糖尿病与肺癌EGFR靶向治疗相关性的研究进展

况里杉 周向东 廖秀清 张孝彬 唐 楠

糖尿病与肺癌关系密切，糖尿病及相应的降糖药物对肺癌的发生率及预后均有显著的影响。既往的研究进一步发现，糖尿病与肺癌针对表皮生长因子(epidermal growth factor receptor, EGFR)的靶向治疗之间可能存在密切关联。相信了解两者具体的相互作用方式将是今后肺癌研究的热点之一。本文将从临床研究及分子机制研究方面对糖尿病与肺癌EGFR靶向治疗的相关性进行综述。

一、糖尿病与肺癌关系

1.合并糖尿病的肺癌患者增多：肺癌是最常见的肿瘤类型之一，也是肿瘤中导致死亡的最主要原因[1]。根据2015年对中国人群的统计数据，肺癌的发病率和死亡人数在肿瘤疾病谱中居首位[2]。根据国际糖尿病联盟2015报道，全世界共有4.15亿成年糖尿病患者，到2035年全球糖尿病总人数预计将达5.92亿[3]。随着肺癌和糖尿病的患病人数增多，糖尿病合并肺癌的患者相应明显增多。因此，近年来二者的关系逐渐受到重视。

2.糖尿病与肺癌发病率及预后的相关性：目前大多数临床研究认为，糖尿病可能与肺癌发生率增高密切相关。Tseng等[4]基于中国台湾地区患者群体的研究认为糖尿病患者肺癌的发生率显著增高。Lee等[5]的Meta分析也认为糖尿病显著增加了肺癌的发生风险，特别是在女性患者中。与糖尿病患者肺癌的发生率增高相对应的，降糖治疗的应用可降低肺癌的发生风险。多个临床研究和Meta分析均认为二甲双胍的应用能够降低肺癌的发生风险[6-8]。

在糖尿病对肺癌预后的影响中，大多数临床研究均认为，合并糖尿病的肺癌患者预后较差。具体表现为，合并糖尿病的肺癌患者生存时间更短、死亡率更高[9]。相对应的，二甲双胍为主的降血糖药物能够显著改善肺癌预后[10-11]。

二、EGFR靶向治疗与肺癌

针对表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, EGFR)的靶向治疗是非小细胞肺癌(non-small-cell lung carcinoma, NSCLC)的主要治疗手段之一，相应的EGFR酪氨酸激酶抑制剂(tyrosine kinase inhibitors, TKI)是目前临床上最常用的NSCLC靶向治疗药物，代表性药物有第一代的吉非替尼和厄洛替尼、以阿法替尼为代表的第二代EGFR—TKI及第三代奥西替尼。EGFR-TKI通过竞争性地结合细胞膜内的酪氨酸区域，阻断酪氨酸激酶与ATP的结合，进而抑制下游分子通路，从而抑制肿瘤细胞增殖、分化、血管形成及转移[12]。循证医学证据提示：EGFR-TKI可为EGFR突变阳性NSCLC患者带来显著的生存获益[13]。

三、糖尿病与肺癌靶向治疗

近年来一些相关文献报道提示，除了传统的放疗、化疗外，糖尿病也与肺癌EGFR靶向治疗密切相关，现总结如下：

1.EGFR酪氨酸激酶抑制剂(tyrosine kinase inhibitors, TKI)与糖尿病治疗

(1)厄洛替尼：近年来陆续有少量个案报道认为厄洛替尼可起到降低血糖、逆转胰岛素抵抗的作用。Costa等[14]报道了1例72岁的老年女性NSCLC患者，确诊肺癌时已有两年糖尿病病史。厄洛替尼的应用显著降低了她的血糖和糖化血红蛋白(A1C)水平。Brooks等[15]报道了1例73岁的老年男性NSCLC患者，确诊肺癌时已有10年糖尿病病史。服用10周的厄洛替尼后，空腹血糖显著降低：从9.4 mmol/l 到 4.2～6.3 mmol/l；停止胰岛素治疗。厄洛替尼持续服用6个月，糖化血红蛋白从7.4% 到 6.5%。另外，厄洛替尼的应用也缓解了这位患者的银屑病和桥本氏甲状腺炎[16]。

另外，厄洛替尼对糖尿病并发症也可能有治疗作用。黄恬等[17]发现厄洛替尼可能通过抑制 EGFR-TGFβ1-Smad2/3信号通路的激活来抑制糖尿病肾病肾组织的纤维化和氧化应激反应，从而减轻肾损伤。但目前尚缺乏相关临床研究证实厄洛替尼确实能够起到降低血糖的作用。

