糖尿病发病率高，其最主要的临床不良事件 是心脑血管病变。近年研究表明，糖尿病增强 多种癌症的发生和死亡风险。美国糖尿病学会 （American Diabetes Association,ADA）和美国癌 症协会（American Cancer Society,ACS）于2010年 联合发表了《糖尿病与癌症共识报告》，指出糖 尿病（主要是2型糖尿病）与肝癌、胰腺癌、子宫 内膜癌、结肠癌/直肠癌、乳腺癌、胆囊癌的患病 风险增加有关^[1]。糖尿病患者前列腺癌风险降低。 对于其他部位的癌症，无相关性或尚不确定。特 别是近年临床研究显示，糖尿病药物治疗对癌症 发病风险也存在显著的影响，从而引起人们广泛 的关注。尽管总体上证据有限，但已有的资料提 示： 二甲双胍能降低癌症的总体发病风险，外源 性胰岛素与癌症风险的关系争论较大，甘精胰岛 素是否能增加癌症发病风险还需要进一步评价。 肠促胰岛素类药物（GLP-1或 DPP-4抑制剂）、α- 葡萄糖苷酶抑制剂、格列奈类等其他降糖药物临 床应用时间短，尚无长期用药临床证据。有研究显 示磺脲类药物，与二甲双胍相比，癌症发病风险增 加，但由于癌症例数较少，证据力度不足^{[2, 3]}。本 文就二甲双胍降低糖尿病患者肿瘤发病风险的临 床研究及分子细胞机制进行综述。 1 二甲双胍可降低糖尿病患者多种癌症发病风险

二甲双胍是治疗T2DM（ t y p e 2 d i a b e t e s melltus）的一线用药，具有降低血糖、增强胰岛 素敏感度、改善胰岛素抵抗（insulin resistance, IR）的作用。近年来，多项临床研究显示二甲双 胍治疗能显著降低糖尿病患者癌症的总体发病率 及死亡率^{[4, 5]}。最新荟萃分析显示，二甲双胍能 显著降低肝细胞癌、结直肠癌、胰腺癌的发病风 险，见表 1，但对乳腺癌、肺癌、卵巢癌、子宫 癌、前列腺癌、膀胱癌、肾癌及黑色素瘤等的发 病风险影响不显著。对胃癌及食管癌的发病风险 也有降低作用，但不同的研究中所得结论尚不一 致^[5]。

表 1 二甲双胍及其他降糖药物对糖尿病患者癌症发病风险的流行病学研究 Table 1 Epidemiological studies of metformin and other glucose-lowering drug treatment of diabetic patients with cancer risk

表选项

然而，新近台湾的一项大样本巢式病例-对 照研究，对一百万糖尿病患者使用降糖药物后的 癌症发生率进行了分析，没有发现二甲双胍治疗 对上述多种癌症及癌症总体发生率存在显著影 响^[13]。提示二甲双胍对肿瘤发生的影响还有待更 多的临床研究，特别是前瞻性队列研究中得到验证。尽管如此，二甲双胍具有降低血糖、血胰岛 素、改善胰岛素抵抗及抑制蛋白质合成代谢等多 种生物学效应对肿瘤细胞的生长具有显著抑制作 用，这些抗肿瘤效应及其分子信号机制在细胞及 动物模型上均得到了大量证实。 2 二甲双胍的抗肿瘤作用机制

二甲双胍是口服降糖药，经过肠道吸收后 进入血液，其水溶性强，不与蛋白质结合，经 血液运输至全身各组织后通过细胞表面表达的 有机阳离子转运蛋白（organic cation transporters, OCTs）-1、2、3的主动转运进入细胞。OCT-1、 2、3分别由SLC22A1、SLC22A2、SLC22A3基因 编码。OCTs的表达具有组织特异性，在不同器官 如肝脏、肌肉、肠道（空肠、回肠）及肾脏显著 表达，大脑、白色脂肪组织也能吸收。口服2小时 后二甲双胍在组织中的浓度达到峰值。由于其分 子小，结构简单，在细胞内勿需进一步代谢，以 原形形式主要从尿液中排出^[14]。研究显示，二甲双胍不仅能作用于胰岛素敏感的组织，如肝脏、 肌肉、脂肪等，通过降低血糖、改善胰岛素抵抗 及血胰岛素水平间接发挥抗癌活性，同时还能够 通过OCTs进入肿瘤细胞内，直接发挥抗肿瘤效 应。有资料显示，OCTs的表达下调与肝癌、胆管 癌等的预后不良相关^{[15, 16]}。 2.1 二甲双胍抗肿瘤生成的间接机制

