禁食与癌症：分子机制与临床应用

by 亚历克斯·希门尼斯博士 | 禁食

阿莱西奥·南西奥尼、艾琳·卡法、萨尔瓦多·科尔泰利诺 和 瓦尔特·D·隆戈

摘要 | 癌细胞对营养缺乏的脆弱性及其对特定代谢物的依赖是癌症的新特征。 禁食或模拟禁食饮食 (FMD) 会导致生长因子和代谢物水平发生广泛变化，从而产生可以降低癌细胞适应和生存能力的环境，从而提高癌症治疗的效果。 此外，禁食或口蹄疫会增加正常细胞对化疗的抵抗力，但不会增加癌细胞对化疗的抵抗力，并促进正常组织的再生，这可能有助于防止治疗带来的有害和可能危及生命的副作用。 虽然患者几乎无法忍受禁食，但动物和临床研究都表明，低热量 FMD 的周期是可行的并且总体上是安全的。 几项评估禁食或口蹄疫对治疗中出现的不良事件和疗效结果影响的临床试验正在进行中。 我们建议将口蹄疫与化学疗法、免疫疗法或其他疗法相结合，代表了一种潜在的有希望的策略，可以提高治疗效果、防止耐药性获得和减少副作用。

饮食和生活方式相关因素是患癌症风险的关键决定因素，某些癌症比其他癌症更依赖于饮食习惯1�9。 与这一概念一致，肥胖估计占美国所有癌症相关死亡率的 14% 至 20% 国家7， 制定营养和身体活动指南，以降低发展风险 癌症6。 此外，鉴于癌细胞（而非正常组织）出现不服从抗生长信号（由于致癌突变）10 以及它们无法正确适应禁食条件 11,12、11 的倾向，人们越来越关注以下可能性：某些卡路里限制饮食也可能成为癌症预防的一个组成部分，也许，作为提高抗癌药物疗效和耐受性的一种手段，癌症治疗也是如此 13-XNUMX。

尽管在过去十年中，我们目睹了癌症治疗方面前所未有的变化和显着进步 14,15，但仍然迫切需要更有效，并且可能， 治疗方法 肿瘤 但同样重要的是，减少癌症治疗副作用的策略15,16。 治疗中出现的不良事件 (TEAE) 问题是医学肿瘤学的主要障碍之一 15,16。 事实上，许多癌症患者会经历癌症治疗的急性和/或长期副作用，这可能需要住院治疗和积极治疗（如抗生素、 造血 生长因子 和 输血）并深刻影响他们的生活质量（例如， 化疗诱导的 周围神经病）16。 因此，有效的毒性缓解策略是有必要的，并有望产生重大的医学、社会和经济影响15,16。

禁食迫使健康细胞进入缓慢分裂和高度保护的模式，保护它们免受来自抗癌药物的毒性损伤，同时使不同类型的癌细胞对这些治疗敏感11,12,17、XNUMX、XNUMX。 这一发现意味着单一的饮食干预可能有助于解决癌症治疗的不同且同样重要的方面。

在这篇意见文章中，我们讨论了使用禁食或模拟禁食饮食 (FMD) 来抑制 TEAE 以及预防和治疗癌症的生物学原理。 我们还说明了这种实验方法的注意事项 18,19 以及已发表和正在进行的临床研究，其中禁食或 FMD 已应用于癌症患者。

全身和细胞禁食反应

禁食会导致许多代谢途径的活动发生变化，这些代谢途径与转换为能够利用主要从脂肪组织和部分肌肉释放的碳源产生能量和代谢物的模式相关。 循环激素和代谢物水平的变化转化为细胞分裂和 代谢活动 正常细胞并最终保护它们免受化疗损伤11,12。 癌细胞，通过不服从这些饥饿条件所决定的抗生长命令，可以产生与正常细胞相反的反应，因此对化学疗法和其他癌症疗法敏感。

对禁食的全身反应

对禁食的反应部分是由循环中的葡萄糖、胰岛素、胰高血糖素、生长激素 (GH)、IGF1、糖皮质激素水平决定的 和 肾上腺素。 在最初的吸收后阶段，通常持续 6 到 24 小时，胰岛素水平开始下降，胰高血糖素水平上升，促进肝糖原储存的分解（大约 24 小时后耗尽）和随后释放葡萄糖以获取能量。

胰高血糖素和低水平的胰岛素也会刺激甘油三酯（主要储存在脂肪组织中）分解成甘油和游离脂肪酸。 在禁食期间，大多数组织利用脂肪酸作为能量，而大脑则依赖于葡萄糖和肝细胞产生的酮体（酮体可以由脂肪酸 α-氧化产生的乙酰辅酶 A 或生酮氨基酸产生）。 在禁食的生酮阶段，酮体达到毫摩尔范围内的浓度，通常在禁食开始后 2 到 3 天开始。 与脂肪衍生的甘油和氨基酸一起，酮体促进糖异生，将葡萄糖水平维持在大约 4mM（70mg/dl）的浓度，这主要被大脑利用。

