【word】 二甲双胍抗肿瘤作用机制的研究进展

二甲双胍抗肿瘤作用机制的研究进展 ?410?广东医学2012年2月第33卷第3期GuangdongMedicalJournalFeb.2012,Vo1.33,No.3 二甲双胍抗肿瘤作用机制的研究进展术 李优锋,程继东 汕头大学医学院第一附属医院消化内科(广东汕头515041) 近年来糖尿病与恶性肿瘤的关系逐渐被人们重视,许多 研究提示糖尿病,尤其是2型糖尿病,与恶性肿瘤的发生发 展密切相关.糖尿病导致恶性肿瘤发病率增加的确切机制 尚不清楚,比较认同的观点是与高血糖本身,高胰岛素血症 及胰岛素抵抗有关.二甲双胍为双胍类口服降糖药,是一 种广泛使用的主要针对2型糖尿病治疗的一线药物,它不仅 有降血糖作用,还有抗肿瘤的生物效应.流行病学资料显 示,二甲双胍能降低肿瘤的发病率和病死率….体外研究证 明二甲双胍能通过激活LKB1/AMPK通路J,来抑制肿瘤细 胞生长,诱导肿瘤细胞细胞周期停滞及细胞凋亡J.体内研 究发现,二甲双胍能降低糖尿病患者循环中的胰岛素和胰岛 素样生长因子(IGFs)水平,抑制多种疾病中的血管生成,与 化疗药物合用时可增强化疗的敏感性,清除肿瘤干细胞,激 活肿瘤免疫.二甲双胍还能抑制未折叠蛋白质应答(unfol- dedproteinresponse,UPR),促使肿瘤细胞发生凋亡.二甲双 胍通过上述通路来干预肿瘤的发生和发展,因此具有重要的 临床意义,而这些信号分子的活化或抑制有望成为肿瘤治疗 的新靶点,现就近年来二甲双胍在抗肿瘤方面的作用及机制 的研究进展作一综述. l活化LKBl/AMPK通路 LKB1是腺苷酸活化蛋白激酶(AMP—activatedprotein kinase,AMPK)的上游激酶,是体内广泛表达的一种肿瘤抑 制基因,其本质是一种苏氨酸蛋白激酶,在能量代谢与肿瘤 之间起连接作用.研究,”-3哺乳动物细胞内缺乏 LKB1基因时,AMPK则不能被二甲双胍所激活.AMPK是真 核细胞内与细胞能量代谢有关的激酶,AMPK的活性受细胞中 能量变化的调节,当细胞处于能量缺乏或应激状态时,AMP/ ATP比值升高.诱导AMPK活化.研究发现,二甲双胍能 抑制呼吸链复合体I的活性,抑制ATP的合成,间接活化 AMPK. 1.1抑制肿瘤生长及增殖二甲双胍诱导AMPK活化,活 化的AMPK参与体内多个能量调节途径,其中包括:(1)促 进糖酵解及周围组织利用葡萄糖,抑制糖异生及糖原合成. (2)促进脂肪酸氧化,抑制脂肪酸及胆固醇的合成.(3)抑 制蛋白质的合成.二甲双胍诱导AMPK活化后,促进机体的 分解代谢,抑制合成代谢,这与肿瘤局部的能量需求形成矛 国家自然科学基金资助项目(编号:81070673),广东省自然科学 基金资助项目(编号:2010121627—3) ?通信作者 盾,从而限制肿瘤的生长及增殖,有望成为肿瘤治疗的新 选择. 1.2诱导细胞周期停滞细胞周期分为4期,即DNA复制 前的G期,DNA合成期(S期),有丝分裂前的G2期及有丝 分裂期(M期),细胞周期的循环中有Gl/s和G:/M两个主 要限制点.细胞周期蛋白(cyclin),细胞周期依赖性蛋白激 酶(CDK)和细胞周期依赖性蛋白激酶抑制因子(CDKI)共同 参与细胞周期的调控.细胞周期蛋白与CDK相结合的复合 物调节G/S和G:/M限制点,整个细胞周期才得以顺利进 行.二甲双胍诱导AMPK活化后,并通过活化p53一p21轴, 不依赖p53的p21和p27途径及雷帕霉素靶体(mammalian targetofrapamycin,mTOR)通路,来调节细胞周期的进展. 1.2.1通过活化p53一p21轴p53是一种肿瘤抑制基因, p2l是位于p53下游的CDKI,其启动子上有p53的结合位 点.研究证明活化的AMPK,诱导p53磷酸化并启动p21合 成,抑制Rb蛋白磷酸化J,非磷酸化Rb蛋白与E2F紧密结 合,使之失活,E2F是细胞进入S期的一系列关键基因的转 录因子,它的失活使这些关键基因不能转录,从而阻止细胞 从G期进入S期. 1.2.2通过不依赖p53的p21和p27途径有研究指出二 甲双胍激活AMPK,诱导乳腺癌细胞株细胞周期停滞,乳腺 癌细胞株对二甲双胍的敏感性不是与p53而是与p21和p27 的表达情况相一致,这表明只要肿瘤细胞高表达p21和p27, 激活AMPK仍可引起细胞周期停滞,其可能机制是AMPK 激活导致cyclinD1水平下降,诱导p21和p27释放,抑制cy— clinE/CDK2复合体活性,从而阻止细胞从G.