「神药对决癌王」医科院赵玉沛院士/吴晨教授/林东昕院士团队揭示二甲双胍抑制胰腺癌转移新机制

胰腺癌是一种恶性程度极高，诊断和治疗都很困难的消化道恶性肿瘤。在全球范围内，胰腺癌的发病率与死亡率几乎相同，5 年生存率仅为 8%，被誉为「癌中之王」，著名的苹果创始人乔布斯便是因患胰腺癌病逝。

二甲双胍是 Ⅱ 型糖尿病的一线治疗药物，但最近几年大量的研究发现二甲双胍的能力远远超乎人们的想象，除了能减肥、抗衰老、改善认知，越来越多的研究表明，二甲双胍还能抗癌！

2020 年 7 月 31 日，中国医学科学院北京协和医学院的赵玉沛院士、吴晨教授、林东昕院士团队在 Protein & Cell 上在线发表了题为 Metformin inhibits pancreatic cancer metastasis caused by SMAD4 deficiency and consequent HNF4G upregulation 的研究成果 ⁽¹⁾。该研究发现二甲双胍可抑制由 SMAD4 缺乏和 HNF4G 上调介导的胰腺癌转移。

研究内容

SMAD4 缺陷导致 HNF4G 过表达进而促进胰腺癌转移

通过对已发表的 8 份 GWAS 数据进行联合分析，作者筛选得到 36 个与胰腺导管腺癌（PDAC）显著相关的基因。对这 36 个基因进行高通量 siRNA 筛选，作者发现下调其中 9 个基因的表达可显著抑制 PDAC 细胞的侵袭性，进一步的实验发现沉默 HNF4G 的表达对 PDAC 细胞迁移和侵袭的抑制效果最好，且 HNF4G 在 PDAC 中显著高表达并与患者不良预后相关，因此作者选择 HNF4G 进行进一步的研究。

为了寻找 HNF4G 在 PDAC 中过表达的原因，作者分析了 HNF4G 启动子和增强子序列，发现有 115 个转录因子结合位点。SMAD4 是 PDAC 中一个频繁功能缺失的驱动基因，此前已在肠上皮细胞中报道可调节 HNF4G 的表达。TCGA 数据库分析显示，SMAD4 缺失的 PDAC 肿瘤的 HNF4G RNA 水平高于无 SMAD4 缺失的肿瘤。荧光素酶报告分析和 ChIP-qPCR 实验证实 SMAD4 可通过结合 HNF4G 启动子抑制其转录。

那 HNF4G 又是如何促进 PDAC 转移（下游机制）的呢？

通过分析 ChIP-seq 和 RNA-seq 数据，作者发现可能受 HNF4G 调控的基因有 6783 个，其中与 HNF4G 显著共表达的基因有 293 个。在 293 个基因中，有 32 个富集于细胞 - 细胞连接通路，这是一个与细胞连接完整性和肿瘤转移密切相关的通路，细胞实验也证实 HNF4G 可显著影响这个通中基因的表达，提示 HNF4G 过表达促进 PDAC 转移可能是通过调节细胞 - 细胞连接通路实现的。

SMAD4 缺陷的胰腺癌中，二甲双胍抑制癌转移

前面讲述了 HNF4G 过表达促进 PDAC 转移的机制，下面该轮到神药二甲双胍出手了。

通过分析 HNF4G 蛋白序列，作者发现有 29 个基序可以被包括 PK3R1 和 PRKAA1 在内的多种激酶磷酸化。作者用异丙肾上腺素（PIK3R1 激动剂）或二甲双胍（PRKAA1 激动剂）处理 PDAC 细胞，发现二甲双胍而非异丙肾上腺素显著增强了 HNF4G 的磷酸化和泛素化降解，且这一效应正是通过激活二甲双胍主要靶点 AMPK 而实现的。

接下来作者发现二甲双胍显著抑制 HNF4G 过表达诱导的细胞侵袭和转移，且该作用只在 SMAD4 蛋白缺陷时才体现出来。

值得一提的是，为了研究二甲双胍对 PDAC 的疗效，作者还招募了 139 名同时患有 Ⅱ 型糖尿病的患者，这些患者在诊断为 PDAC 之前便在服用二甲双胍或其他药物。结果发现二甲双胍治疗可抑制 SMAD4 缺陷 PDAC 患者的肿瘤进展，并提高患者生存率，但对于 SMAD4 正常的患者并没有显著作用。

总的来说，这些结果表明二甲双胍是一种针对 HNF4G 治疗 SMAD4 缺陷 PDAC 的有效治疗药物。

研究总结

本研究证实 HNF4G 作为一种癌基因，在 PDAC 的侵袭和转移中起关键作用。HNF4G 过表达激活细胞 - 细胞连接通路可能是促进 PDAC 侵袭和转移的潜在分子机制。

SMAD4 是一种肿瘤抑制基因，在 PDAC 中经常发生删除或突变，在本研究首次证实 HNF4G 的过表达可能是由 SMAD4 缺失引起的。

此外，作者发现二甲双胍通过激活 AMPK 介导 HNF4G 蛋白磷酸化偶联泛素降解来抑制 HNF4G 活性。应用二甲双胍治疗小鼠 PDAC 移植瘤和临床 PDAC 患者，可对 SMAD4 缺陷的 PDAC 有一定疗效。

这些发现为临床试验检测包括二甲双胍在内的 HNF4G 通路抑制剂在 SMAD4 缺陷 / HNF4G 过表达 PDAC 中的作用提供了可能。

将基础研究紧密结合临床是本研究的一大亮点，从一开始的临床样本数据中筛选得到目的基因 HNF4G，到最后招募患者验证二甲双胍的抗癌效果，这种从临床中来最终应用到临床中去的研究思路值得我们学习。