間歇性禁食與腫瘤細(xì)胞免疫的研究進(jìn)展①

趙 栩 楊 靜 黃若愚 郭萌萌 周 涯 徐 林 （貴州省基因與治療特色重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室暨貴州省生物治療人才基地，遵義醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室，遵義 563000）

間歇性禁食（intermittent fasting，IF）是指在一段時(shí)間內(nèi)禁食與自由攝食交替的飲食療法，最初源于人們尋求實(shí)際且相對(duì)安全的禁食方法來(lái)達(dá)到日常的卡路里控制。早在一個(gè)多世紀(jì)前，MORESCHI等［1］就發(fā)現(xiàn)禁食限制熱量攝入在動(dòng)物抗腫瘤方面產(chǎn)生的有益影響。新近研究進(jìn)一步顯示，IF 不僅可影響腫瘤細(xì)胞的能量代謝，抑制其生長(zhǎng)，且可改善機(jī)體免疫細(xì)胞功能，促進(jìn)機(jī)體抗腫瘤免疫應(yīng)答，提示IF在腫瘤免疫治療中具有重要潛在的應(yīng)用價(jià)值［2-6］。

1 IF

IF 包括隔日禁食、每日禁食 16～18 h 或 5∶2 IF（1 周禁食2 d）和周期性禁食（定期連續(xù)2 d 或更長(zhǎng)時(shí)間的禁食）等形式［7-9］。1997年，WEINDRUCH等［10］發(fā)現(xiàn)減少動(dòng)物一生的食物供應(yīng)（限制熱量攝入）可顯著延長(zhǎng)壽命以及降低與年齡相關(guān)疾病的發(fā)生率。后續(xù)研究相繼發(fā)現(xiàn)，在12 個(gè)小時(shí)到幾周的時(shí)間內(nèi)，IF 在許多生物體（如：細(xì)菌、酵母、蠕蟲(chóng)和小鼠等）上均顯示其能夠預(yù)防疾病和減緩衰老，生物體表現(xiàn)出全身和組織器官功能的改善，而且對(duì)各種有害刺激（包括代謝、氧化、離子、創(chuàng)傷和蛋白毒性應(yīng)激的刺激）具有更強(qiáng)的抵抗力［11］。在實(shí)驗(yàn)疾病動(dòng)物模型上的研究進(jìn)一步顯示，IF 可緩解多種慢性?。òǚ逝帧⑻悄虿?、血管疾病、癌癥和神經(jīng)退行性疾病等）的發(fā)展［12-15］。相關(guān)機(jī)制方面的研究發(fā)現(xiàn)：IF 的效應(yīng)主要與其可引發(fā)器官組織細(xì)胞的適應(yīng)性能量代謝反應(yīng)（主要指從葡萄糖到酮體的代謝轉(zhuǎn)換）有關(guān)，表現(xiàn)在IF 初期細(xì)胞酮體生成增加，抗應(yīng)激能力、抗氧化防御增強(qiáng)；恢復(fù)期葡萄糖和脂肪酸轉(zhuǎn)換為細(xì)胞主要能量來(lái)源，細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成以及線粒體生物發(fā)生增加；長(zhǎng)期間歇性禁食適應(yīng)期細(xì)胞胰島素敏感性增加，機(jī)體血糖穩(wěn)態(tài)及脂質(zhì)代謝得到進(jìn)一步改善等［16-18］（圖1）。這一系列過(guò)程中伴隨著組織細(xì)胞胰島素樣生長(zhǎng)因子1（insulin like growth factors-1，IGF-1）/mTOR 信號(hào)通路改變、瘦素水平下降而脂聯(lián)素水平升高、抗應(yīng)激能力改善、自由基生成減少、生長(zhǎng)和功能重塑以及機(jī)體抵抗力增加等［12，19-23］。

圖1 IF不同時(shí)期的效應(yīng)機(jī)制Fig.1 Effect of different periods of IF

2 IF與腫瘤免疫

2.1 IF 與腫瘤免疫逃逸 免疫逃逸是腫瘤發(fā)生的關(guān)鍵因素。研究顯示：IF 不僅可通過(guò)對(duì)腫瘤細(xì)胞的代謝影響，抑制其生長(zhǎng)，更重要的是其可影響多種免疫細(xì)胞發(fā)育和功能，調(diào)節(jié)機(jī)體抗腫瘤細(xì)胞免疫應(yīng)答，最終影響腫瘤免疫逃逸。

