二甲雙胍治療頭頸部鱗狀細胞癌機制的研究進展

1、二甲雙胍治療頭頸部鱗狀細胞癌機制的研究進展頭頸部鱗狀細胞癌（headandnecksquamouscellcarcinoma，HNSCC）是頭頸部最常見的癌癥，由發(fā)生在口腔、咽部和喉部的鱗狀細胞癌組成，其主要的危險因素包括煙草、酒精及人乳頭瘤病毒（humanpapillomavirus，HPV）感染。HNSCC的治療方法主要包括手術治療、化療及放療，近年來還增加了靶向及免疫療法。手術治療可能會導致言語改變、吞咽困難、凝血障礙以及對鼻竇、腺體和淋巴結的損害。放、化療等輔助治療常因治療的抵抗性及高系統(tǒng)毒性最終導致治療的失敗。二甲雙胍是治療型糖尿病的一線用藥，具有穩(wěn)定、價格低廉及高效的特點。二甲雙胍

2、的降糖機制主要與其增加外周葡萄糖的攝取和利用，降低基礎和餐后血糖及減少肝臟糖異生，改善胰島素敏感性有關。近年來，大量體內(nèi)、外研究表明二甲雙胍可抑制多種惡性腫瘤的增殖，包括乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌、肺癌、胃癌、甲狀腺髓樣癌。此外，多項臨床研究結果表明二甲雙胍降低了HNSCC的患病風險并不同程度地改善了HNSCC患者的預后。關于其作用機制的相關研究也為HNSCC的治療和預防提供了新靶點和新思路。1.二甲雙胍抗HNSCC相關機制1.1通過降低胰島素水平間接抑制HNSCC型糖尿病患者常發(fā)生胰島素抵抗致循環(huán)胰島素水平升高而導致高胰島素血癥的發(fā)生。高胰島素血癥造成了胰島素樣生長因子結合蛋白-1（IGFbindi

3、ngprotein-1，IGFBP-1）和IGFBP-2水平降低，因而提高了游離和生物活性胰島素樣生長因子-1（insulinlikegrowthfactor-1，IGF-1）的水平。高水平的胰島素和IGF-1分別激活了在惡性腫瘤細胞中高表達的受體酪氨酸激酶通路、胰島素受體和IGF-1受體，進而激活了胰島素反應底物-1、下游絲裂原活化蛋白激酶通路、磷脂酰肌醇-3激酶/Akt通路及Janus激酶/信號轉(zhuǎn)導與轉(zhuǎn)錄激活子通路。這些通路的激活可促進蛋白合成和細胞增殖，保護細胞免受凋亡刺激并參與癌癥干細胞的啟動和維持。二甲雙胍通過降低肝糖原的輸出并提高肌肉組織對葡萄糖的攝取，降低了血漿胰島素和IGF-1

4、的水平從而阻礙了受體酪氨酸激酶通路向下游靶點的信號轉(zhuǎn)導，抑制了癌前病變細胞及癌細胞的增殖。1.2抑制雷帕霉素靶蛋白（mammaliantargetofrapamycin，mTOR）通路mTOR是一種絲氨酸-蘇氨酸激酶，由mTORC1和mTORC2兩個復合體組成，在HNSCC的發(fā)生中起重要作用。mTOR信號通路是細胞生長、增殖、存活、新陳代謝和蛋白質(zhì)合成關鍵的驅(qū)動和調(diào)節(jié)因子，在包括HNSCC在內(nèi)的數(shù)種癌癥中均被過度激活。二甲雙胍作用于線粒體電子傳遞鏈（electrontransportchain，ETC）的線粒體復合體，抑制了線粒體的氧化磷酸化，使得ATP產(chǎn)生減少，AMP/ATP的比率上升，激活

5、腺苷酸激活蛋白激酶（AMP-activatedproteinkinase，AMPK），激活的AMPK抑制mTOR導致癌細胞的生長和代謝受到影響。Wu等構建了可表達酵母線粒體NADH脫氫酶（NDI1）的HNSCC細胞，通過與正常癌細胞進行對比，證明了二甲雙胍可靶向作用于線粒體復合體進而通過激活AMPK/mTOR通路在體內(nèi)外起到抗腫瘤作用。通過抑制mTOR信號通路，二甲雙胍還可直接抑制具有PIK3CA變異或HPV促癌基因癌細胞的生長，這種抑制作用依賴于細胞表面有機陽離子轉(zhuǎn)運體（organiccationtransporters，OCT3）的表達。Patel等在口腔上皮異常增生及高至中分化的HNSC

