劉相良，朱梅開,2，蘆晉，楊帥，崔久嵬，李薇

(1 吉林大學(xué)第一醫(yī)院，長(zhǎng)春130021；2 吉林大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院)

二甲雙胍為雙胍類半合成口服降糖藥，主要用于2型糖尿病(T2DM)，尤其是肥胖型患者，亦可用于胰島素治療的患者，以減少胰島素用量。統(tǒng)計(jì)學(xué)顯示，T2DM患者罹患惡性腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)大大增加，與二者存在一些共同的危險(xiǎn)因素有關(guān)。近些年，研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍能夠降低T2DM患者許多惡性腫瘤的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，即二甲雙胍有獨(dú)立于降糖之外的抗癌效果，而這種作用往往是其他降糖藥物所不具備的。目前，關(guān)于二甲雙胍抗癌機(jī)制的研究越來越深入。現(xiàn)對(duì)二甲雙胍抗腫瘤機(jī)制的研究進(jìn)展綜述如下。

1 二甲雙胍對(duì)腫瘤細(xì)胞的直接作用

1.1 激活腺苷活化蛋白激酶(AMPK)抑制腫瘤細(xì)胞增殖 該途徑是二甲雙胍抗腫瘤作用的一種重要方式，其激活A(yù)MPK的途徑有直接和間接兩種，直接途徑為肝臟激酶B1(LKB1)-AMPK途徑。LKB1是腫瘤抑制基因，也是AMPK主要的上游激活劑。LKB1-AMPK信號(hào)通路可通過抑制蛋白質(zhì)的合成來抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖[1]，而在腫瘤細(xì)胞中此信號(hào)通路微弱甚至失活。研究表明，在多種惡性腫瘤中，二甲雙胍可通過LKB1基因來活化AMPK。線粒體是細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸的主要場(chǎng)所，有氧呼吸依靠線粒體上的線粒體呼吸鏈進(jìn)行，線粒體呼吸酶復(fù)合物Ⅰ是這條鏈上的關(guān)鍵酶之一[2]。二甲雙胍通過抑制細(xì)胞線粒體呼吸酶復(fù)合物Ⅰ，減少ATP形成，導(dǎo)致AMP/ATP升高，從而激活細(xì)胞內(nèi)的AMPK。AMPK可通過與AMPK因子相關(guān)的多種途徑來發(fā)揮抗腫瘤作用：①AMPK可直接或間接抑制其下游的哺乳類動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)來影響細(xì)胞代謝過程。有研究表明，二甲雙胍可以抑制乳腺癌MCF-7細(xì)胞的翻譯起始過程,而該過程是激活A(yù)MPK后通過抑制mTOR來實(shí)現(xiàn)的[3]。②當(dāng)細(xì)胞出現(xiàn)DNA損傷、癌基因激活、缺氧或細(xì)胞衰老等情況時(shí)，p53基因可對(duì)此作出應(yīng)激反應(yīng)來抑制細(xì)胞向腫瘤細(xì)胞發(fā)展。但是，在約50%腫瘤中p53基因處于失活狀態(tài)。AMPK可通過磷酸化p53的46位絲氨酸來促進(jìn)其表達(dá)，進(jìn)而發(fā)揮抗腫瘤作用。③炎性因子環(huán)氧氏酶2(COX-2)在多種腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)，與腫瘤形成有關(guān)。最近研究發(fā)現(xiàn)，AMPK激活劑的使用可降低腫瘤細(xì)胞COX-2的表達(dá)，但具體機(jī)制尚不明確[4]。

1.2 調(diào)控胰島素/胰島素樣生長(zhǎng)因子1(IGF-1)軸 胰島素和IGF-1是刺激細(xì)胞生存和有絲分裂的潛在生長(zhǎng)因子，胰島素和IGF-1受體(IGF-1R)在乳腺癌、肝癌、結(jié)腸癌、胰腺癌和皮膚癌等腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)。當(dāng)IGF-1與IGF-1R結(jié)合后，可激活磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/AKT,形成IGF-1/PI3K/AKT通路[5]。該通路可激活MAPK/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)信號(hào)通路，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)錄，而AKT是主要的抗凋亡調(diào)節(jié)器，在腫瘤細(xì)胞中可以促進(jìn)糖酵解和葡萄糖吸收[6]。二甲雙胍通過促進(jìn)葡萄糖攝取及利用，抑制葡萄糖生成，進(jìn)而間接降低胰島素水平，胰島素減少會(huì)抑制IGF-1誘導(dǎo)的AKT磷酸化[7]。另有研究表明，二甲雙胍可以阻斷IGF-1R信號(hào)通路的反饋調(diào)節(jié),與IGF-1R抑制劑合用產(chǎn)生協(xié)同作用殺傷腫瘤細(xì)胞[8]

