胰岛素与癌症

第四军医大学西京医院内分泌代谢科 付建芳 姬秋和

一系列流行病学调查资料提示，2型糖尿病使多种癌症的发病风险增加；同时2型糖尿病的治疗可能会改变这种相对危险度，例如二甲双胍治疗的患者中肿瘤的发生风险减小，而胰岛素却可能增加癌症的发生风险。癌症作为一种难以治愈的而且预后极差的疾病，使我们不得不对此问题加以思考和分析。

高胰岛素血症与癌症

胰岛素抵抗是2型糖尿病发病最重要的病理生理特征。胰岛素抵抗时胰岛素效能降低，B细胞为了继续维持代谢正常进行，代偿性分泌胰岛素，造成体内高胰岛素血症。我们知道胰岛素在体内的作用主要有两方面：调控代谢和促有丝分裂。胰岛素对营养物质代谢的控制主要是通过胰岛素受体途径实现的，而促有丝分裂的作用被认为与IGF-1受体途径相关。有研究表明过表达IGF-1受体能够促进多种细胞系发生有丝分裂或者是癌变[1]。在人体内有三种胰岛素样受体：胰岛素受体，IGF-1受体和IGF-2受体。胰岛素和IGF-1受体在β亚基有80%的同源性[2]。而且胰岛素与IGF-1分子有40%～50%的同源性[3]。因此胰岛素可以通过IGF-1通路对细胞产生促有丝分裂作用，这对于肿瘤的发生和增殖具有非常重要的作用。在乳腺癌细胞系中，胰岛素表现出受体介导的促有丝分裂作用[4-5]。由于胰岛素对IGF-1受体的亲和力远低于胰岛素抵抗(IR)，故正常生理浓度下胰岛素只产生代谢调控作用，而在显著高于生理浓度的状态下才能结合IGF-1受体产生促有丝分裂的作用[3]。在小鼠中高脂饮食诱导的肥胖和胰岛素抵抗能够促进移植的结肠癌细胞和肺癌细胞的生长，并且与体内的高胰岛素和IGF-1水平相关[6]。流行病学资料也显示，高胰岛素水平与某些癌症相关。女性健康调查研究显示，即使无糖尿病但高胰岛素水平的个体发生结肠癌和子宫内膜癌风险增加[7,8]。另外，医师调查研究和欧洲营养与癌症调查研究显示，高C肽水平除与子宫内膜癌和结肠癌相关外，还与前列腺癌的死亡率增加相关[9-11]。内源性胰岛素对于乳腺癌发病率的影响存在差异，在EPIC和WHI研究中绝经后妇女的高胰岛素水平或C肽水平与乳腺癌发病率增加相关[12,13]，而在护士健康研究中，却没有发现绝经前妇女的高胰岛素或C肽水平与乳腺癌发病相关[14]。这种差异可能源于体内雌激素水平变化，以及胰岛素对雄激素和雌激素在绝经前后的影响的差异[15,16]。2型糖尿病患者除本身高胰岛素血症外，人为地升高胰岛素水平(例如使用促泌剂)也可能与肿瘤发生相关。一项观察性研究发现，与二甲双胍治疗相比口服胰岛素促泌剂治疗的患者发生肿瘤的风险升高[17]。以上资料显示，我们可以推论高胰岛素血症与肿瘤发生相关。

胰岛素类似物与癌症

自从Banting和Best在1921年发现胰岛素之后，胰岛素的替代治疗成为治疗糖尿病最有效的手段。但是由于胰岛素的替代治疗无法完全模拟正常生理性胰岛素的药代动力，会造成胰岛素过量或不足，以至无法达到理想的代谢控制。这种情况的发生与胰岛素给药途径明显相关。现在临床上使用的胰岛素治疗基本上都是通过皮下注射给予的。胰岛素在皮下具有自发聚集倾向，容易形成二聚体或者六聚体。二聚体或者六具体需要分解成胰岛素单体才能通过毛细血管进入血液循环[18,19]。不同注射部位、不同胰岛素剂型以及温度等因素均会增加胰岛素吸收的变异性，这种变异性是导致皮下注射胰岛素无法完全模拟内源性胰岛素生理模式的重要原因之一。为了避免普通胰岛素在治疗中的不足，人们研发了在药代、药效动力学方面更具优势的胰岛素类似物。胰岛素类似物是在人胰岛素的结构上进行修饰，使其药代动力学更加接近内源性胰岛素，而不影响其与胰岛素受体的亲和力。目前临床使用的胰岛素修饰主要包括三种方式：①更换部分氨基酸残基，这种改变影响了胰岛素的结构域，减少形成二聚体的机会，即使在皮下也保持单体形式，可以加速胰岛素的吸收，如门冬胰岛素、赖脯胰岛素。②增加氨基酸，这使胰岛素在皮下沉积，减缓胰岛素的吸收，例如甘精胰岛素。③在胰岛素骨架上添加脂肪酸侧链，这种侧链增加胰岛素与白蛋白结合，降低胰岛素的清除率，延长胰岛素作用时间，例如地特胰岛素。大部分结构修饰都在胰岛素B链的碳基末端，这一区域主要与二聚体形成有关，而与胰岛素受体结合不相关[2,3,20]。但是这个区域的分子对IGF-1受体的亲和力十分重要[3]。因此，不难理解胰岛素类似物比人胰岛素具有潜在的更强的促有丝分裂作用。

