生酮飲食在腫瘤治療中的應(yīng)用

江 波

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京世紀(jì)壇醫(yī)院, 北京, 100038)

早在公元前400年，禁食就被認(rèn)為是一種治療癲癇的有效方法，希波克拉底在OntheSacredDisease一書(shū)中即有記載?！杜f約全書(shū)·馬太福音》中也對(duì)此治療方法有描述。1921年，美國(guó)醫(yī)師饒·格林報(bào)道稱(chēng)禁食15 d后，先進(jìn)行短時(shí)間進(jìn)食，而后再次禁食可對(duì)患兒的癲癇發(fā)作進(jìn)行有效控制。隨后的對(duì)26例癲癇患者的前瞻性臨床研究也證明了飲食控制可有效治療癲癇。同年，梅奧診所(Mayo clinic)的威爾德(Wilder R. M. )等嘗試使用高脂低碳水化合物的食物模擬禁食過(guò)程來(lái)治療癲癇，取得了較理想的結(jié)果。威爾德認(rèn)為這種飲食治療取得較好療效的機(jī)制是在低碳水化合物攝入的情況下，機(jī)體消耗脂肪、產(chǎn)生酮體而發(fā)揮作用，故取名為“生酮飲食”(ketogenic diet)。在同一時(shí)期，德國(guó)生化學(xué)家Warburg則通過(guò)對(duì)肝癌細(xì)胞能量代謝的分析提出了Warburg效應(yīng)，即腫瘤細(xì)胞的葡萄糖代謝發(fā)生改變，即使在氧供應(yīng)充足的情況下，也以無(wú)氧酵解為主要的供能方式。由此推論，腫瘤細(xì)胞較正常細(xì)胞更依賴(lài)于葡萄糖的供應(yīng)，人為切斷葡萄糖供應(yīng)后是否可以達(dá)到抗腫瘤的作用引起了廣泛關(guān)注。

從1921年開(kāi)始計(jì)算，生酮飲食的概念提出已有近百年的歷史。在這近百年的使用過(guò)程中，并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的不良反應(yīng)或者不可控制、危及患者生命的毒副作用?；赪arburg效應(yīng)的理論基礎(chǔ)和對(duì)生酮飲食安全性的認(rèn)識(shí), 20世紀(jì)60年代腫瘤學(xué)家們開(kāi)始嘗試使用生酮飲食治療腫瘤，先期進(jìn)行的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床治療個(gè)案的報(bào)道均取得了一定的療效。然而，需要強(qiáng)調(diào)的是，生酮飲食治療腫瘤還在探索之中，并不適合于所有的腫瘤患者，如何尋找更好的生物標(biāo)記物以及尋找合適的適應(yīng)證是目前生酮飲食研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。

1 生酮飲食抗腫瘤治療的安全性

生酮飲食安全性較高，常見(jiàn)的低血糖、便秘、低血壓等不良反應(yīng)可通過(guò)對(duì)癥處理便能得到很好的管控。Coriene等[1]對(duì)3例復(fù)發(fā)的橋腦內(nèi)生性彌漫性膠質(zhì)瘤患兒的生酮飲食干預(yù)證明其不良反應(yīng)輕微且可控。Lotte等[2]在回顧24個(gè)關(guān)于腦膠質(zhì)瘤的臨床前研究, 7個(gè)臨床研究和1個(gè)混合型研究的數(shù)據(jù)也證明，生酮飲食干預(yù)腦膠質(zhì)瘤具有較高的安全性，且風(fēng)險(xiǎn)可控。但是，僅憑這些數(shù)據(jù)，將生酮飲食在惡性腫瘤治療中廣泛推廣及應(yīng)用還為時(shí)尚早，其對(duì)某些特殊類(lèi)型的惡性腫瘤存在有安全隱患。

惡性腫瘤是極度異質(zhì)性的疾病，異質(zhì)性表現(xiàn)在多個(gè)層次: ① 發(fā)生部位、組織器官的異質(zhì)性; ② 組織細(xì)胞來(lái)源的異質(zhì)性; ③ 分子構(gòu)型或者驅(qū)動(dòng)基因的異質(zhì)性; ④ 微環(huán)境中惡性腫瘤細(xì)胞代謝的異質(zhì)性和免疫逃逸的異質(zhì)性等。沒(méi)有一種萬(wàn)能的治療方法可以不加區(qū)分地覆蓋全部腫瘤，通過(guò)各種生物標(biāo)記物找到各種藥物或者其他治療手段的最合適的適應(yīng)證，這才是“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”的出發(fā)點(diǎn)。生酮飲食也是如此，急切需要有適合的生物標(biāo)志物為臨床應(yīng)用指明方向，才能真正確保安全，發(fā)揮最大治療效果，實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)治療”。

