二甲雙胍抑制腫瘤細胞轉移的研究進展

齊 蕾 綜述 張會娟 審校

·綜 述·

二甲雙胍抑制腫瘤細胞轉移的研究進展

齊 蕾 綜述 張會娟 審校

二甲雙胍以其穩定的有效性、安全性及低廉的價格，已成為治療2型糖尿病的首選用藥。研究顯示二甲雙胍的應用可降低腫瘤的發病、復發及轉移率，長期應用二甲雙胍也可改善癌癥患者預后，并延長壽命。二甲雙胍的多重優勢，促進其成為治療和預防癌癥的新興選擇。因此，深入研究二甲雙胍抑制腫瘤細胞轉移的機制對抗腫瘤治療具有一定的指導意義。

二甲雙胍 腫瘤細胞 抑制 轉移

糖尿病是惡性腫瘤的危險因素，二甲雙胍除了可調控血糖外，還具有抑制多種腫瘤性疾病發生、發展的作用，如二甲雙胍可通過多種通路影響腫瘤細胞增殖、遠處轉移，與部分化療藥物聯合應用可一定程度增加其抗腫瘤作用。此外，二甲雙胍可通過某些蛋白通路、因子作用等，對腫瘤細胞轉移起到不同程度的抑制作用。對于高死亡率的惡性腫瘤，若二甲雙胍的抗腫瘤轉移作用可被廣泛證實，相信其可成為腫瘤治療的新選擇。本綜述旨在探討二甲雙胍對腫瘤細胞轉移能力的影響及其機制。

1 二甲雙胍簡介

20世紀20年代法國科學家發現了一種植物的活性成分—山羊豆素，這是一種胍類生物堿，具有降糖、抗菌等作用，之后多種胍類衍生物被相繼合成。雙胍類作為治療糖尿病的藥物在20世紀50年代后期推出，主要為苯乙雙胍和二甲雙胍，1957年已在法國正式上市。后因苯乙雙胍增加心血管疾病的病死率，于20世紀70年代退出歐美市場，二甲雙胍仍被沿用，如今已成為2型糖尿病的一線用藥。二甲雙胍的基本作用包括抑制肝糖原的產生、減輕外周組織胰島素抵抗及提高骨骼肌對葡萄糖的攝取、利用［1］。除了糖尿病治療用藥之外，二甲雙胍還應用于多囊卵巢綜合征及性早熟［2］等疾病的治療。由于其療效顯著、安全性高、不良反應小，已得到廣泛應用［3］。隨著人們生活方式、飲食結構的改變，2型糖尿病的發病率逐漸上升，腫瘤性疾病在糖尿病患者中的發病率亦逐步增高。近來研究發現，二甲雙胍除了調節糖代謝外，同時還能夠抑制惡性腫瘤細胞的增殖、分化、轉移，提高腫瘤細胞對化療藥物的敏感性［4］，降低糖尿病人群腫瘤性疾病的發病率［5］。國外研究發現，二甲雙胍能抑制Her-2陽性乳腺癌細胞增殖、轉移，促進其凋亡［6］，可通過2脫氧葡萄糖途徑阻礙前列腺癌細胞代謝及加速細胞內ATP耗竭［7］。國內也有相關報道，朱智峰等［8］發現二甲雙胍能夠抑制人結腸癌細胞株SW480增殖、轉移；薛知新等［9］也證實二甲雙胍可以抑制AGS胃癌細胞增殖、遷移等。上述研究提示，二甲雙胍能夠明顯抑制腫瘤細胞的增殖、轉移。

2 二甲雙胍與腫瘤細胞轉移相關機制

腫瘤細胞具有增殖、凋亡、侵襲、轉移的特點，而侵襲轉移是腫瘤達到遠處組織的方式，90%的腫瘤患者因為腫瘤細胞轉移而失去手術機會［10］。腫瘤轉移過程復雜，包括血管和（或）淋巴管誘導生成，腫瘤細胞脫落并進入血管或淋巴管，被靶組織微脈管隨機或特異性捕獲，離開脈管生長、向組織器官浸潤，直至形成轉移病灶。腫瘤細胞轉移與多因素相關。

