生酮饮食疗法在胶质瘤治疗中的研究进展

脑胶质瘤是一种起源于脑组织神经胶质细胞最常见的恶性肿瘤，约占全部颅内肿瘤的45%。其大多恶性程度高、侵袭性强，尤以胶质母细胞瘤 (GBM)恶性程度最高。由于胶质瘤的无肿瘤边界、高异质性以及遗传不稳定性等特征，即使患者接受手术、放疗和化疗后，其复发率依然很高，平均生存率约为 1.5年。1995年，Nebeling等首次报道，在对两例儿童晚期星形胶质细胞瘤治疗中，应用一种新的生酮饮食疗法 (ketogenicdiets，KD)，达到限制肿瘤生长的目的。将生酮饮食疗法应用于肿瘤治疗，基于1956年Warburg对肿瘤代谢问题所提出的 观点。Warburg认为，肿瘤细胞高度依赖于葡萄糖作为其能量来源，通过有氧糖酵解，产生能量，维持其生长需要。实验发现β—羟丁酸可以保护海马神经元 免于葡萄糖不足导致的细胞死亡，而对几种胶质瘤细胞则无此功能。生酮饮食在肿瘤模型和临床试验中均表现出一定的治疗效果。以下，就生酮饮食疗法做以概述：

一、生酮饮食的概念

生酮饮食，即一种高脂肪、低蛋白、低碳水化合物饮食组合。在正常进食过程中，脑部能量供给主要通过葡萄糖。在饥饿或者生酮饮食治疗中，由脂肪酸 产生的酮体可以进入大脑，为其提供另一种能量。“酮体”包含了3种成分：乙酰乙酸，β一羟丁酸，丙酮。生酮饮食模拟了人体饥饿的状态，利用脂肪代谢产生的 酮体，产生对脑部的抗惊厥作用，应用于小儿难治性癫痫治疗，至今已有近百年的历史。目前，KD疗法被用于其他多种疾病的治疗，比如肿瘤、肥胖、糖尿病、炎 症、孤独症、抑郁症，多种神经退行性疾病(包括阿尔兹海默病和帕金森病)、脑及脊髓等各种损伤性疾病。

一. 目前实验应用的生酮饮食疗法对于肿瘤主要有以下两大类：

1.生酮饮食疗法(ketogenic diets，KD)：主要参照于小儿难治性癫痫的生酮饮食方法，包括：①经典的生酮饮食：即以长链脂肪酸为主(long chain triglyceride，LCT)，脂肪与蛋白质和碳水化合物的比例达到4：1，使能量来源90%来自于脂肪;②MCT饮食疗法：即以中链甘油三酯 (the medium-chain triglyceride，MCT)为主，脂肪与蛋白质和碳水化合物的比例约1.5：1，其中能量的60%来自于中链甘油三酯;③Atkins饮食方案 (the modified Atkins diet)：生酮比例接近1，其中能量的66%来源于脂肪。

2.限制能量饮食(calorie restriction，CR)：即在不导致营养不良的情况下，将热量的摄入减少到正常饮食摄入量以下，阻止肿瘤生成。

以上两类方法，虽然操作方法不同，但究其本身都是为了达到减少机体葡萄糖含量，提高血酮体水平，以此使机体处于酮症状态，影响肿瘤生长和进展。

二. 目前有研究者建议，肿瘤基于生酮饮食的治疗分为几个阶段：

第一阶段运用生酮饮食或节食方法在10～14d内使中血糖在3～3.5 mmol/L，血酮体在4～7 mmol/L。第二阶段是减轻肿瘤负荷，主要为手术切除。但是手术要在患者身体状况良好时进行，且恶性胶质瘤患者应尽早进行饮食疗法，因为手术会造成微环 境改变往往加速了肿瘤的侵袭。第三阶段需要继续执行生酮饮食的治疗策略来保证对残存肿瘤细胞持续的代谢控制。

三.生酮饮食抗肿瘤的作用机制

肿瘤能量代谢特点 有氧糖酵解是恶性肿瘤最显著的能量代谢特征。肿瘤的这种代谢特点是其缺陷的线粒体所导致。线粒体呼吸作用损伤导致的代谢改变是细胞恶性转化或癌细胞起源的基础。

机制(一)：KD 可通过抑制糖酵解起到抗肿瘤的作用。

Seyfried TN 等发现，在小鼠体内，肿瘤的生长速率与血糖的水平密切相关：血糖水平越高，肿瘤生长速度越快，血糖水平下降则会引起肿瘤体积的减小和生长速率的下降，见图 1。　　

较高的血糖水平不仅可以加快肿瘤患者体内肿瘤的增殖，还会引起放疗患者脑白质的损伤，并引起肿瘤患者较差的预后。所以，血糖水平的升高可加速肿瘤的生长在动物和人体实验中均得到了证实

