二甲雙胍抗腫瘤作用的研究進展

蔣騰，朱仲玲綜 述，閻昭，2審 校

（1.天津醫科大學腫瘤醫院臨床藥理研究室，國家腫瘤臨床醫學研究中心，天津市“腫瘤防治”重點實驗室，天津市惡性腫瘤臨床醫學研究中心，天津300060；2.天津市藥物臨床研究技術創新中心，天津300182）

二甲雙胍是治療2 型糖尿病的一線治療藥物。近年來的研究表明，除了降糖的作用以外，二甲雙胍在改善多囊卵巢綜合征[1]，控制體重[2]，延緩衰老[3]以及抗腫瘤[4]等方面都有作用，其中對抗腫瘤作用的研究最為廣泛。目前，二甲雙胍在肺癌、肝細胞癌、胃癌、甲狀腺癌等中表現出優秀的治療潛力。其臨床研究主要集中于抑制腫瘤細胞增殖，促進細胞凋亡，改善腫瘤微環境，增強免疫以及聯合其他藥物增加藥物敏感性[5-6]等方面。本文將從AMP 活化蛋白激酶（AMPK）依賴性與AMPK 非依賴性兩個方面，闡述二甲雙胍在抗腫瘤作用中的研究進展。

1 二甲雙胍依賴AMPK 的抗腫瘤作用

1.1 抑制脂質合成代謝 重編程是腫瘤細胞代謝異常的經典方式。近年來，通過同位素示蹤技術發現，線粒體呼吸是腫瘤細胞耐藥、轉移、維持腫瘤干細胞活性[7]以及腫瘤發生所必須的。線粒體呼吸的代謝中間產物促進脂質以及核酸的合成，用以維持細胞的生長與增殖。因此，在癌細胞中脂肪合成的速率會明顯增加。AMPK 通過靶向許多脂肪生成酶的活性來抑制脂肪生成。二甲雙胍通過激活AMPK，直接磷酸化固醇調節元件結合蛋白（SREBP）1c 的Ser372 殘基。從而抑制SREBP-1c 的前體形式（前體SREBP-1c）蛋白水解為成熟的SREBP-1c，進而下調SREBP-1c 的靶點，包括乙酰輔酶A 羧化酶（ACC）和脂肪酸合酶（FASN），這導致細胞內脂肪合成減少[8]。另一方面，AMPK 磷酸化可以直接失活ACC，抑制羥甲基戊二酸單酰輔酶A 還原酶（HMGCR）的合成，導致膽固醇的合成減少。因此，二甲雙胍通過抑制由AMPK 激活介導的脂肪生成而展現出其抗癌潛力。

1.2 控制自噬 自噬是一種保守的自降解系統，對于在壓力條件下維持細胞穩態至關重要。自噬可能通過抑制腫瘤的發生但促進腫瘤的發展而發揮著作用。AMPK 激活可以通過自噬協助細胞適應代謝應激，激活的AMPK 通過雷帕霉素復合物1（mTORC1）抑制以及unc-51 樣自噬激活激酶1（ULK1）磷酸化來觸發自噬。研究表明，二甲雙胍可以通過自噬抑制腫瘤的發展[9]。但是，最近的研究表明，二甲雙胍可以通過抑制自噬，促進細胞凋亡，從而發揮抗腫瘤作用[10]。

1.3 誘導細胞周期停滯 二甲雙胍作為線粒體復合體Ⅰ抑制劑，通過限制ATP 的合成，激活AMPK。在一項關于宮頸癌的研究中發現，二甲雙胍以劑量依賴性的方式激活AMPK 及其下游的p53，也可以減少與G0/G1 期相關的CyclinD1 表達誘導細胞周期停滯[11]。另有研究表明，二甲雙胍可抑制卵巢癌細胞的生長而不影響正常細胞[12]，并且與卵巢癌的p53突變狀態無關，而是通過AMPK/糖原合成酶激酶（GSK）3β 的激活，促進CyclinD1 蛋白酶體降解發揮細胞周期阻滯作用。p21 與p27 對細胞周期的調控同樣發揮重要作用，p21 與p27 的敲低會使S 期、G2/M 期的比例增加[13]。Zhou 等[14]對急性髓性白血病的研究表明，二甲雙胍通過AMPK 促進p53、p21CIP1和p27KIP1的表達，誘導細胞周期阻滯。

