二甲双胍对肝细胞癌的抑制作用及机制研究

Hepatocellular carcinoma (HCC) is the sixth most common cancer and the third leading cause of cancer-related mortality worldwide. Type 2 diabetes mellitus is an independent risk factor for HCC. Metformin is a biguanide commonly used to treat type 2 diabetes mellitus. The anti-diabetic drug metformin reduces human cancer incidence and improves the survival of cancer patients, including those with hepatocellular carcinoma. However, its biological and molecular activity against HCC is still not well understood. This project is therefore undertaken to evaluate the potential anti-tumoral activity of metformin in HCC and the mechanisms responsible for metformin action. Our previous research showed that metformin treatment significantly inhibited proliferation of diverse HCC cancer cell lines (SMMC7721, HCC-LM3) in a time- and dose-dependent manner. It also induced apoptosis and caused cell cycle arrest accompanied by decreased cyclin D1.Importantly, oral treatment with metformin led to a significant reduction of tumor growth in mice bearing xenografts of HCC-LM3. In this project, by using using molecular and cellular biology methods (proliferation assay, colony formation assay, cell cycle analysis, western blot, real-time quantitative PCR, etc.), we will clarify the inhibitory effect of metformin in both human HCC cell lines and mouse models(nude mice xeograft tumor model,rat HCC model induced by DEN). To clarify the detail mechanism of the inhibitory effect of metformin on HCC, we will also test the metformin effect on AMPK, NF-kB, IL-6/STAT3 signaling. Success of the project will allow for determination of the probability for use of metformin in cancer therapy, especially in the treatment of HCC.

原发性肝癌是我国最常见的恶性肿瘤之一，糖尿病已经成为继肝炎之后引发肝癌的另一重要危险因素。二甲双胍属于双胍类口服降糖药，临床上被广泛应用于2型糖尿病的药物治疗。随着研究的不断深入，发现二甲双胍同时具有抑制肿瘤生长的作用。对肝癌患者的回顾性研究亦发现二甲双胍治疗能降低糖尿病患者肝细胞癌的发生率，对肝细胞癌的进展也有保护作用。在本实验室的前期工作中，通过体外对肝细胞癌细胞系的研究，我们同样发现二甲双胍对肝癌细胞系具有抑制增殖和促进凋亡的作用。本课题拟在前期研究的基础上，运用分子生物学和细胞生物学的实验方法，进一步研究二甲双胍对肝癌细胞系增殖、凋亡、对化疗药物敏感性、体内成瘤能力的影响，以及对大鼠DEN诱导肝癌模型中肝癌发生、发展的影响，并从AMPK、NF-κB、IL-6/STAT3等信号途径阐述二甲双胍发挥抗肿瘤作用的具体分子机制，为研究二甲双胍在肝细胞癌的辅助性治疗中的作用提供理论依据。

二甲双胍属于双胍类口服降糖药，能有效降低血糖水平而不致低血糖发生，在临床上被广泛应用于2型糖尿病的药物治疗。近年来，二甲双胍在抗肿瘤药物治疗中的作用逐渐引起科学家们的关注。但是，二甲双胍是否对肝细胞癌的发生和发展具有抑制作用,以及其发挥作用的具体机制仍不清楚。本课题在前期研究的基础上，运用Western blot、RT-PCR、免疫组织化学、双萤光素酶报告基因等分子生物学和细胞生物学的实验方法，进一步研究了二甲双胍对肝癌细胞系增殖、凋亡、对化疗药物敏感性、体内成瘤能力的影响，并从AMPK、NF-κB、IL-6/STAT3等信号途径阐述了二甲双胍发挥抗肿瘤作用的具体分子机制。重要结果包括：（1）我们首先通过对273名肝癌患者的组织样本进行分析，发现肝癌中AMPK的活性降低，且低水平AMPK活性与患者预后差相关；（2）从体内和体外两个水平，发现二甲双胍能激活AMPK，对肝癌细胞系具有抑制增殖、促进凋亡、增强对化疗药物敏感性、抑制体内成瘤能力的作用；（3）机制方面，二甲双胍主要通过激活AMPK、抑制NF-κB和IL-6/STAT3等信号途径发挥作用；（4）临床应用方面，发现肝细胞癌中p-AMPK水平可作为肝癌术后TACE治疗效果判断的指标，癌组织中p-AMPK水平较高的肝癌患者，术后行TACE治疗的效果更好。综上所述，本研究进一步拓展了降糖药二甲双胍在抗肿瘤领域中的应用价值，为进一步探索二甲双胍在肝细胞癌的辅助性治疗中的作用提供了理论依据。项目申请以来，共发表标注本基金号的SCI论文2篇（Clinical Cancer Research 1篇（2013，IF：8.19）；Medicine 1篇（已接收，IF：5.723）），总影响因子13.913分；本课题共培养博士研究生2名，硕士研究生1名；课题负责人申请专利1项，参编中文专著一部，新申请获得基金1项。