降糖藥二甲雙胍治療乳腺癌的研究進(jìn)展

Research Development of Effect of Metformin on Breast Cancer

李璞玉，馮笑山

?

降糖藥二甲雙胍治療乳腺癌的研究進(jìn)展

Research Development of Effect of Metformin on Breast Cancer

李璞玉，馮笑山

摘要：目的探討降糖藥二甲雙胍在治療乳腺癌中的研究進(jìn)展。方法參閱國(guó)內(nèi)外發(fā)表的文獻(xiàn)，綜述降糖藥二甲雙胍在治療乳腺癌中的研究新進(jìn)展。結(jié)果二甲雙胍的抗腫瘤作用已經(jīng)通過多種細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。其作為治療糖尿病的一線用藥能夠降低人類癌癥的發(fā)病率并且提高癌癥患者的生存質(zhì)量，包括乳腺癌。AMPK/mTOR信號(hào)通路參與了二甲雙胍抗乳腺癌作用的機(jī)制。二甲雙胍還能夠靶向作用于腫瘤干細(xì)胞。結(jié)論二甲雙胍臨床應(yīng)用的安全性、確切的藥物效應(yīng)和低廉的藥價(jià)，使其成為一種理想的抗腫瘤藥物候選者。

關(guān)鍵詞：二甲雙胍；乳腺癌；AMPK/mTOR；腫瘤干細(xì)胞

作者單位：河南科技大學(xué)第一附屬醫(yī)院，河南洛陽 471003

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，2008年全球女性乳腺癌標(biāo)化發(fā)病率為39.0/10萬，標(biāo)化死亡率為12.5/10萬，居女性惡性腫瘤首位。2000年至2009 年我國(guó)隨著人口老齡化以及飲食結(jié)構(gòu)的改變，乳腺癌的發(fā)病率逐年上升，并呈年輕化趨勢(shì)。

在乳腺癌預(yù)防的臨床試驗(yàn)中，使用特異性雌激素受體及芳香化酶類抑制劑進(jìn)行的內(nèi)分泌激素干預(yù)治療已被證實(shí)對(duì)乳腺癌有確切的預(yù)防及治療作用。最新的研究表明，二甲雙胍作為治療糖尿病的一線用藥能夠降低人類癌癥的發(fā)病率，并提高包括乳腺癌癌癥患者的生存質(zhì)量。

1二甲雙胍的應(yīng)用歷史

1.1二甲雙胍的早期應(yīng)用二甲雙胍、苯乙雙胍和丁雙胍等雙胍類藥物是從香草山羊豆(法國(guó)丁香花屬，也稱為Goat′s Rue或Italian Fitch)中提取，最初用于治療高血糖癥和2型糖尿病。雙胍類的藥物使用可以追溯到古代埃及和中世紀(jì)歐洲，當(dāng)時(shí)人們將茶和法國(guó)山羊豆混合用于緩解糖尿病所引起的多尿癥和口臭[3-5]。19世紀(jì)20年代，科學(xué)家從法國(guó)山羊豆中提取出雙胍類的活性成分，并于19世紀(jì)50年代用于臨床治療當(dāng)中[3,5-6]。到19世紀(jì)70年代，苯乙雙胍和丁雙胍由于其可導(dǎo)致乳酸酸中毒，從而逐漸在臨床應(yīng)用中銷聲匿跡。而二甲雙胍作為最為普遍應(yīng)用的處方降糖藥，全球每年有1億多張?zhí)幏绞褂枚纂p胍。二甲雙胍除了應(yīng)用于治療糖尿病，還對(duì)多囊性卵巢綜合征有確切的治療效果，并且科研人員也一直在探索其抗病毒和抗腫瘤的作用機(jī)理[7-9]。最初雙胍類藥物在腫瘤中的應(yīng)用價(jià)值是在一系列研究非糖尿病患者代謝改變中發(fā)現(xiàn)的。近期，二甲雙胍被證實(shí)能夠降低糖尿病患者的癌癥發(fā)病率和死亡率，二甲雙胍降低胰島素水平的作用可能促使其產(chǎn)生抗腫瘤效應(yīng)[7,10-12]。作者將詳細(xì)討論二甲雙胍治療腫瘤的作用及其可能的機(jī)制。