1.4 激活Foxo3a Foxo3a 在細胞凋亡、細胞增殖、DNA 損傷和抗氧化應激方面起著至關重要的作用。在腫瘤的發生、發展中，Foxo3a 作為抑癌基因發揮著作用。調節Foxo3a 活性是通過控制Foxo3a 在核和細胞質之間的轉運實現的。諸如蛋白激酶B（PKB）、細胞外信號調節激酶（ERK）等蛋白激酶以及聚（ADP-核糖）聚合酶1（PARP1)依賴性磷酸化作用有助于將其從細胞核中排除。在細胞質中，Foxo3a 被泛素化，然后被蛋白酶體降解從而失活。Foxo3a 失活與癌癥的發生和發展有關[15]。研究表明，激活AMPK可以通過調節Foxo3a 抑制上皮-間充質轉化（EMT）。Foxo3a 激活導致E-鈣黏蛋白基因的表達降低和編碼EMT 誘導轉錄因子的抑制[16]。同時，一項腦膠質瘤的研究表明，二甲雙胍通過AMPK 激活Foxo3a，在體外誘導干細胞樣神經膠質瘤起始細胞的分化，抑制干細胞樣神經膠質瘤起始細胞形成腫瘤。因此，二甲雙胍對腫瘤細胞的作用機制是通過激活AMPK-Foxo3a 軸發揮作用的[17]。

2 二甲雙胍不依賴AMPK 的抗腫瘤作用

2.1 增強免疫功能 二甲雙胍對腫瘤免疫微環境的影響越來越受到關注。腫瘤缺氧是免疫治療的障礙，二甲雙胍在體內外抑制腫瘤細胞中的氧氣消耗，從而減少了腫瘤微環境中的缺氧狀態，進而增強免疫功能。先前的研究表明，二甲雙胍可以通過調節脂肪酸代謝增加CD8+T 細胞的產生。最近的研究證實，二甲雙胍可以促進白細胞介素（IL）-2、腫瘤壞死因子（TNF）-α、干擾素（IFN）-γ 等細胞因子的產生，維持CD8+腫瘤浸潤淋巴細胞(TILs)的活性[18]。另一方面，二甲雙胍可以降低PD-L1 的穩定性和膜定位來增加細胞毒性T 細胞（CTL）的活性[19]。因此，將二甲雙胍與免疫療法相結合，提高腫瘤對免疫療法的敏感性成為可行的治療策略。

2.2 通過抑制未折疊蛋白反應（UPR）促進細胞凋亡 UPR 被認為可以保護腫瘤細胞免受葡萄糖缺乏和缺氧的應激條件以及免疫檢測的影響[20]。當腫瘤細胞處于應激條件下的時候，會導致錯誤折疊的蛋白質在內質網（ER）中積累。這種積累通過跨膜蛋白ATF6、蛋白激酶樣內質網激酶（PERK）和肌醇需求激酶(IRE1)的啟動誘導UPR 轉錄程序的激活[21]。UPR 通過限制ER 中錯誤折疊的蛋白質的積累，以及葡萄糖調節蛋白78（GRP78）和葡萄糖調節蛋白94（GRP94）的上調來維持細胞存活[22]。現在發現，二甲雙胍可以抑制轉錄激活因子XBP1 和ATF4 的產生，并在葡萄糖剝奪期間誘導大量細胞死亡。

2.3 抑制微管蛋白的表達 微管蛋白作為微管細胞骨架的組成部分，在細胞分裂、染色體分離以及細胞內物質運輸等方面發揮關鍵作用[23]。微管主要由α-微管蛋白和β-微管蛋白異二聚體組成。新近研究表明，幾種微管蛋白同種型（βⅠ-，βⅡ-，βⅢ-，βⅣa-和βⅤ-微管蛋白）的高表達與多種腫瘤進展、化療耐藥以及患者預后不良相關。其中，以βⅢ-微管蛋白（TUBB3）的研究較為廣泛，經過組織芯片分析發現，TUBB3 的高表達常見于各種腦腫瘤、肺癌、胰腺腺癌、腎細胞癌和惡性黑色素瘤[24]。同時，TUBB3 表達異常與肺癌、乳腺癌、卵巢癌和胃癌在內的多種腫瘤對紫杉醇類和生物堿類藥物的耐藥性有關[23]。先前的報道表明，二甲雙胍可以顯著降低乳腺癌細胞系中的微管相關蛋白[25]。

