二甲双胍长期以来都是治疗糖尿病的一线药物。有趣的是,近二十年来人们又逐渐发现了二甲双胍的抗肿瘤功能。二甲双胍可以激活AMPK,进而通过抑制mTOR信号通路的活化来调控脂代谢、自噬等生物过程,但其潜在的分子靶点仍有争议。另外,近几年来二甲双胍还被报道可以抑制一碳代谢以及核苷酸代谢,然而其中的机制也并不完全清楚。为了进一步了解二甲双胍的抗肿瘤机制以及二甲双胍对于一碳代谢的影响,我们使用转录组测序分析和质谱蛋白组学分析检测了二甲双胍对肝癌细胞的影响,从中发现二甲双胍可以明显抑制一碳代谢中的关键酶二氢叶酸脱氢酶（DHFR）和胸苷酸合成酶（TS）。二氢叶酸脱氢酶催化了一碳代谢中的最主要的辅酶——四氢叶酸的合成,而胸苷酸合成酶则催化了细胞中脱氧尿苷酸通过一碳代谢产生的一碳单位合成脱氧胸苷酸的过程。另外,DHFR和TS还分别是传统抗叶酸化疗药物甲氨蝶呤和5氟尿嘧啶的直接靶标。我们发现二甲双胍与这两种化疗药物联用能显著提高肝癌细胞对化疗药物的敏感性。通过进一步的实验我们发现,二甲双胍并非通过经典的AMPK/mTOR通路抑制DHFR和TS,而是通过上调转录因子E2F4或者抑制转录因子E2F1抑制了这两个蛋白的mRNA水平。而深入的分析则表明,二甲双胍还可以促进DHFR的蛋白降解,而这种降解是由溶酶体降解通路介导的。我们还发现,Hsp40蛋白家族成员DNAJB1、自噬过程的起始分子Beclinl和溶酶体中的半胱氨酸肽酶Cathepsin B也参与了二甲双胍对DHFR降解的促进作用。接下来我们探究了二甲双胍对DHFR和TS的抑制所带来的临床意义。抗叶酸化疗药物的耐药性一直是临床肿瘤化疗的一大难题。我们构建了甲氨蝶呤或5氟尿嘧啶的耐药株,验证了DHFR和TS的高表达与化疗药物的耐药性呈正相关。然后我们又通过在细胞水平上使用二甲双胍与甲氨蝶呤或者5氟尿嘧啶的联合用药,发现二甲双胍可以通过抑制DHFR和TS减弱肝癌细胞耐药株对甲氨蝶呤和5氟尿嘧啶的耐药性。此外,我们还在裸鼠移植瘤模型中,发现二甲双胍与甲氨蝶呤的联用相对于两者的单独处理更加明显地抑制肿瘤的生长,说明二甲双胍在体内也能增强肝癌细胞对肝癌细胞的敏感性。通过进一步的小鼠实验,我们还发现DHFR的过表达能抑制这种增敏作用,进一步证明了DHFR在二甲双胍增强肝癌细胞对甲氨蝶呤敏感性的过程中起到了十分重要的作用。总而言之,我们发现二甲双胍通过转录机制或转录后机制抑制了一碳代谢的关键酶——二氢叶酸脱氢酶（DHFR）和胸苷酸合成酶（TS）,并通过这种抑制作用增强了肝癌细胞对于传统化疗的敏感性,这就为二甲双胍的抗肿瘤机制添加了新的认识,也为肝癌的临床治疗提供了新的思路与方法。