1.3 阻滯腫瘤細(xì)胞周期以及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡 細(xì)胞周期是指細(xì)胞從一次分裂完成開始到下一次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的全過程，依次包括間期(G1期、S期、G2期)和分裂期(M期)。許多化療藥物都是通過阻滯細(xì)胞周期發(fā)揮抗癌作用，如抗葉酸類、抗嘌呤類、抗嘧啶類。二甲雙胍可活化抑癌基因p53的絲氨酸位點(diǎn)及其下游的p21靶點(diǎn)，從而阻遏了Cyclin D與細(xì)胞周期分裂蛋白CDK4/6結(jié)合，Cyclin D1蛋白水平受到影響將會(huì)抑制癌基因PRB表達(dá)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄受阻[9]。Rattan等[10]對(duì)卵巢癌的研究表明，二甲雙胍可減少與G0/G1期相關(guān)的Cyclin D1表達(dá)，細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子p21表達(dá)增加，從而使滯留在G1期的卵巢癌細(xì)胞數(shù)增加，而進(jìn)入S期的細(xì)胞數(shù)減少。但是，最近Yasmeen等[11]發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍引起卵巢癌細(xì)胞株停滯在S期和G2/M期，G0/G1期細(xì)胞數(shù)反而減少，可能與細(xì)胞膜上決定二甲雙胍吸收、分布的有機(jī)陽離子轉(zhuǎn)運(yùn)體(OCT1)基因存在多態(tài)性有關(guān)。在結(jié)直腸腫瘤的研究中，Liang等[12]發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞周期調(diào)控因子p27Kip1在調(diào)節(jié)細(xì)胞進(jìn)程中發(fā)揮重要作用，其高表達(dá)導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯，低表達(dá)或不表達(dá)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡；二甲雙胍可通過AMPK介導(dǎo)p27Kip1磷酸化，促進(jìn)p27Kip1穩(wěn)定，在營(yíng)養(yǎng)匱乏的環(huán)境下發(fā)生自噬。Tanaka等[13]對(duì)胰腺癌的研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍通過抑制致癌性微小RNA-221的表達(dá)，進(jìn)而增加p27的表達(dá)，使細(xì)胞周期停滯于G1期，從而抑制腫瘤細(xì)胞增殖。二甲雙胍不僅有抗腫瘤細(xì)胞增殖作用，還能促進(jìn)細(xì)胞凋亡。李軍麗[14]研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可以促進(jìn)子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞自發(fā)的啟動(dòng)凋亡程序，形成凋亡小體，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。在胰腺癌的研究中發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可通過一系列反應(yīng)促使p53蛋白的乙?；头€(wěn)定性，p21蛋白和Bax蛋白增加[15]，從而使線粒體膜通透性增加，細(xì)胞色素C釋放入胞質(zhì)，結(jié)合凋亡蛋白酶激活因子1，激活Caspase-3，促使腫瘤細(xì)胞凋亡。此外，二甲雙胍可以增加PARP裂解的數(shù)量，即通過上調(diào)凋亡蛋白促進(jìn)細(xì)胞凋亡[16]

1.4 調(diào)節(jié)能量代謝平衡抑制腫瘤 根據(jù)瓦博格效應(yīng)，即使在有氧狀態(tài)下，腫瘤細(xì)胞也會(huì)優(yōu)先進(jìn)行糖酵解。糖酵解消耗更多葡萄糖，但產(chǎn)生的ATP數(shù)量比較少，故腫瘤細(xì)胞往往需要攝取更多的葡萄糖才能維持其正常的生存。胰島素在腫瘤細(xì)胞攝取葡萄糖的過程中起了重要作用，并對(duì)腫瘤細(xì)胞的分裂具有一定的刺激作用。腫瘤細(xì)胞對(duì)葡萄糖的大量攝取直接影響了正常組織細(xì)胞的能量需求，進(jìn)而導(dǎo)致正常細(xì)胞的代謝障礙，而這又反過來為腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)提供了合適的微環(huán)境。所以，腫瘤細(xì)胞異常代謝所引起的一系列后果與腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)兩者互為因果，形成惡性循環(huán)。

二甲雙胍可抑制肝臟糖異生關(guān)鍵基因的轉(zhuǎn)錄并促進(jìn)骨骼肌攝取葡萄糖，進(jìn)而降低空腹血糖和胰島素水平；此外，二甲雙胍可以增加T2DM患者胰島素受體對(duì)胰島素的親和力，減輕高胰島素血癥并改善胰島素抵抗，促進(jìn)正常細(xì)胞攝取葡萄糖，從而使腫瘤細(xì)胞攝取的葡萄糖相對(duì)減少，抑制其能量代謝[17]。二甲雙胍自身也可促進(jìn)葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，這雖然會(huì)在短時(shí)間內(nèi)增加部分患者腫瘤細(xì)胞的糖酵解，甚至造成乳酸中毒；但從長(zhǎng)期看，體內(nèi)血糖降低可減少腫瘤細(xì)胞的能量來源，過量的乳酸亦可反過來抑制腫瘤細(xì)胞的糖酵解過程，抑制腫瘤細(xì)胞能量代謝。