(2)吉非替尼：与厄洛替尼不同，目前尚未发现吉非替尼在人体能够起到降血糖作用的直接证据。但少量的研究提供了一些间接的证据。孙琦等[18]2009年的研究依然未能发现吉非替尼能够降低2型糖尿病鼠的血糖水平。但进一步的研究发现吉非替尼可以显著降低空腹胰岛素水平，改善2型糖尿病鼠的胰岛素敏感性，该改善作用在停药2个半衰期之后仍然存在。对机制的研究发现，吉非替尼可显著降低胰岛素受体底物-1(insulin receptor substrates 1, IRS-1)并显著增高磷酸酰肌醇 3 激酶(phosphoinositide 3-kinase, PI3K)的表达水平，认为该作用可能与增强胰岛素信号传导的蛋白激酶B(protein kinase B, Akt)途径相关。

(3)其他靶向药物：针对c-Abl, c-Kit, 血小板衍生生长因子受体(platelet-derived growth factor receptor, PDGFR)等多靶点的TKI药物伊马替尼、舒尼替尼、索拉非尼、达沙替尼。值得一提的是，与EGFR-TKI降血糖作用仅有少量的个案报道相比，针对c-Abl, c-Kit, PDGFR等多靶点的TKI药物在糖尿病中的作用有着广泛的相关研究。目前认为，不论在1型糖尿病还是2型糖尿病中，个案报道及临床回顾性研究均显示伊马替尼、舒尼替尼、达沙替尼、索拉非尼有降低血糖的作用。具体表现为，低血糖、糖化血红蛋白降低、胰岛素水平增高[19]。这也是未来糖尿病治疗发展趋势之一。

四、糖尿病治疗药物与肺癌EGFR-TKI耐药

国内外的一些研究认为以二甲双胍为代表的糖尿病治疗药物可逆转肺癌细胞对EGFR-TKI耐药。杨翠等[20]研究认为二甲双胍能够逆转肺腺癌耐厄洛替尼细胞A549ER耐药性。韩睿等[21]发现二甲双胍可以有效的抑制白细胞介素6(interleukin-6, IL-6)信号通路的激活并逆转上皮间充质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)进程，进而提高肺癌细胞对EGFR-TKI的敏感性。Morgillo等[22]在2013年的研究也发现二甲双胍可显著增大吉非替尼对NSCLC细胞的诱导凋亡作用，并认为这种效应可能是通过丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)途径实现的。

近年来二甲双胍的抗肿瘤作用逐渐受到关注。二甲双胍可诱导体外培养的肺癌细胞凋亡增加[23]，这种作用可能是通过MAPK途径实现的[24]。另外，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)、胰岛素样生长因子途径也可能是二甲双胍发挥抗肿瘤作用的重要途径[25]。因为二甲双胍不会影响血糖正常人群的血糖水平，因此除了对合并糖尿病的肺癌患者外，二甲双胍在不合并糖尿病的肺癌患者中也有广泛的应用前景。

与体外实验相比，目前尚缺乏明确的临床研究结论证明二甲双胍能够提高肺癌EGFR靶向治疗疗效。何勇等[26]正在进行的临床研究观察二甲双胍是否能够提高吉非替尼对进展期非小细胞肺癌的疗效。Fasano等[27]正在观察了二甲双胍是否能够提高厄洛替尼对Ⅳ期非小细胞肺癌的疗效。

五、糖尿病与肺癌靶向治疗相关可能的分子机制

以上的文献综述从正反两方面说明了糖尿病与肺癌靶向治疗密切相关。进一步的研究提示糖尿病与EGFR-TKI在分子通路层面也密切关联。

1.胰岛素信号通路与EGFR分子通路：胰岛素的调节及分泌障碍是糖尿病发病的中心环节，胰岛素也是糖尿病治疗的主要药物。研究认为，胰岛素信号通路与EGFR靶向治疗信号通路密切相关。胰岛素信号通路相关受体主要包括胰岛素受体(insulin-receptor, IR)、胰岛素样生长因子1受体(insulin like growth factor-I receptor, IGF-1R)、IGF/INS 杂合受体(heterozygous receptor, HR)。其下游的信号通路有两条：丝裂原活化蛋白激酶(MAPK-ERK)通路和磷脂酰肌醇3激酶(PI3K-AKT-mTOR)通路[28]。

