二甲双胍在肿瘤细胞代谢中的研究进展

梁火燕，李弘毅，朱彦辉，翟瑞卿，薛文华，闫 岩，丁显飞，赵 杰，李砺锋

二甲双胍属于双胍类降糖药物，其化学结构是在研究提取法国植物丁香（山羊豆）的山羊豆碱时被发现的。二甲双胍的临床应用已经将近半个世纪，作为全球应用最广泛的口服治疗2型糖尿病的药物，其已被推荐作为所有新诊断的2型糖尿病患者的一线治疗药物[1]。二甲双胍治疗2型糖尿病的主要机制是通过减少糖异生来破坏肝脏中葡萄糖的输出[2]，二甲双胍口服后,主要分布于胃肠等消化系统、肝脏以及肾脏中，其中以肝脏最多。究其原因，可能是因为大部分的有机阳离子转运蛋白1（organic cation transporter 1，OCT1）和溶质运载体家族22A1（solute carrier family 22A1，SLC22A1）基因表达于肝细胞基底膜外侧从而介导肝细胞摄取机体内的二甲双胍进入肝脏；也有可能是由于OCT3蛋白（由SLC22A3基因编辑）[3]促进了肝细胞对二甲双胍的摄取，而二甲双胍的清除主要依赖于肾脏。近年来，二甲双胍在调节免疫和炎性反应等方面[4-5]的作用不断被报道和研究，而最近的临床资料研究发现，应用二甲双胍治疗的2型糖尿病患者具有较低的癌症风险，使癌症的发病率降低了31%，多种类型肿瘤的特异性死亡率降低了34%[6]。许多其他的研究[7-11]也得出了类似的结论。

先前的研究揭示了二甲双胍作为细胞代谢调节剂的关键作用机制。有报道显示，二甲双胍可以通过升高单磷酸腺苷酸（adenosine monophosphate，AMP）/腺嘌呤核苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）比值和激活AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）来抑制癌细胞的增殖并诱导其凋亡[12]，且AMPK的激活可减少胃上皮祖细胞的增殖并增加酸分泌性壁细胞，进而降低胃癌的发病风险[13]。此外，二甲双胍在肿瘤微环境中模拟能量限制的作用在肿瘤学领域的意义重大[14-15]，然而这之中仍存在着种种矛盾与争议[16]。首先，虽然上述研究结论在2型糖尿病患者中得到了证实，但其是否适用于非糖尿病患者尚未得到充分验证；其次，二甲双胍究竟是通过改变人体全身的代谢来“间接”影响肿瘤细胞还是以细胞自主方式对肿瘤细胞产生“直接效应”仍然具有很大争议。但是，二甲双胍通过代谢途径来抑制肿瘤作为一种可能的机制已得到了部分证实。二甲双胍影响肿瘤生物学的分子机制是一个前沿热点研究领域，本文将主要从代谢角度总结近年来二甲双胍在肿瘤抑制中所起到的潜在作用及其机制。

1 二甲双胍对肿瘤细胞葡萄糖代谢的作用及机制探讨

葡萄糖的摄取增加是许多肿瘤细胞的特征性标志，并且2型糖尿病患者升高的血糖和胰岛素水平与较差的癌症预后相关[17]。现有的证据表明，高胰岛素水平可以刺激常见癌症细胞的增殖[18]。2005年EVANS等[19]发现，二甲双胍可降低糖尿病患者的癌症发生率。癌细胞具有更高的葡萄糖消耗水平，而葡萄糖代谢失调增加了癌症发展的风险，因此使用葡萄糖代谢抑制剂二甲双胍可能有效地控制了包括癌症在内的代谢疾病。随着肿瘤抑制基因肝激酶B1（liver kinase B1，LKB1）的发现，使其成为了二甲双胍通过激活AMPK通路影响癌症的第一个被识别的细胞靶点，并且被确定为该信号通路的主要上游激活因子[20]。LKB1-AMPK的相互作用可改变肝脏葡萄糖代谢的稳态，并且在抑制蛋白质的合成中发挥重要作用，从而抑制肿瘤的发生[21]。二甲双胍诱导LKB1-AMPK信号通路的活化会抑制配合物哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）及其调节相关蛋白（regulatory-associated protein of mTOR，Raptor）的表达以及细胞增长和蛋白质合成[22]。AMPK的磷酸化激活抑癌基因结节性硬化复合物2（tuberous sclerosis complex 2，TSC2），在生理状态下，由TSC1基因编码的hamartin蛋白质和由TSC2基因编码的tuberin蛋白质在细胞内共同形成功能性异二聚体（TSC1/TSC2复合物），该复合物具有GTP酶激活蛋白（GTPase-activating protein，GAP）活性，并通过负相关调节Ras蛋白脑组织同源类似物（Ras homolog enriched in brain，Rheb）蛋白的活化从而阻遏mTOR信号通路的激活，进而在控制细胞大小、细胞周期和细胞增殖的信号通路中发挥关键调节作用[23]。