胰岛素B10类似物是最早开始研发的胰岛素类似物，其B链的第十位组氨酸被门冬氨酸取代。B10位点的氨基酸残基对于胰岛素对IGF-1受体亲和力非常重要，这种替换改变使胰岛素B10类似物在结构上更加类似IGF-1[21]。受体结合力实验表明，与人胰岛素相比胰岛素B10类似物对于胰岛素受体(3.5倍)和IGF-1受体(9倍)的亲和力均明显增加，而且其促有丝分裂作用增加9倍[22,23]。

胰岛素B10类似物促有丝分裂作用被认为主要与IGF-1亲和力增加相关[22]。在血管平滑肌中，胰岛素B10类似物能够刺激IGF-1受体自主磷酸化，促进DNA合成增加以及细胞增殖[21]。另一方面胰岛素 B10类似物能够明显延长胰岛素受体B亚基磷酸化状态的持续时间，与人胰岛素相比其代谢活性增加4倍[24]并且有丝分裂的作用也相应增加[21,25]。体外研究发现，胰岛素B10类似物能够增加小鼠B细胞系和人乳腺癌细胞系的增殖活性[4,26]。体内实验也表明，给予大鼠胰岛素B10类似物治疗12个月能够明显增加腺癌和纤维上皮细胞癌的发生，并且呈剂量依赖性[27]，基于以上临床前研究人们认识到了这种胰岛素类似物的致癌作用，而停止了对其进行临床应用的研究。

赖脯胰岛素是将人胰岛素B链28和29位的脯氨酸和赖氨酸互换后制成的速效胰岛素类似物。这种结构改变导致赖脯胰岛素与人胰岛素相比吸收率和清除率提高2倍[28]。正是由于这种特性赖脯胰岛素在一天多次注射治疗和胰岛素泵治疗中能够明显改善餐后血糖控制以及减少血糖波动[29]。与人胰岛素相比，赖脯胰岛素对胰岛素受体的亲和性和降糖效能较人胰岛素略低，但是对于IGF-1受体的亲和力却较高[22]。目前在细胞学和动物模型实验中尚无关于赖脯胰岛素致癌性的报道[30]。同时门冬胰岛素是人胰岛素B链28位的脯氨酸被门冬氨酸替换的速效胰岛素类似物。在药代动力学和降糖效果方面与赖脯胰岛素类似[31,32]，对于IGF-1受体的亲和力与人胰岛素相同[22]。在一项持续52周的研究中，以高于人皮下注射剂量(人平均1.0 IU·kg-1·d-1)32倍剂量的门冬胰岛素注射给大鼠才导致乳腺肿瘤发生率增加[33]，说明此胰岛素类似物也有很好的安全性。

甘精胰岛素是利用基因重组技术在人胰岛素B链31和32位各增加一个精氨酸以及在A链的21位用甘氨酸取代门冬酰胺的长效胰岛素类似物[34]。这些改变使甘精胰岛素等电点偏向中性pH值，在皮下容易形成六聚体。六聚体缓慢在血液中释放，可以较长时间保持血液中胰岛素在稳定水平。受体结合实验表明，与人胰岛素相比，甘精胰岛素对胰岛素受体的亲和力降低60%，而解离度是人胰岛素的1.5倍[22]，同时其对于IGF-1受体的亲和力较人胰岛素增加了6.5倍，刺激DNA合成的能力增加了8倍[22]。细胞培养中观察到的这种促有丝分裂潜能在其他细胞系中也有报道，如过表达胰岛素受体的大鼠成纤维细胞以及过表达IGF-1受体的纤维母细胞[35-37]。但是在大鼠和小鼠的体内研究中并未发现具有刺激乳腺肿瘤发生的作用[38]，提示细胞培养水平研究对甘精胰岛素的促有丝分裂潜能具有放大作用。有研究显示，甘精胰岛素在体内很快代谢为一种与IGF-1R亲和力很低的产物GlyA21(M1)，不会导致异常的细胞增殖。最近，Lucidi等对进行甘精胰岛素(0.4 IU/kg)治疗的2型糖尿病患者体内的代谢情况进行了观察。结果显示，这些患者体内的甘精胰岛素原型浓度很低，很难被检测到，而其代谢产物GlyA21(M1)占胰岛素浓度的90%，极少部分进一步代谢为GlyA21-disB30(M2)，这可能是减低甘精胰岛素促有丝分裂潜能的原因之一，也或者体内具有其他的调节机制而抵消了这种促有丝分裂潜能。

