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苯乙双胍联合己糖激酶抑制剂诱导三阴性乳腺癌细胞凋亡

叶琳岚 贺春晖 朱旭婷 李霞

张敏, 高宁舟, 张云轩, 周海峰. 多拉司琼药物利用评价标准的建立及应用[J]. 药学实践与服务, 2023, 41(6): 385-388. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202202026
引用本文: 叶琳岚, 贺春晖, 朱旭婷, 李霞. 苯乙双胍联合己糖激酶抑制剂诱导三阴性乳腺癌细胞凋亡[J]. 药学实践与服务, 2022, 40(3): 248-253. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202103045
ZHANG Min, GAO Ningzhou, ZHANG Yunxuan, ZHOU Haifeng. Establishment and application of DUE criteria of Dolasetron[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2023, 41(6): 385-388. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202202026
Citation: YE Linlan, HE Chunhui, ZHU Xuting, LI Xia. Hexokinase inhibitor 2-deoxyglucose combined with phenformin induces cell apoptosis of triple-negative breast cancer[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2022, 40(3): 248-253. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202103045

苯乙双胍联合己糖激酶抑制剂诱导三阴性乳腺癌细胞凋亡

doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202103045
基金项目: 2020年度无锡市科技发展资金项目(N20202027)
详细信息
    作者简介:

    叶琳岚,主管药师,研究方向:分子药理学,Email:yelinlanHP@126.com,Tel:18112389520

    通讯作者: 李 霞,副主任药师,研究方向:分子药理学,Email:lixia.ahmu.cn@163.com,Tel:(0510)68089711
  • 中图分类号: R966

Hexokinase inhibitor 2-deoxyglucose combined with phenformin induces cell apoptosis of triple-negative breast cancer

  • 摘要:   目的   探讨降糖药物苯乙双胍联合己糖激酶抑制剂2-脱氧葡萄糖(2-DG)对三阴性乳腺癌细胞4T1和MDA-MB-231凋亡作用的影响。  方法  苯乙双胍单独或联合2-DG处理4T1与MDA-MB-231细胞48 h,用SRB法检测细胞的增殖,流式细胞术检测细胞凋亡,试剂盒检测培养上清液中葡萄糖消耗量和乳酸含量,多功能化学发光仪检测线粒体呼吸链复合物I活性,海马能量检测仪测定细胞线粒体耗氧量(OCR)。  结果  苯乙双胍组的4T1与MDA-MB-231细胞上清液己糖激酶表达量(4.6±0.17,3.73±0.21),葡萄糖消耗量(356±31,397±42)μg/105个细胞,乳酸浓度(5.59±0.52,7.83±0.78)μmol/L均高于空白组的已糖激酶表达量(1±0.15,1±0.12),葡萄糖消耗量(289±25,301±32)μg/105个细胞,乳酸浓度(2.37±0.18,4.01±0.45)μmol/L(P < 0.01);苯乙双胍联用2-DG组的细胞存活率(64.63±2.28,51.97±2.29)% ,即使降低90%剂量,仍高于苯乙双胍组(86.70±1.83,85.53±1.46)%(P<0.001),两药联用极大地促进了4T1与MDA-MB-231细胞的凋亡,此外,相比于苯乙双胍组(5.59±0.52,7.83±0.78)μmol/L,苯乙双胍与2-DG联用组(3.46±0.37,5.18±0.62)μmol/L细胞的乳酸产量也大大下降(P<0.01);与苯乙双胍或2-DG单药组相比,苯乙双胍联合2-DG组可显著抑制荷瘤小鼠体内肿瘤的生长速度(P<0.01);苯乙双胍联合2-DG组荷瘤小鼠中位生存时间72.5 d,高于苯乙双胍组57 d、2-DG组55.5 d(P<0.01),苯乙双胍联合2-DG可以延长荷瘤小鼠生存时间。  结论  己糖激酶抑制剂2-DG显著增强了苯乙双胍对三阴性乳腺癌细胞的治疗作用。
  • 多拉司琼是第一代5-HT3受体拮抗剂,可用于预防和治疗手术引起的恶心呕吐(PONV)和预防化学抗肿瘤治疗引起的恶心呕吐(CINV)。多拉司琼的代谢产物具有可阻滞钠通道和5-HT3受体的活性,在手术和化疗过程中常作为预防和治疗恶心呕吐的主要药物,指南中推荐根据抗肿瘤药物的致吐级别调整止吐用药的剂量和疗程[1]。但是在临床使用过程中存在着不合理使用情况,我们参照美国医院药师协会(ASHP)制定的药物利用评价(DUE)方法[2-4],建立多拉司琼药物利用评价标准,对我院多拉司琼的使用情况进行回顾性分析,以期为规范多拉司琼的临床用药提供参考。

