目前发现可能有两种机制，分别是分子作用机制和免疫微环境作用机制。本文将对二甲双胍抗肿瘤的作用机制及其临床研究进展作以简单概述。【关键词】二甲双胍；肿瘤治疗；Ⅱ型糖尿病中图分类号：R730文献标识码：ARESEARCHPROGRESSINTHEANTI-TUMOUREFFECTOFMETFORMINAbstractMetforminisaclassicfirst-linetherapyfortype2diabetesmellitus(T2DM).Inaddition,italsohasanti-tumoreffects.Inparticular,itcansignificantlyreducetheriskofoccurrenceandmortalityofT2DMandmanytypesofcancer,andcanimprovetheprognosis.Therearetwopossiblemechanismsofmetforminonanti-tumor,oneismolecularmechanism,theotherisimmunemicroenvironmentmechanism.Inthisreview,wewillbrieflyreviewthemechanismofmetforminonanti-tumoranditsclinicalprogress.[Keywords]metformin;tumortreatment;typeⅡdiabetes

近年来，随着人们物质生活的丰富，越来越多的人饮食不健康，生活不规律等因素导致肥胖人数大增，与肥胖相关肿瘤发病率持续性增长。二甲双胍作为T2DM临床首选的口服降糖药物，其降血糖作用机制主要是抑制肝脏糖异生和糖原分解，促进外周靶细胞对葡萄糖的摄取和利用，抑制肠道葡萄糖吸收[1]。近些年根据流行病学的研究调查发现，糖尿病患者比非糖尿病患者更易患肿瘤疾病，在使用二甲双胍治疗T2DM的过程中，发现二甲双胍不仅具有保护心血管、调节血脂、治疗非酒精性脂肪肝的作用，还有抗肿瘤作用[2,3]。二甲双胍抗肿瘤可能的作用机制1.1分子作用机制二甲双胍抑制肿瘤的分子作用机制分为依赖AMPK(5’-腺苷单磷酸激活的蛋白激酶)和非依赖AMPK作用机制。AMPK即AMP依赖的蛋白激酶，是生物能量代谢调节的关键调节因子[2,4]，是糖尿病及其他代谢性疾病研究的核心，可作用于人体代谢相关的各个组织或器官。正常细胞在激素、细胞代谢物、细胞压力和运动及饥饿状态下，通过激活AMPK能促进机体分解代谢，对合成代谢进行抑制，维持细胞生存；而在肿瘤细胞中，二甲双胍使AMPK磷酸化，影响肿瘤细胞的代谢活动，从而抑制其发生发展及增殖[3,5]。二甲双胍抗肿瘤的分子作用机制主要由LKB1-AMPK通路、AMPK-mTOR通路、AMPK-p53通路和非经典AMPK通路四条途径实现[2]。最新研究表明，二甲双胍抑制肿瘤细胞的生长和迁移，也可不通过激活AMPK：eq\o\ac(○,1)可直接通过下调胰岛素，缓解因胰岛素样生长因子受体高表达引起的癌细胞增殖转移作用，从而延缓癌细胞增殖[2,9]；eq\o\ac(○,2)抑制肿瘤迁移相关因子，如抑制Ras相关C3肉毒杆菌毒素底物、抑制细胞分裂周期蛋白42及抑制基质金属蛋白酶[2,6]。