IF 對(duì)腫瘤細(xì)胞代謝影響主要表現(xiàn)為：IF 引發(fā)的卡路里限制（calorie restriction，CR）使腫瘤細(xì)胞IGF-1/AKT 及 mTORC1 途徑被抑制，而 AMP 依賴(lài)的蛋白激酶［adenosine 5'-monophosphate（AMP）-activated protein kinase，AMPK］，依賴(lài)于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸輔酶的脫乙?；?1（Sirtuin-1，SIRT1）及SIRT3 途徑被激活，進(jìn)而阻礙細(xì)胞生長(zhǎng)。其中，AMPK 和 SIRTs之間在 IF 代謝適應(yīng)中相互依賴(lài)［24-26］：一方面，AMPK 可通過(guò)煙酰胺磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶（nicotinamide phosphoribosyl transferase，NAMPT）誘導(dǎo) SIRT1 激活，而 SIRT1 通過(guò)肝激酶 B1（liver kinase B1，LKB1）調(diào)控激活A(yù)MPK；另一方面，SIRT1、SIRT3的下游分子FOXO3a 與AMPK 之間可彼此增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性［27］。此外，SIRT3除了通過(guò)激活FOXO3a抑制腫瘤生長(zhǎng)，還可通過(guò)其激活超氧化物歧化酶2（superoxide dismutase 2，SOD2/MnSOD）的表達(dá)進(jìn)而降低活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平以及負(fù)性調(diào)節(jié)低氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）表達(dá)從而抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)，其中SIRT3激活SOD2 是由 FOXO3a 上調(diào)所介導(dǎo)［28-36］。此外，IF 還可通過(guò)上調(diào)瘦素受體（leptin receptor，LEPR）及其下游信號(hào)通路蛋白PR/SET 結(jié)構(gòu)域1（PR/SET domain gene family1，PRDM1），進(jìn)而選擇性地抑制腫瘤生長(zhǎng)［37］（圖2）。提示IF引發(fā)腫瘤生長(zhǎng)抑制機(jī)制的復(fù)雜性，在實(shí)施不同IF 或CR 方案時(shí)，對(duì)特定腫瘤所引發(fā)的具體分子機(jī)制可能存在差異。

圖2 IF抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的分子機(jī)制Fig.2 Molecular mechanism by which IF inhibits tumor cell growth

IF 對(duì)機(jī)體抗腫瘤細(xì)胞免疫的影響主要表現(xiàn)為，機(jī)體造血干細(xì)胞的自我更新能力增加，免疫抑制作用得到改善［2-3］。同時(shí)，能量代謝轉(zhuǎn)換導(dǎo)致機(jī)體IGF-1水平明顯下調(diào)，而胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白1（insulin-like growth factor binding proteins-1，IGFBP-1）上調(diào)，腫瘤細(xì)胞自噬和程序性細(xì)胞死亡增加，伴隨胞外核苷三磷酸二磷酸水解酶1（nucleoside triphosphate diphosphohydrolase，NTPDase 1）/（CD39）表達(dá)和ATP 累積減少，從而抑制調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞（regulatory T cells，Tregs）的功能并刺激細(xì)胞毒性 CD8+T 細(xì)胞（cytotoxic T lymphocytes，CTL）功能，增強(qiáng)抗腫瘤免疫應(yīng)答［3，38-39］。血紅素加氧酶1（heme oxygenase-1，HO-1）在腫瘤中的高表達(dá)會(huì)抑制腫瘤細(xì)胞凋亡及免疫刺激作用［6］。而IF還可通過(guò)降低卡路里供應(yīng)使腫瘤細(xì)胞HO-1 的表達(dá)減少，細(xì)胞凋亡增加并增強(qiáng)對(duì)CD8+T 細(xì)胞的刺激作用，最終形成由IF 引發(fā)的CD8+T 細(xì)胞介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞殺傷的正反饋回路（圖 3）［14］。

