二甲双胍抗肺癌机制的研究进展

蒋永源，罗 虎综述，周向东审校

0 引 言

糖尿病和肺癌是世界范围内的常见疾病，严重威胁人类健康，其中糖尿病患者大多数为2型糖尿病［1-3］。流行病学资料显示:糖尿病会增加肝癌［4-5］、结直肠癌［6］和胰腺癌［5］等恶性肿瘤的发病率。国内研究报道2型糖尿病会增加肺癌的发病率［2，7-9］，2 型糖尿病患者并发恶性肿瘤肺癌发病率位于前列［7，9］。由于降糖药物可能降低2型糖尿病患者的肺癌发病率，因此越来越受到临床的重视。二甲双胍是双胍类药物的代表药物，长期作为治疗2型糖尿病一线药物。它不仅具有降血糖作用，研究证实其同样具有抗肿瘤的生物学效应。深入研究二甲双胍的作用机制，有望降低糖尿病患者肺癌发病率，同时可为肺癌的临床治疗提供新的靶点。本文就二甲双胍在2型糖尿病并发肺癌患者中的治疗作用及其抗肺癌机制作一综述。

1 二甲双胍对患有2 型糖尿病的肺癌患者的影响

二甲双胍是治疗2型糖尿病最常用的口服降糖药之一，它的使用对这类患者有保护作用，国内外均有研究证实了这一发现［2，10-11］。二甲双胍的保护作用不仅表现在它与较低的肺癌发生率有关(25.0%vs 30.3%，P ＜ 0.001)［12］，还表现在它的使用能使肺癌患者获得生存受益。Currie等［11］比较了患肺癌或其他实体肿瘤的2型糖尿病患者使用二甲双胍及其他药物的病死率，结果发现二甲双胍能够降低病死率(HR=0.85［0.78 ～0.93］)。一项国内多中心研究分析了并发非小细胞肺癌的2型糖尿病患者使用不同降糖药的生存率，结果发现予以二甲双胍治疗的患者组生存率高于予以胰岛素或者其他药物治疗的患者组(分别是8.4个月、4.7个月、6.4 个月，P ＜0.05)［13］。二甲双胍对抗肺癌的生物学活性呈浓度及时间依赖性增强［14-16］。因此，当糖尿病及肺癌并存时，临床医师或许应该优先考虑二甲双胍进行治疗，并长期规律服用。

2 二甲双胍抗肺癌可能机制

2.1 活化肝激酶 B1(liver kinase B1，LKB1)/腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)通路 LKB1作为 AMPK的上游激酶，其本质是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白酶，具有抑癌作用。二甲双胍可以激活LKB1/AMPK通路，活化的AMPK可使能量代谢由合成代谢转变为分解代谢，从以下3方面达到降低血糖水平的目的［17-18］:①促进外周组织利用葡萄糖，抑制肝糖异生;②增加肌肉对葡萄糖的摄取，促进脂肪酸氧化，抑制脂肪酸及胆固醇的合成;③改善胰岛素敏感性。肿瘤细胞是高耗能细胞，这一点从来源上减少了肿瘤细胞的能量来源，从而限制肿瘤的生长和增殖，有望成为肿瘤治疗的新靶点。

2.2 雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)途径 mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，mTOR活性异常已证实与包括肺癌［19］在内的多种恶性肿瘤的发生、发展密切相关。mTOR接受包括LKB1/AMPK通路在内的多个信号通路的调节［20］。Lin 等［18］通过肺癌细胞株 AS2/S3C证实二甲双胍通过LKB1-AMPK-mTOR途径抑制信号转导子和转录激活子3活性，增强顺铂的细胞毒性。但Memmott等［21］在A/J小鼠肺组织中发现二甲双胍抑制肿瘤发生的效应与抑制mTOR相关，而二甲双胍抑制mTOR不依赖于AMPK活性，而与胰岛素样生长因子1/胰岛素受体磷酸化作用及胰岛素样生长因子1和胰岛素循环水平下降有关。LKB1的体细胞突变是肺癌细胞频繁发生的事件［22］，因此，二甲双胍通过多个上游通路调节mTOR途径并不依赖AMPK活性，这是二甲双胍作为化学预防剂的一个优势。