1.2二甲雙胍的抗腫瘤作用二甲雙胍治療腫瘤的前景在糖尿病并發(fā)腫瘤患者的大型回顧性流行病學(xué)研究中被首次發(fā)現(xiàn)。一個(gè)隨機(jī)的臨床3期試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)了二甲雙胍在降低乳腺癌發(fā)病率和提高早期乳腺癌生存率方面有著巨大的潛能。流行病學(xué)研究表明在糖尿病和非糖尿病中二甲雙胍的使用均能降低乳腺癌發(fā)生及發(fā)展風(fēng)險(xiǎn)。另外，一些臨床研究也表明在乳腺癌化療、放療等輔助治療中，二甲雙胍扮演保護(hù)者的角色。觀察性研究表明，接受二甲雙胍標(biāo)準(zhǔn)劑量(成人每日1 500～2 250 mg)治療的糖尿病患者，能夠降低其腫瘤發(fā)病率和腫瘤致死率[10,13-17]。Evans等發(fā)現(xiàn)糖尿病患者接受二甲雙胍治療后，其腫瘤發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)降低，二甲雙胍對(duì)患者具有保護(hù)效應(yīng)[10]。

2二甲雙胍治療乳腺癌機(jī)制的研究進(jìn)展

2.1二甲雙胍治療乳腺癌的細(xì)胞水平研究二甲雙胍在體外實(shí)驗(yàn)中能夠抑制多種分子類型的乳腺癌細(xì)胞株。二甲雙胍對(duì)雌激素受體(ER)陽性和陰性的乳腺癌細(xì)胞，以及erbB2正常及異常表達(dá)的細(xì)胞生長(zhǎng)均具有抑制作用，并且減少了細(xì)胞克隆形成，引起部分細(xì)胞阻滯在G1期[19]。通過檢測(cè)DNA碎片和PARP剪切蛋白的表達(dá)，二甲雙胍能夠引起腔上皮細(xì)胞A型、B型和erbB2亞型細(xì)胞的凋亡[20]。在人乳腺癌細(xì)胞株MCF-7中，二甲雙胍作為腫瘤抑制劑而非胰島素敏感藥物，通過對(duì)AMPK通路的激活和mTOR的抑制，導(dǎo)致蛋白的降解，從而起到了抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)增殖的作用。二甲雙胍對(duì)其他腫瘤細(xì)胞也展示出明顯的生長(zhǎng)抑制效應(yīng)。在細(xì)胞培養(yǎng)中，二甲雙胍能夠抑制多種腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，包括乳腺癌細(xì)胞、前列腺癌細(xì)胞、結(jié)腸癌細(xì)胞、子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞、卵巢癌細(xì)胞和膠質(zhì)瘤細(xì)胞。二甲雙胍還被發(fā)現(xiàn)能夠誘導(dǎo)某些細(xì)胞株的細(xì)胞凋亡，如子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞、膠質(zhì)瘤細(xì)胞和三陰性乳腺癌細(xì)胞等[21-27]。

2.2二甲雙胍治療乳腺癌的動(dòng)物水平研究不僅是在乳腺癌，在其他腫瘤中，二甲雙胍也有著重要的作用。二甲雙胍能降低多種轉(zhuǎn)基因小鼠異體移植的腫瘤生長(zhǎng)，包括乳腺癌細(xì)胞、前列腺癌細(xì)胞，并且抑制轉(zhuǎn)基因小鼠乳腺癌、結(jié)腸癌及其他腫瘤的發(fā)生[28]。此外，二甲雙胍能夠抑制小鼠體內(nèi)化學(xué)誘導(dǎo)的肺癌和結(jié)腸癌的癌前病變[29]。在前列腺癌、結(jié)腸癌細(xì)胞中，二甲雙胍能夠通過抑制cyclin D1蛋白水平的表達(dá)來抑制細(xì)胞周期。在后續(xù)的一些體內(nèi)試驗(yàn)中使用裸鼠腹腔注射或口服二甲雙胍，腫瘤生長(zhǎng)抑制率達(dá)到55%[30]。