此外，IF 還可以通過(guò)對(duì)固有免疫細(xì)胞功能和極化的影響，如：NK 細(xì)胞和腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（tumour-associated macrophages，TAM）等，調(diào)節(jié)機(jī)體抗腫瘤免疫應(yīng)答。腫瘤細(xì)胞來(lái)源的乳酸不僅可直接抑制NK 細(xì)胞的殺傷功能，而且可增加骨髓來(lái)源的抑制性細(xì)胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）數(shù)量來(lái)間接抑制NK 細(xì)胞功能。研究發(fā)現(xiàn)，IF 可減少腫瘤糖酵解產(chǎn)生的乳酸，從而恢復(fù)NK 細(xì)胞的功能，抑制腫瘤生長(zhǎng)［13］。腫瘤的發(fā)生與局部TAM 極化密切相關(guān)。最新研究發(fā)現(xiàn)IF 不僅可降低單核細(xì)胞的代謝和炎癥活性，由于禁食期間激活A(yù)MPK及其下游的過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體-α（peroxisome proliferators-activated receptors-α，PPAR-α），AMPK的激活使機(jī)體修復(fù)及免疫監(jiān)視作用增強(qiáng)，同時(shí)抑制趨化因子C-C基序配體2（chemokine C-C motif ligand 2，CCL2）生成以降低血液和組織中炎癥相關(guān)單核細(xì)胞數(shù)［2，40］，且 IF 可導(dǎo)致 JAK1/STAT3 信號(hào)通路失活從而降低腫瘤微環(huán)境中CD73 及腺苷表達(dá)水平，進(jìn)而影響TAM的M2型極化，抑制腫瘤生長(zhǎng)（圖3）［4］。

圖3 IF對(duì)腫瘤免疫應(yīng)答的影響Fig.3 Effect of IF on tumor immune responses

2.2 IF 與腫瘤免疫治療 目前，IF 聯(lián)合化療治療腫瘤顯示了良好的效果，表現(xiàn)在IF 不僅可加強(qiáng)化療治療腫瘤效應(yīng)，且明顯改善化療導(dǎo)致的炎癥［41-55］。然而，關(guān)于IF 與腫瘤免疫治療方面尚未有研究報(bào)道。在腫瘤微環(huán)境中，IF 會(huì)導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞葡萄糖攝取和糖酵解降低，然而，機(jī)體抗腫瘤免疫應(yīng)答的效應(yīng)T 細(xì)胞也需依靠糖酵解維持其克隆擴(kuò)增和功能。有意思的是，研究顯示以PD-L1 抗體為代表的免疫檢查點(diǎn)抑制（immune checkpoint blockades，ICB）治療會(huì)選擇性地保護(hù)T細(xì)胞免受腫瘤微環(huán)境中葡萄糖利用率降低的影響［39］，提示將 ICB 與 IF 聯(lián)合使用可能成為一種有廣闊前景的腫瘤臨床治療策略，即一方面通過(guò)IF 降低循環(huán)葡萄糖水平，減緩腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，另一方面利用ICB 改善T 細(xì)胞的能量代謝，維持其功能，從而達(dá)到更優(yōu)的臨床腫瘤免疫治療效果［6，15，39］。然而，鑒于 IF引發(fā)能量代謝機(jī)制的復(fù)雜性以及不同ICB 免疫治療方法的差異性，后續(xù)需要更多研究探討IF聯(lián)合腫瘤免疫療法的方案及效果。

3 小結(jié)

已有的研究顯示，IF 在改善機(jī)體能量代謝和多種疾病發(fā)生中具有廣泛效應(yīng)，特別是IF 對(duì)機(jī)體腫瘤免疫應(yīng)答產(chǎn)生的重要影響，提示其在腫瘤免疫治療中具有潛在的廣闊應(yīng)用前景。然而，鑒于IF 影響機(jī)體組織細(xì)胞能量代謝的復(fù)雜性，仍有很多科學(xué)問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。如，IF 對(duì)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生影響的同時(shí)，對(duì)機(jī)體免疫細(xì)胞發(fā)育的影響如何？其對(duì)不同免疫細(xì)胞功能的影響及機(jī)制又如何？是否影響腫瘤體液免疫應(yīng)答？不同方案IF 聯(lián)合腫瘤免疫治療策略的效應(yīng)及機(jī)制如何？IF 是否加重腫瘤患者的營(yíng)養(yǎng)不良等不良反應(yīng)？是否還存在由IF 影響機(jī)體生物鐘的變化從而對(duì)免疫系統(tǒng)產(chǎn)生影響等等。我們相信，隨著對(duì)IF 機(jī)制，特別是其與機(jī)體腫瘤免疫應(yīng)答關(guān)系的進(jìn)一步闡明，IF 必將發(fā)展為未來(lái)臨床腫瘤免疫防治的新策略之一，具有廣闊的應(yīng)用前景。