二甲双胍抗肿瘤作用机制研究进展

兰光友综述，邓述恺审校

（泸州医学院附属医院呼吸内科，四川泸州646000）

二甲双胍抗肿瘤作用机制研究进展

兰光友综述，邓述恺审校

（泸州医学院附属医院呼吸内科，四川泸州646000）

二甲双胍；肿瘤；药理作用；综述

二甲双胍（Metformin）是临床普遍用于2型糖尿病的降糖药之一，同时有研究发现，二甲双胍具有一定抗肿瘤作用。肿瘤和糖尿病是全世界极为广泛的疾病，对人类健康造成极大影响，并且糖尿病患者中绝大多数为2型糖尿病患者。近年来，流行病学资料显示，糖尿病会增加肿瘤发病风险，而二甲双胍又广泛用于2型糖尿病的治疗。因此，只要这两种疾病存在任何联系，便会对彼此的发展和预后产生影响。自2005年首次提出二甲双胍可降低2型糖尿病患者肿瘤发病率以来，越来越多的学者关注到二甲双胍对不同肿瘤的抗肿瘤作用及相关机制。现将二甲双胍抗肿瘤作用的可能机制综述如下。

1 二甲双胍药理作用

二甲双胍因疗效确切及用药安全已成为全世界治疗2型糖尿病的一线药物。对二甲双胍药理作用的细胞及分子机制的深入研究发现，二甲双胍的药理作用与腺苷单磷酸激活蛋白激酶（aqdenosine mono activated protein kinase，AMPK）信号转导通路密切相关，二甲双胍本身并无激活AMPK的作用，但在其进入细胞后影响腺苷单磷酸（adenosine mono phosphate，AMP）/腺苷三磷酸（adenosine triphosphoric acid，ATP），从而激活 AMPK。AMPK在细胞能量代谢中具有非常重要的地位。AMPK是一种三聚体蛋白，由调节亚单位β、γ和催化亚单位α构成。有研究证明，当细胞缺血、缺氧时AMP/ATP下降，AMP与γ亚单位结合，同时使β亚单位发生空间异构，然后在AMPK作用下使催化亚单位α的172位苏氨酸磷酸化，继而α亚单位与γ亚单位空间异构相连，最终成为磷酸化AMPK[1]。二甲双胍则通过激活AMPK使其磷酸化，参与体内多个能量代谢调节途径。

2 二甲双胍抗肿瘤作用可能机制

2.1 激活AMPK 二甲双胍对肿瘤的直接抑制作用是通过激活AMPK实现的。AMPK是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白酶，是能量代谢的总开关，能准确调节细胞能量代谢。细胞生长、分化和凋亡等所有代谢活动均与能量代谢密不可分，同时AMPK代谢途径也对其精密调节。激活的AMPK能在各种细胞，包括肿瘤细胞增殖、凋亡及转移等诸多过程中起重要作用，而二甲双胍的降糖机制就是激活AMPK通路。有研究发现，二甲双胍能激活细胞内AMPK并抑制乳腺癌细胞增殖[2]。能激活AMPK上游激酶，如丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶11（serine/threonine protein kinase 11，STK11）、钙调蛋白依赖性蛋白激酶激酶-β和共济失调毛细血管扩张突变激酶等。STK11是一种抑癌基因[3]，可通过磷酸化磷酸腺苷激活的蛋白激酶，从而激活AMPK，在肺癌、胰腺癌和黑色素瘤中，如STK11发生突变则介导AMPK活化。在激活AMPK后可通过抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）通路减少蛋白质合成：mTOR是磷脂酰肌醇3激酶蛋白家族的重要组成之一，其能够在蛋白质转录、翻译和核糖体合成等诸多方面对细胞代谢活动起重要调节作用。mTOR位于AMPK下游，mTOR联合AMPK途径准确调控细胞内蛋白质合成。当mTOR活性增强可引起包括肺癌在内的多种肿瘤的发生、发展。二甲双胍激活AMPK，继而激活结节性硬化症蛋白1/结节性硬化症蛋白2复合体，mTOR活性受抑制，再通过相关分子机制使细胞内蛋白质合成减少，最终使肿瘤细胞增殖受抑制。有研究表明，二甲双胍通过激活AMPK抑制mTOR活性，使细胞内蛋白质合成减少，抑制肿瘤细胞生长。需指出的是，在AMPK尚未被激活时二甲双胍也可通过抑制胰岛素受体、胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor，IGF）等途径同样抑制mTOR活性[4]。所以，二甲双胍可通过激活AMPK直接发挥抗肿瘤作用。高水平脂肪酸对肿瘤细胞存活极其重要，某些癌基因则可促进脂肪酸从头合成。二甲双胍在激活AMPK后可抑制脂肪酸合成酶，最终降低体内脂肪酸水平。因此，二甲双胍能通过激活AMPK，进而影响肿瘤组织脂肪合成，使肿瘤细胞增殖受抑制[5]。