2.3二甲雙胍與AMPK/mTOR信號(hào)通路二甲雙胍對(duì)腫瘤細(xì)胞的增殖抑制效應(yīng)與AMPK的激活相關(guān)，同時(shí)抑制了mTOR信號(hào)通路和其對(duì)應(yīng)的蛋白合成等多種反應(yīng)，包括EGFR、Src、MARK、cyclinD1表達(dá)降低，p27表達(dá)增加等[31-33]。2007年Dowling等人在發(fā)現(xiàn)二甲雙胍能夠通過激活A(yù)MPK來抑制mTOR，從而抑制乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[34]。在缺乏TSC2，LKB1和經(jīng)過AMPK抑制劑處理過的細(xì)胞中，此抑制效應(yīng)消失，說明LKB1、AMPK和TSC2在二甲雙胍的作用機(jī)制中起著重要作用。研究證明二甲雙胍能夠激活化療誘導(dǎo)的AMPK活化并且增強(qiáng)化療對(duì)乳腺癌、肺癌、前列腺癌細(xì)胞的毒性[35]。

2.4二甲雙胍與腫瘤干細(xì)胞近幾年二甲雙胍在腫瘤干細(xì)胞研究領(lǐng)域中獲得了高度關(guān)注。近期的一些研究表明，二甲雙胍可能靶向作用于腫瘤干細(xì)胞。例如，二甲雙胍能夠抑制乳腺癌細(xì)胞亞群的生長(zhǎng)，并且能夠抑制小鼠體內(nèi)異體移植的腫瘤形成。二甲雙胍聯(lián)合赫塞汀能夠?qū)ER2過表達(dá)乳腺癌腫瘤干細(xì)胞的細(xì)胞群落產(chǎn)生生長(zhǎng)抑制效應(yīng)。有趣的是，二甲雙胍可能也通過轉(zhuǎn)錄性地抑制上皮間充質(zhì)化(EMT)來參與調(diào)節(jié)乳腺癌腫瘤干細(xì)胞的發(fā)生[36]。

3二甲雙胍抗腫瘤作用的臨床試驗(yàn)進(jìn)展

在2 529位乳腺癌患者的臨床試驗(yàn)中，包括155位糖尿病患者，其中有68位接受二甲雙胍的治療，87位沒有接受二甲雙胍的治療，結(jié)果在沒有接受二甲雙胍治療的乳腺癌患者中，完全緩解期為8%，接受二甲雙胍治療的乳腺癌患者為24%[18]。在乳腺癌患者中，二甲雙胍的臨床應(yīng)用表現(xiàn)出相似的保護(hù)作用。而且，在最近以非糖尿病患者為研究對(duì)象的臨床試驗(yàn)表明，低劑量的二甲雙胍(250 mg/d)能夠降低非糖尿病患者中結(jié)腸癌的發(fā)病率和結(jié)腸上皮細(xì)胞的增殖[19]。此外，現(xiàn)階段正在進(jìn)行的二甲雙胍輔助治療乳腺癌的實(shí)驗(yàn)中，證明了二甲雙胍在腫瘤細(xì)胞增殖、凋亡中的抑制效應(yīng)，具有臨床應(yīng)用的安全性和耐受性[20-21]。與未經(jīng)二甲雙胍干預(yù)的糖尿病患者相比，經(jīng)過二甲雙胍治療的糖尿病患者，各類型腫瘤的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)和死亡率均有降低。然而，盡管經(jīng)過二甲雙胍治療的乳腺癌患者病理完全緩解期的百分比增加，但其未能顯著改善3 a無復(fù)發(fā)乳腺癌患者的生存率[13-17]。此外，在另一組糖尿病并發(fā)前列腺癌患者的臨床研究中，二甲雙胍的使用與治療效果并無相關(guān)性。因此，二甲雙胍對(duì)癌癥復(fù)發(fā)和生存率的改善就需要更進(jìn)一步的臨床研究來闡釋。