在肺癌的相关研究中发现，二甲双胍可以通过抑制AMPK信号通路的下游途径阻断AMPK的活化而发挥其抗肿瘤的作用[24]。此外，有多项研究还证实，二甲双胍可抑制包括黑素瘤[25]、胆管癌[26]、甲状腺癌[27]、子宫内膜癌[28]、白血病[29]、乳腺癌[30]、骨髓瘤[31]和食道鳞状细胞癌[32]在内的多种癌症细胞的生长，并可能可以抑制头颈癌的转移[33]。从二甲双胍治疗肿瘤的机制而言，二甲双胍诱导的细胞周期停滞和2个主要的信号通路[AMPK通路和磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）通路]相关。二甲双胍被转运到肝细胞中，导致能量紧张，然后激活AMPK信号通路，从而进一步抑制肝糖异生和激活糖酵解。同时，能量应激增加了肝细胞中的葡萄糖消耗，从而导致葡萄糖和胰岛素水平降低，并通过干扰循环系统的糖酵解作用，这些可能促成了二甲双胍在肿瘤中的治疗作用。PI3K途径的异常激活已在大多数癌细胞中被广泛报道[33]。此外，ZHAO等[35]的研究表明，AMPK的激活可能拮抗蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又称AKT）信号转导，并进一步抑制细胞周期进程。有最新研究[13]发现，AMPK代谢通路促进干细胞向胃壁细胞分化，二甲双胍通过激活AMPK和Kruppel样因子4（Kruppel like factor 4，KLF4）抑制胃上皮祖细胞增殖的同时，也可能通过激活AMPK和过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅助活化因子1（peroxisome proliferators-activated receptor-γ coactivator-1，PGC1）诱导壁细胞成熟，而壁细胞的大量受损是胃癌发生的重要一步，这可能是二甲双胍降低胃癌患病风险的潜在机制。有趣的是，二甲双胍在癌症中与AMPK无关的作用也得到了证实，如具有降低胰岛素样生长因子1（insulin-like growth factor 1，IGF-1）和胰岛素血浆浓度的作用[36]。因此，二甲双胍并不是完全通过AMPK通路发挥作用的[37]。此外，有研究[38]发现二甲双胍可增强二氯乙酸盐对Lewis肺癌细胞的毒性作用，这说明两者具有潜在的协同作用；并且二甲双胍诱导氧化应激介导的细胞凋亡而没有糖酵解在H4IIE肝细胞癌细胞中的阻断作用。

