二甲雙胍抗胃癌機制的研究進展

熊芬,王德強,李小琴

胃癌是常見的消化道腫瘤,其發病率在世界上所有腫瘤中排名第五位,死亡率是第四位。根據2020年最新數據顯示,全球胃癌每年的新發患者數為1 089 103,而因胃癌死亡的人數達到了768 793。在我國,胃癌是所有腫瘤中發病率和死亡率第三的腫瘤[1]。二甲雙胍是治療Ⅱ型糖尿病的常用藥。近年來,研究發現二甲雙胍有對多種腫瘤有抑制作用,如膀胱癌、乳腺癌、卵巢癌、胃癌等[2]。韓國的一項研究對39 989例糖尿病患者進行回顧性分析,結果發現與未使用二甲雙胍組相比,規律使用二甲雙胍可以降低糖尿病患者的胃癌患病風險(HR=0.8,95%CI:0.83～0.98,P=0.013)[3]。Zhou等[4]對7項回顧性隊列研究進行了Meta分析,結果顯示:服用二甲雙胍可以降低糖尿病患者患胃癌的風險(HR=0.763,95%CI:0.642～0.905)。Lee等[5]對1 974例行胃癌根治術的患者進行回顧性分析,其中132例糖尿病患者使用了二甲雙胍,195例糖尿病患者未使用二甲雙胍,結果顯示,服用二甲雙胍組的患者和未服用二甲雙胍組的患者5年總生存率分別為 83.3%vs.72.7%(HR=0.584,95%CI:0.369～0.926,P<0.000 1);特異性生存率為86.4%vs.79.4%(HR=0.633,95%CI:0.410～0.977,P<0.000 1);無瘤生存率為81.1%vs.68.6%(HR=0.57,95%CI:0.334～0.975,P=0.001)。二甲雙胍可以降低糖尿病患者患胃癌風險,改善糖尿病患者胃癌根治術后的無瘤生存期、總生存期。進一步研究發現二甲雙胍可通過多種機制抑制胃癌發生發展,本文就二甲雙胍抑制胃癌機制研究進展綜述如下。

1 二甲雙胍抑制胃癌發展的機制

1.1 AMPK通路

二甲雙胍進入細胞后在線粒體基質中累積,作用于氧化呼吸鏈的復合體I從而抑制腺苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)的合成,引起單磷酸腺苷(adenosine monophosphate,AMP)/ATP比值增加并激活AMP依賴的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)[6]。激活的AMPK的抗腫瘤機制如下。

1.1.1 抑制WNT/β-catenin通路 WNT/β-catenin通路在腫瘤的發生發展中起到重要作用,可以調節細胞周期、促進上皮間質轉化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)等。Chang等[7]的研究表明,二甲雙胍可以逆轉胃癌的EMT。Valaee等[8]和Jun等[9]證實,二甲雙胍作用于胃腺癌細胞(AGS),可通過抑制WNT/β-catenin通路降低β-連環蛋白(β-catenin)、波形蛋白、基質金屬蛋白酶-9(matrix metalloprotein 9,MMP-9)和血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)的表達。Chia等[10]發現,30%的胃癌患者高表達Kruppel樣因子5(kruppel like factor 5,KLF5)、GATA結合蛋白4(GATA binding protein 4,GATA4)和GATA結合蛋白6(GATA binding protein 6,GATA6),KLF5與GATA相互作用靶向肝細胞核因子4α(hepatocyte nuclear factor 4α,HNF4α),它在多種癌癥中過度表達,并參與細胞增殖。AMPK可以通過KLF5-GATA4/6-HNF4α途徑抑制WNT/β-catenin通路,導致細胞周期蛋白表達下調、G2/M期阻滯、腫瘤生長抑制、抑制其遷移和侵襲能力[10]。

1.1.2 抑制SHH通路 SHH通路在許多腫瘤干細胞(cancer stem cell,CSCs)中起著關鍵作用,例如膠質母細胞瘤干細胞、CD34白血病細胞和乳腺CSCs。Zhou等[11]發現,胃癌CSCs中SHH通路相關基因高表達,如Shh、Ptch、Gli1。阻斷SHH通路后CSCs自我更新能力、化學耐藥性受到抑制,增強了體內腫瘤對藥物的反應。Song等[12]發現,AMPK可以調節SHH通路,導致Shh、Gli1的下調。因此,二甲雙胍可能通過AMPK調控SHH通路,這可能成為胃癌治療的新靶點。

1.1.3 抑制mTOR通路 雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of mycin,mTOR)是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶。mTOR信號通路參與物質代謝、細胞凋亡、細胞自噬等生命活動,在多種疾病中扮演著重要的角色[13]。Han等[14]發現在胃癌細胞中,二甲雙胍可通過AMPK抑制mTOR通路,進一步誘導半胱天冬酶3、7和多聚腺苷二磷酸核糖多聚酶蛋白表達,并抑制生存素的表達,從而介導細胞凋亡。Zhen等[15]發現,抑制mTORC1能通過抑制缺氧誘導因子1α(HIF1α)導致丙酮酸激酶2表達下降,影響葡萄糖代謝。此外,mTORC1還可通過抑制HIF1α導致VEGF的表達下降,從而抑制血管新生,起到抗腫瘤作用[16]。