    我院2021年1月至2021年6月使用多拉司琼的出院患者共2 382例,根据院内处方审核软件SQL SERVER 2008数据库自带随机生成数字序列随机抽取900例,剔除患者信息及病历记录不全者,共收集有效病例794例。其中男性374例(占比47.1%);女性420例(占比52.9%);特殊人群235例,包括老年人182例,肾功能不全患者17例,肝功能不全36例。

    参照ASHP对DUE标准操作指南为标准基础,根据多拉司琼药品说明书、《NCCN止吐指南》(2020.V1版)、《新编药物学》(2017版)、《临床用药须知》(2010版)及其它相关文献资料[5-6]草拟多拉司琼DUE标准及预期目标值,经我院药事管理和药物治疗学委员会合理用药组成员(由高级职称的临床医生和药学专家组成)逐条从科学性、实用性、可行性方面进行讨论,并结合医院实际情况修订后,确立多拉司琼DUE标准。

    多拉司琼DUE标准中的评价项目包括用药指征、用药过程、用药结果和管理指标等4个一级指标,下设适应证、禁忌证、用法用量、给药时间、溶媒、特殊人群、疗程、联合用药、相互作用、不良反应、疗效、病程记录等12个二级指标。本文中用于评价多拉司琼DUE评价标准的各因素均为相同重要,因此未予以权重比例的区分。多拉司琼DUE标准见表1

    表  1  多拉司琼DUE标准
    评价指标标准内容预期目标值(%)
    一级指标二级指标
    用药指征适应证适用于:①预防初次和重复使用致吐性肿瘤化疗(包括高剂量顺铂)引起的恶心和呕吐;②预防或治疗手术后恶心和/或呕吐。100
    禁忌证已知对本品过敏的患者禁用。100
    用药过程用法用量①预防和治疗化疗引起的恶心呕吐:1.8 mg/kg 或是固定剂量100 mg;②预防或治疗手术后恶心和/或呕吐:12.5 mg。 80
    给药时间①预防和治疗化疗引起的恶心呕吐:化疗前30 min给药;②预防手术后恶心和/或呕吐;麻醉停止前15 min;③治疗手术后恶心和/或呕吐:刚出现恶心、呕吐时。100
    溶媒预防和治疗化疗引起的恶心呕吐:溶于50 ml 溶媒(0.9%氯化钠注射液或是5%葡萄糖注射液)静脉输注15 min 以上。 80
    特殊人群①儿童:尚无2岁以下患儿使用本品经验,2~17岁患儿耐受性好;
    ②妊娠期:尚缺乏在怀孕妇女中的充分的良好对照的研究;
    ③哺乳期:本品是否乳汁排泄尚不清楚,慎用;
    ④65岁以上患者不需要调整剂量,但用药仍须谨慎;
    ⑤肾功能不全:无需调整剂量;
    ⑥肝功能不全:无需调整剂量。
    100
    疗程化疗期间或是化疗后,存在恶心呕吐感即可。100
    联合用药单药不能控制的恶心呕吐,可联合使用激素地塞米松,严重的可再联合NK-1抑制剂阿瑞吡坦。100
    相互作用本品不能与其它药物混合使用,输注后要冲洗输液管道。100
    用药结果不良反应发生本品不良反应停用本品并对症处理,上报不良反应相关信息至ADR监测系统和药剂科。100
    疗效恶心呕吐次数减少或消失。 90
    管理指标病程记录①病程录中有相关的用药指证;
    ②联合用药以及对患者恶心呕吐严重程度的描述。
    90
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    多拉司琼DUE评价结果(表2)显示,随机抽取的794例病例中,105例完全符合标准,占比13.23%。主要存在的不合理用药情况有:适应证不符24例(占比3.0%);用于治疗和预防PONV用法用量不符合标准要求258例,治疗和预防CINV用法用量不符合标准要求186例。794例全部选择使用0.9%氯化钠注射液,其中188例(23.7%)溶媒体积选择50 ml,符合标准。在调查期间,未见关于多拉司琼的不良反应报告,病历中也未有不良反应记录;无相互作用;治疗有效符合标准率100%;病程记录符合标准率68.0%。