期进入S 期.p27是CDKI,其错位分布和低丰度表达与肿瘤发生密 切相关,p27对细胞周期负性调控机制可能是抑制cyclin— CDK复合物活性,导致细胞不能通过G./S限制点. 1.2.3通过mTOR途径mTOR是调控mRNA翻译的启动 因子,可促进蛋白质的合成,调控细胞生长和细胞分化,在大 多数肿瘤细胞表达上调,可使肿瘤细胞的增殖,生长,分化及 存活发生失调,并能加快细胞周期G,s期的转换.有研 究_9表明,AMPK和mTOR通路相关联,AMPK的激活可抑 制mT0R的活性,引起部分细胞周期关键蛋白合成不足,从 而导致细胞周期停滞. 1.3活化半胱天冬酶(caspase)诱导细胞凋亡肿瘤的发生 不仅是肿瘤细胞无限增殖的结果,也与肿瘤细胞的凋亡受阻 有关.有研究_l.表明,二甲双胍可影响肿瘤细胞线粒体内 的电子转移来影响呼吸链,进而导致细胞凋亡,其可能的机 广东医学2012年2月第33卷第3期 GuangdongMedicalJournalFeb.2012,Vo1.33,No.3 制为诱导caspase的活化来实现的.线粒体呼吸链受损后, 细胞色素c从破损的线粒体进入胞液.与Apaf一1,ATP/ dATP形成凋亡体,凋亡体活化caspase一9前体,caspase一9 导致下游效应器caspase活化,切割底物,激活核酸内切酶, 使DNA断裂成小片断,导致细胞凋亡. 2降低循环中的胰岛素和IGFs 高胰岛素血症,胰岛素抵抗及细胞膜上胰岛素受体表达 异常可能导致细胞增殖,凋亡异常,导致肿瘤发生.IGFs是 一 种有丝分裂原,与恶性肿瘤的发生密切相关,其生物活性 主要由胰岛素样生长因子一1受体(IGF一1R)介导,通过促 进细胞增殖,抑制细胞凋亡,导致肿瘤的发生.高胰岛素水 平会因改变IGF一1轴而加速已存在的癌症病灶进程.二甲 双胍作为胰岛素增敏剂,增加胰岛素受体酪氨酸激酶的活 性,增加胰岛素的转运和葡萄糖转运因子?的活性及基因表 达,同时能改善葡萄糖的氧化和糖原合成,进而减少胰岛素 用量,缓解高胰岛素血症,改善胰岛素抵抗.二甲双胍能黏 合和下调胰岛素受体,下调胰岛素和IGF一1的量,来行 使抗肿瘤的作用.另外,有研究指出二甲双胍处理后的 多种肿瘤中存在胰岛素/IGF一1R和G一蛋白偶联受体信号 通路的交叉对话机制,进而抑制肿瘤的增殖. 3抑制血管生成 肿瘤血管生成是肿瘤生长的前提,其与多种生长因子的 刺激有关,但以血管内皮生长因子(vascularendothelial growthfactor,VEGF)的作用最为重要.VEGF是血管内皮细 胞有丝分裂素,具有促进内皮细胞增殖及血管再生的功能. 在糖尿病的相关研究?中证实二甲双胍可以抑制胰岛素和 IGF—I诱导的HIF—lot和VEGF表达,TAN等?证明,二 甲双胍可以通过NF—KB和Erkl/2/Erk5通路上调抗血管生 成因子TSP一1的表达,进而抑制血管生成. 4增强化疗的敏感性 JIRALERsP0NG等发现,乳腺癌合并糖尿病的患者 在接受新辅助化疗时,如同时服用二甲双胍,其完全缓解率 高于未服用二甲双胍的患者.在异种移植小鼠模型中,二甲 双胍联合阿霉素治疗可缩小肿瘤大小,预防复发,其效果优 于任一药物单用,在化疗的同时让实验鼠服用二甲双胍,可 抑制实验鼠体内的乳腺癌扩散虽然二甲双胍能增强化 疗药物的疗效,但其具体的机制仍不清楚,GARCIA等.认 为二甲双胍能快速地通过N:O途径使维生素B.:失活,并且 增强甲氨蝶呤的药物毒性,从而提高肿瘤细胞对化疗药物的 敏感性. 5清除肿瘤干细胞 肿瘤干细胞是指肿瘤组织中少数具有无限增殖潜能的 细胞,能驱动肿瘤的形成和生长.传统的化疗药物仅能杀灭 实体瘤中的肿瘤细胞,而对肿瘤干细胞的作用很小或没有作 用,因而在化疗结束后,肿瘤通常容易复发.研究E19J显示. 二甲双胍可延长HER-2/neu转基因小鼠的寿命,减少自发 ? 411? 性乳腺癌的发生.小剂量二甲双胍不仅能抑制人乳腺癌细 胞转化,还能选择性杀灭其中的肿瘤干细胞,当它与化疗药 物舍用时,可以延缓乳腺癌的复发J.因此,二甲双胍通过 抑制肿瘤细胞转化,阻止肿瘤的进展,而其选择性地杀灭肿 瘤干细胞,则能防止肿瘤复发的发生. 