二甲双胍抑制甲状腺乳头状癌的相关作用机制

李宇 徐瑾 贺会清

三峡大学第二人民医院（宜昌市第二人民医院）内分泌科（湖北宜昌 443000）

甲状腺乳头状癌（papillary thyroid carcinoma，PTC）好发于儿童和中青年女性，是甲状腺癌最常见的病理类型，其恶性程度相对较低、生长缓慢、分化良好，10年生存率大于90%［1］。临床上针对PTC患者通常采取手术切除及术后促甲状腺激素（TSH）抑制治疗或放射性碘治疗的方式［2］。但手术仍有复发的风险，且长期超生理剂量的甲状腺激素的TSH抑制治疗会导致亚临床甲亢、加重心脏负担（尤其在老年患者）、增加绝经后女性的心血管事件和骨质疏松发生率［3］，严重影响PTC患者的生存质量。因此，重新定位PTC的治疗方法颇为重要。GANDINI等［4］在一项二甲双胍与肿瘤发生风险及病死率的Meta分析中发现，口服二甲双胍治疗的患者，其肿瘤发生率和肿瘤病死率分别降低了31%和34%，二甲双胍为独立影响因素。此外，DAUGAN等［5］在一项二甲双胍抑制甲状腺癌细胞生长的研究中报道，二甲双胍可以抑制未分化甲状腺癌（undifferentiated thyroid carcinoma，UTC）细胞的生长并诱导其凋亡。并且DONG等［6］研究发现二甲双胍抑制PTC细胞生长的作用与细胞增殖和凋亡失衡有关。另有研究报道，二甲双胍还可以抑制结肠癌、肺癌和胃癌等多种肿瘤细胞的增殖［7］。上述结果表明二甲双胍具有抗肿瘤细胞增殖的活性，基于这一点，二甲双胍似乎是治疗甲状腺癌的一种很有前途的治疗手段。本文就二甲双胍抑制PTC的相关作用机制予以综述。

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

二甲双胍是一种亲脂性双胍，由于其安全性和有效性，是临床上常用的一线降糖药物。其主要降糖机制是通过激活LKB1引起AMPK的活化，活化的AMPK可将体内的合成代谢转换为分解代谢，从而抑制肝糖原异生、延迟肠壁细胞对葡萄糖的摄取、改善胰岛素的敏感性等；另外，二甲双胍也可不依赖AMPK，直接通过下调线粒体代谢的方式减少糖异生，最终达到降低血糖和血胰岛素水平的目的［8］。KHEIRANDISH等［9］在关于二甲双胍抗肿瘤作用的最新证据一文中报道，二甲双胍的抗肿瘤作用包括直接作用和间接作用，其中AMPK在二甲双胍的直接抗癌机制中至关重要。首先，二甲双胍可以直接激活LKB1-AMPK信号通路。LKB1作为AMPK的上游激酶，是一种与抑癌作用相关的蛋白激酶。据报道，LKB1的表达对于二甲双胍诱导AMPK的活化至关重要，故二甲双胍对缺乏LBK1表达的肿瘤细胞的生长抑制作用较不敏感［10］。另有研究报道，二甲双胍可以通过增强化疗药物的细胞毒作用，从而有效地根除LBK1-AMPK信号通路缺陷的肿瘤细胞，为缺乏LBK1表达的肿瘤细胞提供了良好的治疗指针［11-12］。其次，在细胞水平，二甲双胍通过抑制线粒体复合物I，使得ATP生成减少，依赖ATP的三大营养物质的合成代谢受限，肿瘤细胞生长受抑制；同时AMP产生增多、AMP/ATP比值增加，亦可间接激活AMPK［13］。有体外研究表明［14］，二甲双胍发挥抗肿瘤作用的主要机制是通过激活肿瘤细胞AMPK信号通路，并抑制其下游分子雷帕霉素靶蛋白复合物1（mTORC1）的活性，致使肿瘤细胞蛋白合成受阻，细胞生长受抑制。CHO等［15］在二甲双胍抑制甲状腺乳头状癌BCPAP细胞增殖的研究中发现，甲状腺乳头状癌BCPAP细胞生长受抑制与二甲双胍激活AMPK通路有关，且抑制程度呈剂量依赖性。另外，机体内活性氧（reactive oxygen species，ROS）产生增多出现的氧化应激（oxidative stress，OS）可致基因突变，细胞发生癌变。二甲双胍可以通过抑制线粒体氧化呼吸链减少ROS的产生，从而降低细胞基因突变的发生率，抑制细胞癌变［16］。但二甲双胍减少ROS的产生是否依赖AMPK信号通路来实现，现研究成果仍存在分歧。更令人惊讶的是，另有研究发现，在PTC组织中AMPK的表达和活性异常增加［17］，他们认为在应激状态下AMPK的激活将增加肿瘤细胞的能量供给，从而促进肿瘤细胞的生长和转移。因此笔者得出结论，AMPK的激活对甲状腺肿瘤细胞生长的影响具有两面性，合理应用AMPK调节剂能有效地改善肿瘤预后。

