降糖药二甲双胍治疗乳腺癌的研究进展

Research Development of Effect of Metformin on Breast Cancer

李璞玉，冯笑山



降糖药二甲双胍治疗乳腺癌的研究进展

Research Development of Effect of Metformin on Breast Cancer

李璞玉，冯笑山

摘要：目的探讨降糖药二甲双胍在治疗乳腺癌中的研究进展。方法参阅国内外发表的文献，综述降糖药二甲双胍在治疗乳腺癌中的研究新进展。结果二甲双胍的抗肿瘤作用已经通过多种细胞和动物实验所证实。其作为治疗糖尿病的一线用药能够降低人类癌症的发病率并且提高癌症患者的生存质量，包括乳腺癌。AMPK/mTOR信号通路参与了二甲双胍抗乳腺癌作用的机制。二甲双胍还能够靶向作用于肿瘤干细胞。结论二甲双胍临床应用的安全性、确切的药物效应和低廉的药价，使其成为一种理想的抗肿瘤药物候选者。

关键词：二甲双胍；乳腺癌；AMPK/mTOR；肿瘤干细胞

作者单位：河南科技大学第一附属医院，河南洛阳 471003

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，2008年全球女性乳腺癌标化发病率为39.0/10万，标化死亡率为12.5/10万，居女性恶性肿瘤首位。2000年至2009 年我国随着人口老龄化以及饮食结构的改变，乳腺癌的发病率逐年上升，并呈年轻化趋势。

在乳腺癌预防的临床试验中，使用特异性雌激素受体及芳香化酶类抑制剂进行的内分泌激素干预治疗已被证实对乳腺癌有确切的预防及治疗作用。最新的研究表明，二甲双胍作为治疗糖尿病的一线用药能够降低人类癌症的发病率，并提高包括乳腺癌癌症患者的生存质量。

1二甲双胍的应用历史

1.1二甲双胍的早期应用二甲双胍、苯乙双胍和丁双胍等双胍类药物是从香草山羊豆(法国丁香花属，也称为Goat′s Rue或Italian Fitch)中提取，最初用于治疗高血糖症和2型糖尿病。双胍类的药物使用可以追溯到古代埃及和中世纪欧洲，当时人们将茶和法国山羊豆混合用于缓解糖尿病所引起的多尿症和口臭[3-5]。19世纪20年代，科学家从法国山羊豆中提取出双胍类的活性成分，并于19世纪50年代用于临床治疗当中[3,5-6]。到19世纪70年代，苯乙双胍和丁双胍由于其可导致乳酸酸中毒，从而逐渐在临床应用中销声匿迹。而二甲双胍作为最为普遍应用的处方降糖药，全球每年有1亿多张处方使用二甲双胍。二甲双胍除了应用于治疗糖尿病，还对多囊性卵巢综合征有确切的治疗效果，并且科研人员也一直在探索其抗病毒和抗肿瘤的作用机理[7-9]。最初双胍类药物在肿瘤中的应用价值是在一系列研究非糖尿病患者代谢改变中发现的。近期，二甲双胍被证实能够降低糖尿病患者的癌症发病率和死亡率，二甲双胍降低胰岛素水平的作用可能促使其产生抗肿瘤效应[7,10-12]。作者将详细讨论二甲双胍治疗肿瘤的作用及其可能的机制。

1.2二甲双胍的抗肿瘤作用二甲双胍治疗肿瘤的前景在糖尿病并发肿瘤患者的大型回顾性流行病学研究中被首次发现。一个随机的临床3期试验也发现了二甲双胍在降低乳腺癌发病率和提高早期乳腺癌生存率方面有着巨大的潜能。流行病学研究表明在糖尿病和非糖尿病中二甲双胍的使用均能降低乳腺癌发生及发展风险。另外，一些临床研究也表明在乳腺癌化疗、放疗等辅助治疗中，二甲双胍扮演保护者的角色。观察性研究表明，接受二甲双胍标准剂量(成人每日1 500～2 250 mg)治疗的糖尿病患者，能够降低其肿瘤发病率和肿瘤致死率[10,13-17]。Evans等发现糖尿病患者接受二甲双胍治疗后，其肿瘤发病风险降低，二甲双胍对患者具有保护效应[10]。