6激活免疫系统 肿瘤抗原经抗原提呈细胞加工和处理后,能激活CD8 T淋巴细胞,而在肿瘤免疫过程中,T淋巴细胞起着关键性的 作用.DILMAN等在对已行乳腺癌根治术并接受苯乙双 胍和安妥明治疗的乳腺癌患者的研究中发现,其发生迟发型 超敏反应时,T淋巴细胞的数量及其转化爆炸反应能力均有 所提高.也有研究发现,二甲双胍能恢复代谢缺损和增 加记忆性T细胞数量,并增强抗癌疫苗的效能.因此,二甲 双胍具有肿瘤免疫调节作用,但其具体机制仍不清楚. 7抑制UPR, 真核细胞进化出一套复杂的应激反应系统来应对非正 确折叠的蛋白质在内质网内的堆积,包括增强蛋白质折叠能 力,减少蛋白质进入内质网,加速蛋白质的降解等,如果内质 网功能紊乱持续,细胞将最终启动凋亡程序,这些反应被统 称为UPR[22].肿瘤恶化与UPR的激活有密切关系,肿瘤恶 化时会出现组织缺氧现象,激活UPR,诱导糖调节蛋白 GRP78的表达,这些蛋白具有抗凋亡的功能及诱导一些耐药 基因的表达],所以抑制肿瘤细胞中的UPR将可能提高肿 瘤治疗的效果.体外研究表明,二甲双胍能抑制UPR的 活性,从而导致多种肿瘤细胞死亡. 8与展望 二甲双胍为治疗糖尿病的一线药物,具有多种生物活 性,其抗肿瘤效应受到人们的广泛关注.二甲双胍抗肿瘤的 机制十分复杂,其具体机制尚未完全阐明.目前主要认为是 通过活化LKB1/AMPK通路,促进脂肪酸氧化,抑制糖,脂质 以及蛋白质的合成,进而抑制肿瘤细胞增殖,诱导细胞周期 停滞及细胞凋亡.当然,二甲双胍还可通过降低循环中的胰 岛素和IGFs水平,抑制肿瘤血管生成,增强化疗的敏感性, 清除肿瘤干细胞,激活肿瘤免疫,抑制UPR来抑制肿瘤增 殖,阻止肿瘤进展,防止肿瘤复发,见图1.近来有研究显 示,二甲双胍可抑制腺苷酸脱氨酶(AMP—deaminase, AMPD)来激活AMPK,进而促进骨骼肌葡萄糖转运及脂肪酸 氧化I25],二甲双胍通过下调肝脏的能量状态来抑制小鼠肝 糖异生,且与LKB1/AMPK通路无关,而这些机制是否在 肿瘤中也适用,有待进一步研究.二甲双胍作为治疗糖尿病 的药物应用于临床已有半个多世纪,其安全性已经得到广泛 验证,因此,将其应用于肿瘤治疗,能明显减少传统化疗药物 的不良反应,提高患者的耐受性及依从性.二甲双胍有望成 为新兴的广泛应用的抗肿瘤药物,待其抗肿瘤作用的详尽机 制研究清楚后,这些信号分子的活化或抑制可能成为肿瘤治 疗的新靶点,因而具有巨大的研究价值及广阔的研究前景. ?4l2?广东医学2012年2月第33卷第3期 GuangdongMedicalJournalFeb.2012.Vo1.33,No.3 “一” :促进或增强;”—”:抑制或减少 图1二甲双胍抗肿瘤作用机制 参考文献 [1]BAURDM,KLOTSCHEJ,HAMNVIKOP,eta1.Type2diahe- tesmellitusandmedicationsfortype2diabetesmellitusareassoci— atedwithriskforandmortalityfromcancerinaGermanprimary carecohort[J].Metabolism,2011,60(10):1363—1371. [2]HAWLEYSA,BOUDEAUJ,REIDJL,eta1.Complexesbe. tweentheLKB1tumorsuppressor,STRADalpha/betaandMO25 alpha/betaareupstreamkinasesintheAMP——activatedproteinki- Basecascade[J].Biology,2003,2(4):28. [3]KIMHJ,KIMSK,KIMBS,eta1.Apoptoticeffectofquereetin onht一29coloncancerceilsviatheampksignalingpathway[J]. 