生酮飲食治療惡性腫瘤在缺乏明確靶標(biāo)的情況下極有可能“走錯(cuò)方向”，如對(duì)移植了腎癌細(xì)胞且伴有Stauffer′s癥的小鼠進(jìn)行生酮飲食干預(yù)過(guò)程中，小鼠的體質(zhì)量急劇下降，且產(chǎn)生了肝功能障礙[3]。另一項(xiàng)關(guān)于長(zhǎng)期生酮飲食對(duì)腎癌效果的研究[4]報(bào)道了生酮飲食在結(jié)節(jié)性硬化癥大鼠模型中的促瘤作用。一項(xiàng)對(duì)BRAF V600E陽(yáng)性的黑色素瘤小鼠模型的研究[5]顯示，生酮飲食促進(jìn)了腫瘤的生長(zhǎng)，其機(jī)制可能與酮體乙酰乙酸選擇性增強(qiáng)BRAF600E和MEK1的結(jié)合、啟動(dòng)MEK-ERK信號(hào)通路相關(guān)[6]?？紤]到BRAF激活常見(jiàn)于多種惡性腫瘤，如甲狀腺癌>30%、黑色素瘤>30%、結(jié)直腸癌5%～10%、非小細(xì)胞肺癌1%～3%, 其中大部分BRAF突變?yōu)閂600E突變。所以，對(duì)于腫瘤患者切不可盲目實(shí)施生酮飲食，至少要完成基本的腫瘤分子分型。

2 生酮飲食抗腫瘤治療的有效性

2.1 生酮飲食與神經(jīng)系統(tǒng)惡性腫瘤

多種腦惡性腫瘤應(yīng)用生酮飲食治療有效。神經(jīng)膠質(zhì)瘤是一類(lèi)由神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞惡性增殖形成的腫瘤，也是最常見(jiàn)的顱內(nèi)原發(fā)腫瘤，包括星形細(xì)胞瘤、少突神經(jīng)膠質(zhì)瘤和成膠質(zhì)細(xì)胞瘤等。由于血腦屏障的存在，這些疾病的內(nèi)科治療均較為棘手。

Morscher等[7]對(duì)CD-1裸鼠模型注射神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞，而后隨機(jī)給予4種不同的飲食，即標(biāo)準(zhǔn)飲食、限制熱量飲食、長(zhǎng)鏈脂肪酸的生酮飲食或限制熱量的生酮飲食，結(jié)果表明生酮飲食和限制熱量的飲食組Ki-67和磷酸化組蛋白H3的水平顯著降低，腫瘤的生長(zhǎng)明顯減緩，生存時(shí)間延長(zhǎng)，與血糖濃度呈負(fù)相關(guān)。該研究團(tuán)隊(duì)在后續(xù)研究中進(jìn)一步改良了配方，將脂肪與碳水化合物+蛋白質(zhì)的功能比提高到8∶1, 而脂肪中25%使用中鏈脂肪酸，發(fā)現(xiàn)改良后的配方對(duì)抗神經(jīng)母細(xì)胞瘤更為有效[8]。

Rieger J等[9]通過(guò)限制飲食中碳水化合物來(lái)探討是否能夠抑制臨床前模型腦膠質(zhì)瘤生長(zhǎng)，該項(xiàng)臨床試驗(yàn)(NCT00575146)探討了20例復(fù)發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者生酮飲食的可行性。研究證實(shí)生酮飲食是可行的、安全的，但是單獨(dú)應(yīng)用生酮飲食并沒(méi)有顯著的治療效應(yīng)，而聯(lián)合應(yīng)用貝伐單抗的患者獲得了87.5%(7/8)的客觀有效率，中位無(wú)進(jìn)展生存期為20.1周。生酮飲食除了與抗血管生成藥物聯(lián)合應(yīng)用外，還有其他更多嘗試，如Zachary等[10]研究基于成年VM/Dk小鼠的神經(jīng)母細(xì)胞瘤模型，證明了生酮飲食聯(lián)合替莫唑胺、草乙酸酯和高壓氧治療能取得非常明顯的協(xié)同作用。Santos等對(duì)替莫唑胺耐藥的復(fù)發(fā)腦膠質(zhì)瘤患者使用生酮飲食聯(lián)合鼻內(nèi)給予紫蘇子醇進(jìn)行治療，取得了77.8%(7/9)部分緩解、11.1%(1/9)穩(wěn)定和11.1%(1/9)進(jìn)展的治療效果，而對(duì)照組部分緩解率為25.0%(2/8)、25.0%(2/8)穩(wěn)定、50.0%(4/8)進(jìn)展?；谪惾~斯模型對(duì)生酮飲食或者限制能量飲食在高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤治療中聯(lián)合其他治療方式是否可以獲益的估算中，也得出聯(lián)合應(yīng)用要比單獨(dú)應(yīng)用生酮飲食更能使患者獲益[11]。