糖酵解是肿瘤细胞的主要供能方式，同时会加速肿瘤的增殖。 与正常细胞可利用酮体作为第二供能能源不同，恶性转化的肿瘤细胞仅可利用葡萄糖作为能量来源，KD 治疗后，会抑制糖酵解，肿瘤细胞因为无法获得足够的能量而被“饿死”。由此推测，KD 可通过限制葡萄糖的供应发挥抗肿瘤的作用。

机制(二)： 降低胰岛素和胰岛素样生长因子水平

胰岛素是调节体内葡萄糖水平的主要激素。高碳水化合物饮食时，血液中胰岛素会增加，把更多的葡萄糖分子推入细胞内，供肿瘤细胞生长。KD 主要利用脂肪来源的能量，而减少碳水化合物的摄入，从而可以有效地降低胰岛素的水平，限制肿瘤细胞的生长。血液中较低水平的葡萄糖也能够抑制胰岛素样生长 因子 -1(insulin-like growth factor-1，IGF-1)和其它的一些促进肿瘤生长的因子，从而通过降低 PI3K/Akt/mTOR 通路的活性来抑制肿瘤生长 。

机制(三)： 改善免疫应答抑制

Lussier DM 等关于脑胶质瘤的研究表明 ：给予 KD 的荷瘤小鼠比正常饮食的小鼠有更高的生存率，同时，与 CD8+T 细胞减少的小鼠相比，CD8+T 细胞正常的小鼠拥有更高的生存率，见图2。因此，猜想 KD 治疗肿瘤可能与免疫应答抑制有关。　　

机制(四)：调节 mTOR 途径

mTOR 信号通路在细胞的生长、分化和代谢等方面发挥重要的作用。近年来，mTOR 信号通路的研究也被广泛应用于抗肿瘤领域。在正常细胞中，mTOR 可起到维持细胞功能和稳态的作用，但在肿瘤细胞中，mTOR 上游信号的突变或过表达则会引起肿瘤的增殖。因此，抑制 mTOR 信号通路已被作为抗肿瘤的重要靶点。PI3K/Akt 通路的激活可活化 mTOR 信号通路诱发肿瘤，KD可通过抑制 Akt 通路对 mTOR 信号通路的活化作用起到抗肿瘤的作用。另外，已知 p-S6 和 p-Akt是 mTOR 信号通路活化的标志物，之前有研究表明，KD 可抑制 p-Akt 和 p-S6，从而抑制肿瘤。见图 3。　　

机制(五)： 抑制炎症反应

炎症不仅可以诱发肿瘤更可以促进肿瘤恶化。KD 可以抑制肿瘤组织缺氧标志物碳酸酐酶(carbonic anhydrase IX，CA IX)和低氧诱导因子 -1α(hypoxia induc-ible factor-1α，HIF-1α)的表达，从而降低核因子(NF-κB)以及环氧酶 -2(COX-2 )的活性，发挥抗炎、抗肿瘤作用。

机制(六)：增加肿瘤细胞的氧化应激

线粒体解偶联蛋白(uncoupling protein，UCP)可降低线粒体内膜质子梯度，减少活性氧簇(reac-tive oxidative species，ROS)的产生。在正常细胞中，KD 可通过升高 UCP 的表达水平，引起 ROS 产生减少，减轻了正常细胞的氧化应激损伤，起到保护作用，图 4。　　

但对于肿瘤细胞，由于其线粒体自身存在 DNA 突变以及核编码蛋白的改变，导致了线粒体氧化呼吸过程中产生了过多的 ROS，引起肿瘤细胞自身的氧化损伤，在此基础上，由于肿瘤细胞与正常细胞在基因表达上存在诸多差异，因此不同于正常细胞，在肿瘤细胞中 KD 会引起 ROS 产生增加，更进一步促进肿瘤细胞死亡。

机制(七)：调节线粒体功能

线粒体在体内发挥着多种重要作用，包括产生 ATP、维持稳态、调节 ROS 等。研究表明，几乎所有的肿瘤细胞都有不同程度的线粒体结构异常，肿瘤细胞的异常结构减少了其氧化磷酸化产能并增加了其消耗葡萄糖的能力。　　

四.生酮饮食联合疗法治疗恶性肿瘤研究进展

超过 90% 的肿瘤患者死亡原因是肿瘤细胞转移或者从原位扩散至远端组织。目前没有更好的治疗方法可以有效控制肿瘤细胞全身性转移。研究显示，生酮饮食(keto- genic diet，KD)联合酮酯(ketone ester，KE)--外源性酮体、高压氧治疗(hyperbaric oxygen thera-py，HBOT)、能量限制(calorie restriction，CR)、运动、维生素 D 及二甲双胍等治疗肿瘤将会取得更好疗效。

1 生酮饮食与酮体

新的证据表明，酮体本身已具有治疗肿瘤的潜力。与正常组织相比，恶性肿瘤细胞利用酮体酶的表达较正常细胞减少。例如，与健康神经元相比，酮体无 法缓解葡萄糖缺乏导致的神经胶质瘤细胞死亡。前期研究证明，KD+KE+HBOT 组合对转移性肿瘤小鼠的抗瘤作用显著，可减缓转移性荷瘤小鼠的发展 ，见图 1。结果显示，组合这些治疗方案可以提供更显著的抗肿瘤效果。　　