2 雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapa-mycin，mTOR）通路

mTOR是一个289 kDa丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在营养状态、生长因子和应激信号等外源性信号的传导下起着调节细胞生长、增殖和存活的作用。因此，mTOR被定义为细胞自噬的关键调节器。它有两种不同的多蛋白复合物，mTOR复合物 1（mTORC1）和 mTOR 复合物 2（mTORC2）［18］。mTORC1和mTORC2有不同的分子组织和细胞功能，mTORC1调节mRNA的翻译和蛋白质的合成，而mTORC2参与细胞生存和代谢的调节。二甲双胍通过激活AMPK，抑制其下游效应分子mTORC1的活性，并进一步引起下游信号分子真核细胞起始因子4E结合蛋白1（eukaryotic translation initiation factor 4E binding protein 1，eIF4E-BP1）和核糖体 S6激酶 1（ribosomal protein S6 kinase-1，S6K1）磷酸化失活，使得肿瘤细胞蛋白质的合成减少，细胞生长受抑制［19］。CHO等［15］研究发现二甲双胍下调甲状腺乳头状癌细胞BCPAP和BHP10-3SC的活性并诱导其凋亡，与二甲双胍活化AMPK，并进一步抑制mTOR通路有关。HAN等［19］研究发现cyclinD1和c-myc是肿瘤细胞生长的重要调节因子，二甲双胍通过抑制mTOR/p70S6K/4E-BP1信号传导通路，从而降低cyclinD1和c-myc的表达，影响甲状腺癌细胞的生长和迁移。因此，我们将甲状腺癌添加到使用二甲双胍治疗后能改善肿瘤预后的癌症名单中［20］。另外，有研究发现二甲双胍下调mTOR的表达可不依赖AMPK的激活，致前列腺癌细胞增殖受阻［21］。但二甲双胍的非AMPK依赖的mTOR的抑制作用是否同样出现在乳头状甲状腺癌中，还需进一步研究证实。

