二甲双胍与不同分子亚型乳腺癌的关系

李 林 综述 李志高 审校

二甲双胍是世界上应用最广泛的降糖药之一，它的有效性和安全性长期以来一直支持它作为二型糖尿病的一线用药。经研究发现，二甲双胍在各种癌症中起到至关重要的抑癌作用，尤其是乳腺癌。大量数据分析表明，二甲双胍能显著降低乳腺癌的发病风险，延长乳腺癌患者的生存时间[1-3]。

1 二甲双胍治疗乳腺癌的分子机制

体外研究表明，二甲双胍有效抑制了乳腺癌细胞的增殖和转移，并通过多种途径诱导肿瘤细胞凋亡[4-5]。这些效应是通过抑制线粒体呼吸链复合体，继而激活了AMPK-mTOR途径，从而减少了癌细胞的增殖[4]。二甲双胍也可激活PI3K/Akt/mTOR MAPK信号通路和microRNA的表达[5]。PI3K/Akt可通过多种机制在肿瘤细胞中被激活，其目的是抑制乳腺癌细胞的增殖和转移。Akt丝氨酸/苏氨酸激酶在细胞生长、增殖、生存调控中起着至关重要的作用[6]。Akt家族的激酶由Akt1、Akt2和Akt3三位成员组成。Stacey的数据显示，Akt2在三种Akt异构体中表现最为突出[7]。二甲双胍的抗癌作用通过microRNAs介导，包括miR-200c，它在乳腺癌中起抑癌作用，而二甲双胍正是通过靶向Akt2来增加miR-200c的表达，从而阻碍了乳腺癌细胞的增长并促使其凋亡[8]。

2 二甲双胍在乳腺癌中的作用

2.1 二甲双胍可以降低Ki-67值

越来越多的证据表明，胰岛素抵抗增加和高胰岛素血症影响乳腺癌的预后，并能增加乳腺癌的复发风险，它们可以引起乳腺癌Ki-67指数升高，Ki-67值代表肿瘤细胞的活跃程度[9]。二甲双胍可抑制肝糖原生糖，并对周围的胰岛素反应敏感。评估二甲双胍在非糖尿病乳腺癌妇女接受手术前后的抗增殖活性，主要通过手术前活检的Ki-67值和术后免疫组化的Ki-67值来预测二甲双胍在乳腺癌中的抗肿瘤活性[10]。实验也证实，二甲双胍对术前的Ki-67值没有显著影响，但对胰岛素抵抗的乳腺癌却起到了显著作用，尤其是在Luminal B型乳腺癌中。在胰岛素抵抗的乳腺癌患者中，可以通过稳态模式评估(HOME)来间接反映Ki-67值的变化，HOME>2.8，二甲双胍降低Ki-67值的作用才会明显，减少IGFBP-1、提高IGFBP-3含量后，二甲双胍才会发挥作用，有相似的结果表明，二甲双胍在对于胰岛素抵抗的乳腺癌患者有明显的抗肿瘤活性，但是对于胰岛素不抵抗的乳腺癌患者却没有明显作用[11]。虽然二甲双胍并不能对所有乳腺癌分子类型都起作用，但却为治疗乳腺癌提供了新的思路。