2 生酮饮食与高压氧

HBOT 可抑制肿瘤血管生成和肿瘤生长并可增加多种细胞,组织、动物和患者存活时间，可作为抗肿瘤的独立或辅助治疗方法。

研究显示，KD 联合 HBOT 是转移性肿瘤一种有效的联合治疗方式。KD 组血糖显著降低，肿瘤生长延缓，平均生存时间与对照组相比增加 56.7% ;HBOT 本身并不能影响肿瘤的发展，KD 与 HBOT 联合应用才能引起血液中的葡萄糖水平以及肿瘤生长速率的显著下降，与对照组相比，平均存活时间增加 77.9%。在转移瘤模型研究中， KD 和 HBOT 联合治疗可产生显著的抗肿瘤作用，见图 2。　　

3 生酮饮食与能量限制

CR 是一种受控制的治疗性禁食，减少了身体的氧化压力，同时促进更有效率的能量代谢。CR和 KD 的治疗其基本机制涉及线粒体功能改善、细胞凋亡因子表达减少和神经营养因子活性增加。最新证据表明，通过每天减少能量摄入或间歇性禁食，不仅对于癫痫，可 能对许多急性和慢性神经系统疾病均具有神经保护作用。见图 3。　　

4 生酮饮食与运动

酮体合成速率是靠游离脂肪酸进入线粒体速率调节的。运动中和运动后血液中胰岛素和胰高血糖素含量的改变可通过改变肝细胞中丙二酰辅酶 A 而间接影响酮体的生成 ，见图 4。在长时间运动状态下，会使酮体的生成超过其被利用的限度，造成血液中酮体水平升高 。在运动恢复阶段，血液中酮体浓度会继续不断上升。因此我们可以考虑利用这种现象，辅助KD来达到治疗效果。

5 生酮饮食与维生素 D

KD 是肿瘤患者营养治疗途径之一，肿瘤患者希望能通过遵循这种饮食方式，作为减少肿瘤生长和具有最大限度抗瘤潜力的方法。然而，KD 的一个主要副作用是维生素 D 摄入不足，第一次观察到这个副作用是在应用 KD 治疗儿童癫痫时发现的。

研究发现，在应用 KD 时联合应用维生素 D以增加血清中维生素D的代谢水平，其与乳腺癌的风险降低密切相关，KD治疗时可适当补充。　　

6 生酮饮食与二甲双胍

KD 结合抗糖尿病药物二甲双胍对糖异生的抑制作用可作为肿瘤新的治疗方法进行探索。

7 生酮饮食与放化疗

KD 可降低血糖和胰岛素水平，正常脑细胞和神经胶质瘤细胞的代谢差异可作为辅助放化疗新的治疗方法。

生酮饮食的抗脑胶质瘤作用

生酮饮食可诱导脑胶质瘤细胞凋亡或者程序性细胞死亡，其促凋亡作用主要是限制肿瘤细胞依赖的糖酵解获得生长所需要的能量供应。研究发现控制机体 能量代谢，将机体供能由葡萄糖转变为酮体。不仅可以干扰肿瘤的代谢，而且保证了患者的正常营养状态。生酮饮食对肿瘤的研究目前主要集中在脑肿瘤方面，但在 临床上已开始对其他类型晚期癌症患者进行生酮饮食的探索性研究。因此，生酮饮食的代谢疗法或许可以作为一种替代的治疗策略，用来提高恶性脑胶质瘤和其他肿 瘤的治疗效果。但目前主要集中于动物实验。

生酮饮食的不良反应

生酮饮食推向临床治疗，除了其疗效以外，更多的是其安全性以及与之相关的不良反应。虽然生酮饮食在肿瘤治疗方面的临床资料数据十分有限。但作为 小儿难治性癫痫的经典治疗，在其应用中所产生的不良反应，可以对今后的治疗具有指导作用。目前有关的文献报道的不良反应主要分为两类：①短期不良反应：包 括低血糖、脱水及恶心、呕吐、食欲不振胃肠反应等;②长期不良反应：可出现肾结石(6%)、便秘、酸中毒、生长迟缓、维生素及矿物质缺乏、贫血、骨质疏松 等。但在密切监护下，诸如此类的不良反应是可以有效地避免及恰当处里的。因此，总的来说，生酮饮食是安全的、可行的。

总结：

生酮饮食联合其他治疗已被证实可以抑制动物模型恶性肿瘤生长，组合这些无毒的治疗方法应用于患者可发挥更强的协同抗肿瘤作用。这些疗法可作为全身转移性肿瘤患者潜在的无毒治疗或辅助治疗，但仍需大量的前瞻性研究证明其在临床应用的可行性。