4二甲雙胍治療乳腺癌的局限性

臨床應(yīng)用的安全性、確切的藥物效應(yīng)和低廉的藥價(jià)，使二甲雙胍成為一種理想的抗腫瘤候選藥物。近期流行病學(xué)的證據(jù)、臨床和臨床前實(shí)驗(yàn)都證明了二甲雙胍的潛在抗腫瘤效應(yīng)。然而，二甲雙胍要作為腫瘤輔助治療藥物，許多問題仍需進(jìn)一步闡明和證實(shí)。尤其在流行病學(xué)回顧性研究中，糖尿病人群中首次發(fā)現(xiàn)二甲雙胍的抗腫瘤效應(yīng)很難被臨床應(yīng)用來證實(shí)。雖然通過很多研究手段(如細(xì)胞培養(yǎng)和小鼠模型)完善了部分二甲雙胍抗腫瘤作用的機(jī)制，但這些研究很多是通過人為的依賴非生理性劑量的二甲雙胍，同時(shí)使用過量的胰島素和生長(zhǎng)因子來實(shí)現(xiàn)的。最新的一些實(shí)驗(yàn)中，通過應(yīng)用更接近生理性濃度的二甲雙胍建立的體外實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停玫亟忉屃硕纂p胍(胰島素依賴型和胰島素非依賴型)的作用機(jī)制?？刂贫纂p胍敏感性的關(guān)鍵因素，對(duì)臨床試驗(yàn)的設(shè)計(jì)和患者的篩選是十分重要的。目前關(guān)于二甲雙胍臨床試驗(yàn)表明，二甲雙胍對(duì)高胰島素血癥患者和胰島素受體LKB1、TSC2陽性的腫瘤患者的治療效果最好，而對(duì)正常胰島素水平的患者和缺乏胰島素受體LKB1、TSC2表達(dá)的腫瘤患者，二甲雙胍卻沒有抗腫瘤作用[37]。進(jìn)一步基礎(chǔ)研究和相關(guān)的臨床試驗(yàn)對(duì)完善二甲雙胍藥物作用機(jī)制是至關(guān)重要的，這些研究應(yīng)包括通過篩選一系列腫瘤患者(包括糖尿病患者)來識(shí)別、預(yù)測(cè)二甲雙胍的抗腫瘤效應(yīng)和治療反應(yīng)的生物學(xué)標(biāo)記物。探索二甲雙胍對(duì)非糖尿病患者的作用機(jī)制和區(qū)分二甲雙胍的直接和間接效應(yīng)是研究二甲雙胍治療腫瘤的下一個(gè)挑戰(zhàn)。

5總結(jié)

二甲雙胍不僅能夠較好地控制糖尿病人的血糖，同時(shí)對(duì)乳腺癌還有抗腫瘤作用。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)表明二甲雙胍有效抑制各種乳腺癌細(xì)胞增殖。主要分子機(jī)制包括AMPK/mTOR以及直接靶向腫瘤干細(xì)胞。臨床試驗(yàn)表明，經(jīng)過二甲雙胍治療的糖尿病患者，各類型腫瘤的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)和死亡率均有降低。然而，二甲雙胍要作為腫瘤輔助治療藥物，許多問題仍需進(jìn)一步闡明和證實(shí)。目前，將二甲雙胍作為抗腫瘤藥物的臨床試驗(yàn)正在進(jìn)行，包括針對(duì)乳腺癌、前列腺癌、子宮內(nèi)膜癌和胰腺癌患者。如加拿大國(guó)家癌癥研究所臨床研究組已經(jīng)開展了針對(duì)超過3 500名早期乳腺癌女性患者二甲雙胍和安慰劑組大型臨床3期研究[38]。隨著新型預(yù)臨床模型的建立，這些臨床研究會(huì)讓二甲雙胍作為潛在抗癌藥物的研究日趨完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐志柳,白潔,顧麗娜,等.2000-2010年我國(guó)前列腺癌和乳腺癌流行狀況的系統(tǒng)性綜述.中國(guó)腫瘤,2013,22(4):22-23.

