二甲双胍抗乳腺癌作用的研究进展

唐琳琳，丁传华，李惠惠，李义清，李汉高

(潍坊医学院附属医院，山东潍坊261031)

乳腺癌是我国城市女性发病率最高的肿瘤，乳腺癌防治仍然是肿瘤学的一大难题，因此寻找安全有效的化疗药物对乳腺癌的治疗至关重要。大量研究表明，糖尿病和乳腺癌有着复杂的关系，2型糖尿病可以增加乳腺癌的发病率。二甲双胍从上世纪90年代以来作为治疗2型糖尿病的黄金药物，毒性低，获取方便，可为化疗药物发挥抗肿瘤作者提供良好的物质基础，对多种肿瘤有抑制作用。现将二甲双胍抗乳腺癌作用的研究进展综述如下。

1 二甲双胍的药理作用

双胍类药物主要有苯乙双胍、丁双胍和二甲双胍。苯乙双胍因其强效的降糖能力，率先受到糖尿病患者的青睐。但是随着临床的大量应用，双胍类药物易导致糖尿病患者乳酸中毒以及病死率升高等不良反应逐渐显现，最终苯乙双胍和丁双胍退市。法国糖尿病专家 Jean等对二甲双胍的不良反应进行长期临床研究，发现二甲双胍乳酸中毒发生率极低，有良好的安全性。1994 年二甲双胍被 FDA 批准用于 2 型糖尿病，成为治疗2型糖尿病的一线药物。

二甲双胍的降血糖作用在于影响肝细胞、肌细胞、脂肪细胞和胰腺细胞对葡萄糖的处理功能。二甲双胍可以抑制肝脏内葡萄糖的生成及增加外周组织胰岛素的敏感性，增加骨骼肌和脂肪组织对葡萄糖的摄取和利用。同时，二甲双胍抑制胰腺细胞的胰岛素分泌。执行这些功能的关键分子是AMP活化蛋白激酶(AMPK)，此为一种调节细胞能量代谢的丝氨酸-苏氨酸激酶。激活的AMPK会减弱蛋白质、脂肪酸和胆固醇的合成，并增加脂肪酸的利用[1,2]。 与磺酰脲类药物不同的是，二甲双胍不会引起低血糖或过度肥胖。常见的不良反应包括腹泻、恶心呕吐、肠胃胀气、消化不良、腹部不适、头痛，患者易耐受；最严重的不良反应是乳酸中毒，但发生率相对较低，且可以通过监测肾功能预防或避免[3]。

2 二甲双胍与乳腺癌的关系

2005年，Evans 等研究指出二甲双胍可能会降低2型糖尿病患者的患癌风险。近年来，大量的流行病学研究和Meta分析表明服用二甲双胍可以降低肿瘤发生率及患者病死率，二甲双胍已成为药物再利用的理想候选药物。Kusturica 等[4]选取234例糖尿病患者，其中190例服用二甲双胍，44例服用其他降糖药物。结果显示服用二甲双胍190例中有4例患有乳腺癌(占1.7%)，未服用二甲双胍44例中有12例患有乳腺癌(占27.3%)。表明与服用其他降糖药物相比，2型糖尿病患者服用二甲双胍发生乳腺癌的风险更低。使用磺脲类药物和胰岛素的患者其乳腺癌死亡风险则增加1.49和2.58倍[5]。