2二甲双胍治疗乳腺癌机制的研究进展

2.1二甲双胍治疗乳腺癌的细胞水平研究二甲双胍在体外实验中能够抑制多种分子类型的乳腺癌细胞株。二甲双胍对雌激素受体(ER)阳性和阴性的乳腺癌细胞，以及erbB2正常及异常表达的细胞生长均具有抑制作用，并且减少了细胞克隆形成，引起部分细胞阻滞在G1期[19]。通过检测DNA碎片和PARP剪切蛋白的表达，二甲双胍能够引起腔上皮细胞A型、B型和erbB2亚型细胞的凋亡[20]。在人乳腺癌细胞株MCF-7中，二甲双胍作为肿瘤抑制剂而非胰岛素敏感药物，通过对AMPK通路的激活和mTOR的抑制，导致蛋白的降解，从而起到了抑制肿瘤细胞生长增殖的作用。二甲双胍对其他肿瘤细胞也展示出明显的生长抑制效应。在细胞培养中，二甲双胍能够抑制多种肿瘤细胞的生长，包括乳腺癌细胞、前列腺癌细胞、结肠癌细胞、子宫内膜癌细胞、卵巢癌细胞和胶质瘤细胞。二甲双胍还被发现能够诱导某些细胞株的细胞凋亡，如子宫内膜癌细胞、胶质瘤细胞和三阴性乳腺癌细胞等[21-27]。

2.2二甲双胍治疗乳腺癌的动物水平研究不仅是在乳腺癌，在其他肿瘤中，二甲双胍也有着重要的作用。二甲双胍能降低多种转基因小鼠异体移植的肿瘤生长，包括乳腺癌细胞、前列腺癌细胞，并且抑制转基因小鼠乳腺癌、结肠癌及其他肿瘤的发生[28]。此外，二甲双胍能够抑制小鼠体内化学诱导的肺癌和结肠癌的癌前病变[29]。在前列腺癌、结肠癌细胞中，二甲双胍能够通过抑制cyclin D1蛋白水平的表达来抑制细胞周期。在后续的一些体内试验中使用裸鼠腹腔注射或口服二甲双胍，肿瘤生长抑制率达到55%[30]。

2.3二甲双胍与AMPK/mTOR信号通路二甲双胍对肿瘤细胞的增殖抑制效应与AMPK的激活相关，同时抑制了mTOR信号通路和其对应的蛋白合成等多种反应，包括EGFR、Src、MARK、cyclinD1表达降低，p27表达增加等[31-33]。2007年Dowling等人在发现二甲双胍能够通过激活AMPK来抑制mTOR，从而抑制乳腺癌细胞的生长[34]。在缺乏TSC2，LKB1和经过AMPK抑制剂处理过的细胞中，此抑制效应消失，说明LKB1、AMPK和TSC2在二甲双胍的作用机制中起着重要作用。研究证明二甲双胍能够激活化疗诱导的AMPK活化并且增强化疗对乳腺癌、肺癌、前列腺癌细胞的毒性[35]。

2.4二甲双胍与肿瘤干细胞近几年二甲双胍在肿瘤干细胞研究领域中获得了高度关注。近期的一些研究表明，二甲双胍可能靶向作用于肿瘤干细胞。例如，二甲双胍能够抑制乳腺癌细胞亚群的生长，并且能够抑制小鼠体内异体移植的肿瘤形成。二甲双胍联合赫塞汀能够对HER2过表达乳腺癌肿瘤干细胞的细胞群落产生生长抑制效应。有趣的是，二甲双胍可能也通过转录性地抑制上皮间充质化(EMT)来参与调节乳腺癌肿瘤干细胞的发生[36]。