3 诱导细胞周期阻滞及细胞凋亡

在整个细胞周期中，G1/S期和G2/M期是细胞进行有丝分裂的重要时期。研究发现二甲双胍可诱导细胞周期停滞于G0/G1期、S期或G2/M期，使细胞增殖受阻，从而诱导细胞凋亡［22］。Cyclin D1是调节细胞从G1期进展到S期的调节蛋白，Cyclin D1的异常表达与多种肿瘤细胞的增殖有关［23］。DONG等［6］研究发现使用二甲双胍干预后的甲状腺乳头状癌裸鼠模型的癌细胞进展缓慢，且CyclinD1被明显抑制，认为二甲双胍抑制PTC细胞生长的作用与细胞周期进展受阻有关。二甲双胍通过激活AMPK，抑制mTOR的活性，引起下游靶分子翻译起始因子4E结合蛋白（4E-binding proteins，4E-BPs）和核糖体S6激酶（ribosomal protein S6 kinases，S6Ks）解磷酸化，导致Cyclin D1的表达减少，使得细胞G1/S期的进展受限，从而诱导细胞周期阻滞及细胞调亡，且这种细胞增殖受限的结果取决于二甲双胍的剂量［19］。p53是一种抑癌基因，控制着细胞能否正常地进行细胞分裂，若细胞DNA受损且不能被修复时，p53将启动细胞凋亡程序诱导其凋亡。研究［24］发现，大约50%的恶性肿瘤中存在p53基因失活，二甲双胍通过激活AMPK导致p53及其Ser15磷酸化水平的上调，又进一步地活化p53，诱导依赖于p53的细胞自噬和细胞衰老等过程，使癌细胞存活到能量应激状态，即在低营养环境中诱发细胞凋亡。

4 抑制肿瘤坏死因子-α诱导的CXCL8分泌

ROTONDI等［25］研究发现肿瘤坏死因子-α（TNF-α）是CXCL8分泌的主要诱导剂。CXCL8是甲状腺癌生长的重要调节因子，主要通过其受体CXCR1和CXCR2介导的自分泌和旁分泌机制直接刺激甲状腺肿瘤细胞的增殖，且该受体只在肿瘤细胞上表达。除了对肿瘤细胞的直接作用外，CXCL8还在促进甲状腺肿瘤细胞的侵袭性方面起着至关重要的作用。二甲双胍通过抑制TNF-α诱导的CXCL8分泌，使得细胞生长受阻，同时抑制肿瘤细胞的侵袭能力，且这种抑制作用呈剂量依赖性。并且进一步研究发现，二甲双胍抑制TNF-α诱导的CXCL8分泌在分化型甲状腺癌细胞（如甲状腺乳头状癌）中起作用，在未分化或间变性而非分化型甲状腺癌中则不然。事实上，FANG等［26］已证实，肿瘤相关巨噬细胞通过释放一组细胞因子促进甲状腺乳头状癌的转移，其中CXCL8的作用最为显著。故二甲双胍抑制CXCL8的促肿瘤作用可被认为是该药的另一种间接抗癌机制。

5 影响胰岛素/胰岛素样生长因子-1

有研究提示胰岛素抵抗和高胰岛素血症是甲状腺结节、甲状腺肿瘤形成的危险因素［27-28］。胰岛素样生长因子-1（IGF-1）是结构上类似胰岛素的多肽，同样具有促进细胞增殖的作用。据观察，胰岛素受体的过度表达或激活可能是甲状腺肿瘤及结节性病变形成的早期事件［29］。二甲双胍通过激活AMPK加快脂肪酸氧化分解代谢，有效地改善血脂谱，增加外周组织对胰岛素的敏感性，从而有效地降低患者血糖及血胰岛素水平，缓解了胰岛素抵抗，细胞增殖受抑制。TANG等［30］研究证实，二甲双胍可减小伴有胰岛素抵抗的2型糖尿病患者的甲状腺体积及结节大小，其可能机制是二甲双胍通过增加外周组织对胰岛素的敏感性，减少血胰岛素和IGF-1的量，并下调胰岛素受体的表达，进而抑制胰岛素/IGF-1的促细胞增殖作用，间接地发挥抗肿瘤效应。