一项队列研究显示，二甲双胍能降低肿瘤合并2型糖尿病患者的病死率。该研究对采用二甲双胍、磺酰脲类、胰岛素治疗的10 309例肿瘤合并2型糖尿病患者平均随访5.5年,显示二甲双胍、磺酰脲类、胰岛素治疗者病死率分别为3.5%、4.9%、5.8%，使用二甲双胍治疗的肿瘤合并2型糖尿病患者病死率更低[6]。一项对460例Ⅰ～Ⅲ期接受辅助化疗的乳腺癌回顾性研究显示，在辅助化疗期间使用二甲双胍能显著改善乳腺癌合并糖尿病患者的生存率和整体生存率[7]。英国一项病例对照分析显示，乳腺癌合并糖尿病患者长期服用二甲双胍组病死率明显降低，短期服用二甲双胍或者其他口服降糖药物组病死率无显著变化[8]。相关研究发现患有糖尿病的乳腺癌患者使用二甲双胍可以显著降低乳腺癌转移的风险。体外研究表明，二甲双胍能显著降低 MDA-MB-231、 BT549、MCF-7 细胞的生长、侵袭和转移能力，并能诱导其凋亡。研究表明，二甲双胍诱导乳腺癌细胞凋亡方式与浓度和时间相关，可能通过线粒体介导的细胞凋亡途径完成[9]。 研究发现p53肿瘤抑制因子可能参与二甲双胍诱导乳腺癌的凋亡，经二甲双胍处理的MCF-7 细胞可以增加p53蛋白和下游转录基因 Bax 和p21的表达，此可能与AMPK-mTOR 信号通路有关。 p53可参与到二甲双胍诱导乳腺癌生长抑制、衰老、凋亡的各个环节中[10]。一项对锌指蛋白(TTP)与二甲双胍的抗乳腺癌增值作用的研究表明，二甲双胍以一种p53独立的方式诱导乳腺癌细胞中TTP的表达，抑制TTP能消弱二甲双胍的抗乳腺癌增值作用。二甲双胍通过减少c-myc的表达来诱导TTP表达，即TTP是二甲双胍在癌细胞中的抗增殖活性调节剂[11]。

目前，二甲双胍与其他药物联合应用的抗乳腺癌作用也日渐凸显。二甲双胍不仅抑制机体对化疗药物耐药性的产生，提高有效率，还能减少两药的剂量，降低毒性。研究发现，二甲双胍与5-氟尿嘧啶、表柔比星、环磷酰胺合用，对乳腺癌亲代母细胞和乳腺癌干细胞的抑制均有增效作用。体外实验发现，二甲双胍与环磷酰胺合用对乳腺癌细胞的死亡率最高，敏感性最好。临床治疗中，乳腺癌患者对多柔比星的耐药性逐年上升，二甲双胍可以降低对多柔比星耐药的乳腺癌细胞MCF-7/DOX的活性。二甲双胍显著增加DOX-诱导凋亡，并使细胞内P-gp和ATP含量以剂量依赖性的方式减少，并通过减少P-gp活性来逆转乳腺癌细胞中的MDR，是乳腺癌化疗中的一种有效辅助剂[12]。与不服用二甲双胍组相比，接受二甲双胍治疗的糖尿病合并乳腺癌患者有更好的预后和病理转归。二甲双胍与雷帕霉素、依维莫司、曲妥珠单抗合用均可有效促进乳腺癌细胞的凋亡和抑制细胞增殖[13]。近年来，普萘洛尔的抗氧化、抗炎、抗肿瘤作用逐渐受到关注。Maria等针对二甲双胍和普萘洛尔联合应用抗三阴性乳腺癌的作用展开研究。体外实验发现，两者连用可抑制五种不同类型乳腺癌细胞的增值。体内实验发现，两者联用可抑制裸鼠体内肿瘤的增长并抑制肿瘤的转移[14]。大量研究发现，二甲双胍与多种药物如顺铂、2-脱氧-D-葡萄糖、姜黄素、熊果酸等联合应用均可能抑制乳腺癌的发生发展。

3 二甲双胍抗乳腺癌作用机制

3.1 二甲双胍的经典抗乳腺癌机制 ①直接途径：通过抑制线粒体复合物1导致ATP的产生受到抑制。当能量或葡萄糖供应不足时，线粒体复合物 1的电子传递链被抑制，ATP产生减少，AMP和ATP的细胞内比率增高。在 LKB-1的作用下，导致AMPK磷酸化被激活。激活的AMPK可以抑制mTOR信号通路，抑制下游mTOR复合1(mTORC1)信号，并激活抑癌基因TSC2。对mTOR的抑制导致蛋白质合成的衰减，肿瘤细胞的生长和增值受到抑制，这些是通过mTOR下游靶点4E-BP1 和 p70S6K1 来实现的。②间接途径：即通过抑制肝脏糖异生、促进肌细胞摄取葡萄糖、减少空腹血糖和胰岛素水平发挥作用。在正常细胞内，胰岛素生长因子受体(IGF-1R)与其配体胰岛素或胰岛素生长因子结合后被磷酸化，激活下游多条信号通路(如PI3K/Akt/mTOR 信号通路和RAS/RAF/AMPK信号通路),活化的信号通路能促进肿瘤细胞生长和增值。二甲双胍通过抑制IGF-1与IGF-1R的结合，阻断IGF-1R的磷酸化，抑制下游PI3K/AKT/mTOR 信号通路和RAS/RAF/AMPK信号通路，从而减少了肝糖原的输出，使肌肉摄取葡萄糖增加，并降低了血浆胰岛素水平，间接地抑制了肿瘤细胞的增值。

