二甲双胍抗胃癌机制的研究进展

熊芬,王德强,李小琴

胃癌是常见的消化道肿瘤,其发病率在世界上所有肿瘤中排名第五位,死亡率是第四位。根据2020年最新数据显示,全球胃癌每年的新发患者数为1 089 103,而因胃癌死亡的人数达到了768 793。在我国,胃癌是所有肿瘤中发病率和死亡率第三的肿瘤[1]。二甲双胍是治疗Ⅱ型糖尿病的常用药。近年来,研究发现二甲双胍有对多种肿瘤有抑制作用,如膀胱癌、乳腺癌、卵巢癌、胃癌等[2]。韩国的一项研究对39 989例糖尿病患者进行回顾性分析,结果发现与未使用二甲双胍组相比,规律使用二甲双胍可以降低糖尿病患者的胃癌患病风险(HR=0.8,95%CI:0.83～0.98,P=0.013)[3]。Zhou等[4]对7项回顾性队列研究进行了Meta分析,结果显示:服用二甲双胍可以降低糖尿病患者患胃癌的风险(HR=0.763,95%CI:0.642～0.905)。Lee等[5]对1 974例行胃癌根治术的患者进行回顾性分析,其中132例糖尿病患者使用了二甲双胍,195例糖尿病患者未使用二甲双胍,结果显示,服用二甲双胍组的患者和未服用二甲双胍组的患者5年总生存率分别为 83.3%vs.72.7%(HR=0.584,95%CI:0.369～0.926,P<0.000 1);特异性生存率为86.4%vs.79.4%(HR=0.633,95%CI:0.410～0.977,P<0.000 1);无瘤生存率为81.1%vs.68.6%(HR=0.57,95%CI:0.334～0.975,P=0.001)。二甲双胍可以降低糖尿病患者患胃癌风险,改善糖尿病患者胃癌根治术后的无瘤生存期、总生存期。进一步研究发现二甲双胍可通过多种机制抑制胃癌发生发展,本文就二甲双胍抑制胃癌机制研究进展综述如下。

1 二甲双胍抑制胃癌发展的机制

1.1 AMPK通路

二甲双胍进入细胞后在线粒体基质中累积,作用于氧化呼吸链的复合体I从而抑制腺苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)的合成,引起单磷酸腺苷(adenosine monophosphate,AMP)/ATP比值增加并激活AMP依赖的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)[6]。激活的AMPK的抗肿瘤机制如下。

1.1.1 抑制WNT/β-catenin通路 WNT/β-catenin通路在肿瘤的发生发展中起到重要作用,可以调节细胞周期、促进上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)等。Chang等[7]的研究表明,二甲双胍可以逆转胃癌的EMT。Valaee等[8]和Jun等[9]证实,二甲双胍作用于胃腺癌细胞(AGS),可通过抑制WNT/β-catenin通路降低β-连环蛋白(β-catenin)、波形蛋白、基质金属蛋白酶-9(matrix metalloprotein 9,MMP-9)和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)的表达。Chia等[10]发现,30%的胃癌患者高表达Kruppel样因子5(kruppel like factor 5,KLF5)、GATA结合蛋白4(GATA binding protein 4,GATA4)和GATA结合蛋白6(GATA binding protein 6,GATA6),KLF5与GATA相互作用靶向肝细胞核因子4α(hepatocyte nuclear factor 4α,HNF4α),它在多种癌症中过度表达,并参与细胞增殖。AMPK可以通过KLF5-GATA4/6-HNF4α途径抑制WNT/β-catenin通路,导致细胞周期蛋白表达下调、G2/M期阻滞、肿瘤生长抑制、抑制其迁移和侵袭能力[10]。

1.1.2 抑制SHH通路 SHH通路在许多肿瘤干细胞(cancer stem cell,CSCs)中起着关键作用,例如胶质母细胞瘤干细胞、CD34白血病细胞和乳腺CSCs。Zhou等[11]发现,胃癌CSCs中SHH通路相关基因高表达,如Shh、Ptch、Gli1。阻断SHH通路后CSCs自我更新能力、化学耐药性受到抑制,增强了体内肿瘤对药物的反应。Song等[12]发现,AMPK可以调节SHH通路,导致Shh、Gli1的下调。因此,二甲双胍可能通过AMPK调控SHH通路,这可能成为胃癌治疗的新靶点。