糖皮质激素和肾上腺素也有助于指导代谢适应 禁食，帮助维持血糖水平和刺激脂肪分解20,21。 值得注意的是，尽管禁食至少可以暂时增加 GH 水平（以增加糖异生和脂肪分解并减少外周葡萄糖摄取），但禁食会降低 IGF1 水平。 此外，在禁食条件下，IGF1 的生物活性部分受到胰岛素样生长因子结合蛋白 1 (IGFBP1) 水平的限制，IGFBP1 与循环 IGF22 结合并阻止其与相应的细胞表面受体相互作用。

最后，禁食会降低循环瘦素的水平，瘦素是一种主要由脂肪细胞产生的抑制饥饿的激素，同时增加脂联素的水平，从而增加脂肪酸分解23,24。 因此，总而言之，哺乳动物对禁食的全身反应的标志是低水平的葡萄糖和胰岛素、高水平的胰高血糖素和酮体、低水平的 IGF1 和瘦素以及高水平的脂联素。

细胞对禁食的反应

健康细胞对禁食的反应在进化上是保守的，并赋予细胞保护，至少在模式生物中，已被证明可以延长寿命和健康寿命12,22,25、31、1-XNUMX。 IGFXNUMX 发信号 级联是关键 发信号 参与在细胞水平上介导禁食效果的通路。 在正常营养下，蛋白质消耗和氨基酸水平增加会增加 IGF1 水平并刺激 AKT 和 mTOR 活性，从而促进蛋白质合成。 反之亦然，在禁食期间，IGF1 水平和下游信号传导降低，从而减少 AKT 介导的哺乳动物 FOXO 转录因子抑制，并允许这些转录因子反式激活基因，从而激活血红素加氧酶 1 (HO1)、超氧化物歧化酶等酶。 SOD) 和过氧化氢酶具有抗氧化活性和保护作用32-34。 高葡萄糖水平刺激蛋白激酶 A (PKA) 发信号，它负向调节主能量传感器 AMP 活化蛋白激酶 (AMPK)35，进而阻止应激抗性转录因子早期生长反应蛋白 1 (EGR1)（酵母中的 Msn2 和/或 Msn4）的表达26,36 ,XNUMX。

禁食和由此产生的葡萄糖限制抑制 PKA 活性，增加 AMPK 活性并激活 EGR1，从而实现细胞保护作用，包括心肌中的细胞保护作用22,25,26、1、22,37。 最后，禁食和口蹄疫（见下文的组成）还具有通过分子机制促进再生作用（方框 49）的能力，其中一些与癌症有关，例如增加自噬或诱导沉默调节蛋白活性 XNUMX-XNUMX .

癌症口蹄疫的饮食方法

基于禁食的饮食方法已在肿瘤学中得到更广泛的研究，包括临床前和临床，包括禁水（禁食除水以外的所有食物和饮料）和口蹄疫11,12,17,25,26,50、60、1、48、XNUMX、XNUMX-XNUMX（表XNUMX）。 初步临床数据表明，可能需要禁食至少 XNUMX 小时才能在肿瘤学中实现具有临床意义的效果，例如防止化疗引起的健康组织 DNA 损伤和帮助维持 病人 化疗期间的生活质量52,53,61。

然而，大多数患者拒绝或难以完成禁水，并且与之相关的长期卡路里和微量营养素缺乏的潜在风险难以证明。 FMD 是医学设计的饮食方案，热量非常低（即通常每天 300 到 1,100 千卡）、糖和蛋白质，可重现纯水禁食的许多效果，但患者依从性更好，营养风险降低 22,61,62， 3. 在 FMD 期间，患者通常接受不受限制的水量、少量标准化的蔬菜汤、汤、果汁、坚果棒和草药茶，以及微量营养素补充剂。 在一项对一般健康受试者进行为期 5 天的 FMD 的 1 个月周期的临床研究中，该饮食具有良好的耐受性，并降低了躯干和全身脂肪、血压和 IGF62 水平 3。 在之前和正在进行的肿瘤临床试验中，禁食或口蹄疫通常每 4-1 周进行一次，例如与化疗方案相结合，其持续时间在 5 到 52,53,58,61,63 天之间68、3、52,53,58,61、XNUMX、XNUMX-XNUMX . 重要的是，本研究未报告严重不良事件（根据不良事件通用术语标准，GXNUMX 级或以上）XNUMX。