3.2 免疫介导的抗乳腺癌效应 二甲双胍可以通过增强CD8+T细胞来发挥抗肿瘤活性。当受到肿瘤特异性抗原刺激时，CD8+T细胞开始扩增和分化成细胞毒性T淋巴细胞(CTLs)。当抗原被清除时，大多数效应器CD8+T细胞死亡，存活的是长寿命的记忆细胞。癌细胞持续的刺激使CD8+T细胞失去分泌细胞因子的能力，引起细胞凋亡，这一过程被称为免疫衰竭。Eikawa等发现，二甲双胍可以抑制CD8+肿瘤浸润性淋巴细胞的凋亡(TILs)并防止免疫衰竭。通过将中央记忆T细胞(TCM)转移到效应记忆T细胞(TEM)中，二甲双胍恢复了CD8+TILs的多项功能[15]。研究发现，应用二甲双胍的动物其血清中IFN-γ、 IL-4 因子的水平有所升高。IFN-γ由Th1细胞产生，IL-4由Th2细胞选择性产生。应用二甲双胍的动物会触发Th1或Th2细胞免疫应答产生IFN-γ 或IL-4， 引起抗肿瘤免疫应答，抑制乳腺癌细胞生长并诱发其凋亡[16]。

3.3 抑制细胞周期抗乳腺癌效应 研究发现，二甲双胍通过阻断MCF-7细胞G1期而诱导细胞凋亡，并且MCF-7细胞的G1阶段阻滞已通过p21表达水平的增加和cyclin D1水平的降低得到证实[17]。二甲双胍还可以上调细胞周期蛋白G2(CycG2)，并增强黄曲霉素诱导的CycG2表达，使CycG2在细胞应激和生长抑制信号的作用上调，产生细胞周期阻滞。研究表明，阻断HER2、PI3K和mTOR信号通路可上调HER2乳腺癌细胞中CycG2的表达，CycG2过表达可导致细胞周期阻滞。CycG2基因敲除可抑制二甲双胍对乳腺癌细胞的抗增殖作用，二甲双胍通过抑制细胞周期发挥抑制乳腺癌的作用[18]。

3.4 抑制肿瘤侵袭转移抗乳腺癌效应 二甲双胍可以通过上调乳腺癌细胞间黏附蛋白E-cadherin 表达，下调vimentin 、CD44和CD24的表达，使肿瘤间的同质黏附增强，异质性黏附减弱，从而影响肿瘤细胞的上皮间质转化，使肿瘤的侵袭和转移受到抑制。这些作用在乳腺癌的体内和体外实验中都得到证实[19]。

3.5 抑制肿瘤相关炎症抗乳腺癌效应 NF-κB为肿瘤相关炎症因子。通过抑制该炎症因子二甲双胍能抑制肿瘤细胞转化，选择性地杀死乳腺癌干细胞。二甲双胍联合阿霉素阻断肿瘤生长和延长缓解期的能力与炎症反馈环功能下降有关。当二甲双胍改变糖尿病患者的能量代谢时，二甲双胍能阻断代谢应激反应，刺激与多种肿瘤相关的炎症途径。通过制备二甲双胍纳米粒可深入乳腺癌组织，增加其到达肿瘤组织抑制NF-κB的靶向性，进一步降低肿瘤组织中的肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-6的表达，抑制肿瘤细胞的增值[20]。

综上所述，糖尿病能增加肿瘤发生的概率，并影响肿瘤患者的预后。二甲双胍作为目前治疗2型糖尿病的首选药物之一，具有潜在预防和治疗全身多种肿瘤的功能。二甲双胍可通过间接途径、直接途径、增强免疫、调节细胞周期、促进肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞侵袭转移等多种机制达到抗乳腺肿瘤的作用。但是，以上资料大多来源于回顾性研究，部分研究结果对二甲双胍的抗肿瘤作用尚不确切，因此还需要大量对照研究进一步佐证。此外，二甲双胍抗肿瘤作用的人群仍不明确，其仅对肿瘤合并糖尿病患者抗肿瘤作用还是对所有肿瘤患者均有作用有待进一步研究。