糖尿病治療藥物與腫瘤相關性概述

于義

【摘要】 糖尿病是一種常見的慢性疾病， 近年在全球的發病率以指數式上升， 嚴重威脅到人類的生命。糖尿病本身致死率不高， 但會引發一系列危及生命的代謝綜合征。治療糖尿病的藥物很多， 主要機制是直接降低血糖、升高血液中胰島素濃度或者改善胰島素抵抗等。近年來很多研究發現糖尿病與腫瘤的發生有很高的相關性， 糖尿病治療藥物在一定程度上也會對腫瘤有直接或間接作用， 本文對糖尿病治療藥物與腫瘤的關系做簡要介紹。

【關鍵詞】 糖尿病;腫瘤;糖尿病治療藥物

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2020.11.085

Overview of the correlation between diabetes drugs and tumor? ?YU Yi. Chinese Academy of Medical Sciences， Institute of medicine of Peking Union Medical College， Beijing 100032， China

【Abstract】 Diabetes is a common chronic disease. Recently， the incidence is increasing exponentially， which threatens human life. Diabetes is fatal because of a series of life-threatening metabolic syndromes. There are many drugs for diabetes. The main mechanism is to lower blood glucose， increase insulin concentration in the blood， or improve insulin resistance. In recent years， many studies have found that diabetes has a high correlation with the occurrence of tumors. Diabetes drugs can also have a direct or indirect effect on tumors. This article briefly introduces the correlation between diabetes drugs and tumors.

【Key words】 Diabetes; Tumor; Diabetes drugs

糖尿病有兩種類型， 1型糖尿病為胰島素依賴性糖尿病， 多見于青少年和兒童， 常由自身免疫性胰島β細胞損傷導致胰島素分泌絕對減少， 血糖升高;2型糖尿病為非胰島素依賴性糖尿病， 多發于>40歲人群， 特別是老年人， 表現為胰島素敏感性下降， 出現胰島素抵抗即胰島素分泌的相對不足。糖尿病可能伴隨一些腫瘤的發生， 2型糖尿病患者并發惡性腫瘤的幾率顯著高于非糖尿病患者[1]， 尤其是乳腺癌、肝癌、胰腺癌、子宮內膜癌等。糖尿病誘發癌癥可能涉及幾個方面：①高血糖直接或間接促進腫瘤發生與轉移;②胰島素抵抗引起的高胰島素血癥促發腫瘤;③胰島素樣生長因子（IGF）結合蛋白（IGFBP）表達減少導致IGF活性增強， 促進腫瘤發生;④糖尿病伴隨的全身組織炎癥反應誘發腫瘤;⑤增強的氧化應激促發腫瘤等[2]。除此之外， 糖尿病需要長期藥物治療， 治療藥物對腫瘤發生發展也有很大的影響， 需要引起重視。

糖尿病治療的傳統口服藥物包括磺酰脲類、雙胍類、噻唑烷二酮（Thiazolidinediones， TZDs）類和α-葡萄糖苷酶抑制劑;新型口服藥物有鈉-葡萄糖協同轉運蛋白2（Sodium-glucose co-transporters2， SGLT2） 抑制劑和二肽基肽酶-4（Dipeptidyl peptide-4， DPP-4） 抑制劑;生物制劑除傳統的胰島素外， 新近還有胰高血糖素樣肽-1（Glucagon-like Peptide-1， GLP-1） 受體激動劑。

