Research Development of Effect of Metformin on Breast Cancer

李璞玉，馮笑山

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降糖藥二甲雙胍治療乳腺癌的研究進展

Research Development of Effect of Metformin on Breast Cancer

李璞玉，馮笑山

摘要：目的探討降糖藥二甲雙胍在治療乳腺癌中的研究進展。方法參閱國內外發(fā)表的文獻，綜述降糖藥二甲雙胍在治療乳腺癌中的研究新進展。結果二甲雙胍的抗腫瘤作用已經通過多種細胞和動物實驗所證實。其作為治療糖尿病的一線用藥能夠降低人類癌癥的發(fā)病率并且提高癌癥患者的生存質量，包括乳腺癌。AMPK/mTOR信號通路參與了二甲雙胍抗乳腺癌作用的機制。二甲雙胍還能夠靶向作用于腫瘤干細胞。結論二甲雙胍臨床應用的安全性、確切的藥物效應和低廉的藥價，使其成為一種理想的抗腫瘤藥物候選者。

關鍵詞：二甲雙胍；乳腺癌；AMPK/mTOR；腫瘤干細胞

作者單位：河南科技大學第一附屬醫(yī)院，河南洛陽 471003

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，2008年全球女性乳腺癌標化發(fā)病率為39.0/10萬，標化死亡率為12.5/10萬，居女性惡性腫瘤首位。2000年至2009 年我國隨著人口老齡化以及飲食結構的改變，乳腺癌的發(fā)病率逐年上升，并呈年輕化趨勢。

在乳腺癌預防的臨床試驗中，使用特異性雌激素受體及芳香化酶類抑制劑進行的內分泌激素干預治療已被證實對乳腺癌有確切的預防及治療作用。最新的研究表明，二甲雙胍作為治療糖尿病的一線用藥能夠降低人類癌癥的發(fā)病率，并提高包括乳腺癌癌癥患者的生存質量。

1二甲雙胍的應用歷史

1.1二甲雙胍的早期應用二甲雙胍、苯乙雙胍和丁雙胍等雙胍類藥物是從香草山羊豆(法國丁香花屬，也稱為Goat′s Rue或Italian Fitch)中提取，最初用于治療高血糖癥和2型糖尿病。雙胍類的藥物使用可以追溯到古代埃及和中世紀歐洲，當時人們將茶和法國山羊豆混合用于緩解糖尿病所引起的多尿癥和口臭[3-5]。19世紀20年代，科學家從法國山羊豆中提取出雙胍類的活性成分，并于19世紀50年代用于臨床治療當中[3,5-6]。到19世紀70年代，苯乙雙胍和丁雙胍由于其可導致乳酸酸中毒，從而逐漸在臨床應用中銷聲匿跡。而二甲雙胍作為最為普遍應用的處方降糖藥，全球每年有1億多張?zhí)幏绞褂枚纂p胍。二甲雙胍除了應用于治療糖尿病，還對多囊性卵巢綜合征有確切的治療效果，并且科研人員也一直在探索其抗病毒和抗腫瘤的作用機理[7-9]。最初雙胍類藥物在腫瘤中的應用價值是在一系列研究非糖尿病患者代謝改變中發(fā)現(xiàn)的。近期，二甲雙胍被證實能夠降低糖尿病患者的癌癥發(fā)病率和死亡率，二甲雙胍降低胰島素水平的作用可能促使其產生抗腫瘤效應[7,10-12]。作者將詳細討論二甲雙胍治療腫瘤的作用及其可能的機制。

1.2二甲雙胍的抗腫瘤作用二甲雙胍治療腫瘤的前景在糖尿病并發(fā)腫瘤患者的大型回顧性流行病學研究中被首次發(fā)現(xiàn)。一個隨機的臨床3期試驗也發(fā)現(xiàn)了二甲雙胍在降低乳腺癌發(fā)病率和提高早期乳腺癌生存率方面有著巨大的潛能。流行病學研究表明在糖尿病和非糖尿病中二甲雙胍的使用均能降低乳腺癌發(fā)生及發(fā)展風險。另外，一些臨床研究也表明在乳腺癌化療、放療等輔助治療中，二甲雙胍扮演保護者的角色。觀察性研究表明，接受二甲雙胍標準劑量(成人每日1 500～2 250 mg)治療的糖尿病患者，能夠降低其腫瘤發(fā)病率和腫瘤致死率[10,13-17]。Evans等發(fā)現(xiàn)糖尿病患者接受二甲雙胍治療后，其腫瘤發(fā)病風險降低，二甲雙胍對患者具有保護效應[10]。