    表  2  多拉司琼DUE评价结果
    评价指标标准符合率%
    一级指标二级指标
    用药指征适应证96.9
    禁忌证100.0
    用药过程用法用量43.3
    给药时间100.0
    溶媒23.7
    特殊人群100.0
    疗程100.0
    联合用药86.6
    相互作用100.0
    用药结果不良反应100.0
    疗效100.0
    管理指标病程记录68.0
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    多拉司琼的适应证明确,794份病例中符合用药指征标准的有770例(占比为96.9%),不符合标准的24例中,有10例是手术日前两日开始使用多拉司琼1剂,9例患者是既未进行手术治疗也未进行化疗便使用多拉司琼1剂,5例是手术后4d~5d使用多拉司琼1剂,且上述24例患者病程中均未记录恶性、呕吐症状。在抽取的病例中不存在禁忌证用药。

    在抽取的病例中,有113例用药过程完全符合标准,占比仅14.2%;在用法用量方面,258例用于术后治疗恶心呕吐的病例存在超剂量使用情况,标准剂量应为12.5 mg,56例使用25 mg,130例使用50 mg,72例使用100 mg;在预防和治疗CINV中,186例存在用药剂量不足的情况,标准剂量应为100 mg或是1.8 mg/kg,8例使用87.5 mg,17例使用62.5 mg,这25例患者体重均超过50 kg,161例使用50 mg;溶媒选择的标准符合率只有23.7%,其中33例选择250 ml 0.9%氯化钠注射液,566例选择100 ml 0.9%氯化钠注射液,均不符合要求;只有195例是选择加入50 ml 0.9%氯化钠注射液静脉输注或是直接静脉推注给药,符合要求;用药时间、特殊人群和相互作用的符合标准率是100%,联合用药符合标准率是86.6%,不符合联合用药标准的有105例,在化疗中预防和治疗CINV时,不仅使用多拉司琼,还联合使用8 mg昂丹司琼注射液。

    本研究中,使用多拉司琼症状好转的有效率为100%,在这些病例的病史记录中,术后或是化疗后,在使用多拉司琼后未出现明显的恶心呕吐症状,并且也没有升级使用第二代5-HT3抑制剂或是神经激肽1(NK-1)抑制剂。

    在抽取的病例中,病程记录中未记录发生多拉司琼相关药品不良反应,也不排除有发生的不良反应未记录在病程记录中。在抽取病例期间,药剂科没有接收到该药品相关不良反应事件的上报信息。

    在抽取的病例中,不符合标准的病程记录254份,主要问题是没有写明是用于预防或是治疗PONV或是CINV。

    我院正在不断地加强药品合理使用管理,加强对辅助用药合理使用的评价。在对抽取病例进行评价中发现,我院在使用多拉司琼的临床治疗过程中存在多处不合理现象,包括用药指征中的无适应证用药、用药剂量不符等。在此次抽取病例中存在超剂量使用的情况中,尚未出现不良反应,但根据文献报道,超剂量使用多拉司琼后患者可出现QT间期延长的不良反应[7]。在不足剂量使用的情况下,会影响药物的疗效,降低患者的生活质量,需要延长给药时间或是换用二代5-HT3抑制剂或是联合其他药理作用的止吐药物,这将会增加患者的经济负担和医保支出[8]

    研究中发现的严重不合理用药问题,是联合使用两种5-HT3拮抗剂,如多拉司琼联合昂丹司琼,两者同属第一代5-HT3拮抗剂,属于重复用药。在临床实际用药中,尤其是对于抗肿瘤治疗,存在单一的5-HT3拮抗剂不能有效控制的CINV,临床上根据化疗方案的致吐级别和患者的耐受能力,联合使用其他药理作用机制的药物,如NK-1抑制剂阿瑞匹坦、地塞米松,PPI制剂或是多巴胺受体拮抗剂甲氧氯普胺等。

