二甲双胍在人骨肉瘤治疗中作用的研究进展

张洁，张翔

（延安大学医学院，陕西 延安716000）

0 引言

二甲双胍是一种源自草药的亲脂性双胍类药物，它可调节细胞凋亡，自噬，细胞周期，氧化应激，炎症，代谢稳态和表观遗传调控所涉及的上下游分子，自1950年代以来就广泛用于治疗糖尿病。单独使用二甲双胍或是与胰岛素联合使用是目前全球应用于治疗糖尿病的最普遍的方法[1]。有关二甲双胍在动物和人体试验的研究结果均表明，二甲双胍在肝脏通过阻断线粒体氧化还原来抑制糖异生。但是，目前对于二甲双胍的作用机理的仍无全面的了解，而且该药的作用有可能是多效的。比如，有研究证明二甲双胍也是一种胰岛素增敏剂，并可能通过多种机制作用于肠腔来发挥此作用[2]。六十年的临床经验和试验数据证明了二甲双胍的安全性，有效性和耐受性：二甲双胍几乎没有产生任何安全隐患，但其主要的例外就是二甲双胍可导致乳酸亚临床增加，而且在二甲双胍极端过量使用时可引起乳酸酸中毒[1,3]。因此，对于有乳酸性酸中毒危险因素的患者，以及肝功能不全，心力衰竭和慢性肾脏病的患者并不推荐使用二甲双胍[3]。然而越来越多的研究发现在2型糖尿病患者中，由于抗糖尿病药物如胰岛素，磺酰脲类，二肽基肽酶（DPP）4抑制剂和葡萄糖依赖性促胰岛素肽（GLP-1）类似物的使用，增加了糖尿病患者罹患不同癌症的额外风险，尤其是结直肠癌的患病率大大增加，而当使用二甲双胍作为抗糖尿病药以及一种独立的抗癌药物时，其在预防和治疗糖尿病患者的癌症方面显示出有益的作用，因此，使用二甲双胍来治疗癌症引起了医生和研究人员的广泛关注[4]。

由于人口老龄化，环境恶化的趋势以及某些不良行为习惯的出现，全世界的癌症负担急剧增加，尽管在过去的十年中，关于癌症的治疗取得了许多进步，但是癌症仍然是全球普遍流行的主要死亡原因之一。GLOBOCAN 2018年的估计显示，全世界有五分之一的男性和六分之一的女性将罹患癌症，八分之一的男性和十分之一的女性将在75岁之前死于癌症[5]。亚洲占世界人口的近60%，癌症死亡率也高于其他地区，癌症现在也已成为中国严重的公共卫生问题，与此事实相一致，癌症也成为导致死亡的主要原因，并在中国造成了沉重的疾病负担。在过去的五年中，中国的新癌症病例和死亡人数持续增加，粗发病率和粗死亡率也持续增加[6]，骨肉瘤是最常见的原发性骨恶性肿瘤，通常发生在儿童和年轻人中，转移或复发性疾病的患者的长期生存率仅为20%左右[7]，化学疗法的使用显著提高了骨肉瘤患者的5年总生存率，从不到30%提高到60%以上，但是，长期总生存率转移后患者的比例仍不到20%，近年来，经过临床验证的靶向疗法尚无用于治疗骨肉瘤的疗法，自从1970年代末引入阿霉素，甲氨蝶呤和顺铂以来，骨肉瘤患者的治疗结果基本上没有变化，骨肉瘤患者的5年总生存率仍然相对停滞。因此，考虑到目前骨肉瘤患者最佳治疗的局限性，迫切需要确定新的治疗方案。

本文综述分析了二甲双胍治疗骨肉瘤的潜在可能性，对二甲双胍作为一种潜在的化疗药物或新辅助药物的了解将为它在全球范围内作为可负担得起的，耐受性良好且有效的抗癌药物提供有效的参考信息。

1 二甲双胍抑制人骨肉瘤细胞的生长

有研究表明在U2OS和143B细胞中二甲双胍能够通过诱导细胞G2 / M期的积累来阻止细胞增殖的进程，此外，二甲双胍还会引发骨肉瘤细胞系中的程序性细胞死亡。而且，二甲双胍所引发的细胞凋亡和自噬的诱导作用在用ROS清除剂NAC和JNK抑制剂SP600125处理后可以显著减弱，该研究证明在体内二甲双胍的安全剂量即可通过人骨肉瘤中依赖于ROS的JNK / c-Jun级联反应诱导细胞周期停滞以及程序性细胞死亡，包括凋亡和自噬来抑制骨肉瘤的生长[8]。有研究发现二甲双胍可通过抑制细胞周期蛋白依赖性激酶的活性来抑制骨肉瘤干细胞的自我更新能力并诱导G0/G1期停滞。此外，二甲双胍通过线粒体依赖性途径诱导细胞凋亡，导致线粒体跨膜电位的崩溃和活性氧的产生，导致ATP合成减少，AMPK的激活导致mTOR通路的逆转，从而引发自噬。特别是，二甲双胍介导的自噬抑制了骨肉瘤干细胞的干性和多能性的稳态[9]。还有研究表明二甲双胍可以诱导CD11b+细胞介导的不依赖T细胞的K7M2neo骨肉瘤的生长抑制，二甲双胍治疗降低了肿瘤中CD11b+细胞的基础呼吸和CD11b+细胞的耗氧率/细胞外酸化率比，二甲双胍可将CD11b+细胞的代谢重定向至较低的氧化磷酸化，同时提高糖酵解作用，从而将微环境推向抑制某些肿瘤生长的状态[10]。研究发现SATB2在骨肉瘤干细胞中表达上调，且与骨肉瘤患者的不良的临床预后相关，敲除SATB2可以减少肌球蛋白的形成、细胞增殖和干细胞样基因的表达，同时降低体内肿瘤的生长和化学抗性，N-钙粘着蛋白是SATB2的一个关键下游靶基因，它可介导干细胞样表型，SATB2或N-钙黏着蛋白的减少导致NF-kB失活，从而导致骨肉瘤球形成受损和肿瘤细胞增殖，而二甲双胍治疗骨肉瘤细胞通过抑制N-钙黏着蛋白增强了化疗的效果[11]。