[2]Beate C. Litzenburger,Powel H.Brown.Advances in preventive therapy for estrogen receptor negative breast cancer.Curr Breast Cancer Rep,2014,6(2):96-109.

[3]Witters LA.The blooming of the French lilac.J Clin Invest,2001,108(8):1105-1107.

[4]Hadden DR.Goats rue-French lilac-Italian fitch-Spanish sainfoin: gallega officinalis and metformin: the Edinburgh connection.J R Coll Physicians Edinb,2005,35(3):258-260.

[5]Bailey CJ,Day C.Metformin: its botanical background.Pract Diab Int,2004,21(3):115-117.

[6]Bailey CJ,Turner RC.Metformin.N Engl J Med,1996,334(9):574-579.

[7]Ben Sahra,Le Marchand-Brustel Y,Tanti JF,et al.Metformin in cancer therapy:a new perspective for an old antidiabetic drug.Mol Cancer Ther,2010,9(5):1092-1099.

[8]Diamanti-Kandarakis E,Economou F,Palimeri S,et al.Metformin in polycystic ovary syndrome.Ann N Y Acad Sci,2010,1205:192-198.

[9]Rotella CM,Monami M,Mannucci E.Metformin beyond diabetes: new life for an old drug. Curr Diabetes Rev,2006,2(3):307-315.

[10]Evans JM,Donnelly LA,Emslie-Smith AM,et al.Metformin and reduced risk of cancer in diabetic patients.BMJ,2005,330(7503):1304-1305.

[11]Goodwin PJ,Pritchard KI,Ennis M,et al.Insulin-lowering effects of metformin in women with early breast cancer.Clin Breast Cancer,2008,8(6):501-505.

[12]Algire C,Zakikhani M,Blouin MJ,et al.Metformin attenuates the stimulatory effect of a high-energy diet on in vivo LLC1 carcinoma growth.Endocr Relat Cancer,2008,15(3):833-839.

[13]Libby G,Donnelly LA,Donnan PT,et al.New users of metformin are at low risk of incident cancer: a cohort study among people with type 2 diabetes.Diabetes Care,2009,32(9):1620-1625.

[14]Decensi A,Puntoni M,Goodwin P,et al.Metformin and cancer risk in diabetic patients: a systematic review and meta-analysis.Cancer Prev Res (Phila),2010,3(11):1451-1461.

[15]Landman GW,Kleefstra N,van Hateren KJ,et al.Metformin associated with lower cancer mortality in type 2 diabetes: ZODIAC-16.Diabetes Care,2010,33(2):322-326.

[16]Monami M,Lamanna C,Balzi D,et al.Sulphonylureas and cancer: a case-control study. Acta Diabetol,2009,46(4):279-284.

[17]Bowker SL,Majumdar SR,Veugelers P,et al.Increased cancer-related mortality for patients with type 2 diabetes who use sulfonylureas or insulin.Diabetes Care,2006,29(2):254-258.

[18]Al-Hajj M,Wicha MS,Benito-Hernandez A,et al.Prospective identification of tumorigenic breast cancer cells.Proc Natl Acad Sci USA,2003,100(7):3983-3988.

[19]Dave B,Chang J.Treatment resistance in stem cells and breast cancer.J Mammary Gland Biol Neoplasia,2009,14(1):79-82.

[20]Lacerda L,Pusztai L,Woodward WA.The role of tumor initiating cells in drug resistance of breast cancer: implications for future therapeutic approaches.Drug Resist Updat,2010,13(4-5):99-108.

[21]Hosono K,Endo H,Takahashi H,et al.Metformin suppresses colorectal aberrant crypt foci in a short-term clinical trial.Cancer Prev Res (Phila),2010,3(9):1077-1083.