事实上，由于癌细胞具有异常增殖的特性，而显示出其与亲代细胞不同的新陈代谢变化[39-40]。在正常情况下，细胞主要通过线粒体的呼吸链获得能量。然而，即使在有氧环境中，癌细胞也需依赖糖酵解，这种现象被称为“Warburg效应”[41]。实际上，葡萄糖调节生理分子从而维持各种癌细胞的增殖。肿瘤细胞用葡萄糖作为能量来源来构建细胞骨架。此表型的关键是葡萄糖-6-磷酸（glucose-6-phosphate，G-6-P）的产生，G-6-P在糖代谢中的作用对于肿瘤细胞的存活和增殖是非常有利的[42]。葡萄糖磷酸化是葡萄糖代谢中的第一步，这个反应是由己糖激酶（hexokinase，HK）进行催化的，HK的4个同工酶依据其不同的亚细胞定位而发挥不同的催化和调节性能。HK-Ⅰ型、HK-Ⅱ型和HK-Ⅲ型的蛋白相对分子质量均为1×105，它们对葡萄糖有很高的亲和力，这表现在它们的米氏常数（Km值）在微摩尔浓度范围内，对G-6-P的反馈抑制很敏感。HK-Ⅰ型同工酶在人体内是普遍存在的，HK-Ⅱ型仅在骨骼肌、脂肪组织和心脏中被发现，HK-Ⅲ型仅存在神经元中。与此相反，HK-Ⅳ型，又被称为葡糖激酶，在肝脏和胰腺中表达，其蛋白相对分子质量为5×104，对葡萄糖的亲和力较低，且受激素调控，对于G-6-P的反馈作用并不敏感。实际上，在线粒体外膜中，HK-Ⅰ型和Ⅱ型与通透性转换孔相互作用，包括负责到细胞质的ATP的通量的电压依赖性阴离子通道1（voltage dependent anion channel 1，VDAC1），并可以优先获得ATP。此物理缔合能促进葡萄糖磷酸化，并保护细胞免于凋亡[43]。HK-Ⅱ型在肺癌和乳腺癌中高度表达，增殖的癌细胞需要HK-Ⅱ型，这一点已在肿瘤进展间质的下游调节中被证实[44-45]。在未结合状态中，HK-Ⅱ型是一个开放的非活动结构，ATP以一种远离催化部位的构象绑定。在与葡萄糖结合后的构象变化导致酶促活性封闭HK-Ⅱ型，呈现在ATP上就是生产构象的突出。二甲双胍可通过直接抑制HK2的活动和改变亚细胞定位从而诱导线粒体中HK-Ⅱ型的解离。二甲双胍占据的区域已经由计算机建模模拟，并发现其与结合位点G-6-P相对应。同时，有研究发现，二甲双胍不抑制葡糖激酶HK-Ⅳ型，这是区别于其他HK同工酶的地方，且其并不会对G-6-P产生自发抑制作用[46]。因此，糖酵解和线粒体氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）是双胍类药物的作用方向之一。然而，在最新的研究[47]中，有研究者发现二甲双胍可不依赖糖酵解途径，而是通过增强氧化应激来促进肿瘤细胞凋亡，进而发挥抗肿瘤作用。

最近的研究结果表明，当细胞生长在低葡萄糖水平时，线粒体复合体ⅠDNA发生突变会增加肿瘤（白血病和肺癌等）细胞对苯乙双胍的敏感性[48]；反之，高葡萄糖浓度会降低二甲双胍对乳腺癌细胞增殖的有效性[49]。所有这些结果表明，葡萄糖剂量和二甲双胍功效之间的相互作用可能对临床上二甲双胍的使用具有重要影响[49-50]。尤其是维持体内葡萄糖水平平衡方面，这会是临床上使用二甲双胍治疗肿瘤的重要要求。

2 二甲双胍对肿瘤细胞脂质代谢的调节作用

二甲双胍的另一个作用表现在通过减少肝脏脂肪变性而改善脂质代谢[51-52]，这一作用还在一项临床研究中被报道[53]。二甲双胍可以通过选择性增加极低密度脂蛋白（very low density lipoprotein，VLDL）对甘油三酯的摄取和褐色脂肪组织中的脂肪酸氧化而降低血浆中的甘油三酯的含量，从而促进血脂循环代谢[54]。二甲双胍可引起组织中脂质存储的减少，与脂肪酸氧化和脂肪生成抑制的增加相一致，其机制可能与通过激活AMPK信号通路进行的介导有关[54-56]。最近有研究在小鼠模型中证实了AMPK在二甲双胍对脂质代谢中的作用，但在实验中二甲双胍引起血糖水平的降低取决于其通过乙酰辅酶A羧化酶（acetyl-coA carboxylase，ACC）的AMPK依赖性磷酸化降低细胞脂肪酸水平的能力[57]。因此，根据目前的结果来推测二甲双胍对肝葡萄糖产生的抑制作用可能是继发于药物对ACC的影响。上述研究提示，二甲双胍无法调节特异性敲除肝脏LKB1基因的高血脂小鼠的血糖水平[58]。事实上，二甲双胍在激活缺乏LKB1基因的细胞中的AMPK受阻后，会降低ACC的磷酸化程度以及二甲双胍提高胰岛素敏感性和降低血糖的能力。因此，二甲双胍可通过在胰岛素抵抗范围内的AMPK依赖性和非依赖性的机制通过多种代谢途径敏锐地抑制肝糖输出。