1.2 胰島素樣生長因子(insulin-like growth factor,IGF)信號通路

除AMPK通路外,二甲雙胍還可通過抑制IGF信號通路抑制胃癌的發生發展。IGF-1是促進細胞有絲分裂、參與腫瘤的侵襲和轉移的細胞因子。研究發現,胰島素受體和胰島素樣生長因子1受體(insulin-like growth factor 1 recpeter,IGF-1R)在多種惡性腫瘤中過表達,如乳腺癌、肝癌、結腸癌、胰腺癌和皮膚癌等。Shan等[17]發現,與正常組織相比,胃癌組織的IGF-1、胰島素水平明顯升高。IGF-1與IGF-1R結合后可通過激活IGF-1/PI3K/AKT通路從而促進腫瘤的生長、轉移和侵襲。二甲雙胍是一種胰島素增敏劑,它會減少胰島素和IGF-1的產生,從而抑制IGF信號通路,促進細胞凋亡、抑制胃癌侵襲及轉移能力,發揮抗腫瘤作用[18]。

1.3 二甲雙胍對腫瘤微環境的作用

腫瘤微環境(tumor microenvironment,TME)由多種成分所構成,包括腫瘤細胞、基質細胞、免疫細胞細胞分泌產物(如細胞因子和趨化因子)和細胞外基質,同時也可能存在TME的代謝產物和特定的環境[19]。腫瘤微環境在腫瘤的發生、發展及耐藥中均扮演著重要的角色。

1.3.1 激活免疫 腫瘤浸潤淋巴細胞是指存在于腫瘤部位及間質內的免疫細胞,包括T細胞、B細胞、樹突狀細胞、自然殺傷細胞等。CD8+T細胞是體內重要的免疫細胞,它通過特異性殺傷腫瘤細胞發揮著主要的抗腫瘤功能。在抗腫瘤免疫過程中,腫瘤細胞會誘導免疫抵抗,CD8+T細胞分泌白細胞介素-2(interleukin-2,IL-2)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和干擾素γ(interferon-γ,IFN-γ)逐漸減少,并且CD8+T細胞最終會發生凋亡。二甲雙胍可增強CD8+T細胞分泌IL-2、TNF-α和IFN-γ功能,發揮抗腫瘤功能。更重要的是,Eikawa等[20]發現在小鼠的實體瘤中,二甲雙胍不僅可以通過激活CD8+T細胞,抑制其凋亡,增強機體免疫應答,而且可以通過誘導CD8+T細胞遷移到TME中,重新激活抗腫瘤免疫。但二甲雙胍通過何種機制影響CD8+T細胞功能目前仍不明確,仍需深入研究。

1.3.2 影響腫瘤相關成纖維細胞(cancer associated fibroblast,CAF)活性 CAF可通過產生血管生成因子、營養素、細胞外基質蛋白促進腫瘤的進展。在胰腺癌中,二甲雙胍通過促進CAF發生自噬,從而改善腫瘤微環境[21]。Chen等[22]將胃CAF用二甲雙胍預處理,然后將其與胃癌細胞共培養,結果顯示,二甲雙胍可增加胃CAF培養基中鈣調蛋白樣蛋白3(Calml3)的表達,而Calml3可抑制胃癌細胞的克隆形成,從而抑制胃癌細胞的增殖能力。

1.4 二甲雙胍抑制幽門螺旋桿菌

幽門螺旋桿菌是胃癌發生的主要危險因素,世界衛生組織國際癌癥研究機構將幽門螺桿菌列為一類胃癌致癌物?；仡櫺匝芯孔C實,根除幽門螺旋桿菌可以降低胃癌發病率[23-24]。對于診斷幽門螺旋桿菌陽性的患者,有必要進行幽門螺旋桿菌根除治療。然而,由于抗生素的濫用,導致傳統的治療方案耐藥性增加,療效不佳。Courtois等[25]在感染幽門螺旋桿菌的小鼠模型的體內外實驗中發現,二甲雙胍可直接抑制幽門螺桿菌的增長,此外,二甲雙胍治療組小鼠的胃部細菌少于對照組小鼠。Choi等[26]發現,幽門螺桿菌毒力因子CagA與調節腸道分化的轉錄因子CDX1的異常表達有關,二甲雙胍可通過減少CDX1降低EMT和干細胞標志物的表達,減少腫瘤群落的形成,從而起到抗腫瘤作用。二甲雙胍可能通過抑制幽門螺旋桿菌來預防胃癌發生,但具體的抗菌機制仍需繼續進一步研究。