生酮饮食

生酮饮食 (KDs) 是具有正常卡路里、高脂肪和低碳水化合物含量的饮食方案 69,70。 在经典的 KD 中，脂肪的重量与碳水化合物和蛋白质的总重量之比为 4:1。 值得注意的是，口蹄疫也是生酮的，因为它们具有高脂肪含量并且能够诱导循环酮体水平显着升高（约 0.5 毫摩尔/升）。 在人类中，KD 还可以降低 IGF1 和胰岛素水平（从基线值降低 20% 以上），尽管这些影响受饮食中碳水化合物和蛋白质的水平和类型的影响71。 KDs 可以降低血糖水平，但它们通常保持在正常范围内（即>4.4mmol/L）71。

值得注意的是，KDs 可能有效防止葡萄糖和胰岛素升高，这通常是对 PI3K 抑制剂的反应，这被提议限制其功效 72。 传统上，KDs 一直用于治疗难治性癫痫，主要用于儿童 69。 在小鼠模型中，KDs 诱导抗癌作用，特别是在胶质母细胞瘤中70,72-86。 临床研究表明，KDs 在癌症患者中作为单一药物使用时可能没有实质性的治疗活性，并建议应寻求这些饮食的潜在益​​处与其他方法相结合，如化学疗法、放射疗法、抗血管生成治疗、PI3K 抑制剂 和 口蹄疫72,73。

据报道，KD 对周围神经和海马体具有神经保护作用 87,88、1。 然而，KDs 是否也具有类似于禁食或 FMDs 的再生作用（框 22）以及 KDs 是否也可用于保护活哺乳动物免受化学疗法的毒性仍有待确定。 值得注意的是，禁食或口蹄疫的再生效果似乎通过从饥饿反应模式的转换（包括细胞成分的分解和许多细胞的死亡）以及细胞和组织经历的再喂养期的转换而最大化重建XNUMX。 因为 KD 不强制进入饥饿模式，不促进细胞内成分和组织的主要分解，也不包括再喂养期，所以它们不太可能导致在 FMD 再喂养期间观察到的协调再生类型。

卡路里限制

虽然慢性卡路里限制 (CR) 和缺乏特定氨基酸的饮食与定期禁食有很大不同，但它们与禁食和 FMD 共享或多或少的选择性营养限制，并且具有抗癌作用 81,89-112。 CR 通常涉及从标准卡路里摄入量中长期减少 20% 到 30% 的能量摄入，这将使个人保持正常体重113,114。 它在降低包括灵长类动物在内的模式生物中的心血管危险因素和癌症发病率方面非常有效108,109,114。

然而，CR 会引起副作用，例如外观变化、寒冷敏感性增加、体力下降、月经不调、不孕、性欲减退、骨质疏松症、伤口愈合缓慢、对食物的痴迷、易怒和抑郁。 在癌症患者中，人们非常担心它可能会加剧营养不良，并且不可避免地会导致瘦体重过度损失18,113-116。 CR 可降低空腹血糖水平，但仍保持在正常范围内 114。 在人类中，慢性 CR 不会影响 IGF1 水平，除非还实施了适度的蛋白质限制 117。

研究表明，通过减少潘氏细胞中的 mTORC1 信号传导，CR 增强了它们的干细胞功能，并且它还保护储备肠道干细胞免受 DNA 损伤 118,119，但尚不清楚 CR 是否也会引发其他器官的促再生作用。 因此，现有数据表明，禁食和口蹄疫会产生一种新陈代谢、再生和保护性的特征，这种特征与 KD 或 CR 所引发的特征不同并且可能更有效。

治疗中的禁食和口蹄疫：对激素和代谢物水平的影响

通常在禁食时观察到的循环激素和代谢物水平的许多变化具有发挥抗肿瘤作用的能力（即，葡萄糖、IGF1、胰岛素和瘦素水平降低，脂联素水平升高）23,120,121 和/或保护健康组织免受副作用（即降低 IGF1 和葡萄糖水平）。 由于酮体可以抑制组蛋白去乙酰化酶 (HDAC)，因此禁食诱导的酮体增加可能有助于减缓肿瘤生长并通过表观遗传机制促进分化 122。

然而，酮体乙酰乙酸已被证明可以加速而不是减少某些肿瘤的生长，例如带有突变 BRAF123 的黑色素瘤。 最有力的证据表明禁食和口蹄疫对癌症的有益作用的那些变化是 IGF1 和葡萄糖水平的降低。 在分子水平上，禁食或口蹄疫可减少细胞内信号级联，包括 IGF1R、AKT、mTOR、S6K 和 cAMP、PKA 信号，增加自噬，帮助正常细胞承受压力并促进抗癌免疫25,29,56,124