1.1.3 抑制mTOR通路 雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of mycin,mTOR)是一种丝氨酸/苏氨酸激酶。mTOR信号通路参与物质代谢、细胞凋亡、细胞自噬等生命活动,在多种疾病中扮演着重要的角色[13]。Han等[14]发现在胃癌细胞中,二甲双胍可通过AMPK抑制mTOR通路,进一步诱导半胱天冬酶3、7和多聚腺苷二磷酸核糖多聚酶蛋白表达,并抑制生存素的表达,从而介导细胞凋亡。Zhen等[15]发现,抑制mTORC1能通过抑制缺氧诱导因子1α(HIF1α)导致丙酮酸激酶2表达下降,影响葡萄糖代谢。此外,mTORC1还可通过抑制HIF1α导致VEGF的表达下降,从而抑制血管新生,起到抗肿瘤作用[16]。

1.2 胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor,IGF)信号通路

除AMPK通路外,二甲双胍还可通过抑制IGF信号通路抑制胃癌的发生发展。IGF-1是促进细胞有丝分裂、参与肿瘤的侵袭和转移的细胞因子。研究发现,胰岛素受体和胰岛素样生长因子1受体(insulin-like growth factor 1 recpeter,IGF-1R)在多种恶性肿瘤中过表达,如乳腺癌、肝癌、结肠癌、胰腺癌和皮肤癌等。Shan等[17]发现,与正常组织相比,胃癌组织的IGF-1、胰岛素水平明显升高。IGF-1与IGF-1R结合后可通过激活IGF-1/PI3K/AKT通路从而促进肿瘤的生长、转移和侵袭。二甲双胍是一种胰岛素增敏剂,它会减少胰岛素和IGF-1的产生,从而抑制IGF信号通路,促进细胞凋亡、抑制胃癌侵袭及转移能力,发挥抗肿瘤作用[18]。

1.3 二甲双胍对肿瘤微环境的作用

肿瘤微环境(tumor microenvironment,TME)由多种成分所构成,包括肿瘤细胞、基质细胞、免疫细胞细胞分泌产物(如细胞因子和趋化因子)和细胞外基质,同时也可能存在TME的代谢产物和特定的环境[19]。肿瘤微环境在肿瘤的发生、发展及耐药中均扮演着重要的角色。

1.3.1 激活免疫 肿瘤浸润淋巴细胞是指存在于肿瘤部位及间质内的免疫细胞,包括T细胞、B细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞等。CD8+T细胞是体内重要的免疫细胞,它通过特异性杀伤肿瘤细胞发挥着主要的抗肿瘤功能。在抗肿瘤免疫过程中,肿瘤细胞会诱导免疫抵抗,CD8+T细胞分泌白细胞介素-2(interleukin-2,IL-2)、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和干扰素γ(interferon-γ,IFN-γ)逐渐减少,并且CD8+T细胞最终会发生凋亡。二甲双胍可增强CD8+T细胞分泌IL-2、TNF-α和IFN-γ功能,发挥抗肿瘤功能。更重要的是,Eikawa等[20]发现在小鼠的实体瘤中,二甲双胍不仅可以通过激活CD8+T细胞,抑制其凋亡,增强机体免疫应答,而且可以通过诱导CD8+T细胞迁移到TME中,重新激活抗肿瘤免疫。但二甲双胍通过何种机制影响CD8+T细胞功能目前仍不明确,仍需深入研究。

1.3.2 影响肿瘤相关成纤维细胞(cancer associated fibroblast,CAF)活性 CAF可通过产生血管生成因子、营养素、细胞外基质蛋白促进肿瘤的进展。在胰腺癌中,二甲双胍通过促进CAF发生自噬,从而改善肿瘤微环境[21]。Chen等[22]将胃CAF用二甲双胍预处理,然后将其与胃癌细胞共培养,结果显示,二甲双胍可增加胃CAF培养基中钙调蛋白样蛋白3(Calml3)的表达,而Calml3可抑制胃癌细胞的克隆形成,从而抑制胃癌细胞的增殖能力。

1.4 二甲双胍抑制幽门螺旋杆菌

幽门螺旋杆菌是胃癌发生的主要危险因素,世界卫生组织国际癌症研究机构将幽门螺杆菌列为一类胃癌致癌物。回顾性研究证实,根除幽门螺旋杆菌可以降低胃癌发病率[23-24]。对于诊断幽门螺旋杆菌阳性的患者,有必要进行幽门螺旋杆菌根除治疗。然而,由于抗生素的滥用,导致传统的治疗方案耐药性增加,疗效不佳。Courtois等[25]在感染幽门螺旋杆菌的小鼠模型的体内外实验中发现,二甲双胍可直接抑制幽门螺杆菌的增长,此外,二甲双胍治疗组小鼠的胃部细菌少于对照组小鼠。Choi等[26]发现,幽门螺杆菌毒力因子CagA与调节肠道分化的转录因子CDX1的异常表达有关,二甲双胍可通过减少CDX1降低EMT和干细胞标志物的表达,减少肿瘤群落的形成,从而起到抗肿瘤作用。二甲双胍可能通过抑制幽门螺旋杆菌来预防胃癌发生,但具体的抗菌机制仍需继续进一步研究。