8650. AgrieFoodChem,2010,58(15):8643— [4]ELMIRMY,NOGUEIRAV,FONTAINEE,eta1.Dimethylbigua- nideinhibitscellrespirationviaallindirecteffecttargetedonthere- spiratorychaincomplex[J].BiolChem,2OO0,275(1):223—228. [5]IGATAM,MOTOSHIMAH,TSURUZOEK,eta1.Adenosine monophosphate—activatedproteinkinasesuppressesvaseula/” smoothmusclecellproliferationthroughtheinhibitionofcellcycle progression[J].CircRes,2005,97(8):837—844. [6]MITTNACHTS,PATERSONH,OLSONMF,eta1.Rassignal- lingisrequiredforinactivationofthetumoursuppressorprbcell— cyclecontrolprotein[J].CurrBiol,1997,7(3):219—221. [7]ZHUANGY,MISKIMINSWK.Cellcyclearrestinmetformin treatedbreastcancercellsinvolvesactivationofAMPK,downregn— lationofcyclinD1,andrequiresp27Kip1orp21Cipl[J].JMol Signal,2008,3:18. [8]MINYH,CHEONGJW,KIMJY,eta1.Cytoplasmicmislocal— izationofp27kiplproteinisassociatedwithconstitutivephospho— rylationofaktorproteinkinasebandpoorprognosisinacutemy- elogenousleukemia[J].CancerRes,2004,64(15):5225— 5231 [9]LIUJ,LIM,SONGB,eta1.Metformininhibitsrenalcellcarci— nomainvitroandinvivoxenograft[J].UrolOncol,2011Jun13. [Epubaheadofprint] [10]BUZZAIM,JONESRG,AMARAVADIRK,eta1.Systemic treatmentwiththeantidiabeticdrugmetforminselectivelyimpairs p53一deficienttumorcellgrowth[J].CancerRes,2007,67 (14):6745—6752. [11]SAKAHIRAH,ENARIM,NAGATAS.CleavageofCADinhibi- torinCADactivationandDNAdegradationduringapoptosis[J]. Nature,1998,391(6662):96—99. [12]MOUN~OYKG,FINLAYGJ,HOLDAWAYIM.Effectsof metforminandglibenclamideoninsulinreceptorsinfibroblastsand tumorcellsinvitro[J].EndoorinolInvest,1987,10(6):553— 557. [13]ROZENGURTE,SINNETYSMITHJ,KISFALVIK.Crosstalk betweeninsulin/insulin—-likegrowthfactor—-1receptorsandG protein—coupledreceptorsignalingsystems:anoveltargetforthe antidiaheticdrugmetformininpancreaticcancer[J].ClinCancer Res,2010,16(9):2505,2511. [14]TREINSC,MURDACAJ,VANOBBERGHENE,eta1.AMPK activationinhibitstheexpressionofHIF—-1alphainducedbyinsu?