2.1 二甲雙胍與AGEs-RAGE通路

糖基化終末產物（advanced glycation end-products，AGEs）是蛋白質和脂類經非酶糖基化后生成的含多種分子結構的混合物。糖基化終末產物受體（receptor for advanced glycation end products，RAGE）作為免疫球蛋白超家族的一員，在多種腫瘤細胞中高表達，與腫瘤細胞的增殖、轉移、臨床分期、患者預后等存在密切關系［11-12］。AGEs與其受體相互作用后可激活多種細胞增殖、轉移及凋亡相關信號通路，包括P21、ras、ERK1/2、P38MAPK等；AGEs-RAGE介導的活性氧簇的增多亦可增加糖尿病人群腫瘤的患病風險［13］。此外，RAGE/AGEs的結合可促進細胞因子和一些生長因子的產生，同時激活NF-κB增加細胞遷移能力，而二甲雙胍能抑制AGEs的形成，從而阻斷AGEs與其受體作用所介導的一系列信號通路［14］。由此可推測，二甲雙胍可通過抑制AGEs-RAGE通路抑制腫瘤細胞的轉移。

2.2 二甲雙胍與AMPK/mTOR通路

腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）是一個敏感的細胞內能量感受器，當感受到胞質內的AMP/ATP變化時，AMPK被激活，促進肌肉組織對葡萄糖的攝取，增加肝臟脂肪酸氧化和生酮作用，進而調節糖、脂代謝，維持機體能量平衡［15］。哺乳類動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）是一個屬于磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）相關的激酶家族的絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶，可以促進腫瘤細胞的增殖、生長、分化和轉移等［16］。有研究證實，二甲雙胍作用腫瘤細胞時通過肝激酶1（LKB1）信號通路和調節細胞增殖的信號通路激活AMPK，促進葡萄糖重吸收、糖酵解、脂肪酸氧化作用，減少脂肪酸及膽固醇和蛋白質的合成，降低mTOR活性，從而抑制腫瘤細胞轉移［17］。

2.3 二甲雙胍與IGF

胰島素樣生長因子（insulin-like growth factor，IGF）在正常生命活動中伴演重要角色，與胚胎分化、個體發育密切相關，參與糖、脂肪、蛋白質三大物質代謝。IGF具有促進細胞增殖、分化、成熟、轉移及抑制細胞凋亡等功能，其生物活性的發揮主要由其受體IGF-1R介導。IGF與IGF-1R結合后通過激活PI3K/Akt、Erk1/2等信號上調尿激酶型纖溶酶原活化因子（urokinase-type plasminogen activator，uPA）的表達水平，提高血管內皮生長因子（VEGF）濃度，并誘導生成環氧合酶-2（COX-2），促進新生血管形成，增加腫瘤細胞的侵襲及轉移能力［18］。二甲雙胍是一個針對胰島素/IGF信號通路的靶點藥物，通過抑制PI3K/Akt信號通路，降低mTOR活性，增強化療藥物的敏感性及降低腫瘤細胞復發轉移率［18］。

2.4 二甲雙胍與EMT

上皮間質轉化（epithelial-mesenchymal transitions，EMT）指在某些特定的生理和病理情況下，具有極性的上皮細胞通過與基膜間的相互作用，發生多種生物學作用后，轉化為具有遷移和運動能力的間質細胞的過程。多種轉錄因子如Snail/Slug家族、Twist、相互作用蛋白（SIPI）、TGF-β、Wnt/β-連鎖蛋白（β-catenin）及Notch等信號通路單獨或相互作用，參與促進腫瘤細胞EMT的發生［10］。Zhao等［19］研究發現，二甲雙胍可以通過抑制IL-6介導的STAT3絡氨酸磷酸化，進而抑制肺腺癌細胞EMT過程，達到抑制腫瘤細胞生長及轉移的效應。近年來，“腫瘤干細胞（cancer stem cells，CSCs）”理論趨于白熱化，這是一群具有干細胞特性的癌細胞，其能夠自我更新、分化，使其具有惡性增殖、侵襲、轉移的特點。有研究發現，低濃度的二甲雙胍能抑制EMT的關鍵轉錄因子ZEB1、Twist、Slug、TGF-β的表達，從而有效地抑制CSCs自我更新及獲得EMT表型能力［20-21］，進而抑制腫瘤細胞的轉移。