(1)胰岛素受体(IR)：EGFR与IR 的相关性主要体现在分子结构上：EGFR激酶激活环的晶体结构与胰岛素受体(IR)激酶结构域磷酸化活性形式的构象类似[29]。除此以外，EGFR与胰岛素受体能够形成 EGF-胰岛素受体嵌合体，可以通过诱导胰岛素受体转磷酸化，进而放大胰岛素下游信号通路[30-31]。因此，EGFR与IR存在类似的下游信号通路，其中最重要的是PI3K-AKT通路。

(2)PI3K-AKT通路：PI3K-AKT通路是EGFR的主要下游靶点。EGFR通过二聚化后刺激Ras蛋白，进而导致磷酸化级联反应而激活PI3K-AKT信号通路。活化的 AKT具有多种生物学活性，可通过一系列蛋白的级联磷酸化促进肿瘤细胞的生长、增殖，并可起到抑制凋亡、进侵袭和转移、参与肿瘤耐药等作用[32]。PI3K-AKT信号传导通路的激活也是糖尿病影响肺癌预后的重要分子机制之一。Kang等[33]的研究认为，高糖可能通过PI3K/AKT途径诱导 A549 cells血红素加氧酶1(heme oxygenase1, HO-1)表达增高，并提高肿瘤细胞的侵袭能力。关于PI3K-AKT信号传导通路是如何参与糖尿病对肺癌的影响的，目前研究认为，IR、IGF-1R和HR被磷酸化激活后，进一步磷酸化胰岛素受体底物 1/2(Insulin receptor substrate, IRS-1/2)，继而级联磷酸化激活 PI3K-AKT通路。该通路参与了子宫内膜癌、膀胱癌等多种肿瘤细胞的凋亡、增殖或转移[34]。Memmott等[35]利用小鼠的研究发现, 二甲双胍可通过胰岛素受体(IR)/PI3K/AKT途径阻止由烟草致癌原导致的肺部肿瘤发生, 提示胰岛素相关通路同样可能通过PI3K-AKT通路参与肺癌细胞的凋亡、增殖。

那么，PI3K-AKT信号通路是否能在糖尿病与肺癌EGFR靶向治疗的关联中也发挥作用呢？ Xiao等[36]在2017年的研究采用了7种NSCLC细胞系，观察二甲双胍能否与厄洛替尼有协同抗肿瘤作用。结果发现, 二甲双胍显著增大了厄洛替尼导致的凋亡及自噬效应；进一步的机制研究发现, 该效应可能是通过激活AKT途径实现的。

(3)胰岛素样生长因子-1受体信号通路(IGF-1R)：与胰岛素受体信号通路相比，IGF-1R与肿瘤联系更加密切、研究更加深入。研究发现：IGF-1R广泛表达在多种肿瘤细胞中；外源性IGFs可以以剂量依赖的方式促使多种肿瘤细胞系增殖能力增强。以IGF-1R及其上下游信号通路为靶点开发出了一系列靶向治疗药物，包括生长激素受体拮抗剂、单克隆抗体和酪氨酸激酶抑制剂等。这些药物在细胞实验、动物实验及临床实验中均发现了良好的效果，具体表现为：抑制肿瘤细胞生长、促进肿瘤细胞凋亡、提高患者生存期等[37]。

体外实验提示IGF-1R与肺癌EGFR靶向治疗有密切的关系。首先，阻断IGF-1R通路能够逆转多种NSCLC细胞系对EGFR-TKI的耐药, 研究显示IGF-1R可能通过调节EMT进而参与EGFR-TKI耐药[38-40]。反方向的多个研究则提示，IGF-1R能够诱导肺癌细胞对EGFR-TKI耐药[41-42]。

遗憾的是，尽管体外实验显示了良好的前景，但近年来进行的多个临床研究没有找到进展期NSCLC患者能够从IGF1R靶向治疗中获益的证据。研究发现与常规化疗相比，IGF1R单克隆抗体Figitumumab不能改善非腺癌的NSCLC患者总生存率[43]。同样，与常规化疗相比，IGF-1R 通路抑制剂 AXL1717也无法使NSCLC患者获得生存获益。而在与肺癌EGFR靶向治疗相关的临床研究中，IGF1R单克隆抗体Figitumumab、dalotuzumab均不能使服用EGFR-TKI的NSCLC患者取得生存获益。针对肺癌的IGF1R靶向治疗尚需要更深入的研究。