2.2 生酮飲食與前列腺癌

前列腺癌是男性常見(jiàn)腫瘤，尤其在以西方飲食結(jié)構(gòu)為主的國(guó)家，其發(fā)病率逐年上升。流行病學(xué)、臨床及臨床前研究均表明飲食模式與前列腺癌發(fā)病密切相關(guān)，低碳水化合物、優(yōu)質(zhì)蛋白、富含ω-3多不飽和脂肪酸、綠茶和番茄產(chǎn)品均可降低前列腺癌的風(fēng)險(xiǎn)，而胰島素抵抗和脂肪組織分泌的各種細(xì)胞因子與前列腺癌的發(fā)生相關(guān)。生酮飲食可以有效改善代謝綜合征和控制體質(zhì)量，因而在前列腺癌中進(jìn)行了一定的嘗試[12]。Freedland S J等[13]將接種LAPC4的SCID小鼠分為3組，即無(wú)碳水化合物(NCKD)組(84%脂肪、16%蛋白質(zhì)和0%碳水化合物)、低脂肪組(12%脂肪、16%蛋白質(zhì)和72%碳水化合物)和西方飲食組(40%脂肪、16%蛋白質(zhì)和44%碳水化合物)，結(jié)果顯示NCKD 組腫瘤體積明顯減小，血中胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合因子3(IGFBP3)最高，IGF1/IGFBP3比值最低，西方飲食組預(yù)后最差，血胰島素和IGF-1最高，低脂肪組居中。機(jī)制可能與抗凋亡、抗炎、胰島素信號(hào)通路及Akt通路活性降低有關(guān)。

2.3 生酮飲食與乳腺癌

乳腺癌是中國(guó)乃至世界范圍內(nèi)的女性高發(fā)腫瘤。乳腺癌與肥胖的關(guān)系在亞洲人群和歐美人群中有所差異。亞洲人群中，更年期前肥胖會(huì)增加乳腺癌的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，而歐美人群則沒(méi)有影響。進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分層分析表明。ER+乳腺癌與肥胖較ER-乳腺癌與乳腺癌的關(guān)系更加密切。體質(zhì)量指數(shù)(BMI)高的女性更容易患ER+乳腺癌，尤其是在絕經(jīng)前期。相反，腰臀比(WHR)較高的女性(反映內(nèi)臟脂肪量)更容易患ER-乳腺癌，尤其是在絕經(jīng)之后。即使WHR較高的女性BMI并不高，但她們患ER-乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)也更高。因此，從體質(zhì)量管理的角度而言，生酮飲食對(duì)于乳腺癌的一級(jí)預(yù)防具有一定作用。

2.4 生酮飲食與卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌

卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌與肥胖相關(guān)，伴隨的代謝綜合征、高胰島素血征和IGF-1受體的過(guò)度表達(dá)在這兩種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用。生酮飲食恰恰可以降低血糖水平，改善高胰島素血癥，從而中斷卵巢癌和子宮內(nèi)膜癌的發(fā)生機(jī)制，就理論面言，具有治療的卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌潛力。 NCT03171506臨床研究[14]顯示，12周的生酮飲食即可有效改善卵巢癌和子宮內(nèi)膜癌患者的高胰島素血癥，至于生酮飲食能否改善患者的無(wú)進(jìn)展生存和總生存情況，目前尚無(wú)結(jié)論。

2.5 生酮飲食在腫瘤惡液質(zhì)治療中的作用

惡液質(zhì)是晚期腫瘤最常見(jiàn)的并發(fā)癥，高達(dá)80%的腫瘤患者會(huì)出現(xiàn)腫瘤惡液質(zhì)，腫瘤惡液質(zhì)是20%腫瘤患者的直接死亡原因。目前較為公認(rèn)的腫瘤惡液質(zhì)專(zhuān)家共識(shí)是: 以持續(xù)性骨骼肌丟失(伴有或不伴有脂肪組織丟失)為特征，不能被常規(guī)營(yíng)養(yǎng)支持完全緩解，逐步導(dǎo)致器官功能損傷的多因素綜合征。因此，腫瘤惡液質(zhì)的3個(gè)特征是骨骼肌保有量進(jìn)行性下降、常規(guī)營(yíng)養(yǎng)支持不能完全緩解和功能損傷。