1 胰島素

胰島素是由胰島β細胞合成的肽類激素， 主要與胰島素受體（insulin receptor， IR） 、胰島素樣生長因子1受體（Insulin-like growth factor 1 receptor， IGF-1R） 或者IGF-1R和IR雜交受體結合發揮作用。IR包括IR-A， IR-B兩種亞型， IR-B與胰島素結合引起促代謝的磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（Phosphatidylinositol 3-kinase/Protein kinase B， PI3K/PKB） 信號通路， 介導胰島素的降血糖作用， 與腫瘤發生無關;IR-A， IGF-1R和IGF-1R， IR雜交受體與胰島素結合主要引起絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase， MAPK） 通路， 介導胰島素的促增殖作用， 能促進腫瘤細胞的增殖[3-6]。多數腫瘤細胞過表達IR-A， 因此與普通細胞相比腫瘤細胞對高濃度的胰島素更加敏感， 對增殖的促進作用也更強[7]。體內胰島素缺乏會顯著降低癌細胞增殖速度， 減小腫瘤體積[8]。胰島素治療與乳腺癌、前列腺癌、胃癌、胰腺癌、結直腸癌、膀胱癌等腫瘤有關系， 但與每一種腫瘤的關系并不一致， 可能因為腫瘤類型或者應用胰島素種類的不同[9];胰島素類似物是為了提高胰島素療效而對胰島素進行修飾， 改變其結構、作用特點和藥代動力學的一類藥物。對胰島素分子的修飾可能會使得這類藥物對受體的選擇性和親和力改變從而改變下游信號通路， 對腫瘤的發生有不同作用。長效胰島素類似物甘精、地特胰島素在結直腸癌、乳腺癌和前列腺癌細胞中表現出較強的促增殖作用， 相比之下短效胰島素類似物賴脯胰島素和門冬胰島素對增殖的促進作用要弱一些[5]。除地特胰島素外胰島素類似物處理的細胞處于G0/G1期顯著減少而G2/M期細胞上升， 說明大多數胰島素類似物能促進細胞周期的進行[5]。甘精胰島素對IGF-1R的親和力強于胰島素， 所以甘精胰島素對增值的促進作用很強， 而短效的門冬胰島素和賴脯胰島素的促增殖作用很弱[5]。總結以上研究， 胰島素類似物對于腫瘤的促進作用主要是與IR-A和IGF-1R結合實現的， 在新型胰島素類似物的研究中， 應該增加藥物與IR-B的親和力， 降低其與IR-A、IGF-1R的結合來避免對腫瘤發生、發展的促進作用。

2 雙胍類藥物

二甲雙胍是一種廣泛使用的口服降糖藥， 能提高機體對胰島素的敏感性， 促進胰島素的作用從而降低血糖。二甲雙胍主要作用于線粒體， 能夠改變細胞能量代謝， 抑制線粒體氧化呼吸鏈， 使腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）生成減少、腺苷一磷酸（AMP）增加， 活化AMP依賴的蛋白激酶（AMPK）， AMPK是能量傳感器， 協調代謝和生長的信號通路， 激活AMPK會促進產生ATP的糖酵解途徑， 關閉需要消耗ATP的合成代謝通路， 抑制糖原形成[10]。二甲雙胍對腫瘤有抑制作用：抑制腫瘤細胞的增殖和遷移[11]， 誘導AMPK活化， 抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白活化， 促進p53， 干擾轉錄將癌細胞停留在G0/G1期從而減少癌細胞增殖， 抑制腫瘤細胞的蛋白質合成從而抑制了腫瘤的發生、發展[11-13]。二甲雙胍抑制線粒體氧化呼吸鏈能降低內源活性氧的產生， 降低體細胞的氧化壓力， 保護細胞DNA免受活性氧帶來的損傷， 減少了基因突變可能導致的腫瘤發生[14， 15]。二甲雙胍能降低血清胰島素水平， 其抗癌作用可能與改善胰島素抵抗相關[10]。二甲雙胍能選擇性作用于腫瘤干細胞發揮細胞毒性[16]， 對結直腸癌細胞、前列腺癌細胞、卵巢癌細胞和乳腺癌細胞都有抑制作用[17]。苯乙雙胍是二甲雙胍的同類物， 具有相似的作用機制。由于它有較強的脂溶性， 促進其透過線粒體膜， 更有效地阻斷氧化呼吸鏈， 因而苯乙雙胍降糖作用比二甲雙胍強50倍[18]。但苯乙雙胍容易引起乳酸酸中毒， 這種危及生命的不良反應迫使該藥物在許多國家禁用[19]。將苯乙雙胍與草氨酸鹽聯用時， 后者作為乳酸脫氫酶抑制劑可以阻斷丙酮酸堆積轉化生成乳酸， 避免了乳酸酸中毒， 減少了苯乙雙胍的不良反應[20]。很多腫瘤細胞的乳酸含量高于普通細胞， 高乳酸會促進腫瘤細胞的增殖和遷移， 還能抑制免疫反應的發生， 二者聯用降低了乳酸含量， 對腫瘤的增殖、遷移有抑制作用[20]。雙胍類藥物能增加糖攝取， 加速糖酵解， 聯合草氨酸鹽時能大大降低ATP的產量， 可能是二者聯用殺傷腫瘤的一種機制[21]。