2.5 二甲雙胍與MMPs-TIMPs

基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）是一類能降解細胞外基質的高度保守蛋白水解酶，參與腫瘤的進展與轉移等多種病理生理過程［22］。在病理情況下，MMPs通過促進生長因子分泌、誘導腫瘤細胞耐受凋亡、新生血管形成、降解細胞外基質等方式促進腫瘤細胞轉移，其中在腫瘤細胞分泌的MMPs中，MMP-2和MMP-9是最主要的降解型膠原酶。TIMPs作為特異的MMPs抑制劑，在多個環節有抑制新生血管形成的作用，如阻礙MMP介導的內皮細胞移動、防止細胞外基質降解等。有研究表明，二甲雙胍可通過激活AMPK/ mTOR信號通路提高TIMPs的表達，降低MMP-2、MMP-9表達，從而抑制纖維肉瘤、黑色素瘤、子宮內膜癌等惡性程度極高的腫瘤細胞轉移［23-25］。因此二甲雙胍可通過下調MMPs表達來抑制腫瘤細胞轉移。

2.6 二甲雙胍與VEGF

血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）又稱血管通透因子（vascular permeable factor，VPF），在正常的生理性血管形成過程中，VEGF有重要的促進作用，在某些病理情況下（如缺血），VEGF表達則可上調，進而促進內皮細胞有絲分裂，誘導毛細血管芽新生，增加微血管通透性，改善組織血供［26］。然而作為實體腫瘤，其在體內環境生長中，形成一個相對缺氧環境，同樣可促進VEGF上調，誘導血管通透性增加，使腫瘤細胞更易于獲得營養物質，促進其生長，同時通過誘導新生血管形成，促進腫瘤的轉移［27］。Treins等［28］證實，胰島素和IGF-1可誘導VEGF表達促進新生血管生成，而二甲雙胍可通過抑制其誘導作用來抑制VEGF表達，進而抑制腫瘤細胞遠處轉移；同時發現二甲雙胍可通過NF-κB和Erkl/2 Erk5等信號通路抑制血管形成。

2.7 二甲雙胍與CD24

CD24由31個氨基酸組成，是一種糖基化的黏附分子，其為造血系統一種標志物，在多種惡性腫瘤細胞中高表達，與腫瘤細胞的轉移密切相關［29］。在腫瘤轉移過程中，位于內皮細胞及血小板表面的p-選擇素與CD24形成的配體-受體形式介導腫瘤細胞黏附于血管內皮細胞［30］，促進其轉移。有研究表明，沉默CD24表達后，可明顯抑制卵巢癌、胰腺癌、結腸癌、肝癌等細胞增殖及轉移能力［31］，提示CD24+在腫瘤細胞中高表達提示預后不佳。Vazquez-Martin等［32］也證實，在具有腫瘤啟動潛能的CD44+CD24+細胞群中，與未發生遠處轉移的細胞相比，發生遠處轉移的癌細胞可明確表達CD24+［32］，而二甲雙胍的應用可明顯下調高轉移性癌細胞中CD24+比例及CD24表達。提示二甲雙胍可以起到沉默CD24+的作用，從而抑制高轉移性腫瘤細胞侵襲及轉移的能力。

2.8 二甲雙胍與MicroRNA

MicroRNA（miRNA）是一種內源性、長度為18～24個核苷酸的非編碼單鏈小RNA，通過與堿基互補配對方式促進或者抑制相關基因的表達，從而參與多種細胞調控功能。在腫瘤細胞中miRNA通過對靶基因、上游轉錄因子等調控方式，以瘤基因或抑瘤基因的角色影響腫瘤進展［33-34］。有研究證實，Let-7、miR-26a、miR-192等在多種腫瘤中表現為抑瘤性［35-37］，miR-21、miR-10b、miR-221和miR-222表現為致瘤性［38-39］。在乳腺癌中，Src引發的信號可激活NF-κB，進而激活IL-6或通過誘導Lin-28表達抑制Let-7，被抑制的Let-7可使IL-6和Ras表達上調而進一步激活NF-κB，使Src/NF-κB/Lin-28/Let-7/IL-6信號通路進一步循環活化，誘發炎癥反應，最終促進乳腺癌細胞惡性轉化。有研究顯示二甲雙胍可以通過抑制NF-κB的活性，從而進一步降低Lin-28B的表達，降低對microRNA Let-7表達的抑制，使其下游基因HMGA2、H-ras的轉錄下降，減輕乳腺組織的炎癥反應，降低其惡性轉化率及復發轉移率［40］。提示二甲雙胍通過microRNA Let-7抑制乳腺癌細胞的多向分化潛能和自我復制能力，降低腫瘤干細胞向乳腺癌細胞的分化、進展。