6、C細胞中發(fā)現(xiàn)了OCT3的高表達，證明了二甲雙胍可通過OCT3進入細胞并通過激活AMPK抑制mTORC1通路直接抑制HNSCC的發(fā)生發(fā)展。二甲雙胍還可通過抑制mTORC1的活性降低癌前病變的大小及數(shù)量，抑制其向舌癌的轉(zhuǎn)化。此外，在肝激酶B1被敲除后mTORC1的活性仍可被抑制，揭示了二甲雙胍抑制mTORC1的AMPK非依賴性途徑。1.3對癌癥干細胞的作用癌癥干細胞（cancerstemcell，CSC）與包括HNSCC在內(nèi)多種癌癥的復發(fā)和藥物抵抗有關。腫瘤的低氧微環(huán)境增強了CSCs對治療所誘導細胞死亡的逃逸，降低了化療效果。研究表明二甲雙胍對mTOR的抑制作用可使4E-BP1再活化從而抑制HNS

7、CC干性基因的轉(zhuǎn)錄，證明二甲雙胍可以直接作用于HNSCC起始細胞，誘導細胞分化，阻止其惡性轉(zhuǎn)化。此外，二甲雙胍與姜黃素的聯(lián)用可以抑制NOTCH1及其他通路從而抑制CSCs的促癌癥發(fā)生作用，這種作用在HNSCC進展的初始階段更為有效。1.4誘導細胞周期停滯和促進凋亡作用體內(nèi)、外實驗表明二甲雙胍可通過降低cyclinD1的表達并抑制視網(wǎng)膜母細胞瘤蛋白的磷酸化誘導口腔鱗狀細胞癌（oralsquamouscellcarcinoma，OSCC）細胞發(fā)生G0/G1期停滯，并通過下調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xL，并上調(diào)促凋亡蛋白Bax促進細胞凋亡阻止OSCC的發(fā)展。根據(jù)Sikka等的研究，二甲雙胍可以

8、時間和劑量依賴的方式導致HNSCC的G1期細胞數(shù)量增加，S期細胞數(shù)量下降，這與其抑制蛋白翻譯的起始和延伸階段導致包括Cdks、cyclins、CDKIs、Skp2和-Trcp在內(nèi)的細胞內(nèi)蛋白整體表達下降有關。低氧條件下，二甲雙胍抑制了OSCC細胞的增殖和遷移并通過提高caspase3的表達促進細胞的凋亡。最近的一項研究表明，二甲雙胍通過促進細胞凋亡并抑制細胞增殖導致HPV+細胞整體數(shù)量下降，抑制了腫瘤的生長。一項臨床實驗研究表明，在確定性手術前使用9d二甲雙胍使得HNSCC組織的凋亡率明顯上升。Curry等的臨床試驗也證明了術前使用二甲雙胍提高了HNSCC凋亡細胞的數(shù)量，HPV-吸煙患者比HP

9、V+患者更為明顯。1.5免疫調(diào)節(jié)作用二甲雙胍提高抗腫瘤免疫反應限制腫瘤生長的主要機制如下:（1）防止腫瘤相關巨噬細胞（tumorassociatedmacrophage，TAMs）的M2極化；（2）抑制促炎癥細胞和免疫抑制細胞因子的分泌；（3）提高細胞毒性CD8+T細胞的功能；（4）防止T細胞在腫瘤微環(huán)境中的耗竭。臨床實驗表明，二甲雙胍提高了HNSCC患者血清中促腫瘤免疫因子TNF-和IL-2，降低了抗腫瘤免疫因子IL-4，并提高了細胞毒性T細胞、NK細胞和NKT細胞的水平，導致了固有免疫的整體激活。近期的一項體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)二甲雙胍的局部注射加快了大鼠頰黏膜潰瘍面積的縮小，也體現(xiàn)了與其對炎癥的抑