- linandIGF一1[J].BiochemBiophysResCommun,2006,342 (4):1197—1202. [15]TANBK,ADYAR,CHENJ,eta1.Mefformindecreasesangio— genesisviaNF—-kappabandERK1/2/ERK5pathwaysbyincreas ingtheantiangiogenicthrembospondin一1[J].CardiovascRes, 574. 2009,83(3):566— [16]JIRALERSPONGS,PAUASL,GIORDANOSH,eta1.Met— forminandpathologiccompleteresponsestoneoadjuvantchemo— therapyindiabeticpatientswithbreastcancer[J].ClinOncol, 2009,27(20):3297—3302. [17]HIRSCHHA,ILIOPOULOSD,TSICHLISPN,eta1.Metformin 广东医学2012年2月第33卷第3期 GuangdongMedicalJournalFeb.2012,Vo1.33,No.3 selectivelytargetscancerstemcells,andactstogetherwithchemo— therapytoblocktumorgrowthandprolongremission[J].Cancer Res,2009,69(19):7507—7511. [18]GARCIAA,TISMANG.Metformin,b(12),andenhanced breastcancerresponsetochemotherapy[J].ClinOncol,2010, 28(2):el9. [19]ANISIMOVVN,BERSTEINLM,EGORMINPA,eta1.Effect ofmetforminonlifespanandonthedevelopmentofspontaneous mammarytumorsinHER一2/neutransgenicmice[J].ExpGem- ntol,2005,40(8/9):685—693. [20]DILMANVM,BERSTEINLM,OSTROUMOVAMN,eta1. Metabolicimmunode—pressionandmetabolicimmunotherapy:an attemptofimprovementinimmunologicresponseinbreastCancer patientsbycorrectionofmetabolicdisturbances[J].Oncology, 19. 1982,39(1):13— [21]PEARCEEL,WALSHMC,CEJASPJ,eta1.EnhancingCD8 T—cellmemorybymodulatingfattyacidmetabolism[J].Nature, 2009,460(7251):103—107. ? 413? [22]MALHIH,KAUFMANRJ.Endoplasmicreticulumstressinliver disease[J].JHepatol,2011,54(4):795—809. [23]DONGD,NIM,LIJ,eta1.Criticalroleofthestresschaperone GRP78/BIPintumorproliferation,survival,andtumorangiogene- sisintransgene—inducedmammarytumordevelopment[J]. CancerRes,2008,68(2):498—505. [24]SAITOS,FURUNOA,SAKURAIJ,eta1.Chemicalgenomics identifiestheunfoldedproteinresponseasatargetforselective cancercellkillingduringucosedeprivation[J].CancerRes, 2009,69(10):4225—4234. [25]OUYANGJ,PARAKHIARA,OCHSRS.Metforminactivates ampkinasethroughinhibitionofampdeaminase[J].BiolChem, 2011,286(1):1—11. [26]FORETZM,HI~BRARDS,LECLERCJ,eta1.Metformin inhibitshepaticgluconeogenesisinmiceindependentlyofthe LKB1/AMPKpathwayviaadecreaseinhepaticenergystate[J]. 