2.2 二甲双胍对激素受体阳性乳腺癌和耐药性乳腺癌的影响

雌激素受体(ER)是乳腺癌治疗过程中重要的预后标志和治疗靶点，ER阳性乳腺癌占所有乳腺癌的70%，这些患者在术后需要抗雌激素治疗，如他莫昔芬，它能选择性地与雌激素受体结合，进而干扰转录。但是仅仅有大部分的乳腺癌患者对他莫昔芬敏感，更遗憾的是，这些患者在一开始对他莫昔芬的敏感性很高，随着临床治疗的不断进展，慢慢地对他莫昔芬产生耐药[12]。但是Kim最新研究表明，无论在MCF-7、TR MCF-7和MDA-MB-361乳腺癌细胞中是否存在雌激素受体，二甲双胍都可以抑制ER的mRNA的转录和蛋白质的翻译，而且，在抑制雌激素受体活性方面，二甲双胍的作用效果要明显优于他莫昔芬，二甲双胍的抗癌作用与ER阳性乳腺癌和他莫昔芬耐药的乳腺癌中ER的表达和信号传导息息相关，最终抑制乳腺癌细胞的增殖。在临床中，二甲双胍也在他莫昔芬耐药的乳腺癌患者中也起到一定疗效，这就极大解决了他莫昔芬耐药的临床困扰[13]。胰岛素样生长因子1受体(IGF1R)是人类细胞表面发现的蛋白质，是激素胰岛素样生长因子1(IGF1)的细胞表面受体，其发出的信号在癌症的发展中起着至关重要的作用。在乳腺癌中，IGF1R与雌激素受体表达相关。在目前的研究中发现，绝经后激素受体阳性(HR+ve)且高IGF1R表达的乳腺癌患者，在使用他莫昔芬治疗后，仍然有雌激素驱动IGF1R生长，这对激素受体阳性的患者治疗来说非常不利，但是二甲双胍却极大解决了这一问题。另外，一些实验结果也同时评估了二甲双胍的附加价值，IGF1R作为以依西美坦治疗为主的HR+ve乳腺癌患者的重要生物学标志，在添加二甲双胍治疗后，IGF1R的表达率会明显降低[14]。体外研究已经证实，二甲双胍可以使ER+和ER-乳腺癌细胞的细胞周期停滞[15]。尽管如此，二甲双胍在治疗ER+和ER-乳腺癌的作用方面却有着很大的区别，而且，二甲双胍在雌激素信号传导中的作用是什么也不是很明确，这些问题仍然没有答案。但是，Scherbakov等通过观察MCF-7乳腺癌细胞中雌激素受体的结构，继而证实了二甲双胍的抗增殖作用，这些细胞经过长期的二甲双胍治疗已经对雌激素受体产生了不可逆性抑制[16]。

2.3 二甲双胍抑制HER阳性乳腺癌细胞以及干细胞

人类表皮生长因子受体(HER)与乳腺癌发生、发展及预后有着重要的生物学关系，HER过表达往往与生存期呈负相关。丁双胍是二甲双胍的衍生物。Parris等研究表明，丁双胍能显著抑制SKBR3和BT474 HER2过表达型乳腺癌细胞株的生长，而且，体内实验也证明它也可以抑制MMTV-HER2小鼠体内同源肿瘤的细胞生长。体外实验也表明丁双胍可以遏制乳腺癌干细胞群的自我更新，这与抑制受体酪氨酸激酶(RTK)和干扰mTOR信号传导有关，与体外实验相一致的结论也表明，在MMTV-HER2小鼠体内，丁双胍可以减少乳腺细胞形态学改变以及细胞增殖。更为重要的是，丁双胍降低了MMTV-HER2小鼠体内乳腺重塑单位(MRUs)和肿瘤起始细胞(TICs)的密度。总之，丁双胍可以作为一种靶向抗癌药物，为那些HER2过表达的乳腺癌患者提供一种新的治疗策略[17]。HER2/HER3异源二聚体能够产生强烈信号激活细胞增殖和生长，Sheng等人也证实，在他莫昔芬耐药的MCF-7(TR MCF-7)乳腺癌细胞中，二甲双胍的抗癌作用是通过下调HER2和HER3从而抑制信号通路来实现的，二甲双胍也可在MCF-7或TR MCF-7乳腺癌细胞中，通过提高雌激素水平从而抑制HER2/HER3/Akt信号轴的激活以及细胞增殖和集落形成[18]。HER3在癌症的发生和进展中也扮演了重要角色。调蛋白(HRG)绑定HER3或者是HER3与HER2的二聚化能够导致HER3细胞质尾的超磷酸化，可以依次干扰Akt信号的传导[19]。最终，Kim等通过抑制HER2的表达和信号激活从而证实了二甲双胍的抗癌作用，同时也证实，二甲双胍可以抑制HER2和HER3的受体酪氨酸激酶的信号传导从而治疗HER阳性乳腺癌[20]。