当前二甲双胍的治疗机制大多是依赖AMPK通路。有研究发现，二甲双胍具有抑制脂肪生成的能力以及由脂肪细胞介导的卵巢肿瘤增殖和转移等的作用，其被推荐作为卵巢癌早期阶段的一种治疗选择，这不仅是由于其具有抑癌潜能，还因为其同时有改变癌症微环境的作用[59-60]。随后的动物实验[61]发现，二甲双胍可以通过激活AMPK来下调早期结直肠癌的酰基辅酶A（acyl coenzyme A，acyl-CoA）合成酶/硬脂酰辅酶A去饱和酶（acyl-CoA synthetases/Stearoyl-CoA desaturase，ACSLS/SCD）从而改善结直肠癌小鼠的预后。此外，有研究[62]进一步发现，二甲双胍联合脂肪酸合酶抑制剂可通过调节从头合成脂肪酸过程来影响弥漫性大B细胞淋巴瘤细胞（diffuse large B-cell lymphoma，DLBCL）的存活，从而发挥抗肿瘤作用。另有研究报道，二甲双胍-氟他胺联合治疗可上调肝和胰岛素信号通路，这可能有助于改善脂质代谢[63]，从而降低多囊卵巢综合征的发病风险。

3 二甲双胍对肿瘤细胞胰岛素代谢的调节作用

二甲双胍对肿瘤进展的抑制作用可能是通过间接降低胰岛素浓度来实现的。胰岛素有利于肿瘤细胞的增殖和有丝分裂过程[64]，胰岛素受体（insulin receptor，IR）包括2个亚型：IR-A和IR-B。IR-A和IR-B可形成复合体来激活有丝分裂途径[65]。生理状态下，与IR-B驱动有丝分裂和增殖途径不同，IR-A主要表达于肿瘤细胞。胰岛素通过结合到IR-A和IR-B复合体激活特定IGF-1受体（insulin like growth factor 1 receptor，IGF-1R）信号转导途径。胰岛素特异地结合IR-A是被公认的胰岛素促有丝分裂作用的机制，即使胰岛素仅有较低的亲和力，也能结合并激活肿瘤细胞中高表达的IGF-1R。胰岛素降低循环中胰岛素样生长因子结合蛋白1（insulinlike growth factor binding protein-1，IGFBP-1）和IGFBP-2的浓度[66]，这可以提高IGF-1的生物活性，进而激活具有类似效力的IGF-1R和IR/IGF-1R混合受体。

IR、IGF-1R和IR/IGF-1R的磷酸化激活丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）/细胞外信号调节蛋白激酶（extracellular signal regulated protein kinase，ERK）信号通路，刺激细胞生长和增殖。最近的研究已经证明，MAPK/ERK信号通路的激活可调节丙酮酸激酶同工酶M2（pyruvate kinase isozyme type M2，PKM2）细胞核移位，从而促进“Warburg效应”。此外，PKM2作为糖酵解最重要的限速酶之一，在细胞质中PKM2可作为酶促活性的四聚体或非活性二聚体存在。MAPK/ERK信号通路的激活可以诱导Ser37磷酸化和PKM2的核转运；当一个PKM2二聚体易位到细胞核中，即能成为一种有效的蛋白激酶，其中磷酸化组蛋白H3，导致细胞周期蛋白D1（cyclin D1）和Myc基因的转录水平上调[67]。另外，IR和IGF-1R通路可作用于糖酵解的生化中间产物，最近的研究已经提出，PI3K/AKT信号通路在细胞能量代谢中起调节作用。AKT是主要的抗细胞凋亡调节剂，其可以促进糖酵解和葡萄糖摄取，诱导缺氧诱导因子1α和癌细胞中葡萄糖转运蛋白1（glucose transporter 1，GLUT1）及HK2的表达[68]。AKT使HK2在Thr473磷酸化，并且有利于HK2与线粒体的关联，这不仅需要抑制细胞色素c释放和细胞凋亡，也需要保证HK2的催化功能[69]。