    其次的不合理问题是溶媒体积的选择。根据多拉司琼的药物动力学参数[9],在手术麻醉结束前15 min或是化疗前30 min给药,可以较好的发挥止吐作用。一般建议静脉推注或是加入50 ml 0.9%氯化钠注射液静脉输注,输注时间为10 min左右。目前临床医生大多数选择100 ml的溶媒,主要是因为100 ml溶媒常规输注时间是30 min,在多拉司琼注射结束后就可以更换至化疗药物输注,正好符合预防止吐药物在化疗前30 min使用的时间窗口。如果输液体积是250 ml,则延长了5倍的输注时间,这就改变多拉司琼在体内的药动学特征,影响药物的疗效[10]

    通过使用DUE合理用药标准,抽样分析点评多拉司琼的用药情况,掌握具体科室和医生的不合理用药情况,做到及时发现问题,分析问题,将问题反馈至临床和行政管理部门,可以针对性地进行沟通交流,更好地协调处理用药不合理问题,减少不合理用药的发生。将DUE作为一种用药评价模式,成为临床药师评价临床药物治疗的工具,分析并解决问题,提高临床用药合格率,以保证药物使用合理、安全和有效,减少患者不必要的经济负担和医保支出。目前住院系统药物医嘱审核存在滞后问题,是采用回顾性评价住院药物医嘱,根据药品使用数据异常筛查并针对性点评药品,根据药品点评结果和行政部门与临床使用科室进行沟通,后续对相同药品进行再次点评,复核整改效果。针对审核滞后问题。我院正在考虑上线实时住院医嘱审核,可将以上DUE标准转化至智能审核系统,将不合理用药情况在医生开具医嘱时进行提醒和拦截,提高药品的规范合理使用。但因受限于技术和人力原因,暂时未能上线。

    临床药师作为临床药物治疗合理用药工作的成员之一,在使用该评价标准对多拉司琼进行评价分析时,存在疗效不能通过辅助检查的数字化指标量化对比分析的问题,只能将患者的疗效反馈通过病程记录的内容反馈在病历中,在以后的指标设计中,应采取更为可靠、客观的综合评价方法对指标进行验证,设计更科学合理的评价方法,可以更好的推广药物合理使用评价标准的方法。

  • 图  1  苯乙双胍对三阴性乳腺癌细胞OCR的影响

    注:A.MDA-MB-231细胞OCR水平;B.4T1 细胞OCR水平

    图  2  苯乙双胍对MDA-MB-231和4T1细胞有氧糖酵解的影响 (`x±s , n = 3)

    注:A. 己糖激酶mRNA表达量;B. 葡萄糖消耗量;C. 乳酸浓度;*P<0.05, ** P<0.01,*** P < 0. 001 ,与空白组比较

    图  3  苯乙双胍联合2-DG对三阴性乳腺癌细胞凋亡的影响 (`x±s , n=3)

    注:A. 苯乙双胍(100 μmol/L)、2-DG(2 mmol/L)、苯乙双胍(100 ng/ml)联合2-DG(20 nmol/L)处理MDA-MB-231,流式细胞仪检测细胞凋亡情况;B. 苯乙双胍(100 μmol/L)、2-DG(2 mmol/L)、苯乙双胍(100 ng/ml)联合2-DG(20 nmol/L)处理4T1,流式细胞仪检测细胞凋亡情况;* P < 0. 05, ** P<0. 01, *** P<0. 001,与空白组比较

    图  4  苯乙双胍联合2-DG分别对MDA-MB-231和4T1细胞乳酸产生的影响(x±s , n=3)

    ** P<0. 01,与苯乙双胍组比较

    图  5  苯乙双胍联合2-DG对4T1细胞造模小鼠肿瘤体积和生存时间的影响(`x±s , n=10)

    注:A. 1×105个 4T1细胞原位接种到BALB/c小鼠乳腺脂肪垫内,待肿瘤生长至5 mm×5 mm左右时,荷瘤小鼠开始给药治疗,测量每日肿瘤体积,**P <0.01,与苯乙双胍组比较;B. 4T1细胞造模小鼠给药后的生存时间;**P<0.01,与2-DG组比较