3 噻唑烷二酮類藥物

常用的噻唑烷二酮類藥物包括羅格列酮、吡格列酮、曲格列酮等。這類藥物屬于過氧化物酶體增殖激活受體激動劑， 是胰島素增敏劑， 能夠提高機體對胰島素的敏感性從而降低血糖。噻唑烷二酮類藥物對脂肪細胞有雙重作用， 既能直接促進脂肪組織吸收、存儲脂肪， 也能釋放脂聯素等脂肪因子調節胰島素抵抗[22]。很多腫瘤細胞都上調IGF-1受體介導的信號通路， 噻唑烷二酮類藥物能阻斷IGF-1受體的作用， 抑制腫瘤細胞的增殖[22]。但是噻唑烷二酮類藥物的抗癌作用在體內外研究的結果有差異， 并且其抗癌效果與實驗動物種屬和癌癥類型相關， 在某些嚙齒動物中的研究發現噻唑烷二酮類藥物甚至有較強的促腫瘤作用[23]。羅格列酮對女性乳腺癌和生殖系統腫瘤沒有影響[24];吡格列酮能促進膀胱癌的發生[25]， 引起了藥物監管部門的重視， 使得在一段時間內有些國家禁止臨床使用吡格列酮。但吡格列酮能顯著降低乳腺癌的發病率， 與子宮癌的發生無關[26]。由于噻唑烷二酮類藥物與腫瘤關系的復雜性， 使得在需要長期應用此類藥物時應謹慎[26]。

4 磺酰脲類藥物

常用的磺酰脲類藥物有甲苯磺丁脲、格列本脲、格列齊特等， 這類藥物能促進胰島素分泌， 降低血糖。胰島β細胞表面有磺酰脲類藥物受體和與之偶聯的鉀通道， 藥物結合后阻止鉀離子外流， 使膜去極化， 增加電壓依賴鈣通道活性， 胞內鈣離子濃度增高觸發胞吐作用釋放胰島素。磺酰脲類藥物對腫瘤的影響沒有一致定論[27]。糖尿病合并乳腺癌的患者使用磺酰脲類降糖藥與二甲雙胍相比有更高的復發、轉移和病死率[28]。可能原因為磺酰脲類降糖藥能促進胰島素分泌但不能改善胰島素抵抗， 升高的胰島素與乳腺癌細胞表面過表達的A型胰島素受體和IGF-1受體結合促進腫瘤的發生發展[28]。格列本脲是二代磺酰脲類藥物， 能抑制多藥耐藥蛋白， 防止藥物外排， 從而提高對抗癌藥物的敏感性， 增加了抗腫瘤藥的藥效， 從而抑制腫瘤[29];鉀離子通道在腫瘤細胞中表達增加， 并對腫瘤的增殖有促進作用， 格列本脲能抑制鉀通道開放， 限制鉀離子外流促進細胞膜去極化， 損傷腫瘤細胞并使其凋亡[29];格列本脲還能將細胞阻滯在G0/G1期， 通過抑制細胞生長來發揮抗癌作用[29]。格列本脲抑制鉀通道會使線粒體中還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶催化生成的活性氧增加， 活性氧會降低線粒體膜電位， 活化氨基末端激酶， 從而抑制抗凋亡激酶活性， 促進線粒體細胞色素C和凋亡誘導因子生成增加， 促進腫瘤細胞凋亡[29];格列齊特對氧化應激造成的DNA損傷有保護作用， 對細胞的核苷酸切除修復有促進作用， 抑制基因突變[30];格列吡嗪還能通過抑制新生血管形成抑制腫瘤生長和轉移[29]。

5 α-葡萄糖苷酶抑制劑

常用的α-葡萄糖苷酶抑制劑有阿卡波糖、伏格列波糖等。這類藥物與α-葡萄糖苷酶競爭， 抑制寡糖分解為單糖， 減少小腸中糊精、淀粉、雙糖的吸收， 控制餐后血糖的升高。阿卡波糖能刺激L細胞， 增加GLP-1分泌從而發揮降血糖作用[31]。服用阿卡波糖的糖尿病患者患結直腸癌風險降低27%[32]。阿卡波糖競爭各種糖苷酶導致的糖吸收不良的狀態降低了排泄物中膽汁酸和中性固醇類的含量， 這兩種化合物在腸道中可能會轉化為致癌物引發結直腸癌， 所以阿卡波糖能抑制結直腸癌的發生[33]。阿卡波糖還能增加2型糖尿病患者腸道雙歧桿菌含量， 有助于減少腸道炎癥反應， 抑制消化道腫瘤[34]。但是另一項研究[35]卻沒有發現阿卡波糖的使用與消化道腫瘤之間的相關性。