eq\o\ac(○,3)AMPK通过激活肿瘤抑制因子(TSC)形成复合物，抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）激活途径得到众学者的认可。但有研究显示，对去除TSC的小鼠胚胎成纤维细胞，给予不同浓度的二甲双胍，AMPK底物不断增加，mTOR通路仍受抑制。因此二甲双胍也可不经过AMPK，与其他靶位点结合，抑制mTOR信号通路[6]，达到抗肿瘤的作用。1.2免疫微环境作用机制二甲双胍对肿瘤免疫微环境的影响包括适应性免疫应答和非特异性免疫，它可增强机体的免疫应答系统，从而提高免疫细胞对肿瘤细胞的杀伤作用，但具体作用机制目前尚不明确。有大量实验表明，在机体免疫功能正常情况下，服用二甲双胍后肿瘤细胞侵袭的CD8+淋巴细胞大量增殖，且活性增加，从而发挥肿瘤抑制作用。二甲双胍可显著降低肿瘤细胞表面程序性死亡受体-配体1（PD-L1）的表达，并恢复CD8+淋巴细胞的活性，或下调抑制原始CD4+T细胞分化为Th1细胞和Th17细胞产生IL-22，阻断IL-22介导的促肿瘤增殖及抗凋亡作用，进而发挥肿瘤抑制作用。综上所述，适应性免疫应答对二甲双胍的抗肿瘤作用有一定的影响[7]。二甲双胍抗肿瘤的非特异性免疫机制主要有两方面，一方面二甲双胍可恢复肿瘤细胞表面的主要组织相容性复合体1（MHC-1）的表达水平,恢复免疫系统对肿瘤抗原的识别及杀伤作用。研究表明，大多数癌症患者的MHC-1抗原表达有缺陷(可能与细胞能量代谢有关),导致肿瘤细胞逃脱免疫系统的监视，二甲双胍通过改变肿瘤细胞的能量代谢途径，从而恢复MHC-1抗原表达。另一方面，巨噬细胞活化广泛分为M1样极化和M2样极化，恶性肿瘤中巨噬细胞趋向于M2样极化，具有促进肿瘤细胞迁移和浸润能力，而二甲双胍能抑制肿瘤相关巨噬细胞M2样极化[7]，进而延缓肿瘤细胞的发展。2.二甲双胍对不同肿瘤的影响2.1呼吸道肿瘤一项研究表明，在用二甲双胍治疗烟草诱导的肺癌实验研究中，肺癌组织中胰岛素样生长因子受体和胰岛素受体（IR）磷酸化受到抑制，但AMPK未被激活，这提示二甲双胍可能通过非AMPK途径降低循环中胰岛素水平且抑制由IR介导的细胞生长。魏海东等[8]体外研究表明二甲双胍对人肺腺癌细胞株A549细胞的增殖抑制及凋亡有一定影响，并呈时间和浓度依赖性，随着二甲双胍浓度及用药时间的增加，A549的增殖能力逐渐降低，尤其浓度为5mmol/L和10mmol/L时和用药后48h尤为明显。在Dhillon等研究中，采用单因素分析二甲双胍治疗一期非小细胞肺癌（NSCLC），结果提示糖尿病的诊断与患者的总生存期无明显关联(P＞0.05)，但多因素分析（如性别、年龄、是否抽烟等）后提示二甲双胍可延长患者的无进展生存期(P＜0.05)[9]。也有学者研究发现用二甲双胍激活AMPK，可增加肺癌的放疗敏感性，进而起到抑制肿瘤的目的。2.2消化道肿瘤2.2.1食管癌二甲双胍除了可以抗肿瘤外，还可以通过增加顺铂和阿霉素等化疗药物的作用，抑制甲状腺未分化癌细胞的有丝分裂。Wang等研究发现，在体外和体内试验中，二甲双胍均能够降低食管鳞状细胞癌细胞中4E结合蛋白1(4EBP1)和核糖体S6蛋白激酶1(S6K1)表达，增强顺铂在食管鳞状细胞癌的抗癌效果[11]。而4EBP1和S6K1又是mTOR信号转导中重要的下游靶蛋白。Feng等研究发现，二甲双胍可介导肿瘤细胞凋亡及自噬，选择性抑制食管鳞状上皮癌细胞增殖，而对正常食管鳞状上皮细胞无影响[1]。