在这种情况下，需要研究二甲双胍能否干扰或怎么干扰癌细胞中由胰岛素和IGF-1诱导而增加的细胞能量代谢。在小鼠模型中，口服二甲双胍可通过降低胰岛素和IGF-1浓度抑制正常肺上皮和肺肿瘤的mTOR通路。二甲双胍抑制IGF-1诱导AKT磷酸化[70]。因此，考虑到AKT和线粒体/HK2之间有串扰的存在，这一发现证明了一种可能性，即二甲双胍也可能通过间接抑制作用驱动线粒体中HK2的解离[46]。

4 二甲双胍对肿瘤细胞线粒体的氧化磷酸化的作用及机制探讨

对于二甲双胍抑制线粒体的氧化磷酸化过程的认识始于2000年的2篇开创性研究。这2篇研究报道了，二甲双胍通过对线粒体呼吸链复合体Ⅰ（mitochondrial respiratory chain complex Ⅰ，MRCC-Ⅰ）[一种还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）-泛醌还原酶]温和而特异性的抑制作用来降低细胞的呼吸作用，同时又不会影响线粒体功能过程中的其他步骤[71-72]。其实，早在20世纪60年代就有研究观察到双胍类衍生物对线粒体氧化磷酸化的作用，并与糖酵解的增加有关联[73]。后来，进一步的研究发现，各种高浓度的双胍类衍生物都能够特异性地降低NADH途径的氧化呼吸链而不会降低琥珀酸氧化呼吸链，这样就将抑制作用分配到线粒体电子链（mitochondrial electron chain，ECT）传递过程中复合体Ⅰ所形成电子传递链中的各个复合体上[74]。因此，并非近些年才提出有关于线粒体的能量调节机制。

在过去的10年中，二甲双胍对MRCC-Ⅰ特殊的抑制作用已在大鼠、小鼠以及人的原代肝细胞[71-72,75]、肝细胞瘤、肾上腺皮质瘤永生细胞系[76-78]、骨骼肌细胞匀浆液[79]、内皮细胞[80]、胰腺β细胞[81]、神经元[82]、外周血单核细胞和血小板[83]中得到证实。这种瞬态抑制MRCC-Ⅰ从而诱导肿瘤细胞中能量电荷下降的机制已有报道，这种细胞能量状态的量度的计算公式为（ATP浓度＋0.5×ADP浓度）/（ATP＋ADP＋AMP）浓度[75,84]；肿瘤细胞中ATP浓度的下降和ADP/ATP及AMP/ATP比值的上调激活了AMPK信号通路，并通过相关的多种信号网络，进一步协调广泛的能量代谢反应[85]。尽管二甲双胍对于复合体Ⅰ抑制作用的确切机制还未明确，仅在高浓度下观察到其对分离出的线粒体的影响，这提示这种药物对于线粒体的作用可能需要完整的细胞内环境[71,76]。最近有报道显示，二甲双胍（包括其他双胍类）可以直接抑制纯化的呼吸链复合体Ⅰ，以及从牛心脏中分离出的线粒体和亚线粒体颗粒[74,86]，这与之前报告的数据相符[72,87]。然而，在增殖和分化过程中，癌细胞的代谢谱不同于非癌细胞。有力的证据表明，二甲双胍可调节肿瘤细胞中的能量代谢，尤其是负责一系列能量代谢的线粒体，并可能成为癌症治疗靶点[88]。二甲双胍已在包括乳腺癌[89]、前列腺癌[89]、胰腺癌[90]和肺癌[91]等恶性肿瘤中显示出了对线粒体复合物Ⅰ和ATP的直接抑制作用。

其他证据也表明，二甲双胍可减少进入三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA）的乙酰辅酶A。乙酰辅酶A是从头合成脂质的原料，而已有研究证明脂质的含量在癌症转移和治疗耐药性中起着重要的作用[92]。此外，SCOTLAND等[93]的研究证实，二甲双胍可导致由细胞色素c介导或Bcl-2家族调节的线粒体凋亡，而线粒体ATP产生的减少导致Bcl-2和Bax之间的失衡。Bax是一种促凋亡蛋白，它的线粒体移位促进细胞色素c的释放[94]。细胞色素c通过激活半胱天冬酶级联反应（如caspase 9、caspase 3和caspase 7的活化）能进一步诱导癌细胞凋亡[95]。在特定癌症的研究中，KALYANARAMAN等[96]报道了二甲双胍可通过增强活性氧（reactive oxygen species，ROS）的积累和刺激氧化还原信号机制来抑制人胰腺癌细胞增殖；而GUO等[97]和MAAYAH等[98]的研究发现，二甲双胍可以通过部分抑制线粒体细胞色素P450的活性来抑制乳腺癌细胞的生长。