间接机制指二甲双胍不是直接作用于癌细 胞，而是通过作用于宿主其他组织器官，如肝 脏、血管、免疫系统等间接发挥抗肿瘤生成作 用，其抗肿瘤机制主要包括如下几个方面。 2.1.1 降低血糖及血浆胰岛素水平

二甲双胍抗癌作用的一个主要机制与其降低 血糖及循环中的胰岛素水平、改善胰岛素抵抗相 关^[4]，高血糖和高胰岛素血症是目前认为促进糖 尿病患者癌症发生的主要诱因。众所周知，癌细 胞表达胰岛素和胰岛素样生长因子（insulin-like growth factors,IGFs）受体（insulin-like growth factors receptor,IGF-R），IGFs具有强烈的促有 丝分裂活性，因此胰岛素通过结合胰岛素受体及 IGF-R而具有促进癌细胞增殖和转移的作用^[4,7]。 IGFs还能刺激血管平滑肌细胞的增殖和转移，促 进血管生成，从而促进肿瘤生长^[4,17]。体内IGF 活性受其结合蛋白（IGFBPs）的调节，IGFBPs 结合IGF降低其活性，胰岛素可抑制体内包括 IGFBP-1、2、3等多种IGFBPs的表达，从而间接 增强IGF的活性。此外，癌细胞的葡萄糖摄取能力 增高，高血糖本身可以直接促进癌细胞增殖。

二甲双胍降低血糖主要通过活化AMPK通路 来减少肝脏糖异生^[18]，同时促进脂肪和肌肉组织 对葡萄糖的摄取，抑制肠道葡萄糖吸收等机制实 现。血糖水平的降低进而减少胰岛素用量，缓解 高胰岛素血症，改善胰岛素抵抗。此外，二甲双 胍能黏合和下调胰岛素受体，下调胰岛素和IGF-1 的量来行使抗肿瘤的作用 。 2.1.2 抑制血管生成

肿瘤的生长与转移与血管有着密切的关系， 丰富的血管为肿瘤细胞生长提供营养，同时也为 肿瘤细胞代谢产物的排泄提供有效途径。采用 血管生成剂抑制剂阻断肿瘤血管内皮细胞的形 成能有效阻止肿瘤的生长。血管内皮生长因子 （vascular endothelial growth factor,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。研究证实二甲双胍能抑制胰岛 素和IGF -1诱导的HIF -1α和VEGF表达，通过NF- κB和Erk1/2/Erk5通路上调抗血管生成因子TSP-1的表达，进而抑制血管生成^[19]。 2.1.3 抗炎作用限制肿瘤微环境

肿瘤细胞所处的内外环境对肿瘤的发生和转 移与有着重要影响。肿瘤微环境是由癌细胞、多 种基质细胞及其分泌的细胞因子、趋化因子等组 成，它们共同作用在肿瘤的侵袭和转移中发挥至 关重要的作用。其中，促炎细胞及促炎因子在肿 瘤发生发展中具有重要作用。近年发现，二甲 双胍激活AMP激活的蛋白激酶（AMP activated protein kinase,AMPK）在体内具有广泛的抗炎作 用^[20]。有资料显示，激活的AMPK 可显著减轻血 管内皮细胞及单核细胞中炎症介质的表达及组织 的炎性损伤^[21]。二甲双胍还可通过抑制促炎因子 表达，限制和影响肿瘤微环境，从而抑制细胞的 恶性转化及肿瘤干细胞的生长。Hirsch等采用癌基 因Src诱导的细胞转化模型发现，二甲双胍通过抑 制炎症调控关键转录因子NF-κB的核转位及活化， 强烈延迟细胞的恶性转化^[22]，此外，在移植瘤形 成实验中，二甲双胍与阿霉素联合作用能显著抑 制炎性信号的反馈环路，抑制肿瘤的生长，延长 宿主存活^[22]。 2.1.4 激活抗肿瘤免疫系统