1.5 二甲雙胍調節腸道微環境

研究表明,約20%的人類惡性腫瘤與微生物有關。腸道微生物在胃腸道腫瘤的發生、發展過程中起到重要作用。微生物群通過攻擊宿主黏膜屏障影響細胞生長周期、擾亂免疫系統功能以及影響宿主內的代謝,從而誘導癌癥的發生。此外,腸道微生物還會影響抗腫瘤治療的療效[27]。Wu等[28]在一項隨機、雙盲研究中發現,二甲雙胍可改變腸道微生物群的組成及其功能,進而增強藥物的治療效果。Liu等[29]在一項臨床研究中發現,二甲雙胍治療后的患者腸道的弱擬桿菌豐度降低,弱擬桿菌可促進初級膽汁酸轉化為次級膽汁酸,次級膽汁酸可為腫瘤細胞的生長提供良好的微環境。

2 抗腫瘤藥物聯合二甲雙胍的療效

2.1 曲妥珠單抗聯合二甲雙胍

人類表皮生長因子受體2(human epidermal growth factor receptor 2,HER2)是重要的癌基因,對腫瘤細胞的增殖、侵襲以及遷移具有重要作用。曲妥珠單抗是靶向HER2的一種人源性單克隆抗體,已在HER2陽性乳腺癌中得到廣泛應用[30]。HER2陽性胃癌約占胃癌的10%,曲妥珠單抗是唯一被美國食品藥品監督管理局批準用于HER2陽性進展期胃癌一線治療的靶向藥物,長期使用曲妥珠單抗易發生耐藥。Wang等[31]在體內外實驗發現,長期使用曲妥珠單抗可以激活BMAL1-CLOCK異二聚體,促進PER1與過氧化物酶體增殖物激活受體γ的結合,從而導致己糖激酶2的上調,引起糖酵解活性增強、形成晝夜節律導致耐藥。二甲雙胍聯合曲妥珠單抗可以通過激活AMPK從而抑制糖酵解及時鐘基因PER1的表達,從而擾亂了晝夜節律,促進胃癌細胞死亡,提高了患者的預后。但目前沒有二甲雙胍聯合曲妥珠單抗治療胃癌的臨床研究,仍需進一步深入研究。

2.2 聯合順鉑

順鉑是胃癌治療中常見的化療藥物。順鉑的抗癌活性是基于其與嘌呤堿基相互作用的能力,誘導形成鏈內和鏈間DNA-蛋白質相互作用,從而阻止轉錄、細胞復制和誘導凋亡。二甲雙胍聯合順鉑可通過AKT/mTOR通路抑制癌細胞存活、增殖、生長、血管生成及轉移。Yu等[32]建立了小鼠異種移植模型,結果發現,與單獨用藥相比,二甲雙胍聯合順鉑可顯著抑制胃癌發生腹膜播散,并增強單藥的抗腫瘤療效。Choi等[26]也發現二甲雙胍與順鉑聯合使用比單用順鉑更能抑制腫瘤生長、增加caspase-3切割、降低CD44和MMP-9的表達。

2.3 二甲雙胍聯合多柔比星

多柔比星是常用的廣譜抗癌藥,其作用機制主要是通過抑制拓撲異構酶Ⅱ活性抑制細胞有絲分裂發揮抗癌作用。Yu等[32]在AGS的體外實驗中發現,二甲雙胍聯合多柔比星可減少細胞遷移和侵襲、促進細胞發生凋亡。與多柔比星單獨用藥相比,聯用二甲雙胍可增強其抗腫瘤效果。Zarei等[33]也得到了類似的結果,二甲雙胍加姜黃素聯合多柔比星可協同抑制AGS的細胞增殖,并阻止遷移、侵襲和集落形成。但目前只進行了體外實驗,二甲雙胍促進多柔比星抗腫瘤作用的機制也不明確,仍需進一步增加研究。

3 小結

二甲雙胍作為一種傳統的抗糖尿病藥物,目前已成為治療癌癥的研究熱點。二甲雙胍抗胃癌的機制主要包括對胃癌細胞的調節、對腫瘤微環境的調節、抑制幽門螺旋桿菌及調節腸道菌群。其中,抗胃癌細胞的機制包括AMPK依賴途徑:抑制WNT/β-catenin、SHH、mTOR通路;非AMPK依賴途徑:抑制IGF通路。二甲雙胍對腫瘤微環境的調節則是通過免疫激活、影響CAF活性來實現。此外,二甲雙胍聯合曲妥珠單抗、順鉑、多柔比星可以減少胃癌細胞增殖、轉移、耐藥,從而發揮協同抗腫瘤的效果。然而,目前關于二甲雙胍抗胃癌的研究仍有局限,需要更多的臨床試驗數據為二甲雙胍治療胃癌提供依據,這也是未來研究的方向。