2.4 二甲双胍对三阴性乳腺癌的影响

三阴性乳腺癌(ER-/PR-/HER2-；TNBC)是乳腺癌的一种特殊亚型，发生率低，但死亡率高。TNBC可以进一步划分为不同亚型，包括Basal-like型和Claudin-low型等。乳腺癌干细胞，又称为乳腺癌肿瘤细胞，它主要与癌症的转移和复发相关，TNBC中含丰富的肿瘤干细胞，因此，我们可以通过靶向TNBC干细胞来治疗TNBC。Krüppel-like factor 5(KLF5)，也叫作BTEB2或IKLF，是KLF家族中的一员。最近，David和同事们经过实验研究表明，KLF5在胰腺癌TGF-β诱发肿瘤发生中起着非常重要的作用[21]。Morales的最新研究也表明，二甲双胍可以减少TNBC中乳腺癌干细胞的百分比。而且，二甲双胍能够降解TNBC细胞的靶蛋白KLF5，其机制是抑制蛋白激酶A(PKA)的活性，PKA可以使糖原合成酶激酶-3β(GSK3β)磷酸化，而GSK3β又可以在S303上使KLF5磷酸化，从而使KLF5失活。所以说，二甲双胍是治疗TNBC的一种有效药物[22]。接受二甲双胍治疗的乳腺癌患者的生存率要比没有接受二甲双胍治疗的患者的生存率高很多。同时，二甲双胍会选择性地针对乳腺癌干细胞，显著地抑制乳腺肿瘤细胞的生长，并能在联合化疗时使病情得到缓解[23]。在诱导细胞凋亡方面，TNBC细胞系对二甲双胍的敏感度要比非TNBC细胞系的敏感度高很多，TGF-β是TNBC中最常见的基因信号，体内外实验也已证实通过诱导和阻遏TGF-β可以直接影响TNBC中细胞的分子结构和生物特性，也就是说，TGF-β可以直接诱导TNBC细胞的增殖和入侵，而二甲双胍是TGF-β受体I的拮抗剂，在Claudin-low型TNBC细胞系中，二甲双胍通过抑制TGF-β从而使细胞凋亡[24]。但是二甲双胍对Basal-like型TNBC的作用机理却是个未知数。因此，二甲双胍对TNBC的作用有待于进一步研究。

3 二甲双胍在乳腺癌中的临床应用

3.1 二甲双胍在新辅助治疗中的作用

新辅助治疗是当前乳腺癌治疗的有效手段，二甲双胍可以通过直接或间接的机制在治疗乳腺癌上发挥抗癌作用。毋庸置疑，二甲双胍给新辅助治疗的乳腺癌患者带来了新的机会。二甲双胍虽然还没有明确作为一种化疗药物或内分泌治疗药物，但却可以提升新辅助化疗患者的治疗效果。Niraula等[25]研究表明，在新诊断、未经治疗、非糖尿病的乳腺癌患者接受二甲双胍治疗直至手术后，通过比较新辅助化疗前后的Ki-67值，最终发现，术前短期服用二甲双胍的效果良好，而且肿瘤细胞的改变和抗癌效果相一致。分子水平上，二甲双胍使mRNA的表达率、p53、BRCA1和细胞周期均显著下调，临床水平上，PCR率也显著上升，通过这一实验我们也证实了二甲双胍的抗癌作用。但之前所提及的试验研究结果中我们也看到，二甲双胍对术前非糖尿病患者的Ki-67值没有显著影响，仅对胰岛素抵抗起作用，尤其是Luminal B型乳腺癌。这说明二甲双胍在新辅助化疗治疗乳腺癌上存在争议，但是上述两个实验都是建立在非糖尿病乳腺癌患者的基础上，对于患有糖尿病的乳腺癌患者却没做过多研究，说明两项结果都存在局限。而且，二甲双胍只是辅助用药，在联合化疗上是否有效需要我们进一步探索。

3.2 二甲双胍联合放疗的作用

体外研究已经证实，二甲双胍通过抑制线粒体呼吸链复合体I的表达从而激活了AMPK途径，继而抑制癌细胞的生长。电离辐射是作为乳腺癌术后的辅助治疗，主要通过提高AMPK水平来杀伤肿瘤细胞，在Zhang的实验结果中显示二甲双胍不但可以增加电离辐射的敏感性和细胞内活性氧水平，而且，二甲双胍还可以在电离辐射中减少Trx的表达，从而杀伤乳腺癌肿瘤细胞，但这一切只对Luminal型乳腺癌有效，对基底样乳腺癌却几乎没有作用[26]。在Ferro的研究中显示，在联合二甲双胍和电离辐射的治疗中，反而会引起患有糖尿病乳腺癌患者的局部毒性增加，但在非糖尿病患者乳腺癌上却没有这一特点[27]。所以说，确定二甲双胍在联合放疗上治疗乳腺癌是否真正有效还是一项长期研究。

4 小结与展望

二甲双胍是治疗二型糖尿病的一线用药，也有不少报道表明二甲双胍可以减少癌症发病率，同时也改善了癌症的预后，如肝癌、卵巢癌、结直肠癌、胰腺癌和乳腺癌。二甲双胍对乳腺癌细胞有一定的杀伤作用，但在有些分子机制和临床研究中却有一定的分歧，有些实验的研究对象也有一定的局限性，况且二甲双胍是对所有乳腺癌均有效还是对非糖尿病型乳腺癌有效，这些结论也不是很明确。但是，二甲双胍给我们在治疗乳腺癌上带来了新的思路，为明确乳腺癌的治疗靶点指明了新的方向。在临床实验以及分子水平上，二甲双胍治疗乳腺癌的作用不容小觑，也值得我们深入地探索研究。