有研究表明，至少在原代小鼠肝细胞中，二甲双胍对于复合体Ⅰ的抑制作用并没有被一氧化氮（NO）合成酶抑制剂或者ROS的清除剂所抑制[71]，并且不依赖于AMPK[75]。有研究[72]认为，膜电位驱动带正电荷的二甲双胍在线粒体基质中的积累会导致MRCC-Ⅰ受到抑制。另外，其非极性侧链也将促进其结合到疏水结构上，如线粒体膜的组成成分磷脂。重要的是，二甲双胍的亲脂性，主要依赖于二甲基取代末端氨基，而苯乙双胍的结构看起来极性更低。这些奇特的物理化学特性解释了为什么2个结构相关的双胍类却能影响不同的线粒体机制，二甲双胍对于复合体Ⅰ是一种相对较弱但特异性的抑制剂，而苯乙双胍则是对于线粒体的ETC发挥更有效但不特特异的作用[99]。此外，二甲双胍可以通过选择性地抑制反向电子流过呼吸链复合体Ⅰ而显著减少线粒体ROS的产生，虽然对于复合体Ⅰ的结构-功能关系的理解在不断深入，但是其许多方面的调节，如激活∕去激活的转变，仍未能完全理解[74]。因此，仍需进一步研究二甲双胍调控呼吸链复合体Ⅰ的机制。值得注意的是，有研究报道，二甲双胍与线粒体铜离子的直接结合可能对药物的代谢起着关键的作用[100]。这些发现再次指出线粒体在二甲双胍的分子机制中有着重要的参与。

5 二甲双胍对肿瘤细胞免疫功能的调节作用

由过去几年的流行病学调研结果显示，二甲双胍具有独特的抗肿瘤作用。一项研究表明，与未使用二甲双胍的糖尿病患者相比，使用二甲双胍的糖尿病患者罹患癌症的风险显著降低[101]；另有研究发现，经二甲双胍治疗能增强糖尿病患者胰腺癌化疗及其他治疗手段的效果[102]。尽管有大量实验针对二甲双胍抗肿瘤免疫机制进行研究，但是目前仍不能明确二甲双胍的抗癌模式。EIKAWA等[103]在2014年针对二甲双胍在抗肿瘤的免疫调节效应进行了研究，证明了二甲双胍对肿瘤微环境中的CD8＋T细胞具有直接保护作用，能够保护肿瘤浸润性CD8＋T淋巴细胞免于凋亡，并且通过记忆T细胞和效应T细胞的相互转化，使衰竭的程序性死亡受体1（programmed cell death protein 1，PD-1）-T淋巴细胞免疫球蛋白黏蛋白3（T cell immunoglobulin domain and mucin domain 3，Tim-3）阳性表达的肿瘤浸润性CD8＋T淋巴细胞重新获能，进而发挥抗肿瘤效应。此外，由于免疫检查点及其配体之间的相互作用，以及肿瘤微环境中葡萄糖的浓度极低，肿瘤浸润性CD8＋T淋巴细胞的代谢被锁定在糖酵解作用占主导地位的氧化磷酸化状态。二甲双胍可能通过增加糖酵解效率，导致肿瘤浸润性CD8＋T淋巴细胞转化为更活跃的效应状态以对抗癌症[104]。