2二甲雙胍治療乳腺癌機制的研究進展

2.1二甲雙胍治療乳腺癌的細胞水平研究二甲雙胍在體外實驗中能夠抑制多種分子類型的乳腺癌細胞株。二甲雙胍對雌激素受體(ER)陽性和陰性的乳腺癌細胞，以及erbB2正常及異常表達的細胞生長均具有抑制作用，并且減少了細胞克隆形成，引起部分細胞阻滯在G1期[19]。通過檢測DNA碎片和PARP剪切蛋白的表達，二甲雙胍能夠引起腔上皮細胞A型、B型和erbB2亞型細胞的凋亡[20]。在人乳腺癌細胞株MCF-7中，二甲雙胍作為腫瘤抑制劑而非胰島素敏感藥物，通過對AMPK通路的激活和mTOR的抑制，導致蛋白的降解，從而起到了抑制腫瘤細胞生長增殖的作用。二甲雙胍對其他腫瘤細胞也展示出明顯的生長抑制效應。在細胞培養(yǎng)中，二甲雙胍能夠抑制多種腫瘤細胞的生長，包括乳腺癌細胞、前列腺癌細胞、結腸癌細胞、子宮內膜癌細胞、卵巢癌細胞和膠質瘤細胞。二甲雙胍還被發(fā)現(xiàn)能夠誘導某些細胞株的細胞凋亡，如子宮內膜癌細胞、膠質瘤細胞和三陰性乳腺癌細胞等[21-27]。

2.2二甲雙胍治療乳腺癌的動物水平研究不僅是在乳腺癌，在其他腫瘤中，二甲雙胍也有著重要的作用。二甲雙胍能降低多種轉基因小鼠異體移植的腫瘤生長，包括乳腺癌細胞、前列腺癌細胞，并且抑制轉基因小鼠乳腺癌、結腸癌及其他腫瘤的發(fā)生[28]。此外，二甲雙胍能夠抑制小鼠體內化學誘導的肺癌和結腸癌的癌前病變[29]。在前列腺癌、結腸癌細胞中，二甲雙胍能夠通過抑制cyclin D1蛋白水平的表達來抑制細胞周期。在后續(xù)的一些體內試驗中使用裸鼠腹腔注射或口服二甲雙胍，腫瘤生長抑制率達到55%[30]。

2.3二甲雙胍與AMPK/mTOR信號通路二甲雙胍對腫瘤細胞的增殖抑制效應與AMPK的激活相關，同時抑制了mTOR信號通路和其對應的蛋白合成等多種反應，包括EGFR、Src、MARK、cyclinD1表達降低，p27表達增加等[31-33]。2007年Dowling等人在發(fā)現(xiàn)二甲雙胍能夠通過激活AMPK來抑制mTOR，從而抑制乳腺癌細胞的生長[34]。在缺乏TSC2，LKB1和經過AMPK抑制劑處理過的細胞中，此抑制效應消失，說明LKB1、AMPK和TSC2在二甲雙胍的作用機制中起著重要作用。研究證明二甲雙胍能夠激活化療誘導的AMPK活化并且增強化療對乳腺癌、肺癌、前列腺癌細胞的毒性[35]。

2.4二甲雙胍與腫瘤干細胞近幾年二甲雙胍在腫瘤干細胞研究領域中獲得了高度關注。近期的一些研究表明，二甲雙胍可能靶向作用于腫瘤干細胞。例如，二甲雙胍能夠抑制乳腺癌細胞亞群的生長，并且能夠抑制小鼠體內異體移植的腫瘤形成。二甲雙胍聯(lián)合赫塞汀能夠對HER2過表達乳腺癌腫瘤干細胞的細胞群落產生生長抑制效應。有趣的是，二甲雙胍可能也通過轉錄性地抑制上皮間充質化(EMT)來參與調節(jié)乳腺癌腫瘤干細胞的發(fā)生[36]。