    表  1  苯乙双胍联合2-DG对三阴性乳腺癌细胞凋亡的影响[`x±s , n = 3,存活率(%)]

    组别4T1MDA-MB-231
    空白组(PBS)96.37±2.3197.63±1.46
    苯乙双胍组(100 μmol/L)86.70±1.83 *85.53±1.46 **
    2-DG(2 mmol/L)81.27±2.16**80.67±4.07**
    苯乙双胍+2-DG组(苯乙双胍:
    10 μmol/L,2-DG: 200 μmol/L)
    64.63±2.28***51.97±2.29***
    *P<0. 05,**P<0.01,***P<0.001,与空白组比较
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-19
  • 修回日期:  2021-07-06
  • 网络出版日期:  2023-11-06
  • 刊出日期:  2022-05-25

苯乙双胍联合己糖激酶抑制剂诱导三阴性乳腺癌细胞凋亡

doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202103045
    基金项目:  2020年度无锡市科技发展资金项目(N20202027)
    作者简介:

    叶琳岚,主管药师,研究方向:分子药理学,Email:yelinlanHP@126.com,Tel:18112389520

    通讯作者: 李 霞,副主任药师,研究方向:分子药理学,Email:lixia.ahmu.cn@163.com,Tel:(0510)68089711
  • 中图分类号: R966

摘要:   目的   探讨降糖药物苯乙双胍联合己糖激酶抑制剂2-脱氧葡萄糖(2-DG)对三阴性乳腺癌细胞4T1和MDA-MB-231凋亡作用的影响。  方法  苯乙双胍单独或联合2-DG处理4T1与MDA-MB-231细胞48 h,用SRB法检测细胞的增殖,流式细胞术检测细胞凋亡,试剂盒检测培养上清液中葡萄糖消耗量和乳酸含量,多功能化学发光仪检测线粒体呼吸链复合物I活性,海马能量检测仪测定细胞线粒体耗氧量(OCR)。  结果  苯乙双胍组的4T1与MDA-MB-231细胞上清液己糖激酶表达量(4.6±0.17,3.73±0.21),葡萄糖消耗量(356±31,397±42)μg/105个细胞,乳酸浓度(5.59±0.52,7.83±0.78)μmol/L均高于空白组的已糖激酶表达量(1±0.15,1±0.12),葡萄糖消耗量(289±25,301±32)μg/105个细胞,乳酸浓度(2.37±0.18,4.01±0.45)μmol/L(P < 0.01);苯乙双胍联用2-DG组的细胞存活率(64.63±2.28,51.97±2.29)% ,即使降低90%剂量,仍高于苯乙双胍组(86.70±1.83,85.53±1.46)%(P<0.001),两药联用极大地促进了4T1与MDA-MB-231细胞的凋亡,此外,相比于苯乙双胍组(5.59±0.52,7.83±0.78)μmol/L,苯乙双胍与2-DG联用组(3.46±0.37,5.18±0.62)μmol/L细胞的乳酸产量也大大下降(P<0.01);与苯乙双胍或2-DG单药组相比,苯乙双胍联合2-DG组可显著抑制荷瘤小鼠体内肿瘤的生长速度(P<0.01);苯乙双胍联合2-DG组荷瘤小鼠中位生存时间72.5 d,高于苯乙双胍组57 d、2-DG组55.5 d(P<0.01),苯乙双胍联合2-DG可以延长荷瘤小鼠生存时间。  结论  己糖激酶抑制剂2-DG显著增强了苯乙双胍对三阴性乳腺癌细胞的治疗作用。