2 二甲双胍抑制骨肉瘤的侵袭和转移

有研究发现miR-570-3p介导的LCMR1和ATG12抑制作用与二甲双胍对骨肉瘤细胞转移的抑制作用有关，miR-570-3p在人转移性骨肉瘤组织中显著下调，而在非转移性骨肉瘤组织中则没有，二甲双胍可减少骨肉瘤的转移和自噬，而且这种自噬是有利于骨肉瘤细胞的侵袭。此外，降低二甲双胍诱导的自噬抑制作用可以逆转骨肉瘤的浸润抑制作用[12]。二甲双胍对人骨肉瘤细胞具有显著的抗增殖作用，二甲双胍通过激活AMP激活的蛋白激酶并因此抑制了雷帕霉素途径的哺乳动物靶标而抑制了KHOS / NP骨肉瘤细胞的增殖和迁移，它还抑制了顺铂耐药的KHOS / NP骨肉瘤细胞细胞的增殖[13]。

3 二甲双胍增强化疗药物疗效

研究发现二甲双胍诱导了成球细胞的代谢活性和增殖的浓度依赖性降低，并改善了阿霉素诱导的细胞毒性，还下调了多能性主要调节因子Oct4、Sox2、Nanog的表达，并降低了球体的自我更新能力[14]。二甲双胍对线粒体的作用导致了两个细胞群中能量传感器AMPK的激活和磷酸化，以及促存活的AKT途径的上调。此外，二甲双胍诱导的线粒体应激增加了亲代细胞中[18F]-FDG的摄取和乳酸的产生，但在静止的干样细胞中却没有，这表明后者无法应对由二甲双胍引起的能量危机。该临床前研究表明，二甲双胍可能是骨肉瘤干样细胞对阿霉素的潜在治疗剂和化学增敏剂[14]。研究表明二甲双胍通过抑制PKM2的表达提高骨肉瘤干细胞对顺铂的敏感性，多种耐药性是治疗骨肉瘤的主要障碍。骨肉瘤干细胞显示出显著的顺铂耐药性。顺铂与二甲双胍联合治疗可通过下调PKM2的表达，显著降低顺铂对骨肉瘤干细胞的半数最大抑制浓度。PKM2的下调导致二甲双胍抑制了肿瘤干细胞中的葡萄糖摄取，乳酸生成和ATP生成。因此，二甲双胍削弱肿瘤干细胞对顺铂的耐药性，并促进了顺铂诱导的细胞凋亡。此外，已证明二甲双胍对骨肉瘤干细胞增强了其他化疗药物（如阿霉素和5-氟尿嘧啶）的抗肿瘤作用[15]。也有研究发现二甲双胍可协同增强组蛋白脱乙酰基酶抑制剂曲古抑菌素a对骨肉瘤细胞系的抗肿瘤活性[16]。

4 展望

骨肉瘤是由间质细胞组成的恶性骨肿瘤，产生类骨质和未成熟的骨。如果我们排除骨髓瘤（一种血液系统疾病），骨肉瘤是最常见的原发性恶性骨肿瘤。骨肉瘤的发生率为2-3/百万/年，但在青春期较高，其中15-19岁的年发病高峰在8-11 /百万/年。典型的体征是症状，即局部疼痛，局部肿胀和关节运动受限。骨肉瘤的治疗主要基于新辅助和辅助化疗以及手术切除。放射疗法无效，因为骨肉瘤相对具有放射抵抗力[17]。二甲双胍已被用于调节癌症的转移和化学耐药性。正如我们的综述所总结，二甲双胍在骨肉瘤的进展和发展过程中的许多生物学过程中起着关键作用，包括细胞凋亡，侵袭，生长，分化，迁移，耐药性和恶病质。作为骨肉瘤预后和诊断的重要药物，二甲双胍是治疗骨肉瘤的一种潜在靶标，其作为治疗剂的用途非常广泛，针对骨肉瘤的治疗二甲双胍可通过多药联用来降低骨肉瘤患者对化疗药物的耐药性，并同时提高药物对骨肉瘤细胞的杀伤作用，有望为骨肉瘤的治疗提供一种新的方法。