机体的免疫功能下降与肿瘤的发生密切相 关，特别是T细胞介导的免疫应答在抗肿瘤免疫中 起重要作用。记忆性CD8 T细胞是杀伤性细胞毒 性T细胞，通过识别靶细胞上的特异抗原杀伤靶细 胞，在抗感染及抗肿瘤保护性免疫中发挥关键作 用。研究发现，mTOR是记忆性CD8 T细胞分化的 主要调节蛋白^[23]。Shi等报道，淋巴瘤中AMPK被 灭活，而mTOR信号途径活性相应升高，给予二甲 双胍可抑制B细胞淋巴瘤及T细胞淋巴瘤的生长^[24]。 在小鼠动物模型上，二甲双胍通过激活AMPK可 抑制淋巴瘤裸鼠移植瘤的生长，采用药物抑制或 siRNA干扰AMPK表达后，二甲双胍的抑瘤作用降 低。Pearce等在实验小鼠体内发现，二甲双胍能增 加记忆性T细胞数量，增强抗癌疫苗的效能^[25]。 2.2 二甲双胍抗肿瘤生成的直接机制

与间接机制不同，二甲双胍通过OCTs转运蛋 白可直接进入癌细胞，通过抑制其蛋白质合成， 限制肿瘤的生长及增殖；通过周期调控蛋白诱导 肿瘤细胞周期停滞；通过诱导肿瘤细胞凋亡及杀 伤肿瘤干细胞等多种机制直接发挥抗肿瘤效应， 见图 1。

图 1 二甲双胍抗肿瘤效应的分子机制 Figure 1 Molecular mechanism of antitumor activities of metformin

图选项

活化AMPK是二甲双胍发挥其功能活性的关键分子。激活AMPK涉及多种机制，包括：（1） 通过活化上游的LKB1（liver kinase B）激酶。 LKB1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。研究证明，当哺乳 动物细胞内缺乏LKB1基因时，AMPK则不能被二 甲双胍所激活^[26]；（2）通过抑制线粒体呼吸链 复合体Ⅰ的活性，抑制ATP的合成，增加细胞内 AMP水平间接活化AMPK^[27]。近来有研究显示， 二甲双胍可抑制腺苷酸脱氨酶（AMP-deaminase, AMPD），抑制AMP的降解从而激活AMPK^[28]； （3）通过依赖钙离子的钙调蛋白激酶（Ca ²⁺/ CaMKK）激活AMPK^[29]。

AMPK是细胞能量代谢的核心调节因子，属 于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，广泛表达在真核细胞 生物中。生理状态下，当细胞内能量水平降低， AMP累积，激活AMPK，引起多种分解代谢的酶 表达增强，以合成ATP，供细胞利用，同时关闭合 成代谢途径，以减少能耗。活化的AMPK通过磷 酸化多种代谢关键酶及蛋白：包括乙酰CoA羧化 酶、糖原合成酶、HMG-CoA还原酶等，从而抑制 脂肪酸、糖原、胆固醇、蛋白质的合成及葡萄糖 的摄取，促进脂肪动员，在调节糖、脂肪、蛋白 质的代谢中发挥重要作用。正常细胞在饥饿及代 谢应激等情况下，通过激活AMPK促进机体的分 解代谢，抑制合成代谢，以维持细胞生存。 而对 快速生长的癌细胞，二甲双胍诱导AMPK活化将 使合成代谢受到抑制，从而限制肿瘤的生长及增殖^[30]。 2.2.2 诱导细胞周期停滞