English Abstract

张敏, 高宁舟, 张云轩, 周海峰. 多拉司琼药物利用评价标准的建立及应用[J]. 药学实践与服务, 2023, 41(6): 385-388. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202202026
引用本文: 叶琳岚, 贺春晖, 朱旭婷, 李霞. 苯乙双胍联合己糖激酶抑制剂诱导三阴性乳腺癌细胞凋亡[J]. 药学实践与服务, 2022, 40(3): 248-253. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202103045
ZHANG Min, GAO Ningzhou, ZHANG Yunxuan, ZHOU Haifeng. Establishment and application of DUE criteria of Dolasetron[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2023, 41(6): 385-388. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202202026
Citation: YE Linlan, HE Chunhui, ZHU Xuting, LI Xia. Hexokinase inhibitor 2-deoxyglucose combined with phenformin induces cell apoptosis of triple-negative breast cancer[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2022, 40(3): 248-253. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202103045
  • 三阴性乳腺癌(triple-negative breast cancer,TNBC)临床特点表现为转移能力强、复发率高和患者预后差,是目前威胁女性健康常见的恶性肿瘤之一[1-3]。由于其细胞表面不表达孕酮受体、雌激素受体以及表皮生长因子受体,使得常规靶向疗法对TNBC收效甚微,目前临床治疗手段仍以传统的化疗为主。然而TNBC除了不表达多种激素受体外,往往也伴随着乳腺癌基因(breast cancer gene,BRCA)等多种基因的突变[4-6],导致其成为一种高度异质性的肿瘤类型,易对化疗药物产生抗性,进一步增加了治疗难度。

    代谢旺盛的肿瘤细胞能量供应高度依赖有氧糖酵解产生的ATP,越来越多的研究表明,线粒体氧化磷酸化(oxidative phosphorylation,OXPHOS)对肿瘤细胞糖类、脂类及蛋白质类三大营养物质的相互转化和氧化还原反应的平衡有着重要的作用[7-8]。在多种流行病学、临床和实验室研究中证实,糖代谢抑制剂、线粒体呼吸链阻滞剂等具有显著的抗肿瘤作用[9]。因此,在正常细胞可承受范围内,靶向破坏肿瘤细胞的糖代谢以及干扰呼吸链的电子传递,是目前肿瘤治疗的新策略。

    二甲双胍以其良好的安全性和耐受性,在糖尿病临床治疗中被广泛应用[10]。越来越多的研究表明,以二甲双胍为代表的双胍类药物对多种肿瘤具有抑制作用[11-12]。苯乙双胍是比二甲双胍作用强50倍的线粒体复合物I抑制剂[13]。然而,苯乙双胍作为一种抗肿瘤药物却难以获得各国药品管理部门的批准,主要原因是其副作用会产生大量的乳酸,易引起严重的乳酸性酸血症[14-16]。因此,联用其他辅助药物以降低苯乙双胍的使用剂量,在可控的不良反应内达到有效的抗肿瘤作用,是目前肿瘤临床治疗研究的新策略。

    笔者将以肿瘤细胞能量代谢为突破点,研究低剂量的苯乙双胍联合己糖激酶抑制剂2-DG对TNBC的治疗作用,为将来针对TNBC的耐药和复发而进行的临床治疗提供新的策略。

    • 40只SPF级雌性6周龄BALB/c小鼠,体质量(20±2)g,购自浙江省实验动物中心,许可证号:SCXK(浙)2016-0002。小鼠三阴性乳腺癌细胞系4T1和人三阴性乳腺癌细胞系MBA-MD-231(中国医学科学院基础医学研究所细胞资源中心)。

    • 苯乙双胍(Selleck公司);2-脱氧葡萄糖(Sigma公司);RNA反转录试剂盒(ABI公司);FITC-annexin Ⅴ/PI凋亡染色试剂盒(BD公司);葡萄糖含量检测试剂盒、乳酸含量(LA)检测试剂盒(北京索莱宝科技有限公司);海马细胞线粒体压力检测试剂盒(Agilent公司)。

    • 分别将1×105个4T1或MDA-MB-231细胞接种到6孔板中,每组设3个复孔。实验分为空白对照组、苯乙双胍(100 μmol/L)组、2-DG(2 mmol/L)组和联用组(苯乙双胍:10 μmol/L;2-DG:200 μmol/L)。作用48 h后,用0.25%的胰蛋白酶消化细胞,获得单细胞悬液,用于后续的细胞增殖和凋亡检测。

    • 药物处理细胞48 h后,收集各组细胞悬液,4℃ 500×g离心5 min。弃上清液,每管加入1 ml冷PBS重悬细胞,离心后弃上清液,清洗细胞。加入100 μl 1×偶联缓冲液重悬细胞,然后每管分别加入2 μl annexin Ⅴ和PI,4℃避光孵育30 min。加入400 μl PBS重悬细胞,流式细胞仪检测各组细胞凋亡的情况。