以上两项试验证明二甲双胍抑制食管癌细胞的作用既可促使癌细胞凋亡，也可直接作用于mTOR途径，使肿瘤细胞翻译功能受限，合成蛋白质的能力降低。2.2.2肝细胞癌Welzel等、Jinjuvadia等和Simon等3个团队临床调查和meta分析均发现，T2DM病人比正常人更易患肝癌，高达3~5倍[6]。Singh等针对T2DM患者采用药治疗的调查研究发现，未使用药物治疗的患者患肝细胞癌概率高达61%，与之相比服用二甲双胍的患者发病率降低50%，而服用黄酰脲类药物的患者患病率增高62%[11]。由此可见，胰岛素可能会促进肝癌细胞增殖，与其他药物相比，二甲双胍可能抑制肝癌细胞生长繁殖。另一项临床试验探讨二甲双胍联合用药治疗肝细胞癌的研究结果显示，单联使用他汀类药物治疗可减少发病率，而联合二甲双胍用药后，肝细胞癌发病率显著降低[9]。Zheng等临床实验证实，口服二甲双胍的T2DM病人肝癌发病率明显低于未服药的病人。在肝细胞癌（HCC）组织中，大鼠磷酸化腺苷酸活化蛋白酶（pAMPK）的表达水平过低，易发生肿瘤转移，提示预后不良，高表达pAMPK的患者具有较长生存期；二甲双胍能够激活AMPK通路，抑制核因子κB的活性，从而抑制HCC细胞增殖[1,12]。2.2.3结直肠癌近年来，大量学者荟萃分析证实二甲双胍能有效降低直肠癌、结肠癌、肝细胞癌患病风险。该药物可直接或间接作用于肝细胞，减少葡萄糖生成，以此降低空腹血糖值，达到降糖效果。通过改善胰岛抵抗、抑制蛋白质合成代谢等发挥肿瘤细胞抑制作用，其抗肿瘤效应和分子信号机制经动物及细胞试验得到证实[5]。因此二甲双胍用于糖尿病治疗同时兼备抗肿瘤作用。有关研究显示二甲双胍与结肠直肠癌具有相关性，该实验分析归纳了5项研究，共计十万多例T2DM患者，排除一项结直肠腺瘤的研究，对其余四项研究跟踪随访过程中其中589例罹患结肠直肠癌[9]。结果证明使用二甲双胍可使T2DM患者罹患结肠直肠癌的风险降低37%。另一项研究表明，将T2DM患者兼患有结直肠癌病人随机分为两组，其中一组不做空白对照，无药物治疗，另一实验组提供降糖药二甲双胍，与对照组相比实验组生存率提高了34%，且平均生存期延长了22个月[10]。2.3泌尿生殖系统肿瘤2.3.1子宫内膜癌王梦莹等体外研究表明，不同浓度的二甲双胍分别作用于分化良好的子宫内膜腺癌细胞，分别处理一天、两天和三天后观察发现，细胞增殖均受到明显抑制，且抑制程度随浓度时间变化而变化;干预48h后,检测到mTOR和DNA损伤反应调节基因(REDD1)mRNA和蛋白表达，REDD1在细胞凋亡过程中发挥关键的调节作用，发现二甲双胍能明显增强REDD1的表达，同时降低mTOR的表达，提示二甲双胍可能通过REDD1/mTOR信号通路抑制子宫内膜癌细胞增殖[1,13]。在关于二甲双胍与子宫内膜癌的研究中，也有学者认为，二甲双胍能对蛋白激酶B和细胞外调节蛋白激酶等信号通路进行调节，使子宫内膜癌细胞周期停留在某一时期，阻断细胞周期进行，进而抑制子宫内膜癌细胞的增殖和转移[10]。2.3.2卵巢癌RomeroIL等对341例卵巢癌患者进行临床研究发现，使用二甲双胍药物治疗的T2DM兼卵巢癌患者、未用药的单纯卵巢癌患者以及未用药的T2DM合并卵巢癌患者5年无进展生存率逐渐呈下降趋势，分别为51％、23％、8％[3]。Gotlieb等通过体外实验发现，二甲双胍能够激活AMPK通路，从而下调S6K（mTOR下游的信号分子）表达，诱导卵巢癌细胞凋亡。