3二甲双胍抗肿瘤作用的临床试验进展

在2 529位乳腺癌患者的临床试验中，包括155位糖尿病患者，其中有68位接受二甲双胍的治疗，87位没有接受二甲双胍的治疗，结果在没有接受二甲双胍治疗的乳腺癌患者中，完全缓解期为8%，接受二甲双胍治疗的乳腺癌患者为24%[18]。在乳腺癌患者中，二甲双胍的临床应用表现出相似的保护作用。而且，在最近以非糖尿病患者为研究对象的临床试验表明，低剂量的二甲双胍(250 mg/d)能够降低非糖尿病患者中结肠癌的发病率和结肠上皮细胞的增殖[19]。此外，现阶段正在进行的二甲双胍辅助治疗乳腺癌的实验中，证明了二甲双胍在肿瘤细胞增殖、凋亡中的抑制效应，具有临床应用的安全性和耐受性[20-21]。与未经二甲双胍干预的糖尿病患者相比，经过二甲双胍治疗的糖尿病患者，各类型肿瘤的发病风险和死亡率均有降低。然而，尽管经过二甲双胍治疗的乳腺癌患者病理完全缓解期的百分比增加，但其未能显著改善3 a无复发乳腺癌患者的生存率[13-17]。此外，在另一组糖尿病并发前列腺癌患者的临床研究中，二甲双胍的使用与治疗效果并无相关性。因此，二甲双胍对癌症复发和生存率的改善就需要更进一步的临床研究来阐释。

4二甲双胍治疗乳腺癌的局限性

临床应用的安全性、确切的药物效应和低廉的药价，使二甲双胍成为一种理想的抗肿瘤候选药物。近期流行病学的证据、临床和临床前实验都证明了二甲双胍的潜在抗肿瘤效应。然而，二甲双胍要作为肿瘤辅助治疗药物，许多问题仍需进一步阐明和证实。尤其在流行病学回顾性研究中，糖尿病人群中首次发现二甲双胍的抗肿瘤效应很难被临床应用来证实。虽然通过很多研究手段(如细胞培养和小鼠模型)完善了部分二甲双胍抗肿瘤作用的机制，但这些研究很多是通过人为的依赖非生理性剂量的二甲双胍，同时使用过量的胰岛素和生长因子来实现的。最新的一些实验中，通过应用更接近生理性浓度的二甲双胍建立的体外实验模型，更好地解释了二甲双胍(胰岛素依赖型和胰岛素非依赖型)的作用机制。控制二甲双胍敏感性的关键因素，对临床试验的设计和患者的筛选是十分重要的。目前关于二甲双胍临床试验表明，二甲双胍对高胰岛素血症患者和胰岛素受体LKB1、TSC2阳性的肿瘤患者的治疗效果最好，而对正常胰岛素水平的患者和缺乏胰岛素受体LKB1、TSC2表达的肿瘤患者，二甲双胍却没有抗肿瘤作用[37]。进一步基础研究和相关的临床试验对完善二甲双胍药物作用机制是至关重要的，这些研究应包括通过筛选一系列肿瘤患者(包括糖尿病患者)来识别、预测二甲双胍的抗肿瘤效应和治疗反应的生物学标记物。探索二甲双胍对非糖尿病患者的作用机制和区分二甲双胍的直接和间接效应是研究二甲双胍治疗肿瘤的下一个挑战。

5总结

二甲双胍不仅能够较好地控制糖尿病人的血糖，同时对乳腺癌还有抗肿瘤作用。体内外实验表明二甲双胍有效抑制各种乳腺癌细胞增殖。主要分子机制包括AMPK/mTOR以及直接靶向肿瘤干细胞。临床试验表明，经过二甲双胍治疗的糖尿病患者，各类型肿瘤的发病风险和死亡率均有降低。然而，二甲双胍要作为肿瘤辅助治疗药物，许多问题仍需进一步阐明和证实。目前，将二甲双胍作为抗肿瘤药物的临床试验正在进行，包括针对乳腺癌、前列腺癌、子宫内膜癌和胰腺癌患者。如加拿大国家癌症研究所临床研究组已经开展了针对超过3 500名早期乳腺癌女性患者二甲双胍和安慰剂组大型临床3期研究[38]。随着新型预临床模型的建立，这些临床研究会让二甲双胍作为潜在抗癌药物的研究日趋完善。

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

作者简介：李璞玉(1987-)，女，河南洛阳人，从事消化道肿瘤的基础与临床研究。

收稿日期：2015-04-24

中图分类号：R737.9

文献标志码：A

文章编号：1672-688X(2015)04-0311-04