地特胰岛素是另一种长效胰岛素类似物，主要是在B29位置的赖氨酸上添加了含14碳原子的肉豆蔻酸长链。这种结构改变使地特胰岛素容易与白蛋白结合以及相互之间作用延缓胰岛素的吸收和降解。与人胰岛素相比，地特胰岛素与胰岛素受体的亲和力有所降低，并且解离速度是其2.5倍[22]，这使得其代谢调控能力也有所降低。但是其对IGF-1受体的亲和力比人胰岛素低5倍，相应其促有丝分裂潜能降低250倍[22]。

胰岛素类似物与癌症关系的临床证据

实验室研究结果使人们对胰岛素类似物与癌症的关系倍加关注，然而现有胰岛素类似物与肿瘤关系的观察性研究的结果并不一致。Hemkens等分析德国保险数据库记录的127000例使用甘精胰岛素、门冬胰岛素、赖脯胰岛素或者人胰岛素的糖尿病患者的资料，发现所有这些胰岛素与癌症风险呈剂量依赖性相关[39]。与人胰岛素相比，甘精胰岛素的剂量依赖性致癌风险更高(HR 1.31，50IU/d)，但是门冬和赖脯胰岛素并不比人胰岛素风险更高。值得注意的是甘精胰岛素这种致癌风险只有在校正了剂量之后才有显著性差异。通常使用人胰岛素的患者每日平均胰岛素剂量更大，并且在剂量校正前人胰岛素致癌风险比所有胰岛素类似物都低。该研究尽管样本量很大，但是由于是回顾性研究存在许多混杂因素。更为重要的是该研究随访时间仅1.31年，在生物学上肿瘤不太可能在如此短的时间内产生。这些因素均使该研究的结论可信度受到影响。另一项来自瑞士数据库的研究收集了2005年接受胰岛素治疗115000例患者的资料[40]。他们发现在接下来2年时间里单用甘精胰岛素治疗的患者乳腺癌发病风险明显较使用其他胰岛素类似物高(RR1.99)。除乳腺癌外，甘精胰岛素与其他胰岛素类似物在致肿瘤方面无明显差异。但是也有研究发现是胰岛素治疗并不总是与癌症发生率增加相关。Colhoum等分析了苏格兰50000例使用胰岛素治疗的糖尿病患者，发现甘精胰岛素暴露与总体癌症发生率减少相关(RR0.66)[41]。与前面研究一致的是，只接受甘精胰岛素治疗的患者比接受其他胰岛素类似物治疗发生癌症的风险要高(RR1.66)，而且乳腺癌风险明显增高。而香港糖尿病登记患者研究却显示胰岛素使用和癌症风险降低相关，糖尿病控制不佳增加癌症风险，而包括甘精胰岛素在内的胰岛素使用却降低癌症风险[42]。近日公布的Origin研究[43]对此问题给了人们比较确切的答案，此研究是第一个涉及甘精胰岛素是否与肿瘤发生有关的大规模长时间的前瞻性对照研究。此研究针对12537例糖尿病前期或早期2型糖尿病患者，经过平均6.2年的前瞻性随访，观察到953例肿瘤事件的发生，但两组之间没有统计学差异(RR 1.00；95%CI：0.88～1.13，P=0.97)。

前面的研究是评价单用胰岛素治疗肿瘤的发生风险，胰岛素与其他降糖药物之间联合治疗时对肿瘤发生的影响也是值得研究的。近期发表的关于不同糖尿病治疗药物致肿瘤风险的回顾性研究发现接受二甲双胍治疗的患者实体肿瘤发生率小于接受磺脲类药物和胰岛素治疗的患者[17]。先前接受口服降糖药物治疗然后又转换为胰岛素治疗的队列中，甘精胰岛素、人基础胰岛素、人双相胰岛素以及双相胰岛素类似物治疗组中肿瘤发生率无明显差异。二甲双胍发生肿瘤风险低于其他治疗组的研究结论与先前报道的结果一致[44,45]。

结 语

一系列的临床与基础研究都表明糖尿病与癌症发生相关，而关于胰岛素治疗与癌症有关的认识则来自受体结合实验和观察性研究，受体结合实验仅是细胞培养中的结果，缺乏人体研究的说服力；而观察性研究存在许多混杂因素影响，不足以建立因果关系。Origin研究结果的公布对此带来新的循证医学证据，减少了人们对包括甘精胰岛素在内的胰岛素应用中肿瘤发生的担忧，当然胰岛素与癌症的关系仍需进一步进行临床观察。

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