3 結語

綜上所述，二甲雙胍抑制腫瘤轉移是基于多因子、多通路的共同作用或相互作用下實現的，隨著對二甲雙胍研究的深入，其療效及安全性已經得到廣泛認可。因此，二甲雙胍應用于腫瘤治療與防治，將為腫瘤患者帶來更多臨床益處。

1 Li X,Zhang N,Li Y,et al.Effects of metformin and rosiglitazone on peripheral insulin resistance and beta-cell function in obesity：a double-blind,randomized,controlled study[J].J Int Med Res,2011, 39(2)：358-365.

2 Aljada A,Mousa SA.Metformin and neoplasia：implications and indications[J].Pharmacol Ther,2012,133(1)：108-115.

3 Senior PA.Type 2 diabetes,metformin and lactic acidosis-defining the risk and promoting safe practice[J].Diabet Med,2012,29(2)：161-163.

4 Bodmer M,Meier C,Krahenbuhl S,et al.Long-term metformin use is associated with decreased risk of breast cancer[J].Diabetes Care,2010,33(6)：1304-1308.

5 Leone A,Di Gennaro E,Bruzzese F,et al.New perspective for an old antidiabetic drug：metformin as anticancer agent[J].Cancer Treat Res,2014,159：355-376.

6 Chen TW,Liang YN,Feng D,et al.Metformin inhibits proliferation and promotes apoptosis of HER2 positive breast cancer cells by downregulating HSP90[J].J BUON,2013,18(1)：51-56.

7 Ben SI,Laurent K,Giuliano S,et al.Targeting cancer cell metabolism：the combination of metformin and 2-deoxyglucose induces p53-dependent apoptosis in prostate cancer cells[J].Cancer Res, 2010,70(6)：2465-2475.

8 Zhu ZF,Liang LL.Effects of metformin on proliferation,cell cycle and apoptosis in colon carcinoma cell[J].Journal of China Medical University,2012,41(2)：115-119.[朱智峰,梁琳瑯.二甲雙胍對結腸癌細胞增殖、周期及凋亡的影響[J].中國醫科大學學報,2012,41(2)：115-119.]

9 Xue ZX,Zhong J,Zhao DY,et al.Metformin inhibits cell proliferation and migration in gastric cancer cell line AGS[J].Word Chinese Journal of Digestology,2010,18(19)：1974-1978[薛知新,鐘 捷,趙丹瑜,等.二甲雙胍對AGS胃癌細胞生長侵襲的抑制作用[J].世界華人消化雜志,2010,18(19)：1974-1978.]

10 Yang JH,Liu YB,Dong P.Relationship of epithelial mesenchymal transition and tumor cell invasion and metastasis[J].Chinese Medical Journal,2011,91(8)：572-574.[楊佳華,劉穎斌,董 平.上皮間質細胞轉化與腫瘤細胞侵襲轉移的關系[J].中華醫學雜志,2011,91(8)：572-574.]

11 Zhao CB,Bao JM,Lu YJ,et al.Co-expression of RAGE and HMGB1 is associated with cancer progression and poor patient outcome of prostate cancer[J].Am J Cancer Res,2014,4(4)：369-377.

12 Wang X,Cui E,Zeng H,et al.RAGE genetic polymorphisms are associated with risk,chemotherapy response and prognosis in patients with advanced NSCLC[J].PLoS One,2012,7(10)：e43734.