線粒體作為產(chǎn)生ATP的主要細(xì)胞器，對(duì)細(xì)胞的能量供應(yīng)起著巨大作用。Ota等[18]研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可通過抑制線粒體Ⅰ的活性，從而降低腫瘤細(xì)胞內(nèi)氧化磷酸化水平減少ATP的生成，另外還可降低糖酵解過程的關(guān)鍵酶葡萄糖-6-磷酸酶表達(dá)，從而抑制該過程。線粒體產(chǎn)生活性氧可促進(jìn)IL-6的釋放，而IL-6信號(hào)在腫瘤細(xì)胞中具有極強(qiáng)的潛能來促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)、發(fā)展。最新研究表明，二甲雙胍阻礙線粒體電子鏈，抑制了活性氧的產(chǎn)生，使得鈣釋放激活通道(CARC)無法發(fā)揮作用，從而阻斷IL-6的釋放[19]。另有實(shí)驗(yàn)表明[20]，二甲雙胍可使FTC-133 OCR值、ATP產(chǎn)生量、基礎(chǔ)呼吸量、最大呼吸量等反應(yīng)線粒體呼吸的指標(biāo)下降，且呈劑量依賴性。

2 二甲雙胍對(duì)腫瘤細(xì)胞的間接作用

2.1 免疫激活作用 在人體免疫系統(tǒng)中CD8+腫瘤浸潤(rùn)T淋巴細(xì)胞(TILs)是一種特殊的腫瘤攻擊性免疫細(xì)胞，其存在的數(shù)量與患者生存率增高密切相關(guān)。程序性細(xì)胞死亡蛋白1(PD-1)可抑制T細(xì)胞增殖和干擾素γ(IFN-γ)、TNF-α和IL-2的產(chǎn)生，并降低T細(xì)胞存活率。PD-1及其配體(PD-L1)是T細(xì)胞耗竭過程中最主要的抑制性受體。最近的一項(xiàng)研究表明，二甲雙胍進(jìn)入腫瘤細(xì)胞后激活A(yù)MPK，AMPK導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中PD-L1蛋白前體195號(hào)位上的絲氨酸(S195)磷酸化，進(jìn)而導(dǎo)致PD-L1在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中不能正確的糖基化而滯留并最終被降解[21]，從而阻止TILs凋亡，防止TILs的免疫耗盡。

近期研究發(fā)現(xiàn)，胰島素可促進(jìn)T細(xì)胞在免疫器官中的增殖和分裂，還可促進(jìn)其分泌炎性因子IFN-γ和IL-2，這兩種因子均有抗腫瘤的作用[22]；而T2DM患者由于存在胰島素抵抗，減弱了T細(xì)胞的功能。二甲雙胍可改善患者體內(nèi)的胰島素抵抗現(xiàn)象，促進(jìn)了T淋巴細(xì)胞分裂增殖，并釋放抗癌因子對(duì)抗腫瘤。

2.2 調(diào)節(jié)腸道菌群 Sivan等[23]認(rèn)為，雙歧桿菌是與腫瘤微環(huán)境中活性特異性抗原T細(xì)胞積累有明顯關(guān)聯(lián)的惟一關(guān)鍵菌群，該菌能通過與漫游的樹突狀細(xì)胞相互作用觸發(fā)免疫反應(yīng)，激活腫瘤殺傷性T細(xì)胞，而在糖尿病患者腸道中雙歧桿菌數(shù)量明顯減少。研究表明，糖尿病患者接受二甲雙胍治療后，其腸道細(xì)菌組成及功能均發(fā)生改變，細(xì)菌(如AKK菌)生成某些類型短鏈脂肪酸(SCFAs)的能力增強(qiáng)。在對(duì)抗腫瘤細(xì)胞的過程中，SCFAs充當(dāng)兩種G蛋白偶聯(lián)受體(GPR41，GPR43)的配體。AKK菌產(chǎn)生丙酸鹽，通過GPR43抑制組蛋白脫乙?；?HDACs)活性，從而誘導(dǎo)組蛋白高度乙?；?，并進(jìn)一步刺激細(xì)胞周期抑制劑p21上調(diào)，減少某些細(xì)胞凋亡抑制蛋白家族成員及其Caspase下調(diào)，最終誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。