    • 各组细胞处理48 h后,收集细胞培养上清液,分别用葡萄糖含量检测试剂盒和乳酸含量检测试剂盒测定葡萄糖和乳酸浓度,同时收集细胞并计数。

    • 用海马细胞线粒体压力检测试剂盒测定4T1或MDA-MB-231细胞的线粒体OCR。细胞用药物预处理24 h,在评估前8 h,以6×105个细胞/孔的最佳培养密度将细胞转移到XF微板上,使细胞贴壁。用调节好pH 7.4的培养基对细胞进行清洗,在无CO2培养箱中平衡1 h。ABC孔分别加入寡霉素、线粒体解偶联剂(FCCP)、鱼藤酮和抗霉素A后,上机检测。

    • 分为空白(PBS)组、苯乙双胍(1 mg/kg)组、2-DG(5 mg/kg)组和联用组(苯乙双胍:0.1 mg/kg;2-DG:0.5 mg/kg),每组10只小鼠。1×105个 4T1细胞原位接种到BALB/c小鼠乳腺脂肪垫内,待肿瘤生长至5 mm×5 mm左右时,荷瘤小鼠开始给药治疗,并每天测量肿瘤的大小。各给药组小鼠按50 μl体积瘤内注射给予,对照组给予等体积的PBS,每2 d给药1次。连续给药10次后,观察荷瘤小鼠的肿瘤大小并记录各组小鼠的死亡时间。

    • 采用SPSS 22.0软件进行统计学分析。实验数据用($\bar x $±s )表示,两组间比较用t检验,多组的组间比较采用单因素方差分析,动物生存时间比较采用Kaplan-Meier法。

    • 为检测苯乙双胍对线粒体呼吸的影响,将100 μmol/L苯乙双胍分别作用于4T1和MDA-MB-231细胞,24 h后收获细胞,海马生物能量分析仪检测细胞OCR水平。结果表明,苯乙双胍孵育24 h后,MDA-MB-231或4T1细胞线粒体OCR与空白组相比显著降低(图1)。

      图  1  苯乙双胍对三阴性乳腺癌细胞OCR的影响

    • 100 μmol/L苯乙双胍处理4T1和MDA-MB-231细胞48 h后,检测细胞上清液中己糖激酶表达量、葡萄糖以及乳酸浓度。结果显示,4T1和MDA-MB-231细胞上清液中己糖激酶表达量,苯乙双胍给药组(4.6±0.17,3.73±0.21,n=3)明显高于空白组(1±0.15,1±0.12, n=3),组间有显著性差异(P<0. 001),表明苯乙双胍可在基因水平显著上调己糖激酶的表达(图2A);4T1和MDA-MB-231细胞上清中葡萄糖消耗量,苯乙双胍给药组(356±31,397±42,n=3)μg/105个细胞明显高于空白组(289±25,301±32,n=3)μg/105细胞,组间有显著性差异(P < 0. 05),表明苯乙双胍能促进细胞摄取更多的葡萄糖,致使培养基中葡萄糖含量显著增加(图2B);4T1和MDA-MB-231细胞上清中乳酸浓度,苯乙双胍给药组(5.59±0.52, 7.83±0.78, n=3)μmol/L明显高于空白组(2.37±0.18,4.01±0.45,n=3)μmol/L,组间有显著性差异(P < 0.01),表明苯乙双胍能显著促进培养上清液中乳酸的产生(图2C)。

      图  2  苯乙双胍对MDA-MB-231和4T1细胞有氧糖酵解的影响 (`x±s , n = 3)

    • 由于苯乙双胍可上调4T1和MDA-MB-231细胞的有氧糖酵解,因此当我们联用低剂量的己糖激酶抑制剂2-DG时,三阴性乳腺癌细胞会发生什么变化呢?结果显示,与空白组相比,单用苯乙双胍或2-DG均能显著降低4T1与MDA-MB-231细胞存活率(P<0.01)(表1图3);与苯乙双胍或2-DG单药组相比,苯乙双胍联用2-DG,即使降低90%剂量,仍然可以显著降低4T1与MDA-MB-231细胞的存活率(P<0.001)(表1图3),以上结果表明,苯乙双胍联用2-DG能显著促进三阴性乳腺癌细胞的凋亡。与此同时,检测细胞上清液中的乳酸含量,相比苯乙双胍组(5.59±0.52,7.83±0.78,n=3)μmol/L,苯乙双胍与2-DG联用组(3.46±0.37,5.18±0.62,n=3)μmol/L细胞的乳酸产量也大幅下降(P < 0.01)(图4)。