生酮飲食重視控制碳水化合物的攝入，而對(duì)于總能量的攝入并沒(méi)有過(guò)多的要求，不限制能量攝入的生酮飲食不但可以增加體質(zhì)量，還可以通過(guò)改善情緒及睡眠來(lái)提高生活質(zhì)量[15]。腫瘤患者的生酮飲食中重視ω-3多不飽和脂肪酸和優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)等的供給對(duì)腫瘤惡質(zhì)液患者而言發(fā)揮著多重作用: ① 低碳水化合物攝入可達(dá)到控制血糖的目的，進(jìn)而影響腫瘤細(xì)胞的能量供應(yīng)，抑制腫瘤增殖和/或誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡和/或凋亡。② ω-3多不飽和脂肪酸的大量供給可抑制腫瘤惡液質(zhì)中腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和白介素-6(IL-6)等炎癥介質(zhì)的分泌，抑制腫瘤生長(zhǎng)伴隨的炎癥過(guò)程[16]。③優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)的供給有利于延緩或逆轉(zhuǎn)腫瘤導(dǎo)致的蛋白質(zhì)分解代謝過(guò)程，維持一定的肌肉保有量。早在1987年[17]和1988年[18]就有研究證據(jù)表明，給予足夠的中、長(zhǎng)鏈脂肪酸，尤其是中鏈脂肪酸，可有效逆轉(zhuǎn)荷瘤鼠的體質(zhì)量下降。

KETOCOMP研究期中數(shù)據(jù)提示，直腸癌和乳腺癌患者生酮飲食干預(yù)后，可顯著減少體脂肪，并能維持骨骼肌無(wú)明顯改變。頭頸部腫瘤患者的同步放化療可導(dǎo)致體質(zhì)量、體脂和骨骼肌的明顯下降，而生酮飲食則可以逆轉(zhuǎn)這種趨勢(shì)[19]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中也有類(lèi)似的結(jié)果，結(jié)腸癌移植瘤大小與β-羥丁酸的血液濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，同時(shí)生酮組的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物IL-6水平也遠(yuǎn)低于移植瘤對(duì)照組[20]。上述結(jié)果說(shuō)明生酮飲食可以抑制與腫瘤生長(zhǎng)密切相關(guān)的IL-6等炎癥因子的分泌，這也可能是生酮飲食對(duì)腫瘤惡液質(zhì)治療有效的內(nèi)在機(jī)制之一。

3 生酮飲食的其他探索

3.1 生酮飲食抗腫瘤效應(yīng)與給予時(shí)間

動(dòng)物移植瘤模型研究[21-22]發(fā)現(xiàn)，腫瘤移植前就已經(jīng)形成酮癥的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物對(duì)移植瘤的形成具有抑制作用，而在腫瘤移植成功后再給予生酮飲食則無(wú)類(lèi)似的保護(hù)作用。在人類(lèi)的臨床研究中也是這樣，對(duì)惡性程度較低或者早期腫瘤生酮飲食可能有一定的治療作用，而對(duì)于進(jìn)展期的惡性腫瘤，生酮飲食就幾乎沒(méi)有療效，或者療效不顯著。

3.2 生酮飲食治療腫瘤生物標(biāo)志物的研究

Zhang等[23]研究33種人類(lèi)腫瘤細(xì)胞株的酮體代謝相關(guān)酶的表達(dá)水平發(fā)現(xiàn), 3-羥基丁酸脫氫酶(BHD1)和琥珀酰輔酶A∶3酮酸輔酶A轉(zhuǎn)運(yùn)酶(OXCT1)或可成為生酮飲食治療是否有效的生物標(biāo)志物。生酮飲食可促進(jìn)這兩種酶mRNA水平都較高的惡性腫瘤的生長(zhǎng)，而抑制BHD1和OXCT1表達(dá)水平較低的細(xì)胞株。

3.3 生酮飲食和化療、放療的協(xié)同作用

生酮飲食和化療的協(xié)同作用在不同的臨床研究中得出不同的結(jié)論，而與放療的全部動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究就是“一邊倒”的結(jié)果，即生酮飲食可以對(duì)放療起到增敏的作用，增加放療的治療效果。表1是正在開(kāi)展和已經(jīng)完成的生酮飲食干預(yù)惡性腫瘤的臨床研究。