2.3 诱导细胞周期停滞 细胞周期是指细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程，分为间期(G期)与分裂期(M期)2个阶段。间期又分为 DNA合成前期(G1期)、DNA合成期(S期)与DNA合成后期(G2期)3期。整个细胞周期中主要有G1/S和G2/M2个主要细胞关卡。武宁和李强［15］通过体外增殖实验发现二甲双胍可使A549腺癌细胞停滞于G1期(P＜0.05)。另外在3种肺腺癌细胞系RERF-LC-AI、IA-5、WA-hT中，该结果亦得到了验证［23］。在结肠癌细胞系 HCT116［23］和骨肉瘤细胞系 U2OS［24］中已证明了二甲双胍增加 p53的活性，从而使细胞周期停滞在G1期;因此p53可能在二甲双胍诱导肿瘤细胞细胞周期停滞中起到了一定的作用，但是否适用于肺癌细胞还待进一步研究。

2.4 诱导细胞凋亡 细胞凋亡是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡，是一个主动的过程，涉及到一系列基因的激活、表达以及调控等作用。二甲双胍可能通过多种机制包括诱导细胞凋亡抑制多种组织类型的人肺癌细胞系的增殖［21］。其中，二甲双胍可能通过丝裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信号传导通路和上调GADD153促进细胞凋亡。

MAPK本质是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白酶，参与多种细胞反应的调节。Jun氨基末端激酶(jun N-terminal kidnase，JNK)和p38 MAPK是 MAPK中2个亚族。JNK和p38 MAPK通路在细胞凋亡中发挥重要作用。应用特异性阻滞剂阻断JNK和p38 MAPK通路可以部分降低二甲双胍对肺腺癌细胞株细胞凋亡的诱导作用［16］。

生长停滞和DNA损伤基因(growth arrest and DNA damage 153，GADD153)属于 CCAAT/增强子结合蛋白同源蛋白家族的一员，是一种凋亡相关基因。随着二甲双胍对肺腺癌细胞系干预时间的延长，细胞内GADD153基因的表达也随之增强，而抑制GADD153后明显减弱了二甲双胍对细胞凋亡的诱导作用［16］。

2.5 二甲双胍对化疗药物的疗效的影响 流行病学资料显示二甲双胍能够提高患有糖尿病的非小细胞肺癌患者的化疗疗效［13］。在老鼠肺腺癌移植瘤模型中，二甲双胍和多柔比星联合治疗，减少多柔比星剂量并不影响肿瘤复发率［25］，提示二甲双胍可以增加肺腺癌细胞对多柔比星的化疗敏感性。Tseng等［26］用二甲双胍和紫杉醇同时治疗肺腺癌细胞株对比单用二甲双胍或紫杉醇，二甲双胍能够提高紫杉醇的细胞毒性，这与二甲双胍对p38 MAPK通路的抑制效应有关。二甲双胍与顺铂共同作用对肺腺癌细胞株A549和NCI-H1299的抑制作用明显优于单用顺铂，这一效应可能与它们抑制肿瘤细胞增殖的机制不同有关［15］。而有研究指出，二甲双胍通过LKB1-AMPK通路和可能mTOR依赖的机制抑制信号转导子和转录激活子3活性，克服肿瘤耐药性，提高顺铂疗效［19］。关于顺铂和二甲双胍的相互作用还存在着争论，Ashinuma等［23］指出二甲双胍和顺铂在多个肺癌细胞系中的存在拮抗作用。综上所述，大多文献支持二甲双胍具有增强化疗药物疗效的作用，能减少化疗药物用量，减轻患者痛苦。但二甲双胍对化疗药物的疗效的影响仍存在争议。

2.6 二甲双胍对靶向药物的疗效的影响 靶向药物治疗是近几年肺癌治疗的热点，能有效干预受肿瘤表达的标志分子的调控及肿瘤发生相关的信号通路，从而达到抑制肿瘤生长、进展及转移的效果［27］，其中EGFR是最重要的靶点［28］。目前应用比较多的药物有单克隆抗体，包括西妥昔单抗，及小分子酪氨酸激酶抑制剂，包括吉非替尼、厄洛替尼、埃克替尼［27-28］。其中西妥昔单抗与二甲双胍的相互作用未见文献报道。Morgillo等［29］发现二甲双胍和吉非替尼在野生型LKB1基因非小细胞肺癌细胞中具有协同作用。Pellegrinotti等［30］的个案报道称在患有多种临床疾病的肺癌患者，使用厄洛替尼有发生肝炎的风险，此时使用二甲双胍会有乳酸酸中毒的风险。因此二甲双胍和靶向药物的联用时应监测患者身体状况及肝功能。

