二甲双胍在肿瘤治疗中的研究进展

孙 萌，王东凯

（沈阳药科大学 药学院，辽宁 沈阳 110016）

1 二甲双胍的简介

二甲双胍是胍的衍生物，一直以来被应用于治疗高血糖症和2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）。二甲双胍及其衍生物苯乙双胍和丁苯双胍等属于抗糖尿病药的双胍类。在 1970年代初期，苯乙双胍和丁苯双胍因可能导致心脏死亡和乳酸性酸中毒的较高风险而被撤回使用[1]，而二甲双胍与其他抗糖尿病药物相比，表现出极少数的副作用[2]。迄今为止，二甲双胍的使用已从 T2DM 扩展到治疗以高胰岛素血症为特征的疾病，如多囊卵巢疾病、糖尿病肾病、非酒精性脂肪性肝炎等疾病，此外，还可能具有保护心血管和神经系统以及减轻炎症等有益作用[3]。更重要的是，大量流行病学的研究表明，二甲双胍对多种类型的癌症具有预防和治疗作用。

2 二甲双胍抗肿瘤的作用机制

二甲双胍潜在的抗肿瘤作用机制有很多，其中腺嘌呤核糖核苷酸依赖的蛋白激酶（adenosine 5′-monophosphate-activated protein kinase，AMPK）途径可能是通过激活 AMPK 或抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）靶点从而产生抗肿瘤作用的。二甲双胍抗肿瘤作用的其他作用机制还包括抑制胰岛素和类胰岛素样生长因子以及影响微小 RNA（microRNA，miR）等，所有这些都可能在抑制肿瘤的发生中发挥作用。

2.1 二甲双胍激活 AMPK

AMPK 的激活能有效地抑制癌细胞。线粒体中的二甲双胍可使细胞内的腺嘌呤核糖核苷酸（adenosine monophosphate，AMP）增加，随之使肝激酶 B1（liver kinase B1，LKB1）磷酸化，从而激活 AMPK。二甲双胍通过对 AMPK 的激活作用，可以使细胞周期蛋白 D1 蛋白的表达被抑制，从而抑制癌细胞的增值。AMPK 的激活也抑制了肿瘤细胞中一些重要的脂肪酶，抑制了肿瘤细胞获得脂肪酸，导致癌细胞糖酵解受到阻碍，产生细胞抑制效应[4]。

2.2 二甲双胍抑制雷帕雷素靶蛋白 mTOR 靶点

mTOR 的主要作用是对细胞生长的多个信号进行响应，以调节蛋白质合成，从而调节和控制细胞的生长和增殖[5]。在癌症治疗中，mTOR 的过度激活可能会导致肿瘤进展加快，而二甲双胍激活 AMPK 后，可通过下调特异性蛋白转录因子，降低胰岛素样生长因子的水平来抑制 mTOR通路[6]，从而抑制癌症的发展。

2.3 二甲双胍抑制胰岛素样生长因子

胰岛素水平升高与许多癌症的发展都有相关，且对一些癌细胞组织具有促有丝分裂作用[7]。而胰岛素样生长因子（insulin like growth factor，IGF）主要在细胞的能量调节和生长过程方面起作用。其亚型 IGF-1 与其他亚型相比，具有较强的促进有丝分裂作用和抗细胞凋亡作用，能够促进肿瘤细胞的生长分化[8]。一些研究表明，二甲双胍可以通过降低胰岛素和 IGF-1 的水平而显示出抗癌特性。二甲双胍作为胰岛素的重要增敏剂，可显著降低血浆中的胰岛素和胰岛素结合蛋白浓度，从而间接降低血浆中 IGF-1 水平，抑制肿瘤细胞的生长。

2.4 二甲双胍对 microRNAs 的影响

据报道，二甲双胍能通过上调微 miR let-7，导致 H19 非编码 RNA 的降解，当 H19 基因敲除将激活 S-腺苷-L-同型半胱氨酸水解酶（S-adenosyl-L-homocysteine hydrolase,SAHH），通过激活 SAHH 的活性来诱导全基因组 DNA 甲基化的改变。二甲双胍作用于肿瘤细胞，会导致基因的高甲基化，并伴随着细胞增殖的抑制[9]。二甲双胍还可由增加 miR-26a 的表达，从而有效降低乳腺癌细胞的生存能力[10]。研究人员发现，在二甲双胍处理的胰腺癌细胞中，miR-143/145 被上调，从而抑制了胰腺癌细胞的增殖，起到了对肿瘤生长的抑制作用[11]。此外，二甲双胍还能影响许多 miR 的表达水平，例如 miR-21、miR-26a、miR-33a、miR-140-5p、miR-142-3p 等。