2369. ClinInvest,2010,120(7):2355— (收稿日期:2011—07—08编辑:陈嘉伟) 病毒逃逸自然杀伤细胞免疫清除机制的研究木 王鹏,阚全程,余祖江,潘雪,李玲 郑州大学护理学院(郑州450052);郑州大学第一附属医院临床药理基地,感染科(郑州450052);河南省郑州市第九人 民医院姑息治疗与临终关怀科(450053) 病毒是一类严格寄生于宿主细胞的病原体,作为最成功 的”捕食者”之一,几乎所有的生物都会遭受病毒的侵袭,在 宿主与病毒共存的长期进化中,宿主细胞为了消除和抵抗病 毒感染对机体可能造成的不利影响,逐渐形成了复杂而完善 的免疫机制以清除病毒,而病毒为了逃脱被消灭和清除的命 运也不断形成各种免疫逃逸机制以逃逸宿主的免疫清除,造 成持续感染.因此,在病毒与宿主相互作用的网络中研究病 毒的致病及免疫逃逸机制,对于病毒性疾病的控制和预防具 有重要的意义.非特异性免疫是机体在长期进化过程中形 成的免疫防御功能,除具有一般的机械性阻挡和抑茵作用 外,还包括通过机体的炎症反应和多种细胞的吞噬作用而构 筑的功能性防御屏障,而单核巨噬细胞,自然杀伤细胞(nat. uralkillercells,NKceHs)和树突状细胞(dendriticcells, DCs)等固有免疫细胞是非特异性免疫的主要执行者,在早 期控制病毒的复制和播散发挥重要的作用J.本文仅就病 毒逃逸NK细胞免疫杀伤机制的研究进行综述. 1NK细胞的抗病毒机制 NK细胞是天然免疫的主要承担者,是病毒感染清除的 第一道门户,与细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxicTlympho. 国家自然科学基金资助项目(编号:30472031),河南省医学科技 创新人才项目(编号:2001123),郑州市科技攻关项目(编 号:10PTGS484—7),河南省高等学校青年骨干教师资助计划(编号: 教高[2011]873号一22) ?通信作者.教授,博士,博士研究生导师;E.mail:kanquancheng2006 @163.c0m cytes,CTL)共同构成抵抗病毒感染的重要防线,在针对病毒 的防御中发挥关键作用J.NK细胞抗病毒的机制主要有 两种,一方面是通过与靶细胞直接接触,识别靶细胞膜表面 的配体,利用细胞毒作用直接杀伤靶细胞;另一方面还能释 放细胞因子,发挥免疫调理作用,激活免疫系统的其他细胞 协同发挥抗病毒作用.NK细胞上表达的受体在功能上 可分为兴奋性和抑制性两种,兴奋性受体主要指杀伤细胞激 活受体(killeractivatoryreceptor,KAR),又可分为两类,一类 为黏附分子.如CD16,CD54或CD102等,产生刺激信号,诱 导NK细胞介导的细胞毒杀伤作用;另一类为DAP12的同源 二聚体与抑制性受体结合而成.抑制性受体包括凝集素型 抑制性受体如CD94/NKG2A,杀伤细胞抑制受体(killerin— hibitoryreceptor.KIR)和白细胞免疫球蛋白样受体I型(1eu— kocyteimmunoglobulinlikereceptorclass1,LIR一1)等,均可 下调NK细胞的活性.其中CD94/NKG2A广泛分布于外周 血NK细胞上,含有C型凝集素样结构域;KIR属免疫球蛋 白超家族.位于NK细胞的表面,两者均是人类白细胞抗原 (humanleukocyteantigen,HLA)分子的配体.LIR一1属于 Ig超家族,主要分布于单核细胞和B细胞上. 2病毒逃逸NK细胞杀伤功能的机制 为达到在宿主中长期存活的目的,病毒发展了许多特异 性机制,作用于NK细胞激活与杀伤感染细胞的各个环节,逃 避NK细胞的监视和激活,阻断NK细胞介导的细胞毒作用. 2.1下调兴奋性受体功能逃逸NK细胞杀伤人类巨细胞 病毒(humancytomegalovirus,HCMV)的UL16基因序列编码 的糖蛋白gpUL16能够与UL16耦合蛋白(UL16bindingpro-