2.3 抑制腫瘤細(xì)胞遷移及轉(zhuǎn)移 上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)是導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞遷移的重要原因之一,IL-6可促進(jìn)肺癌細(xì)胞發(fā)生EMT，而二甲雙胍可阻斷IL-6來抑制肺癌細(xì)胞EMT的發(fā)生。賀天虎等[24]對(duì)子宮內(nèi)膜癌的研究中發(fā)現(xiàn)，高濃度或長(zhǎng)時(shí)間的二甲雙胍處理能抑制子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞的遷移能力，且呈劑量時(shí)間依賴性。二甲雙胍還通過Ca2+-依賴的蛋白激酶Cα(PKCα)/ERK和C-Jun氨基端激酶/激活蛋白1(JNK/AP-1)信號(hào)通路來抑制佛波醇-12-豆蔻酸-13-醋酸鹽(PMA)誘導(dǎo)的人纖維肉瘤細(xì)胞的遷移和侵襲[25]。

2.4 與各類抗腫瘤藥物協(xié)同作用

2.4.1 與靶向藥物聯(lián)合作用 Alimova等[26]研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍抑制HER2陽性乳腺癌細(xì)胞株增殖，且產(chǎn)生的部分克隆細(xì)胞生長(zhǎng)周期停滯于G1檢測(cè)點(diǎn)。這說明二甲雙胍通過誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞分裂從G0期進(jìn)入S期，但阻止細(xì)胞分裂從S期進(jìn)入G1期，將HER2陽性胃癌細(xì)胞阻滯于細(xì)胞分裂S期，增大其對(duì)曲妥珠單抗及其他化療藥物的敏感性。而且，有研究顯示曲妥珠單抗聯(lián)合二甲雙胍作用的體外細(xì)胞Cyclin D1、PI3K、mTOR表達(dá)量低于單純曲妥珠單抗[27]，說明二甲雙胍聯(lián)合曲妥珠單抗可更好地發(fā)揮抗腫瘤作用。另外，有實(shí)驗(yàn)表明二甲雙胍可延緩靶向藥耐藥，如吉非替尼聯(lián)合二甲雙胍可對(duì)EGFR-TKIs原發(fā)性耐藥非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的耐藥性有抑制作用，其機(jī)制為激活線粒體凋亡途徑及逆轉(zhuǎn)EMT發(fā)生[28]。

2.4.2 提升免疫治療類藥物的療效 在腫瘤的免疫治療中，將55例晚期惡性黑色素瘤并接受PD-1抗體治療者分為A組33例、B組22例，B組治療期間至少使用二甲雙胍1周以上。結(jié)果顯示，B組有效率、控制率更高，無疾病進(jìn)展生存時(shí)間、總生存時(shí)間更長(zhǎng)；生存上的優(yōu)勢(shì)，隨著時(shí)間的推移兩組差距不斷拉大，第3年兩組生存率差3.5倍。這表明二甲雙胍可以增強(qiáng)PD-1抗體的療效，進(jìn)而導(dǎo)致PD-L1在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中不能正確的糖基化，使其滯留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中被降解，使更多的PD-1無法結(jié)合到PD-L1上而被PD-1抗體消除，提高PD-1抗體的療效。此外，將二甲雙胍與細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4(CTLA-4)抑制劑聯(lián)用，也取得了更好的抗腫瘤效果[21]

2.4.3 增強(qiáng)化療藥物的作用 Duan等[29]研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍通過直接激活A(yù)MPK可減少胰腺癌CFPAC-1細(xì)胞中致纖維化細(xì)胞因子表達(dá)，從而增加吉西他濱對(duì)胰腺癌的療效。Nangia-Makker等[30]發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍與5氟尿嘧啶和奧沙利鉑聯(lián)合治療結(jié)直腸癌細(xì)胞有協(xié)同作用，其可以抑制結(jié)腸癌球體的形成，并加強(qiáng)其裂解。由此可見，二甲雙胍可以通過多種途徑來提升化療藥物的療效。

綜上所述，二甲雙胍作為治療T2DM的一線藥物，除可有效降低血糖外，還可通過激活A(yù)MPK等途徑引起一系列系效應(yīng)，抑制腫瘤細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；此外，二甲雙胍可配合多種化療藥物對(duì)腫瘤進(jìn)行治療，以提高藥物的療效，具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。但是，目前對(duì)于二甲雙胍抗腫瘤的研究也存在一定局限，一方面其實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯皇荰2DM患者，另一方面其抗腫瘤的許多機(jī)制還有待研究。所以，今后還需進(jìn)行大量的臨床試驗(yàn)以及深入的基礎(chǔ)研究，為腫瘤患者的治療提供更多理論依據(jù)。