[22]Niraula S,Stambolic V,Dowling RJO,et al.Clinical and biologic effects of metformin in early stage breast cancer.Cancer Res,2010,70(24):PD03-06.

[23]Hadad SM,Dewar JA,Elseedawy E,et al.Gene Signature of metformin actions on primary breast cancer within a window of opportunity randomize clinical trial.J Clin Oncol,2010,28(Suppl):560.

[24]Dowling RJ,Zakikhani M,Fantus IG,et al.Metformin inhibits mammalian target of rapamycin-dependent translation initiation in breast cancer cells.Cancer Res,2007,67(22):10804-10812.

[25]Zakikhani M,Dowling R,Fantus IG,et al.Metformin is an AMP kinase-dependent growth inhibitor for breast cancer cells.Cancer Res,2006,66(21):10269-10273.

[26]Ben Sahra I,Laurent K,Loubat A,et al.The antidiabetic drug metformin exerts an antitumoral effect in vitro and in vivo through a decrease of cyclin D1 level.Oncogene,2008,27(25):3576-3586.

[27]Buzzai M,Jones RG,Amaravadi RK,et al.Systemic treatment with the antidiabetic drug metformin selectively impairs p53-deficient tumor cell growth.Cancer Res,2007,67(14):6745-6752.

[28]Cantrell LA,Zhou C,Mendivil A,et al.Metformin is a potent inhibitor of endometrial cancer cell proliferation-implications for a novel treatment strategy.Gynecol Oncol,2010,116(1):92-98.

[29]Isakovic A,Harhaji L,Stevanovic D,et al.Dual antiglioma action of metformin: cell cycle arrest and mitochondria-dependent apoptosis.Cell Mol Life Sci,2007,64(10):1290-1302.

[30]Gotlieb WH,Saumet J,Beauchamp MC,et al.In vitro metformin anti-neoplastic activity in epithelial ovarian cancer.Gynecol Oncol,2008,110(2):246-250.

[31]Anisimov VN,Berstein LM,Egormin PA,et al.Effect of metformin on life span and on the development of spontaneous mammary tumors in HER-2/neu transgenic mice.Exp Gerontol,2005,40(8-9):685-693.

[32]Tomimoto A,Endo H,Sugiyama M,et al.Metformin suppresses intestinal polyp growth in ApcMin mice.Cancer Sci,2008,99(11):2136-2141.

[33]Nahta R,O′Regan RM.Evolving strategies for overcoming resistance to HER2-directed therapy: targeting the PI3K/Akt/mTOR pathway.Clin Breast Cancer,2010,10(Suppl 3): 72-78.

[34]Liu B,Fan Z,Edgerton SM,et al.Metformin induces unique biological and molecular responses in triple negative breast cancer cells.Cell Cycle,2009,8:2031-2040.

[35]Bansal N,Banerjee D.Tumor initiating cells.Curr Pharm Biotechnol,2009,10(2):192-196.

[36]Ma C,Niu X,Luo J,et al.Combined effects of lapatinib and bortezomib in human epidermal receptor 2 (HER2)-overexpressing breast cancer cells and activity of bortezomib against lapatinib-resistant breast cancer cells.Cancer Sci,2010,101(10):2220-2226.

[37]Vazquez-Martin A,Oliveras-Ferraros C,Cufi S,et al.Metformin regulates breast cancer stem cell ontogeny by transcriptional regulation of the epithelial-mesenchymal transition (EMT) status.Cell Cycle,2010,9(18):3807-3814.

[38]Dawid Walerych,Marco Napoli,Licio Collavin,et al.The rebel angel:mutant p53 as the driving oncogene in breast cancer.Carcinogenesis,2012,33(11):2007-2017.

通信作者：馮笑山，男，博士，教授，E-mail：samfeng137@hotmail.com

作者簡(jiǎn)介：李璞玉(1987-)，女，河南洛陽人，從事消化道腫瘤的基礎(chǔ)與臨床研究。

收稿日期：2015-04-24

中圖分類號(hào)：R737.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-688X(2015)04-0311-04