2.2 诱导细胞周期停滞 G1/S和G2/M是细胞周期循环中的2个主要限制点，细胞周期蛋白D1（Cyclin D1）、细胞周期依赖性蛋白激酶（cyclin dependent kinase，CDK）和细胞周期依赖性蛋白激酶抑制因子（cyclin dependent kinase inhibitor，CDKI）共同参与了对细胞周期的调控。Cyclin D1与CDK结合的复合物调节G1/S和G2/M限制点。二甲双胍在激活AMPK后通过：（1）活化p53-p21轴，使E2F失活；p53是一种抑癌基因，p21是其下游的CDKI，p21启动子上有p53结合位点。二甲双胍在激活AMPK后诱导p53磷酸化、启动p21合成，进而抑制视网膜母细胞瘤（retinoblastoma，Rb）蛋白磷酸化，非磷酸化Rb蛋白与E2F结合。E2F是细胞进入S期关键基因的转录因子，其失活后使基因不能转录，最终阻止细胞从G1期进入S期。（2）下调Cyclin D1，有研究表明，二甲双胍激活AMPK后抑制下游mTOR，引起Cyclin D1表达下降，处于G0/G1期肿瘤细胞比例明显升高。因此，提出二甲双胍可能激活AMPK从而抑制mTOR，使mTOR下游靶分子解磷酸化，下调Cyclin D1，阻滞细胞周期于G0/G1期。有研究发现，AMPK对细胞有丝分裂具有一定抑制作用，二甲双胍在激活AMPK后通过对细胞有丝分裂相关基因表达的抑制，使肿瘤细胞有丝分裂受抑制，发挥抗肿瘤作用[6]。

2.3 降低胰岛素及IGF-1水平 大量流行病学调查及实验室数据均提示，胰岛素及IGF-1会增加人体患癌的风险。有研究表明，胰岛素和IGF-1是肿瘤发生的独立危险因素，二者可通过激活IGF-1受体促进细胞分裂和激活血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），增加肿瘤血供。二甲双胍则可通过改善胰岛素抵抗、降低胰岛素水平，拮抗上述机制而发挥抗肿瘤作用。胰岛素与胰岛素受体或胰岛素样生长因子受体结合，启动促进生长的信号通路，其中包括磷脂酰肌醇3-激酶、蛋白激酶B、mTOR等信号通路，从而促进肿瘤的发生及发展。Algire等[7]报道，二甲双胍通过降低胰岛素水平，减弱对肿瘤细胞的刺激，降低肿瘤发生率。

2.4 其他相关可能机制

2.4.1 慢性炎症 慢性炎症与肿瘤发生、发展密切相关。糖尿病患者组织产生前炎性细胞因子，如肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF），对结肠癌、乳腺癌等肿瘤的发生、发展具有调节作用。二甲双胍可通过抑制VEGF、TNF-α等的产生，调节细胞脂肪酸代谢[8]而发挥抗炎作用，其可能机制为降低炎性细胞因子水平。有研究发现，C反应蛋白可诱导TNF-α的释放，激活核因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）而引起致炎效应。二甲双胍则可通过抑制TNF-α诱导的活化NF-κB，减轻炎性发应。同时二甲双胍还可直接下调NF-κB，抑制炎性反应。