1.5 二甲双胍调节肠道微环境

研究表明,约20%的人类恶性肿瘤与微生物有关。肠道微生物在胃肠道肿瘤的发生、发展过程中起到重要作用。微生物群通过攻击宿主黏膜屏障影响细胞生长周期、扰乱免疫系统功能以及影响宿主内的代谢,从而诱导癌症的发生。此外,肠道微生物还会影响抗肿瘤治疗的疗效[27]。Wu等[28]在一项随机、双盲研究中发现,二甲双胍可改变肠道微生物群的组成及其功能,进而增强药物的治疗效果。Liu等[29]在一项临床研究中发现,二甲双胍治疗后的患者肠道的弱拟杆菌丰度降低,弱拟杆菌可促进初级胆汁酸转化为次级胆汁酸,次级胆汁酸可为肿瘤细胞的生长提供良好的微环境。

2 抗肿瘤药物联合二甲双胍的疗效

2.1 曲妥珠单抗联合二甲双胍

人类表皮生长因子受体2(human epidermal growth factor receptor 2,HER2)是重要的癌基因,对肿瘤细胞的增殖、侵袭以及迁移具有重要作用。曲妥珠单抗是靶向HER2的一种人源性单克隆抗体,已在HER2阳性乳腺癌中得到广泛应用[30]。HER2阳性胃癌约占胃癌的10%,曲妥珠单抗是唯一被美国食品药品监督管理局批准用于HER2阳性进展期胃癌一线治疗的靶向药物,长期使用曲妥珠单抗易发生耐药。Wang等[31]在体内外实验发现,长期使用曲妥珠单抗可以激活BMAL1-CLOCK异二聚体,促进PER1与过氧化物酶体增殖物激活受体γ的结合,从而导致己糖激酶2的上调,引起糖酵解活性增强、形成昼夜节律导致耐药。二甲双胍联合曲妥珠单抗可以通过激活AMPK从而抑制糖酵解及时钟基因PER1的表达,从而扰乱了昼夜节律,促进胃癌细胞死亡,提高了患者的预后。但目前没有二甲双胍联合曲妥珠单抗治疗胃癌的临床研究,仍需进一步深入研究。

2.2 联合顺铂

顺铂是胃癌治疗中常见的化疗药物。顺铂的抗癌活性是基于其与嘌呤碱基相互作用的能力,诱导形成链内和链间DNA-蛋白质相互作用,从而阻止转录、细胞复制和诱导凋亡。二甲双胍联合顺铂可通过AKT/mTOR通路抑制癌细胞存活、增殖、生长、血管生成及转移。Yu等[32]建立了小鼠异种移植模型,结果发现,与单独用药相比,二甲双胍联合顺铂可显著抑制胃癌发生腹膜播散,并增强单药的抗肿瘤疗效。Choi等[26]也发现二甲双胍与顺铂联合使用比单用顺铂更能抑制肿瘤生长、增加caspase-3切割、降低CD44和MMP-9的表达。

2.3 二甲双胍联合多柔比星

多柔比星是常用的广谱抗癌药,其作用机制主要是通过抑制拓扑异构酶Ⅱ活性抑制细胞有丝分裂发挥抗癌作用。Yu等[32]在AGS的体外实验中发现,二甲双胍联合多柔比星可减少细胞迁移和侵袭、促进细胞发生凋亡。与多柔比星单独用药相比,联用二甲双胍可增强其抗肿瘤效果。Zarei等[33]也得到了类似的结果,二甲双胍加姜黄素联合多柔比星可协同抑制AGS的细胞增殖,并阻止迁移、侵袭和集落形成。但目前只进行了体外实验,二甲双胍促进多柔比星抗肿瘤作用的机制也不明确,仍需进一步增加研究。

3 小结

二甲双胍作为一种传统的抗糖尿病药物,目前已成为治疗癌症的研究热点。二甲双胍抗胃癌的机制主要包括对胃癌细胞的调节、对肿瘤微环境的调节、抑制幽门螺旋杆菌及调节肠道菌群。其中,抗胃癌细胞的机制包括AMPK依赖途径:抑制WNT/β-catenin、SHH、mTOR通路;非AMPK依赖途径:抑制IGF通路。二甲双胍对肿瘤微环境的调节则是通过免疫激活、影响CAF活性来实现。此外,二甲双胍联合曲妥珠单抗、顺铂、多柔比星可以减少胃癌细胞增殖、转移、耐药,从而发挥协同抗肿瘤的效果。然而,目前关于二甲双胍抗胃癌的研究仍有局限,需要更多的临床试验数据为二甲双胍治疗胃癌提供依据,这也是未来研究的方向。