2.5 二甲双胍对其他信号通路的影响

虽然 AMPK 和 mTOR 通路被认为是二甲双胍显示抗癌特性的机制，但研究发现，二甲双胍对其他信号通路的影响也能产生抗癌效果。比如通过 RAS（rat sarcoma）蛋白通路激活的丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）能够参与调节细胞生长、增殖和凋亡的多条细胞内信号通路，二甲双胍通过 MAPK 途径能够诱导细胞凋亡，促进生长抑制和 DNA 损伤诱导基因 153（growth arrest and DNA damage inducible gene 153，GADD153）的表达[12]。除此之外，核因子活化 B 细胞 κ 轻链增强子（nuclear factor kappa-B，NF-κB）是一种对细胞增殖和凋亡具有调控作用的转录因子。二甲双胍可以通过减少 NF-κB 的表达，抑制癌细胞的增殖和降低癌细胞对化疗药物的敏感度，从而导致癌细胞的增殖减少[13]。最近研究发现，二甲双胍能有效地抑制蛋白酪氨酸磷酸酶 D 型受体（protein tyrosine phosphatase receptor-type delta，PTPRD）缺失诱导的血管生成，降低 PTPRD 失活肿瘤的细胞存活率，并逆转 PTPRD 表达的下降，从而起到抑制肿瘤生长的作用[14]。

3 二甲双胍在肿瘤治疗中的应用

近年来，二甲双胍的抗肿瘤作用得到了普遍关注。2005 年，Evans 等[15]进行研究的过程中，首次发现服用二甲双胍的 T2DM 患者降低了发展乳腺癌的风险。除其预防作用外，在肝癌、胰腺癌、结直肠癌和乳腺癌等治疗领域，还观察到了二甲双胍对改善患者总体生存结果或降低死亡率等方面具有有益作用[16]。由于二甲双胍本身价格较低、毒副作用较小等优势，其抗肿瘤作用的应用具有重要的科研价值。

3.1 二甲双胍在乳腺癌治疗中的应用

目前已有众多研究分析了二甲双胍与乳腺癌间的关系。例如，M.Bodmer 等[17]利用数据库对22 621 例口服二甲双胍的 T2DM 女性患者进行分析。结果发现，患者长期服用二甲双胍，可以降低其患乳腺癌的风险。He X.等[18]则应用统计学分析方法，对糖尿病合并人表皮生长因子受体-2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）阳性乳腺癌的女性患者的特异性生存率进行研究，发现二甲双胍使用者的乳腺癌特异性死亡率明显降低。此外，L.Amaral 等[19]采用雌孕激素受体阳性和三阴性乳腺癌细胞系作为体外乳腺癌模型，发现当二甲双胍长期作用于 MCF7 和MDA-MB-231 人乳腺癌细胞时，细胞存活率和培养质量呈浓度依赖性降低，可以抑制三阴性乳腺癌细胞的生长。Wang J.C.等[20]通过比较和研究使用二甲双胍治疗和未使用二甲双胍治疗的小鼠的转移性乳腺癌模型，发现二甲双胍在转移性乳腺癌模型中显示出显著的抑制能力。转移性乳腺癌的特点是血管生成过度、不成熟和形态异常，而二甲双胍能够发挥显著降低微血管密度、渗漏和缺氧，增加血管壁细胞覆盖率和灌注量的作用，从而抑制肿瘤生成新生血管，进而抑制肿瘤发展。此外，E.Lopez-bonet 等[21]探讨了二甲双胍作为一种创新策略，用于治疗那些经术前治疗后，未能达到病理完全缓解的患者，可以起到降低残余乳腺癌细胞增殖几率的作用。

3.2 二甲双胍在卵巢癌治疗中的应用

Wang S.B.等[22]的一项回顾性研究发现，与未临床使用二甲双胍药物的卵巢癌患者相比，应用二甲双胍进行治疗的卵巢癌患者具有更长的生存期与肿瘤进展停滞期。其采用 Cox 回归分析进一步研究发现，通过二甲双胍治疗可降低肿瘤的二次复发率，并且降低卵巢癌患者的死亡风险。Zhang F.等[23]通过研究发现，将卵巢癌细胞用二甲双胍进行处理后，富含半胱氨酸 61（Cysteine-Rich 61，Cyr61）蛋白的表达水平出现明显下调，有利于细胞凋亡。结果表明，二甲双胍对卵巢癌细胞具有抑制作用，Cyr61 是二甲双胍在卵巢癌细胞中的直接靶点。Zhang Y.等[24]研究结果表明，二甲双胍可能通过抑制卵巢癌患者的依赖胞外二三磷酸核苷酸水解酶-1/胞外-5′-核苷酸酶（CD39/CD73）的骨髓来源的抑制性细胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）来改善抗肿瘤 T 细胞的免疫，从而产生抗肿瘤活性。与此同时，二甲双胍也开始与其他化疗方法合用以治疗卵巢癌。孙亚楠等[25]研究发现，将二甲双胍与经典的化疗方案进行联合治疗，能有效降低复发卵巢癌患者血清中糖蛋白 CA125 和人附睾蛋白（human epididymis protein 4，HE4）的水平，从而提升治疗复发卵巢癌的临床疗效。Yang C.等[25]将二甲双胍与化疗药顺铂连用于治疗卵巢癌，结果表明二甲双胍可以使耐药的卵巢癌细胞对化疗药物增敏，这可能与细胞的诱导自噬有关。