2.肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factorα, TNF-α)：Brooks等[16]在进行厄洛替尼降低血糖的个案报道时提出假设，认为EGFR-TKI可能通过抑制TNF-α途径治疗糖尿病。同时还认为除糖尿病外，厄洛替尼/吉非替尼也可能通过抑制TNF-α途径治疗银屑病、桥本氏甲状腺炎、骨关节炎等炎症性疾病。为糖尿病与肺癌EGFR靶向治疗相关性提供了一个新的研究方向。

TNF-α 是一类具有多种生物学效应的细胞因子，与肿瘤密切相关，能通过调节B细胞及T细胞免疫，起到杀伤肿瘤细胞的作用。TNF-α与EGFR靶向治疗也密切关联。对吉非替尼耐药的NSCLC细胞对TNF-α敏感性显著增强；TNF-α通过诱导 EGFR发生自体磷酸化，进而导致吉非替尼耐药的发生。研究提示，厄洛替尼能够显著抑制T细胞的增殖与激活，并显著抑制活化T细胞下游磷酸化信号途径，抑制活化T细胞介导分泌TNF-α。TNF-α同样是糖尿病发生、发展的重要相关细胞因子。以TNF-α途径代表的慢性炎症机制是导致肥胖发生、胰岛素抵抗的重要环节。根据以上研究推论：TNF-α途径同样可能在肺癌EGFR靶向治疗与糖尿病的关联中发挥重要的作用，但目前尚缺乏直接的证据证实该推论。

3.白细胞介素6(Interleukin-6, IL-6)途径：IL-6是一种可由T淋巴细胞、脂肪细胞、巨噬细胞、血管内皮细胞等分泌的促炎因子，是通过两面神激酶(Janus Kinase, JAK)-信号传导及转录激活因子(Signal transducers and activators of transcription, STAT)、P13K/AKT等细胞内信号通路发挥广泛的生物学活性。IL-6与糖尿病关系密切，是胰岛素抵抗重要的发病机制之一。IL-6通过抑制多种信号途径导致胰岛素抵抗；另外，IL-6还可通过细胞免疫等途径引起胰岛β细胞死亡，导致高胰岛素血症。

IL-6在肺癌EGFR靶向治疗中发挥重要的作用。IL-6是EGFR重要的下游信号通路，是调控 EGFR靶向治疗疗效的重要细胞因子：在携带EGFR突变的NSCLC细胞中，调控EGFR通路可进一步调控IL-6/JAK/STAT3途径表达；在人肺腺癌细胞系中EGFR 突变能够通过IL-6途径调节STAT3表达。使用 EGFR‐TKI 治疗的患者外周血IL-6水平显著增高。体外研究同样发现，在对吉非替尼耐药的多种肺癌细胞中IL-6表达普遍较高。研究提示，对厄洛替尼耐药的NSCLC细胞中IL-6表达明显增高，而外源性的IL-6则通过JAK途径诱导NSCLC细胞对厄洛替尼耐药[44-45]。

IL-6是否在糖尿病与肺癌EGFR靶向治疗的关联中发挥作用呢？在EGFR-TKI耐药的NSCLC肺癌细胞中，二甲双胍可以有效的抑制IL-6/STAT3 信号通路的激活并逆转 EMT进程，进而提高肺癌细胞对EGFR-TKI的敏感性。该研究提示：IL-6也可能是导致糖尿病与肺癌EGFR靶向治疗密切关联的分子机制之一，是未来相关研究重要的分子靶点之一。

肺癌EGFR靶向治疗可能与糖尿病密切相关，但现在对该问题的研究还不够深入，目前已知的具体关联包括：①EGFR-TKI可能对肺癌合并糖尿病患者有益。但目前仅限于少量个案报道、从分子机制上的推测，尚缺乏大规模临床研究、动物模型研究；②二甲双胍为代表的降糖药物可能有益于提高EGFR靶向治疗疗效，具体作用尚需临床研究证实；③可能导致肺癌EGFR靶向治疗与糖尿病密切关联的分子机制包括：IR、IGF1R、PI3K-AKT-mTOR、TNF-α、IL-6。共同的信号通路进一步说明了两者的关联性，也提示未来或可发展肺癌与糖尿病兼顾的靶向治疗药物，提高两种疾病的救治水平。目前尚缺乏临床研究探讨糖尿病是否能够影响肺癌EGFR靶向治疗疗效的研究报道，相信这将是未来的重要研究方向。