肿瘤的发生与细胞周期失控、细胞无限增 殖密切相关。细胞周期分为G1期（DNA合成前 期）、S期（DNA合成期）、G2期（DNA合成后 期）及M期（有丝分裂期）。大多数已分化的组 织细胞如肝细胞、肾小管上皮细胞、心肌细胞等 处于G0期（静息期），从而执行特定生物学功 能。一旦遭遇某种刺激时，这些G0期细胞可重新 进入细胞周期，如肝部分切除术后，剩余的肝组 织的再生。这需要内外环境提供增殖信号，它们 通过对细胞周期关键调控蛋白，如细胞周期蛋白 （cyclin）、细胞周期依赖性蛋白激酶（cyclindependent protein kinase,CDK）和细胞周期依赖性 蛋白激酶抑制因子（cyclin-dependent protein kinase inhibitor,CDKI）的调节控制周期进展。研究发 现，二甲双胍激活AMPK可抑制mTOR的活性，引 起cyclin D1等部分细胞周期关键蛋白合成不足， 从而导致细胞周期停滞，抑制肿瘤细胞生长^[31]。 激活AMPK还可诱导p27磷酸化而稳定该蛋白^[32]。 p27是细胞周期抑制因子（CDKI），p27可以结合 CDK2而使其失活，最终导致细胞周期阻断在G0/ G1期，从而抑制肿瘤细胞的生长。 p53是一种肿瘤 抑制基因，p21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，从而阻止细胞从G1 期进入S 期^[19]。 2.2.3 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。在多种癌症 中，促凋亡蛋白钝化突变或抗凋亡蛋白表达上 调，从而导致肿瘤未受抑制的生长和对细胞应 激、有害突变、DNA损害应答能力的丧失。同 时，上述蛋白的改变也引起肿瘤细胞对化疗药物 出现耐药性。Bcl-2是体内重要的抗凋亡蛋白，通 过拮抗促凋亡基因bax、抑制细胞色素c自线粒体 释放到胞质从而阻止caspase的激活等机制发挥其 抗凋亡活性。Bcl-2表达水平在多种肿瘤细胞中 升高。研究显示，二甲双胍可通过上调抑癌基因 p53的表达，p53作为转录因子，激活其靶基因促 凋亡蛋白Bax ，从而抑制Bcl-2活性，诱导乳腺癌 MCF（michigan cancer foundation）细胞凋亡^[33]。 内质网是蛋白质合成及翻译后修饰、折叠的重要 场所。多种病理生理因素如缺氧、慢性炎症、 氧化应激等常常干扰肿瘤细胞的内质网功能，导 致内质网发生蛋白质的错误折叠和未折叠蛋白 在内质网腔内聚集，这些未折叠蛋白激发的反应 （unfolded protein response,UPR）与肿瘤恶化有密 切关系，UPR可通过诱导抗凋亡蛋白表达和耐药 基因表达等促进肿瘤恶化。研究表明，二甲双胍 通过激活AMPK可抑制UPR 的活性，诱导急性髓 细胞白血病淋巴母细胞的凋亡^[34]。 2.2.4 促进细胞极化

细胞去极化常与肿瘤细胞侵袭密切相关，特 别是上皮细胞来源的恶性肿瘤，如胃肠道癌，乳 腺癌和妇科癌症^[35]。上皮组织细胞必须极化其表 面区域才能执行其转运生理功能。不同膜转运蛋 白定位于细胞膜的不同区域，而细胞与细胞之间 则须通过紧密连接复合体紧密连接成极化区域， 并调节旁细胞途径的通透性。肌动蛋白骨架在上皮 细胞极化形成中起着重要作用。LKB/AMPK/mTOR 信号途径是调节细胞极化的重要信号途径^[36]。 LKB1功能失活与多种肿瘤的发生相关。临床研究 显示，10%~50%的肺癌病例中检测到LKB1基因的 缺失^[37]。新近研究揭示，LKB1功能缺失与支气管 上皮细胞极化功能的异常有关^[38]。因此，二甲双 胍通过激活LKB1在抑制LKB1功能缺失相关肿瘤 中可能发挥重要作用。 2.2.5 消除肿瘤干细胞

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。研究显示，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，当它与化疗药物合 用时，可以延缓乳腺癌的复发^[39]。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。 3 总结与展望

二甲双胍除具有降低血糖、改善胰岛素抵抗 等代谢调节功能之外，还能通过对细胞周期、细 胞增殖、细胞凋亡、抗肿瘤免疫等多种途径抑制 肿瘤的发生与发展，发挥抗肿瘤活性。 此外， 二甲双胍还具有抗氧化、改善脂代谢、抗炎等特 点，因此对其他疾病如：糖尿病肾病、心血管系 统疾病、多囊卵巢综合症、非酒精性脂肪性肝病 等具有预防和治疗作用。相信随着对二甲双胍作 用机制的深入研究，其临床应用的适应证将进一 步拓展，也会为预防和治疗肥胖、2型糖尿病及某 些肿瘤在内的相关疾病的新药开发提供更多的潜 在靶标。