13 Abe R,Yamagishi S.AGE-RAGE system and carcinogenesis[J]. Curr Pharm Des,2008,14(10)：940-945.

14 Ishibashi Y,Matsui T,Takeuchi M,et al.Metformin inhibits advanced glycation end products(AGEs)-induced growth and VEGF expression in MCF-7 breast cancer cells by suppressing AGEs receptor expression via AMP-activated protein kinase[J].HormMetab Res,2013,45(5)：387-390.

15WuJH,Zhou JQ.Inhibitoryeffectofmetforminon glucose-6-phosphatase gene expression and its possible mechanism [J].Chinese Journal of Pharmacology and Toxicology,2013,27(3)：352-356.[吳加華,周嘉強.二甲雙胍對葡萄糖-6-磷酸酶基因表達的抑制作用及其機制[J].中國藥理學與毒理學雜志,2013,27(3)：352-356.]

16 Karar J,Maity A.PI3K/AKT/mTOR Pathway in Angiogenesis[J]. Front Mol Neurosci,2011,2(4)：51.

17 Lin CC,Yeh HH,Huang WL,et al.Metformin enhances cisplatin cytotoxicity by suppressing signal transducer and activator of transcription-3 activity independently of the liver kinase B1-AMP-activated protein kinase pathway[J].Am J Respir Cell Mol Biol,2013, 49(2)：241-250.

18 Cao Z,Liu LZ,Dixon DA,et al.Insulin-like growth factor-I induces cyclooxygenase-2 expression via PI3K,MAPK and PKC signaling pathways in human ovarian cancer cells[J].Cell Signal,2007,19 (7)：1542-1553.

19 Zhao Z,Cheng X,Wang Y,et al.Metformin inhibits the IL-6-induced epithelial-mesenchymal transition and lung adenocarcinoma growth and metastasis[J].PLoS One,2014,9(4)：e95884.

20 Cufi S,Vazquez-Martin A,Oliveras-Ferraros C,et al.Metformin against TGFbeta-induced epithelial-to-mesenchymal transition (EMT)：from cancer stem cells to aging-associated fibrosis[J].Cell Cycle,2010,9(22)：4461-4468.

21 Barriere G,Tartary M,Rigaud M.Metformin：a rising star to fight the epithelial mesenchymal transition in oncology[J].Anticancer Agents Med Chem,2013,13(2)：333-340.

22 Chambers AF,Matrisian LM.Changing views of the role of matrix metalloproteinases in metastasis[J].J Natl Cancer Inst,1997,89(17)：1260-1270.

23 Tan BK,Adya R,Chen J,et al.Metformin treatment exerts antiinvasive and antimetastatic effects in human endometrial carcinoma cells[J].J Clin Endocrinol Metab,2011,96(3)：808-816.

24 Hwang YP,Jeong HG.Metformin blocks migration and invasion of tumour cells by inhibition of matrix metalloproteinase-9 activation through a calcium and protein kinase Calpha-dependent pathway：phorbol-12-myristate-13-acetate-induced/extracellular signal-re gulated kinase/activator protein-1[J].Br J Pharmacol,2010,160(5)：1195-1211.

25 Cerezo M,Tichet M,Abbe P,et al.Metformin blocks melanoma invasion and metastasis development in AMPK/p53-dependent manner[J].Mol Cancer Ther,2013,12(8)：1605-1615.

26 Kang CM,Wang DW,Lv YT,et al.Progress in The Study of VEGFR-2 Signaling Pathway[J].Progress in Biochemistry and Biophysics,2009,36(10)：1267-1274.[康從民,王大偉,呂英濤,等.血管內皮生長因子受體-2所介導信號通路的研究進展[J].生物化學與生物物理進展,2009,36(10)：1267-1274.]

27 Morfoisse F,Kuchnio A,Frainay C,et al.Hypoxia induces VEGF-C expression in metastatic tumor cells via a HIF-1alpha-independent translation-mediated mechanism[J].Cell Rep, 2014,6(1)：155-167.

28 Treins C,Murdaca J,Van Obberghen E,et al.AMPK activation inhibits the expression of HIF-1alpha induced by insulin and IGF-1 [J].Biochem Biophys Res Commun,2006,342(4)：1197-1202.

29 Jiao XL,Zhao C,Niu M,et al.Downregulation of CD24 inhibits invasive growth,facilitates apoptosis and enhances chemosensitivity in gastric cancer AGS cells[J].Eur Rev Med Pharmacol Sci,2013,17 (13)：1709-1715.

