頭頸部鱗狀細胞癌（head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC）是頭頸部最常見的癌癥，由發生在口腔、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（human papilloma virus，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毒性最終導致治療的失敗。二甲雙胍是治療Ⅱ型糖尿病的一線用藥，具有穩定、價格低廉及高效的特點。二甲雙胍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、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
Ⅱ型糖尿病患者常發生胰島素抵抗致循環胰島素水平升高而導致高胰島素血癥的發生。高胰島素血癥造成了胰島素樣生長因子結合蛋白-1（IGF binding protein-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（insulin like growth factor-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/信號轉導與轉錄激活子通路。
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（mammalian target of rapamycin，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、新陳代謝和蛋白質合成關鍵的驅動和調節因子，在包括HNSCC在內的數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（electron transport chain，ETC）的線粒體復合體Ⅰ，抑制了線粒體的氧化磷酸化，使得ATP產生減少，AMP/ATP的比率上升，激活腺苷酸激活蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，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Ⅰ進而通過激活AMPK/mTOR通路在體內外起到抗腫瘤作用。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運體（organic cation transporters，OCT3）的表達。
Patel等在口腔上皮異常增生及高至中分化的HNSCC細胞中發現了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的發生發展。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量，抑制其向舌癌的轉化。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（cancer stem cell，CSC）與包括HNSCC在內多種癌癥的復發和藥物抵抗有關。腫瘤的低氧微環境增強了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HNSCC干性基因的轉錄，證明二甲雙胍可以直接作用于HNSCC起始細胞，誘導細胞分化，阻止其惡性轉化。此外，二甲雙胍與姜黃素的聯用可以抑制NOTCH1及其他通路從而抑制CSCs的促癌癥發生作用，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、外實驗表明二甲雙胍可通過降低cyclin D1的表達并抑制視網膜母細胞瘤蛋白的磷酸化誘導口腔鱗狀細胞癌（oral squamous cell carcinoma，OSCC）細胞發生G0/G1期停滯，并通過下調抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xL，并上調促凋亡蛋白Bax促進細胞凋亡阻止OSCC的發展。根據Sikka等的研究，二甲雙胍可以時間和劑量依賴的方式導致HNSCC的G1期細胞數量增加，S期細胞數量下降，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β-Trcp在內的細胞內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caspase 3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凋亡細胞的數量，HPV-吸煙患者比HPV+ 患者更為明顯。
1.5 免疫調節作用
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（tumor associated macrophage，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-α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。
近期的一項體內研究發現二甲雙胍的局部注射加快了大鼠頰黏膜潰瘍面積的縮小，也體現了與其對炎癥的抑制。研究表明，在有結節外入侵的轉移性淋巴結中，二甲雙胍增強了侵襲性邊緣CD8+ 效應T細胞的浸潤，證明了其免疫調節性，且FOXP3+ 調節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內CD8+T細胞浸潤的同時降低了腫瘤組織內FOXP3+T細胞的浸潤，使得腫瘤組織及前沿間質內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，二甲雙胍可增強放療誘導的衰老作用降低其抵抗性，這可能與二甲雙胍提高活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產生有關。過表達的蘋果酸酶（malic enzyme，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。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低氧條件下抑制NF-κB/HIF-1α信號軸及相關蛋白產物的表達從而提高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境下對HNSCC細胞的抑制作用，且當兩者濃度比為1∶10時可產生較強的協同作用。
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Ⅲ降低了ROS的產生有關。根據此研究結論，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（thymidylate synthase，TS）及胸苷激酶1的表達從而削弱了5-FU 對于遺傳物質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導致了抵抗的發生。
2.3 輔助靶向治療
吉非替尼是一種表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，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-κB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-間充質轉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上皮-間充質轉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依賴性內質網應激介導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、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感性，這與其對脫氧胞苷激酶表達的提高有關。
3.結語
綜上所述，二甲雙胍可通過多種機制影響HNSCC的發生與發展。大量臨床和實驗研究證明二甲雙胍的直接、間接和輔助抗HNSCC作用，但仍有研究產生了相反的結論。體外實驗難以模擬腫瘤微環境，不同細胞系的特異性及抗腫瘤所需實驗藥物劑量過大等問題仍需更為深入和完善的實驗方案進行探究，且臨床回顧性研究常出現時間偏倚及其他干擾因素，其結論也需要大量前瞻性研究驗證。如何將二甲雙胍的抗癌作用應用于臨床仍需進一步地探索。