10、制。研究表明，在有結節(jié)外入侵的轉(zhuǎn)移性淋巴結中，二甲雙胍增強了侵襲性邊緣CD8+效應T細胞的浸潤，證明了其免疫調(diào)節(jié)性，且FOXP3+調(diào)節(jié)T細胞的浸潤也有所提高，這可能預示了HNSCC良好的預后。相反，有研究表明二甲雙胍在提高瘤周前沿間質(zhì)內(nèi)CD8+T細胞浸潤的同時降低了腫瘤組織內(nèi)FOXP3+T細胞的浸潤，使得腫瘤組織及前沿間質(zhì)內(nèi)CD8+/FOXP3+的比率（CFR）均有所提高，而高CFR常預示著良好的癌癥預后。2.二甲雙胍輔助抗HNSCC的相關機制2.1增強放療效果研究表明具有破壞性突變的p53蛋白所介導的放療抵抗常導致HNSCC的局部復發(fā)，二甲雙胍可增強放療誘導的衰老作用降低其抵抗性，這可能與二

11、甲雙胍提高活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS）的產(chǎn)生有關。過表達的蘋果酸酶（malicenzyme，ME）可阻止細胞的衰老，研究表明二甲雙胍可抑制ME2的表達，在具有突變型p53的HNSCC中比野生型更為明顯，這解釋了其可能的放療增強作用。組織低氧常影響放療療效，二甲雙胍可以提高HNSCC移植瘤內(nèi)的氧飽和度和血紅蛋白濃度，而不影響周圍正常組織，為其提高放療敏感性提供了依據(jù)。近期一項關于局部晚期HNSCC的一期臨床實驗將二甲雙胍與放化療結合起來，結果表明患者2年內(nèi)的整體生存率及無進展生存期都有所提高。2.2輔助化療缺氧導致了多種細胞系的化療抵抗，Qi等證明了二甲雙胍可以在

12、低氧條件下抑制NF-B/HIF-1信號軸及相關蛋白產(chǎn)物的表達從而提高OSCC對順鉑的敏感性。近期的研究表明，二甲雙胍的加入提高了順鉑在低氧環(huán)境下對HNSCC細胞的抑制作用，且當兩者濃度比為110時可產(chǎn)生較強的協(xié)同作用。體外研究表明二甲雙胍可提高順鉑對非干細胞的毒性，但同時也提高了干性標志物的表達，這種相反的作用可能與二甲雙胍抑制線粒體復合體降低了ROS的產(chǎn)生有關。根據(jù)此研究結論，作者提出將二甲雙胍與可降低其對CSCs干性增強作用的藥物聯(lián)用可能會是治療HNSCC的新手段。此外，二甲雙胍不僅可以增強阿霉素對舌鱗狀細胞癌的增殖抑制，提高凋亡率并加強對癌細胞遷徙與侵襲的抑制作用，還可以通過多種機制降低

13、阿霉素所導致的心臟毒性，提高其化療安全性。二甲雙胍還可通過抑制OSCC細胞Warburg效應相關因子的表達增強5-氟尿嘧啶（fluorouracil，5-FU）對OSCC的促凋亡和生長抑制作用。與之相反，有研究認為二甲雙胍增強了OSCC對5-FU的抵抗，這可能與二甲雙胍提高了細胞胸苷酸合成酶（thymidylatesynthase，TS）及胸苷激酶1的表達從而削弱了5-FU對于遺傳物質(zhì)合成代謝的干擾有關。兩項研究結果的差異可能來自于細胞系之間的差異，WHCO細胞系的染色體上具有與TS過度表達相關的基因?qū)е铝说挚沟陌l(fā)生。2.3輔助靶向治療吉非替尼是一種表皮生長因子受體（epidermalgrow

14、thfactorreceptor，EGFR）酪氨酸激酶抑制劑，可靶向作用于EGFR而起到治療癌癥作用。低氧條件下，HNSCC細胞招募巨噬細胞并使之極化為M2型TAMs，從而激活CCL15-CCR1-NF-B通路導致對吉非替尼的抵抗。二甲雙胍可以在低氧條件下抑制TAMs分泌CCL15并降低HNSCC細胞CCR1表達從而抑制巨噬細胞與腫瘤細胞的相互作用，提高了吉非替尼的治療效果。此外，低氧所促進的G1-S周期進展及上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化也會導致吉非替尼的抵抗，二甲雙胍通過誘導細胞周期抑制并下調(diào)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化增強吉非替尼的療效。達沙替尼是Bcr-bl激酶和Src激酶抑制劑，可通過激活AMPK依賴性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激介導EGFR降解促進腫瘤凋亡。二甲雙胍的AMPK激酶作用增強了達沙替尼在體內(nèi)、外對HNSCC的抗癌效果并提高了抵抗性細胞系對達沙替尼的敏感性。此外，二甲雙胍還可以提高OSCC細胞對于吉西他濱的易