另一项研究表明，用二甲双胍处理卵巢癌细胞，加大对癌细胞毒害作用，减少细胞内ATP合成，同时pAMPK表达水平增加，mTOR磷酸化水平下降；对患者采用二甲双胍联合顺铂和紫杉醇化疗后，可增加卵巢癌细胞对药物敏感性，增强抑制肿瘤增殖作用，此途径在子宫内膜癌中被激活也可达到相同效果[3，12]。另一项研究比较了61例服用二甲双胍（试验组）和178例不服用二甲双胍(对照组)的T2DM伴卵巢癌患者生存期，随访调查5年后试验组和对照组的生存率分别为67%和47%，进一步排除可能影响试验的外在因素后发现，试验组患者的生存率几乎是对照组的4倍[9]。以上研究表明，二甲双胍可激活AMPK途径，使其下游信号分子活化，从而防止卵巢癌细胞发生转移和浸润性生长，同时与其他抗癌药物联用抗癌效果更显著。2.3.3前列腺癌研究发现，二甲双胍也影响前列腺癌的发生发展，它能够通过激活AMPK诱导前列腺癌细胞、组蛋白及非蛋白发生乙酰化，进而发挥抑癌作用，也可分别作用于不同的miRNAs，从而诱导前列腺癌细胞的凋亡[9,11,12]。根据一项研究显示，用不同浓度二甲双胍处理前列腺癌细胞Vcap为试验组，与PBS处理的对照组相比，Vcap细胞繁殖速度明显减缓，且随药物浓度和处理时间长短而变化[1]。有研究人员对22例糖尿病伴前列腺癌患者进行观察发现，二甲双胍有效延缓了患者前列腺癌细胞扩散；而在另一项回顾性研究中发现，与对照组（未用二甲双胍治疗的患者）相比，每半年使用药物治疗的患者特异性死亡人数有所下降，后续持续用药两年后患者死亡率下降至7%[9]。这几项研究表明，二甲双胍可能依赖AMPK路径对前列腺癌有一定抑制作用。3.结语和展望经研究发现，二甲双胍作为近几年临床上治疗T2DM的特效药，对大多临床疾病具有抗肿瘤功能，包括肺癌、肝癌、结直肠癌、卵巢癌等恶性肿瘤。目前针对其抗肿瘤机制已经取得某些进展，但依然存在一些问题，如二甲双胍针对NSCLC的二期三期治疗是否有效目前还不得知，大多数研究对象为糖尿病伴肿瘤发病的患者，而针对无糖尿病史的肿瘤患者是否能用药，若能用药该如何用药等问题目前还需继续探究。以及二甲双胍作为双选药物，针对不同患者不同肿瘤疾病，如何衡量使用剂量、浓度、时间等问题。相信在大量的临床试验及科研工作者不断深入了解下，二甲双胍有望为抗癌之路提供新方向、新思路。参考文献：[1]鲁良秀,秦侃.二甲双胍抗肿瘤机制研究新进展[J].安徽医药,2018,22(03):402-406.[2]丁秋花,史道华.二甲双胍抗肿瘤作用的分子机制研究进展[J].中国临床药理学与治疗学,2019,24(03):350-354.[3]刘云,孙增先.二甲双胍治疗非糖尿病疾病的国外研究进展[J].中国药房,2018,29(24):3451-3456.[4]UmezawaS，HigurashiT，NakajimaA.AMPK:TherapeuticTargetforDiabetesandCancerPrevention［J］.CurrPharmDes，2017，23(25):36293644[5]吴飞.二甲双胍治疗糖尿病的临床药理研究进展[J].中国处方药,2018,16(01):18-20.[6]李汉兵,赵旭琴,王心怡,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