2.7 其他机制 胸苷磷酸化酶参与了肿瘤的血管新生与抗细胞凋亡等，其表达往往与临床不良预后相关［31］。切除修复交叉互补基因1参与了DNA修复，与顺铂的耐药性密切相关，目前临床上已广泛应用于肺癌患者术后指导化疗工作［32］。两者都与肿瘤的发生发展密切相关。有研究报道二甲双胍抑制非小细胞肺癌里胸苷磷酸化酶和切除修复交叉互补基因1的表达可能是花生酸甘油酯-1能够提高二甲双胍的细胞毒性及抗细胞增殖效应的机制之一，二甲双胍诱导的细胞毒性也与胸苷磷酸化酶和切除修复交叉互补基因1的表达有关［16］。这些结果提示二甲双胍能成为抗肿瘤血管生成的潜在药物，其自身的细胞毒性使其更适用于化学预防。

微囊蛋白是形成细胞质膜微囊小窝结构所必需的结构蛋白，而微囊蛋白1是其主要的结构蛋白，其在调节细胞信号转导过程中所起的十分重要的作用。Salani等［14］认为非小细胞肺癌中微囊蛋白1对于二甲双胍的作用是必需的，他们的实验证明二甲双胍对胰岛素样生长因子1转导通路有很强的抑制作用，并且微囊蛋白1参与其中。有证据表明胰岛素样生长因子1受体和促进肿瘤细胞致癌性转化、生长和存活相关［26］。二甲双胍通过微囊蛋白1抑制胰岛素样生长因子1，进而调节肿瘤细胞致癌性转化、生长和存活。有机阳离子转运子1是溶质转运体22家族成员之一，在许多阳离子药物的转运中扮演着重要的角色，二甲双胍是其经典底物。Calu-6细胞中二甲双胍能够以剂量依赖的方式提高有机阳离子转运子1的表达［14］，这一发现能部分地解释为什么延长二甲双胍的治疗时间能够提高细胞对它自身的敏感性。

3 结语与展望

二甲双胍作为治疗糖尿病的一线药物，具有多种生物活性，其抗肺癌效应越来越受到人们重视，并且这一效应在体外实验、动物模型及临床试验均得到证实。二甲双胍抗肺癌机制十分复杂，其具体机制尚未完全阐明。对二甲双胍抗肺癌的具体机制的进一步研究，将为临床提供可能的肺癌治疗新靶点。二甲双胍应用于肺癌治疗，具有诸多优点:①其作为治疗糖尿病的一线药物，其安全性已经得到广泛验证;②二甲双胍自身具有细胞毒性，也能提高化疗药物的疗效，随着作用时间的延长，还能提高细胞的敏感性。二甲双胍无论是和传统化疗药物合用还是单用都能有效降低用药剂量，提高患者的耐受性和依从性，具有巨大的研究价值及广阔的临床应用前景。然而武宁等［33］提出二甲双胍能显著上调细胞内基质金属蛋白酶2(matrix metallo proteinases 2，MMP2)和MMP9的转录水平而增强人肺腺癌A549细胞的侧向迁移速度及体外侵袭能力。Mazzone等［12］通过病例对照研究的得到类似的结论。以上结果也提示:使用二甲双胍可能会让患者罹患更具侵袭性的肿瘤表型，导致肺癌更易获得转移能力，进而降低患者生存率。这一点也许会限制其在临床的应用。

综上所述，二甲双胍在抗肺癌效应日益受到重视，具有广阔的研究价值和临床应用前景。二甲双胍抗肺癌作用研究的深入，有利于新的药物靶点的发现与设计，这将使大量具有肺癌高风险的糖尿病患者受益。但是二甲双胍能否用于非糖尿病患者的肺癌预防及辅助治疗，仍需进一步研究证实。

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