      表 1  苯乙双胍联合2-DG对三阴性乳腺癌细胞凋亡的影响[`x±s , n = 3,存活率(%)]

      组别4T1MDA-MB-231
      空白组(PBS)96.37±2.3197.63±1.46
      苯乙双胍组(100 μmol/L)86.70±1.83 *85.53±1.46 **
      2-DG(2 mmol/L)81.27±2.16**80.67±4.07**
      苯乙双胍+2-DG组(苯乙双胍:
      10 μmol/L,2-DG: 200 μmol/L)
      64.63±2.28***51.97±2.29***
      *P<0. 05,**P<0.01,***P<0.001,与空白组比较

      图  3  苯乙双胍联合2-DG对三阴性乳腺癌细胞凋亡的影响 (`x±s , n=3)

      图  4  苯乙双胍联合2-DG分别对MDA-MB-231和4T1细胞乳酸产生的影响(x±s , n=3)

    • 为了进一步验证苯乙双胍联合2-DG在体内抗肿瘤的效果,我们将4T1细胞原位接种到小鼠乳腺脂肪垫中,并分别给予单药治疗或联合治疗,观察肿瘤的生长速度以及荷瘤小鼠的生存时间。结果显示,与苯乙双胍或2-DG单药组相比,苯乙双胍联合2-DG组可显著抑制荷瘤小鼠体内肿瘤的生长速度(P<0.01)(图5A)。此外,苯乙双胍联合2-DG组荷瘤小鼠中位生存时间为72.5 d,高于苯乙双胍组(57 d)、2-DG组(55.5 d)、空白组组(50.5 d),差异有统计学意义(P<0.01)(图5B),表明苯乙双胍联合2-DG可以延长荷瘤小鼠生存时间。

      图  5  苯乙双胍联合2-DG对4T1细胞造模小鼠肿瘤体积和生存时间的影响(`x±s , n=10)

    • 二甲双胍等双胍类糖尿病治疗药物,能够通过抑制线粒体复合物I来降低细胞内ATP水平。线粒体复合物I的损伤会降低NADH氧化为NAD+,这是维持TCA循环功能的关键反应,并最终导致抑制氧化磷酸化。前期研究表明,二甲双胍表现出显著的抗肿瘤作用。苯乙双胍与二甲双胍具有非常相似的代谢特征,而苯乙双胍的效力更强[17-18]。由于乳酸性酸中毒病死率高,2型糖尿病临床治疗不再使用苯乙双胍作为一线药物[19]。 然而作为一种抗癌药物,因其较低的有效剂量和较短的疗程,与糖尿病临床治疗大有不同,苯乙双胍被认为最有希望替代二甲双胍的双胍类药物[20-22]

      本研究采用小鼠三阴性乳腺癌细胞系4T1和人三阴性乳腺癌细胞系MBA-MD-231作为研究对象,发现苯乙双胍可显著抑制其线粒体氧化磷酸化,并上调肿瘤细胞的糖酵解。当加入己糖激酶抑制剂2-DG时,糖酵解途径被阻断,肿瘤细胞被迫使用氧化磷酸化来获取ATP,在此情况下,细胞对苯乙双胍更加敏感。基于该项发现,采用苯乙双胍联用2-DG治疗三阴性乳腺癌细胞。动物体内外结果表明,苯乙双胍联用2-DG可显著增加4T1细胞和MBA-MD-231细胞的死亡率,并延长荷瘤小鼠的生存时间。除了对这两种糖代谢方式双重抑制作用外,联用2-DG带来的另一个优势是可大大降低苯乙双胍的使用剂量,从而减轻苯乙双胍代谢产生的乳酸对机体的不良作用。

      综上所述,通过苯乙双胍联用2-DG,可显著增强苯乙双胍对三阴性乳腺癌的凋亡作用,并降低其使用剂量,减轻不良反应,这一发现为三阴性乳腺癌的临床治疗提供新的策略。

参考文献 (22)

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