表1 正在開(kāi)展和已經(jīng)完成的生酮飲食干預(yù)惡性腫瘤的臨床研究

Abdelwahab M G等使用惡性膠質(zhì)瘤的顱內(nèi)生物發(fā)光小鼠模型，給予標(biāo)準(zhǔn)飲食(SD)或生酮飲食，小鼠接受2×4 Gy全腦放射治療，腫瘤生長(zhǎng)通過(guò)體內(nèi)成像追蹤。飼喂KD的動(dòng)物與飼喂SD的動(dòng)物相比, β-羥基丁酸鹽(P=0.0173)升高，中位生存期延長(zhǎng)5 d。KD加放射治療比添加劑更多，在11個(gè)接受輻射治療并進(jìn)行KD飲食的動(dòng)物中，有9只動(dòng)物的生物發(fā)光信號(hào)低于檢測(cè)水平(P<0.0001)。動(dòng)物植入后101 d切換到SD, 超過(guò)200 d未觀察到腫瘤復(fù)發(fā)跡象。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)看出，KD顯著增強(qiáng)放射治療的抗腫瘤作用。研究[24]認(rèn)為KD誘導(dǎo)的細(xì)胞代謝改變可以作為人類(lèi)惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤的輔助治療。

與放療協(xié)同作用的臨床研究也在開(kāi)展，一項(xiàng)始于2013年并延續(xù)至今的臨床試驗(yàn)[24](臨床實(shí)驗(yàn)編號(hào)NCT02046187)研究了放療及化療合并生酮飲食治療新診斷的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者總生存率及生活質(zhì)量情況。該研究旨在探討降低血糖及增加酮類(lèi)(用脂肪供能產(chǎn)生的代謝物)是否可以提高采用放射療法(60 Gy)和化學(xué)療法治療多形性成膠質(zhì)細(xì)胞瘤(GBM)患者的療效。受試者最初診斷為GBM, 并在肉眼下全部切除或次全切除其腫瘤，術(shù)后立即開(kāi)始生酮飲食。患者接受標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)反射療法(分次外線束輻射，同時(shí)口服替莫唑胺12個(gè)療程)。研究組的治療效果與歐洲癌癥研究與治療組織(EORTC) Roger Stupp等開(kāi)展的服用替莫唑胺的研究進(jìn)行對(duì)比。該試驗(yàn)研究結(jié)果仍待持續(xù)關(guān)注。

3.4 生酮飲食與維生素D的協(xié)同作用

2015年一項(xiàng)病例報(bào)告[25]報(bào)道了1例乳腺癌病例，在1985年于患者37歲時(shí)診斷為右乳房乳腺癌?；颊呓邮苁中g(shù)(象限切除)、淋巴結(jié)清掃術(shù)和放射治療; 1999年，被診斷為左側(cè)乳房腺癌，同時(shí)進(jìn)行手術(shù)切除、放射治療和抗雌激素受體治療6年; 2014年3月，右乳房被確診為乳腺癌復(fù)發(fā)，免疫組化顯示孕激素受體(PR)(<1%)呈弱陽(yáng)性，雌激素受體(ER)(90%)強(qiáng)陽(yáng)性，人類(lèi)表皮生長(zhǎng)因子受體(HER2)(>10%, 得分2+)以及核蛋白Ki-67(30%)。在診斷明確和再次手術(shù)之間的3周內(nèi)，未安排其他治療，患者自行決定服用高劑量的口服維生素D3(10 000 IU/d), 并遵循嚴(yán)格的生酮飲食。接著進(jìn)行右側(cè)乳房切除術(shù)，術(shù)后手術(shù)標(biāo)本分析表明HER2表達(dá)轉(zhuǎn)為陰性，并且孕激素受體陽(yáng)性顯著增加(20%), ER及Ki-67陽(yáng)性無(wú)顯著變化。該病例結(jié)果表明，高劑量的維生素D3和生酮飲食聯(lián)合使用可改變?nèi)橄侔┑纳飳W(xué)特征。

綜上所述，生酮飲食治療腫瘤，具有良好的理論基礎(chǔ)和較高的安全性，先賢們也進(jìn)行了多方向、多角度的探索，臨床應(yīng)用前景光明。目前亟待解決的問(wèn)題是: ① 生酮飲食治療對(duì)于哪些類(lèi)型腫瘤，或者具有什么樣生物學(xué)特征的腫瘤生酮飲食治療有效？② 患者的血酮升高到什么閾值水平，可以發(fā)揮最好的治療效應(yīng)且風(fēng)險(xiǎn)可控？③ 生酮飲食協(xié)同放療、抗血管生成治療等治療方式的最佳的啟動(dòng)時(shí)機(jī)和持續(xù)時(shí)間又是什么？