ZHAO等[105]以肝癌细胞的小鼠为模型进行研究，发现口服二甲双胍通过减少白细胞介素-22（interleukin-22，IL-22）的分泌来抑制信号转导及转录激活蛋白3（signal transducer and activator of transcription，STAT3）的磷酸化，从而发挥抗肿瘤效应。该研究认为，二甲双胍经过AMPKmTOR信号通路下调STAT3和STAT4的磷酸化水平，同时下调所在通路中下游的Bcl-2和cyclin D1的表达水平。二甲双胍同样可以抑制原始CD4＋T细胞的增殖、效应T细胞的分化以及辅助性T淋巴细胞1（T-helper lymphocyte 1，Th1）和Th17中特异转录因子T盒子转录因子（T box transcription factor，T-bet）和维甲酸相关孤儿受-γt（retinoic acid related orphan receptor gamma-γt，ROR-γt）

的表达水平，从而减少IL-22的分泌。因此，二甲双胍也可通过抑制STAT3信号活化而抑制体内肿瘤的生长。

代谢和免疫结合也是近来研究的热点。有研究[106]表明，二甲双胍可以通过LKB1激活AMPK信号通路来调节T细胞的免疫应答。AMPK是效应T细胞和记忆T细胞相互转化的一个重要因素。研究认为，二甲双胍代谢重编程作用可以使体内的微环境调节为更适合效应T细胞分化的状态，以此来影响活化T细胞的生长和增殖。在AMPK感受到能量压力时，会抑制mTORC1的活化。二甲双胍可能通过抑制T细胞抗原受体（T cell receptor，TCR）活化的关键代谢过程以及IL-2的分泌，从而影响T细胞的应答和增殖。

此外，二甲双胍可能通过影响脂肪酸的代谢来发挥抗肿瘤作用[107]。在缺失肿瘤坏死因子受体相关因子6（tumor necrosis factor receptor associated factor 6，TRAF6）的小鼠体内，正常的效应T细胞应答增强，但是由于CD8＋T细胞缺少AMPK的激活和线粒体脂肪酸氧化等相关反应和免疫缺陷，记忆T细胞的数量明显减少。而二甲双胍可以使敲除TRAF6基因的CD8＋T细胞重启线粒体脂肪酸氧化反应，并刺激CD8＋记忆T细胞增殖。除了CD8＋记忆T细胞外，二甲双胍还可以通过将CD11b＋细胞的代谢重定向至较低的OXPHOS状态，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[108]。

有研究认为，二甲双胍可通过抑制肿瘤细胞分泌肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor，TNF-α）而减少IL-8的分泌，且具有剂量依赖性[109]。（C-X-C）基序趋化因子配体8 [（C-X-C）motif ligand 8，CXCL8]是控制甲状腺癌生长和进化的核因子κB（nuclear factor κ B，NF-κB）信号中一个重要的下游调节因子，使用二甲双胍可以通过CXCL8有效延长实验小鼠的存活期限并抑制肿瘤的转移能力。该研究还认为，由二甲双胍通过抑制TNF-α进而引起CXCL8分泌的减少，这可能是今后非直接抗癌药物的主要机制。此外，二甲双胍还可以直接通过AMPK依赖和非依赖的方式抑制NF-κB途径发挥抗炎作用[110]。最近的一项研究表明，在包括癌症在内的一系列疾病中，AMPK的二甲双胍激活可以限制Janus激酶（janus kinase，JAK）/STAT依赖性信号转导途径的激活[111]。STAT信号通路的激活与癌细胞的增殖和侵袭有关[112]，而YANG等[113]发现二甲双胍通过JAK/STAT信号通路抑制了食管鳞状细胞癌的细胞增殖。

6 结语

细胞能量的下降状态促进了细胞能量传感器——AMPK的激活，而由二甲双胍引起的AMPK的激活被认为是导致肝脏糖异生抑制的重要机制。然而，最近的研究表明，二甲双胍抑制肝脏葡萄糖产生的机制中除了AMPK的激活以外，还有其他机制的参与。二甲双胍抑制呼吸链复合物Ⅰ导致的肝脏能量状态降低可能是药物快速减少肝脏糖异生的核心解释。同时，二甲双胍可通过AMPK信号通路抑制脂肪的生成，从而起到抑制肿瘤增殖和转移的作用。对于近年来研究较多的肿瘤周边微环境，二甲双胍也可以通过其发挥抑癌作用，从而进一步提高二甲双胍对于肿瘤的抑制作用。因此，二甲双胍可作为降低癌细胞生存率而又不损伤正常细胞的较为理想的抗癌治疗药物，其发展前景还是非常可观的。