2.4.2 人类表皮生长因子受体-2（human epidermal growth factor receptor-2，HER-2） HER-2基因是一种原癌基因，是肿瘤细胞扩增的驱动因子。有研究发现，二甲双胍可通过激活AMPK，抑制mTOR，降低HER-2蛋白在乳腺癌细胞中的表达，抑制肿瘤发生、发展[9]。同时有研究还发现，低浓度二甲双胍就能够抑制HER-2激酶活性和预防治疗中HER-2耐药的出现[10]。

3 二甲双胍抗肿瘤的临床研究

3.1 放疗 放疗是治疗恶性肿瘤方法之一，因存在对射线抵抗的细胞易造成放疗失败或复发，所以，放疗增敏剂显得尤为重要。一项回顾性研究发现，二甲双胍联合放疗能有效抑制肿瘤细胞增殖，增强放疗效果，提高病理完全缓解率，减少局部复发率。可能机制为抑制放射造成的DNA损伤修复[11-12]。另有研究发现，二甲双胍联合放疗组DNA损伤修复比例低于单纯放疗组，表明二甲双胍增强肿瘤放射敏感性的作用可能与DNA损伤修复受损有关[13-14]。

3.2 化疗 化疗也是恶性肿瘤的主要治疗手段之一，但化疗药物又给患者带来诸多痛苦，因此，迫切需要找到一种能增强化疗药物敏感性、降低药物剂量及不良反应的药物。Kitazon等[15]报道，二甲双胍对人肺腺癌化疗后的癌细胞可表现出明显抑制作用。一项回顾性研究表明，不管是否有糖尿病，接受二甲双胍和全身治疗者辅助化疗的有效性显著高于未联用二甲双胍的乳腺癌患者[16]。在基础研究方面，Rocha等[17]研究发现，二甲双肌与紫杉醇联用较单用化疗药物能引起更强的细胞周期阻滞和细胞凋亡，同时对移植瘤的抑制率也是如此，并且发现细胞内AMPK活化水平更高。Vasquez-Martin等[16]发现，二甲双胍与化疗药物联用能抑制肿瘤干细胞增殖，还能有效降低复发率。二甲双胍与化疗药物联用可增强化疗药物疗效，降低化疗药物剂量及不良反应发生率，还能选择性杀死肿瘤干细胞。

3.3 靶向治疗 随着研究的不断深入，近年来，靶向治疗是肿瘤治疗的热点，通过有效干预肿瘤表达的标志分子及对相关通路的影响，可具有抑制肿瘤生长及进展的作用。其中表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）就是重要靶点之一，药物包括单克隆抗体及酪氨酸激酶抑制剂。Morgillo等[18]报道，二甲双胍与吉非替尼治疗非小细胞肺癌具有协同作用。Lau等[19]报道，二甲双胍与厄洛替尼联用可通过减少EGFR表达和增加PTEN表达而发挥协同诱导细胞凋亡作用。但目前相关研究较少，尚有待于进行更多二甲双胍与靶向治疗的研究。

4 结 语

从动物模型、体外实验、临床研究诸多方面均显示二甲双胍具有一定抗肿瘤作用，其可能机制多样复杂。但目前二甲双胍的临床研究多为回顾性分析，尚有待于进行大量前瞻性、多中心和随机队列研究。此外，二甲双胍作用时间及血药浓度等问题均未提及，尚有待于进行更多的研究。但相信二甲双胍有望成为新一代经济、实惠的抗肿瘤药物，为防治肿瘤提供新的方法，为肿瘤学的发展提供更广阔的前景。

参考文献

[1]Hardie DG，Sakamoto K.AMPK：a key sensor of fuel and energy status in skeletal muscle[J].Physiology（Bethesda），2006，21：48-60.

[2]Zhang Y，Storr SJ，Johnson K，et al.Involvement of metformin and AMPK in the radioresponse and prognosis of luminal versus basal-like breast cancer treated with radiotherapy[J].Oncotarget，2014，5（24）：12936-12949.

[3]Alexander A，Walker CL.The role of LKB1 and AMPK in cellular responses to stress and damage[J]．FEBS Lett，2011，585（7）：952-957.

