邹文安
二甲双胍为双胍类口服降血糖药，是治疗2型糖尿病常用的处方药。研究发现，二甲双胍除了具有降低血糖的作用，还能降低癌症的发生率，在癌症治疗上具有重要的临床的意义。但是，二甲双胍的抗肿瘤活性的机制尚未研究清楚。基于此，德国普朗克生物化学研究所和罗马大学研究人员合作，利用蛋白基因组学分析（转录组测序、高通量蛋白质组学和磷酸化修饰组学）对二甲双胍处理后乳腺癌细胞MCF-7进行了研究，共鉴定了12,792条转录本，7,874个蛋白和19,471个磷酸化位点。通过对多维组学数据进行联合分析，揭示了二甲双胍抑制癌细胞扩增的机制。
通过对差异表达的转录本和蛋白进行GO富集分析，发现在二甲双胍处理的乳腺癌细胞中，与细胞周期和DNA复制相关的基因在转录水平和蛋白水平均显著下调，这与二甲双胍的抗增殖作用是一致。同时发现与钙信号代谢有关的基因则出现显著上升，这在以往的研究中没有报道过。对二甲双胍调控细胞代谢的途径进一步研究发现，糖酵解途径中关键酶在二甲双胍处理后mRNA表达显著下调，而在蛋白水平下调的较少。另外，线粒体氧化还原复合体中的多个亚基蛋白也显著表达下调。前人的研究显示，二甲双胍能适度调节糖酵解中间产物，而能通过抑制线粒体的呼吸复合体显著降低核酸三磷酸腺苷含量，这与本研究的结果是一致的。
进一步通过磷酸蛋白组学的方法分析二甲双胍对MCF7细胞的调控机理，发现多种激酶的表达出现显著变化，例如CDK, Cdc2k, Pim1, Aurora, 和ERK1/2等都出现显著下调；将二甲双胍引起的蛋白组和磷酸化组的变化与文献中已报道代谢通路中的蛋白互作网络进行比对，发现二甲双胍影响了多个与细胞增殖和细胞凋亡相关的关键代谢途径，如抑制mTOR和CDK1信号通路、激活AMPK信号通路等。
mTOR激酶是一种对细胞生长具有重要调控作用的激酶，其机理是通过PI3K-Akt途径实现对细胞生长的调控作用。为确定二甲双胍是否通过mTOR机制实现对细胞生长的调控，研究人员进一步分析了二甲双胍调控mTOR信号通路的作用机制，发现PP2A磷酸酶的亚基在二甲双胍处理后上调表达，而且PP2A的调控亚基PPP2R5C第497位丝氨酸发生磷酸化，活性增强。因此，二甲双胍可通过使PP2A的亚基发生磷酸化，增强PP2A的磷酸酶活性，抑制mTOR信号途径中p70S6K-rpS6的磷酸化，进而发挥抑制肿瘤细胞的作用。
综上所述，本研究利用高通量的转录组、蛋白组和磷酸化修饰组学技术，揭示了二甲双胍处理后乳腺癌细胞中基因表达的变化和关键代谢通路的变化，并重点分析了二甲双胍对乳腺癌细胞中mTOR信号通路的调控机制，为揭示二甲双胍抑制癌细胞生长的机制提供了基础。
参考文献：Sacco, F., A. Silvestri, et al. (2016). "Deep Proteomics of Breast Cancer Cells Reveals that Metformin Rewires Signaling Networks Away from a Pro-growth State." Cell System 2(3): 159-171.
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