6 SGLT2抑制劑

SGLT2抑制劑類藥物主要包括卡格列凈、達格列凈、依帕列凈等。它們特異性抑制SGLT2[36]， 阻斷葡萄糖轉運， 抑制葡萄糖在腎臟近端小管的重吸收， 促進葡萄糖排泄從而降低血糖。由于SGLT2在很多腫瘤細胞中有表達， 發現抑制SGLT2也能抑制腫瘤的發展[36]。卡格列凈能下調細胞周期蛋白依賴性激酶1、2， 抑制細胞周期的繼續[36];還能活化caspase3， 凋亡通路的酶促進癌細胞的凋亡;卡格列凈還能抑制誘導血管生成因子白細胞介素-8（IL-8）、血管生成素等物質的生成， 阻止腫瘤組織新生血管的形成[36];還能降低胞內ATP的產生， 降低腫瘤細胞的增殖速率[36];有抗肝癌細胞增殖和抑制肝癌新生血管形成的作用[36];對胃癌有一定抑制作用[37]。卡格列凈、達格列凈、依帕列凈都不會促進腫瘤的發生[37]。

7 胰高血糖素樣肽受體（GLP-1R）激動劑

GLP-1是回腸、結腸的L細胞分泌的一種多肽， GLP-1能在餐后快速促進胰島素分泌， 抑制胰高血糖素的分泌， 發揮血糖依賴性降血糖作用， 抑制胃排空， 降低食欲及食物攝取[38]。但是GLP-1很容易被DPP-4降解， 半衰期僅為2 min， 對其結構進行修飾得到的GLP-1受體激動劑類藥物半衰期明顯延長[39]， 這類藥物作用強、不會引起低血糖反應， 但由于安全的不確定性尤其是與腫瘤和胰腺炎關系等問題限制了這類藥物的推廣[40]。隨著GLP-1受體激動劑在臨床應用的增加， 越來越多人關注這類藥物對腫瘤的作用。常用的GLP-1受體激動劑類藥物包括艾塞那肽、杜拉魯肽等。艾塞那肽能抑制腫瘤的發生發展;作用于GLP-1受體， 上調腺苷-3'， 5'-環化一磷酸（cAMP）和cAMP依賴蛋白激酶（PKA）， 導致表皮生長因子受體和信號轉導與轉錄激活因子3的失活， 最終導致包括原癌基因， 細胞周期蛋白依賴激酶1， B淋巴細胞瘤-2等多種基因的下調而發揮對腫瘤的抑制作用[41]。艾塞那肽通過與GLP-1受體結合抑制NF-κB信號通路抑制乳腺癌的發展[42];通過抑制MAPK信號通路抑制前列腺癌細胞的增殖[43]。但是GLP-1受體激動劑有抗β細胞凋亡作用， 會促進胰腺癌的發生發展[44]， 嚙齒動物中發現GLP-1受體激動劑長期作用于甲狀腺濾泡旁細胞能促進鈣素分泌， 促進濾泡旁細胞增殖， 進而引發腫瘤[39]。

8 DPP-4抑制劑

DPP-4是一種非選擇性酶， 作用底物很多， 包括胃腸道激素、細胞因子和趨化因子等， DPP-4抑制劑能抑制體內70%～90% DPP-4的活性[45]， 抑制內源GLP-1降解， 升高GLP-1濃度， 起到降血糖作用， 不存在惡心、體重增加、低血糖等不良反應[40]。這類藥物對腫瘤的作用仍在探索中。DPP-4抑制劑的應用與胰腺癌、卵巢癌、神經母細胞瘤等有關， 在這些惡性腫瘤中， 低水平的DPP-4抑制劑能促進腫瘤細胞的增殖和轉移[45]， 其的免疫調節作用可能是其引起上述腫瘤發生的原因[46]。DPP-4抑制劑能降低乳腺癌的發病率[46]。根據目前的研究， 沒有足夠的證據說明DPP-4抑制劑是否與腫瘤發病率增加相關。

9 討論

綜上所述， 胰島素能促進腫瘤的發生發展。雙胍類、α-葡萄糖苷酶抑制劑類、SGLT-2抑制劑類、GLP-1受體激動劑和DPP-4受體抑制劑類降糖藥一定程度上均能抑制腫瘤的增殖;而噻唑烷二酮類和磺酰脲類對腫瘤的作用不太明確。降糖藥與腫瘤的關系十分復雜， 各種藥物的抗癌效果還與劑量、應用時間等因素密切相關， 例如磺酰脲類藥物能抑制腫瘤增殖， 但所需的濃度遠高于降糖時濃度， 因此可能會帶來嚴重的不良反應。對于糖尿病患者的藥物治療應該綜合考慮到各種因素， 充分了解各類藥物能帶來的各種反應， 這對于新藥開發有指導意義， 增強降糖藥的治療作用， 降低不良反應， 開發出療效好不良反應小的糖尿病治療藥物。

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[收稿日期：2020-01-17]

作者單位：100032 中國醫學科學院&北京協和醫學院藥物研究所， 新藥作用機制研究與藥效評價北京市重點實驗室