3二甲雙胍抗腫瘤作用的臨床試驗進展

在2 529位乳腺癌患者的臨床試驗中，包括155位糖尿病患者，其中有68位接受二甲雙胍的治療，87位沒有接受二甲雙胍的治療，結果在沒有接受二甲雙胍治療的乳腺癌患者中，完全緩解期為8%，接受二甲雙胍治療的乳腺癌患者為24%[18]。在乳腺癌患者中，二甲雙胍的臨床應用表現(xiàn)出相似的保護作用。而且，在最近以非糖尿病患者為研究對象的臨床試驗表明，低劑量的二甲雙胍(250 mg/d)能夠降低非糖尿病患者中結腸癌的發(fā)病率和結腸上皮細胞的增殖[19]。此外，現(xiàn)階段正在進行的二甲雙胍輔助治療乳腺癌的實驗中，證明了二甲雙胍在腫瘤細胞增殖、凋亡中的抑制效應，具有臨床應用的安全性和耐受性[20-21]。與未經二甲雙胍干預的糖尿病患者相比，經過二甲雙胍治療的糖尿病患者，各類型腫瘤的發(fā)病風險和死亡率均有降低。然而，盡管經過二甲雙胍治療的乳腺癌患者病理完全緩解期的百分比增加，但其未能顯著改善3 a無復發(fā)乳腺癌患者的生存率[13-17]。此外，在另一組糖尿病并發(fā)前列腺癌患者的臨床研究中，二甲雙胍的使用與治療效果并無相關性。因此，二甲雙胍對癌癥復發(fā)和生存率的改善就需要更進一步的臨床研究來闡釋。

4二甲雙胍治療乳腺癌的局限性

臨床應用的安全性、確切的藥物效應和低廉的藥價，使二甲雙胍成為一種理想的抗腫瘤候選藥物。近期流行病學的證據、臨床和臨床前實驗都證明了二甲雙胍的潛在抗腫瘤效應。然而，二甲雙胍要作為腫瘤輔助治療藥物，許多問題仍需進一步闡明和證實。尤其在流行病學回顧性研究中，糖尿病人群中首次發(fā)現(xiàn)二甲雙胍的抗腫瘤效應很難被臨床應用來證實。雖然通過很多研究手段(如細胞培養(yǎng)和小鼠模型)完善了部分二甲雙胍抗腫瘤作用的機制，但這些研究很多是通過人為的依賴非生理性劑量的二甲雙胍，同時使用過量的胰島素和生長因子來實現(xiàn)的。最新的一些實驗中，通過應用更接近生理性濃度的二甲雙胍建立的體外實驗模型，更好地解釋了二甲雙胍(胰島素依賴型和胰島素非依賴型)的作用機制?？刂贫纂p胍敏感性的關鍵因素，對臨床試驗的設計和患者的篩選是十分重要的。目前關于二甲雙胍臨床試驗表明，二甲雙胍對高胰島素血癥患者和胰島素受體LKB1、TSC2陽性的腫瘤患者的治療效果最好，而對正常胰島素水平的患者和缺乏胰島素受體LKB1、TSC2表達的腫瘤患者，二甲雙胍卻沒有抗腫瘤作用[37]。進一步基礎研究和相關的臨床試驗對完善二甲雙胍藥物作用機制是至關重要的，這些研究應包括通過篩選一系列腫瘤患者(包括糖尿病患者)來識別、預測二甲雙胍的抗腫瘤效應和治療反應的生物學標記物。探索二甲雙胍對非糖尿病患者的作用機制和區(qū)分二甲雙胍的直接和間接效應是研究二甲雙胍治療腫瘤的下一個挑戰(zhàn)。

5總結

二甲雙胍不僅能夠較好地控制糖尿病人的血糖，同時對乳腺癌還有抗腫瘤作用。體內外實驗表明二甲雙胍有效抑制各種乳腺癌細胞增殖。主要分子機制包括AMPK/mTOR以及直接靶向腫瘤干細胞。臨床試驗表明，經過二甲雙胍治療的糖尿病患者，各類型腫瘤的發(fā)病風險和死亡率均有降低。然而，二甲雙胍要作為腫瘤輔助治療藥物，許多問題仍需進一步闡明和證實。目前，將二甲雙胍作為抗腫瘤藥物的臨床試驗正在進行，包括針對乳腺癌、前列腺癌、子宮內膜癌和胰腺癌患者。如加拿大國家癌癥研究所臨床研究組已經開展了針對超過3 500名早期乳腺癌女性患者二甲雙胍和安慰劑組大型臨床3期研究[38]。隨著新型預臨床模型的建立，這些臨床研究會讓二甲雙胍作為潛在抗癌藥物的研究日趨完善。

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通信作者：馮笑山，男，博士，教授，E-mail：samfeng137@hotmail.com

作者簡介：李璞玉(1987-)，女，河南洛陽人，從事消化道腫瘤的基礎與臨床研究。

收稿日期：2015-04-24

中圖分類號：R737.9

文獻標志碼：A

文章編號：1672-688X(2015)04-0311-04