6 抑制葡萄糖转运关键蛋白（GLUT1）和糖酵解关键酶（PKM2）的表达

“瓦伯格效应”（Warburg effect）是肿瘤细胞出现恶变的代谢基础之一［31］，即肿瘤细胞在有氧的条件下，优先以糖酵解供能为主。JOZWIAK等［32］的研究已经证实葡萄糖转运关键蛋白——葡萄糖转运体1（glucose transport protein-1，GLUT1）在甲状腺癌组织中异常表达，由GLUT1介导的葡萄糖跨膜转运为肿瘤细胞生长提供所需的能量来源。KIM等［33］认为GLUT1基因与甲状腺特异性基因在甲状腺乳头状癌中高表达。郭慧玲等［34］研究发现，二甲双胍通过显著下调肿瘤细胞GLUT1的表达，抑制葡萄糖跨膜进入细胞，从而有效地减少肿瘤细胞的能量来源，诱导细胞凋亡。且进一步研究发现，涉及肿瘤细胞恶性转化的有氧糖酵解过程与糖酵解关键酶——M2型丙酮酸激酶（pyruvate kinase M2 isoform，PKM2）的高表达有关，二甲双胍还可通过抑制PKM2的表达，使得肿瘤细胞的有氧糖酵解途径受阻，即便有充足的葡萄糖供给，肿瘤细胞也不能通过糖酵解途径产生ATP供能，最终导致“能量衰竭”引起细胞死亡［34］。由此得知，二甲双胍可通过调节肿瘤细胞能量代谢的方式抑制PTC细胞生长。

7 二甲双胍降低TSH水平

据报道，TSH与胰岛素同时作为刺激甲状腺细胞增殖的生长因子的概念已被证实［35］。BASER等［36］认为TSH是调控甲状腺细胞生长和分化的主要激素，可以促进甲状腺结节的形成，延缓甲状腺细胞的凋亡。目前临床上针对甲状腺乳头状癌通常选择放射性碘治疗或手术治疗以及术后的TSH抑制治疗［2］等。由于术后长期TSH抑制治疗可能导致甲状腺激素过量，对患者造成很多不利影响。故寻找另一种通过降低TSH水平的方法来抑制甲状腺癌细胞的生长是目前最值得关注的。DIMIC等［37］在一项关于糖尿病患者伴有临床或亚临床甲状腺功能减退以及糖尿病患者伴甲功正常的人群中，给予二甲双胍治疗后TSH水平变化的回顾性研究中发现，糖尿病伴有临床或亚临床甲减的患者在服用二甲双胍治疗后TSH水平明显降低，且甲状腺激素（T3、T4）水平不受影响，而甲功正常的糖尿病患者的TSH水平无变化。从研究结果可以看出，二甲双胍能有效地降低临床或亚临床甲状腺功能减退症患者的TSH水平。因此理论上，二甲双胍可以用于甲状腺结节或甲状腺癌合并TSH升高时，也可用于甲状腺癌术后的TSH抑制治疗。但由于目前研究的样本量小，且都是糖尿病等特殊人群的回顾性研究，缺乏在无糖代谢紊乱人群中的相关研究，所以二甲双胍是否通过降低TSH水平来缩小甲状腺结节的体积、抑制甲状腺癌的生长、减少甲状腺肿瘤的复发率，还需未来进一步的研究考证。

8 结语与展望

PTC起病隐匿，病程缓慢，恶性程度较低，其发展是一个多因素、多基因、多信号通路综合参与作用的复杂过程。其即便较早出现颈部淋巴结转移，但预后仍较好，10年生存率仍能达到90%以上［1］。目前临床上针对PTC的常规治疗并发症高。因此寻找一种新方法，既能改善甲状腺乳头状癌患者的预后，又能减少药物的不良反应是很有意义的。二甲双胍已在临床应用多年，安全性已经得到充分肯定，且近来大量研究表明二甲双胍还具有抗肿瘤效应［38］，其作用机制主要包括激活LKB1-AMPK、抑制mTOR信号通路，诱导细胞周期阻滞及细胞凋亡，抑制肿瘤坏死因子-α诱导的CXCL8分泌，影响胰岛素/胰岛素样生长因子-1，抑制GLUT1和PKM2的表达，降低TSH水平等。但是，二甲双胍要作为一种肿瘤辅助治疗药物应用于临床，其具体抗癌机制及介导的信号通路目前研究成果尚未达成一致。因此，更多的临床研究对评估二甲双胍治疗PTC的意义是非常必要的。