3.3 二甲双胍在前列腺癌治疗中的应用

体外研究表明，使用二甲双胍处理前列腺癌 LNCaP 细胞后，LNCaP 细胞存活率降低，细胞凋亡增强。结果表明，二甲双胍能通过雄激素受体信号通路途径，降低前列腺癌细胞的活力并增加其凋亡，从而产生抑制前列腺癌发展的作用[27]。而Chen X.等[28]进一步提出，二甲双胍抑制前列腺癌细胞增殖、迁移和侵袭的机制是通过上调前列腺癌细胞中色素上皮衍生因子（pigment epithelium-derived factor，PEDF）的表达。Liu Q.等[29]利用转基因小鼠前列腺癌小鼠模型、体外巨噬细胞迁移试验和患者样本，观察了二甲双胍在前列腺癌治疗开始和去雄激素治疗后对肿瘤相关炎症的影响。结果发现，二甲双胍能通过抑制环氧合酶-2/前列腺素E2（COX2/PGE2）轴，抑制肿瘤相关巨噬细胞的浸润，特别是抑制雄激素阻断疗法（androgen deprivation therapy，ADT）诱导的肿瘤相关巨噬细胞的浸润，从而抑制前列腺癌的发展。

3.4 二甲双胍在肝癌治疗中的应用

Zhou X.等[30]将小鼠人肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）异种移植模型持续暴露于低浓度的二甲双胍，发现在二甲双胍介导的肝癌细胞衰老中，AMPK 通过直接磷酸化来反向调节沉默信息调节因子1（sirtuin-1，SIRT1），从而通过 AMPK-SIRT 途径诱导肝癌细胞衰老。Jiang Z.等[31]探讨了二甲双胍通过调节 HULC（highly up-regulated in liver cancer）RNA 及其下游信号通路增强对乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV)诱导肝细胞癌的抑制作用及其机制。其结果表明了二甲双胍通过负性调控 HULC/p18/miR-200A/ZEB1 信号通路对 HBV 相关肝癌细胞产生了明显的抑制作用。彭晓韧等[32]使用二甲双胍处理了人肝癌 HepG2 细胞，结果表明随二甲双胍的浓度的增高，人肝癌细胞 HepG2 细胞中 P-AMPK 的蛋白表达上调，同时脂肪酸合成酶（fatty acid synthase，FASN)、磷酸化哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（P-mTOR）的蛋白表达下调，经二甲双胍作用后的肝癌细胞 HepG2 有明显的增值抑制。

3.5 二甲双胍在其他癌症治疗中的应用

M.Moro 等[33]在临床前实验中发现，二甲双胍在鼠类肉瘤病毒癌基因/肝激酶 B1 基因（kirsten rat sarcoma viral oncogene gene/ Liver kinase B1 gene，KRAS/LKB1）共突变患者来源的异种移植瘤中产生了促凋亡作用和增强顺铂抗癌活性。此外，二甲双胍阻止了肿瘤细胞对顺铂治疗的获得性耐药性的发展，为二甲双胍联合标准铂类化疗治疗 KRAS/LKB1 共突变非小细胞肺癌奠定了基础。C.G.Meireles 等[34]通过荟萃分析、评价了二甲双胍治疗子宫内膜不典型增生和子宫内膜癌的疗效。分析结果表明，二甲双胍辅助治疗可能有助于将非典型子宫内膜增生逆转为正常的子宫内膜组织学，减少与肿瘤进展有关的细胞增殖生物标志物，并有助于提高子宫内膜癌的总存活率。最近研究人员[35]发现二甲双胍可能通过靶向信号转导和转录激活因子 3（signal transduction and activator of transcription 3，STAT3）和转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）/Smad（small and mothers against decapentaplegic homolog）蛋白信号通路来治疗化疗耐药的直肠癌。

4 展望

目前二甲双胍抗肿瘤的作用机制已得到人们的广泛关注。多项研究结果表明二甲双胍能够通过多种方式抑制肿瘤的发展，且二甲双胍对乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌及肝癌等癌症都有明显的抑制作用，还可以增强化疗药物的抗癌活性。但目前大多数对于二甲双胍抗肿瘤作用的研究仍局限于体外研究阶段，实现二甲双胍用于临床抗肿瘤治疗还需要进一步的研究来证明。总体来说，二甲双胍的抗肿瘤作用具有广阔的研究前景，可以为癌症治疗提供新的治疗方案与思路。