30 Baumann P,Cremers N,Kroese F,et al.CD24 expression causes the acquisition of multiple cellular properties associated with tumor growth and metastasis[J].Cancer Res,2005,65(23)：10783-10793.

31 Sagiv E,Starr A,Rozovski U,et al.Targeting CD24 for treatment of colorectal and pancreatic cancer by monoclonal antibodies or small interfering RNA[J].Cancer Res,2008,68(8)：2803-2812.

32 Vazquez-Martin A,Oliveras-Ferraros C,Cufi S,et al.The anti-diabetic drug metformin suppresses the metastasis-associated protein CD24 in MDA-MB-468 triple-negative breast cancer cells[J].Oncol Rep,2011,25(1)：135-140.

33 Liu L,Liu CH.MicroRNA and Tumor Immunity[J].Chin J Clin Oncol,2012,39(1)：52-55.[劉 磊,劉臣海.MicroRNA與腫瘤免疫關系的研究進展[J].中國腫瘤臨床,2012,39(1)：52-55.]

34 Liang C,Wang CX.The role of microrna in tumor diagnosis and treatment[J].Chin J Clin Oncol,2011,38(7)：411-414.[梁 超,王朝霞.MicroRNA與腫瘤診斷和治療研究進展[J].中國腫瘤臨床,2011, 38(7)：411-414.]

35 Barh D,Malhotra R,Ravi B,et al.MicroRNA let-7：an emerging next-generation cancer therapeutic.[J].Curr Oncol,2010,17(1)：70-80.

36 Li W,Yuan Y,Huang L,et al.Metformin alters the expression profiles of microRNAs in human pancreatic cancer cells[J].Diabetes Res Clin Pract,2012,96(2)：187-195.

37 Bao B,Wang Z,Ali S,et al.Metformin inhibits cell proliferation,migration and invasion by attenuating CSC function mediated by deregulating miRNAs in pancreatic cancer cells[J].Cancer Prev Res (Phila),2012,5(3)：355-364.

38 Ibrahim SA,Yip GW,Stock C,et al.Targeting of syndecan-1 by microRNA miR-10b promotes breast cancer cell motility and invasiveness via a Rho-GTPase-and E-cadherin-dependent mechanism[J].Int J Cancer,2012,131(6)：E884-E896.

39 Mardente S,Mari E,Consorti F,et al.HMGB1 induces the overexpression of miR-222 and miR-221 and increases growth and motility in papillary thyroid cancer cells[J].Oncol Rep,2012,28(6)：2285-2289.

40 Qin SL,Wang FS.Inhibitory effects of metformin on breast cancer cell line MCF-7[J].Chinese Journal of Oncology Prevention and Treatment,2013,5(2)：126-129.[秦石磊,王伏生.二甲雙胍抑制乳腺癌MCF-7細胞作用的研究[J].中國癌癥防治雜志,2013,5(2)：126-129.]

（2014-08-28收稿）

（2014-10-20修回）

（本文編輯：邢穎）

Progress in research on metformin in inhibiting tumor metastasis

Lei QI,Huijuan ZHANG

Department of Endocrinology,the FirstAffiliated Hospital of Zhengzhou University,Zhengzhou 450052,China

Huijuan ZHANG;E-mail:zhanghuijuan1108@163.com

Metformin has become the first-line drug for the treatment of type 2 diabetes,which is stably efficacious,safe,and cheap.Previous studies have shown that the application of metformin can decrease the rate of tumor incidence,recurrence,and metastasis.It can also improve the prognosis of cancer patients and their lifetime after long-term use.Considering its multiple advantages,metformin has become an emerging choice for the treatment and prevention of cancer.Therefore,the mechanisms through which metformin inhibits tumor metastasis in cancer therapy are worth investigating.

metformin,tumor cells,inhibit,metastasis

10.3969/j.issn.1000-8179.20141416

鄭州大學第一附屬醫院內分泌科（鄭州市450052）

張會娟 zhanghuijuan1108@163.com

齊蕾 專業方向為糖尿病疾病與腫瘤基礎研究。

E-mail：lei911911@yeah.net