[4]Memmott RM，Dennis PA.LKB1 and mammalian target of rapamycin as predictive factors for the anticancer efficacy of metformin[J].J Clin Oncol，2009，27（34）：e226.

[5]Louden ED，Luzzo KM，Jimenez PT，et al.TallyHO obese female mice experience poor reproductive outcomes and abnormal blastocyst metabolism that is reversed by metformin[J].Reprod Fertil Dev，2014，27（1）：31-39.

[6]Kim HJ，Kim SK，Kim BS，et al.Apoptotic effect of quercetin on HT-29 colon cancer cells via the AMPK signaling pathway[J].J Agric Food Chem，2010，58（15）：8643-8650.

[7]Algire C，Amrein L，Zakikhani M，et al.Metform blocks the stimulative effect of a high-energy diet on colon carcinoma growth in vivo and is associated with reduced expression of fatty acid synthase[J].Endocr Relat Cancer，2010，17（2）：351-360.

[8]Arai M，Uchiba M，Komura H，et al.Metformin，an antidiabeticagent，suppresses the production of tumor necrosis factor and tissue factor by inhibiting early growth response factor-1 expression in human monocytes in vitro[J].J Pharmacol Exp Ther，2010，334（1）：206-213.

[9]Yang SH，Dou KF，Song WJ.Prevalence of diabetes among men and women in China[J].N Engl J Med，2010，362（25）：2425-2426.

[10]Vazquez-Martin A，Oliveras-Ferraros C，del Barco S，et al.The antidiabetic drug metformin：a pharmaceutical AMPK activator to overcome breast cancer resistance to HER2 inhibitors while decreasing risk of cardiomyopathy[J].Ann Oncol，2009，20（3）：592-595.

[11]Skinner HD，Sandulache VC，Ow TJ，et al.TP53 disruptive mutations lead to head and neck cancer treatment failure through inhibition of radiationinduced senescence[J].Clin Cancer Res，2012，18（1）：290-300.

[12]Skinner HD，McCurdy MR，Echeverria AE，et al.Metformin use and improved response to therapy in esophageal adenocarcinoma[J].Acta Oncol，2013，52（5）：1002-1009.

[13]Storozhuk Y，Hopmans SN，Samli T，et al.Mettformin inhibits growth and enhances radiation response of non-small cell lung cancer（NSCLC）through ATM and AMPK[J].Br J Cancer，2013，108（10）：2021-2032.

[14]Li H，Chen X，Yu Y，et al.Metformin inhibits the growth of nasopharyngeal carcinoma cells and sensitizes the cells to radiation via inhibition of the DNA damage repair pathway[J].Oncol Rep，2014，32（6）：2596-2604.

[15]Kitazono S，Takiguchi Y，Ashinuma H，et al.Effect of metformin on residual cells after chemotherapy in a human lung adenocarcinoma cell line[J]. Int J Oncol，2013，43（6）：1846-1854.

[16]Vasquez-Martin A，Oliveras-Ferraros C，Cuff S.Metformin regulates breast cancer stem cell ontogeny by transcriptional regulation of the epithelialmesenchymal transition（EMT）status[J].Cell Cycle，2010，9（18）：3807-3814.

[17]Rocha GZ，Dias MM，Ropelle ER，et al.Metformin amplifies chemotherapy-induced AMPK activation and antitumoral growth[J].Clin Cancer Res，2011，17（12）：3993-4005.

[18]Morgillo F，Sasso FC，Della-Corte CM，et al.Synergistic effects of metformin treatment in combination with gefitinib，a selective EGFR tyrosine kinase inhibitor，in LKB1 wild-type NSCLC cell lines[J].Clin Cancer Res，2013，19（13）：3508-3519.

[19]Lau YK，Du X，Rayannavar V，et al.Metformin and erlotinib synergize to inhibit basal breast cancer[J].Oncotarget，2014，5（21）：10503-10517.

10.3969/j.issn.1009-5519.2015.17.016

A

1009-5519（2015）17-2613-03

2015-04-14）

兰光友（1990-），男，四川宜宾人，在读硕士研究生，主要从事呼吸内科临床工作；E-mail：845550573@qq.com。

邓述恺（E-mail：dsk-lan@163．com）。