2.4 激活DNA 損傷反應（DDR） DDR 的缺失通過促進DNA 突變來促進腫瘤發展，共濟失調性毛細血管擴張突變（ataxia telangiectasia mutated，ATM）是介導DDR 的主要調節因子之一，二甲雙胍可能通過激活ATM 介導的DDR，使細胞對損傷敏感，從而顯著降低組織中功能異常的癌變前細胞的積累[26]。

2.5 調節腸道菌群 胰腺導管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC）的發生與十二指腸黏膜和管腔的微生物組成和多樣性發生變化有關，而二甲雙胍可改變十二指腸微生物組成，并降低肥胖引起的胰腺導管腺癌的發病率[27]。此外，二甲雙胍治療可以通過降低脆弱擬桿菌（B. fragilis），提高腸道中的膽汁酸葡糖去氧膽酸（GUDCA）的水平，進而拮抗膽汁酸受體（farnesoid X receptor，FXR），以改善代謝障礙[28]。激活FXR 可促進前列腺癌和非小細胞肺癌細胞的增殖[29]。同時，觀察到在FXPhighPD-L1low亞型的非小細胞肺癌細胞系和荷瘤小鼠中對抗PDL1 治療的敏感性增強[30]。但是，最近的研究表明，拮抗FXR 可能會促進Lgr5+腸癌干細胞的增殖，FXR的激活降低了腸癌的嚴重程度，從而顯著提高了生存率[31]。因此，二甲雙胍通過調節腸道菌群影響癌癥發生、發展的作用機制仍然需要深入探究。

3 二甲雙胍相關的臨床試驗

目前，在Clinicaltrials.gov 上注冊了200 余項與二甲雙胍抗腫瘤作用相關的臨床試驗。其中，探索二甲雙胍聯合用藥是目前臨床試驗的重點之一。Arrieta 等[32]的二期臨床試驗表明，在晚期肺腺癌患者的標準EGFR-TKIs 治療中加入二甲雙胍可以顯著改善PFS。在一項關于非糖尿病非小細胞肺癌患者的研究中指出，二甲雙胍與卡鉑、紫杉醇和貝伐單抗聯合使用具有顯著的臨床益處[33]。但是，在一項類似的研究中，Parikh 等[34]發現，晚期非小細胞肺癌患者使用二甲雙胍聯合化療的方案沒有顯著改善臨床療效。這可能是由于樣本量較少，且大多數入組患者存在非LKB1 突變的KRAS 突變有關。同時，Nanni 等[35]在關于HER2 陰性轉移性乳腺癌的臨床試驗中發現，二甲雙胍聯合化療的一線治療在PFS和OS 方面未顯示任何優勢。不過將穩態模型評估-胰島素抵抗指數（HOMA-IR）≥2.5 的胰島素抵抗患者與HOMA-IR＜2.5 的胰島素敏感患者進行比較時，觀察到PFS 有顯著差異。除了關注二甲雙胍的抗腫瘤作用，也有針對二甲雙胍預防作用的研究，在一項隨機安慰劑對照多中心試驗中，對于接受單發或多發結直腸腺瘤息肉切除術的患者，低劑量的二甲雙胍（250 mg/d）治療1年可顯著降低結直腸癌總風險[36]。

綜上所述，二甲雙胍作為治療2 型糖尿病的一線藥物，在預防腫瘤發生，控制疾病進展方面都發揮著重要的作用。不僅可以通過激活AMPK 抑制腫瘤細胞增殖，誘導細胞周期阻滯；還可以在調節免疫功能、腸道菌群等方面間接的對抗腫瘤起到積極作用。但是，仍然需要在調節免疫功能、腸道菌群組成變化、控制自噬以及二甲雙胍聯合用藥等方面進行深入的探究。臨床試驗方面，應明確二甲雙胍的最佳受益人群，為腫瘤患者的治療受益以及預防腫瘤的發生提供更多的理論依據。