抗压差：增加化疗耐受性

一些酵母癌基因直系同源物，如 Ras 和 Sch9（哺乳动物 S6K 的功能直系同源物）能够降低模式生物的抗逆性 27,28、1。 此外，激活 IGF3R、RAS、PI10KCA 或 AKT 或使 PTEN 失活的突变存在于大多数人类癌症中XNUMX。 总之，这导致了这样一种假设，即饥饿会在癌症细胞与正常细胞中产生相反的影响，因为它们承受细胞压力源（包括化疗药物）的能力。 换句话说，饥饿会导致 差速器 正常细胞和癌细胞之间的抗压性（DSR）。

根据 DSR 假说，正常细胞通过下调增殖相关基因和核糖体生物发生和/或组装基因来应对饥饿，这迫使细胞进入自我维持模式并保护它们免受化学疗法、放射疗法和其他毒剂造成的损害。 相比之下，在癌细胞中，这种自我维持模式是通过致癌变化来阻止的，这会导致应激反应途径的组成性抑制（图 12）。 符合DSR模型，短期饥饿或原癌基因缺失 同系物 (即，Sch9 或 Sch9 和 Ras2) 与表达组成型活性癌基因的酵母细胞相比，酿酒酵母对氧化应激或化疗药物的保护作用提高了 100 倍 副本 Ras2val19。

在哺乳动物细胞中也获得了类似的结果：暴露于低葡萄糖培养基可保护原代小鼠神经胶质细胞免受过氧化氢或环磷酰胺（一种促氧化化学治疗剂）的毒性，但不能保护小鼠、大鼠和人类神经胶质瘤和神经母细胞瘤癌细胞系。 与这些观察一致， 2天 与未禁食的小鼠相比，禁食有效提高了接受高剂量依托泊苷治疗的小鼠的存活率，并提高了神经母细胞瘤的存活率 同种异体轴承 小鼠与未禁食的荷瘤小鼠相比。

随后的研究发现，禁食后 IGF1 信号传导减少可保护原代胶质细胞和神经元，但不保护胶质瘤和神经母细胞瘤细胞免受环磷酰胺和促氧化化合物的侵害，并保护小鼠胚胎成纤维细胞免受阿霉素的侵害。 肝脏 IGF29 缺陷 (LID) 小鼠，具有条件性肝脏 Igf1 基因缺失的转基因动物，其循环 IGF1 水平降低 70-80%（与小鼠禁食 1 小时达到的水平相似）72，受到保护测试了四分之三的化疗药物，包括多柔比星。

组织学研究显示，仅在多柔比星治疗的对照小鼠中出现多柔比星诱导的心肌病迹象，而在 LID 小鼠中则没有。 在用阿霉素治疗的荷黑色素瘤动物的实验中，未观察到对照小鼠和 LID 小鼠之间的疾病进展方面的差异，这表明癌细胞没有通过降低 IGF1 水平而免受化学疗法的保护。 然而，与对照动物相比，携带肿瘤的 LID 小鼠再次表现出显着的生存优势，因为它们能够耐受多柔比星毒性 29。 因此，总体而言，这些结果证实 IGF1 下调是禁食增加化疗耐受性的关键机制。

地塞米松和 mTOR 抑制剂都被广泛用于癌症治疗，要么是因为它们作为止吐药的功效，要么是因为 抗过敏药 （即皮质类固醇）或用于他们的 抗肿瘤 特性（即皮质类固醇和 mTOR 抑制剂）。 然而，它们的主要和经常限制剂量的副作用之一是 高血糖. 与增加葡萄糖-cAMP-PKA 的概念一致 发信号 降低对化疗药物毒性的抵抗力 12,26,126，包括地塞米松 和 雷帕霉素增加多柔比星对小鼠心肌细胞和小鼠的毒性26。 有趣的是，可以通过禁食或注射胰岛素来降低循环葡萄糖水平来逆转这种毒性。

这些干预措施降低了 PKA 活性，同时增加了 AMPK 活性，从而激活了 EGR1，表明 cAMP PKA 信号通过 EGR1 介导了禁食诱导的 DSR（参考文献 26）。 EGR1 还促进心脏保护肽的表达，例如心房利钠肽 (ANP) 和 B 型利钠肽 (BNP) 在心脏组织中的表达，这有助于对多柔比星的耐药性。 此外，禁食和/或口蹄疫可能通过促进自噬来保护小鼠免受阿霉素诱导的心肌病，这可能通过消除功能失调的线粒体和去除有毒聚集体来减少活性氧 (ROS) 的产生来促进细胞健康。

除了减少化疗引起的细胞毒性和增加化疗治疗小鼠的存活率外，禁食周期还可以诱导骨髓再生，并以 PKA 相关和 IGF1 相关的方式防止环磷酰胺引起的免疫抑制。 因此，令人信服的临床前结果表明禁食和口蹄疫有可能提高化疗耐受性并避免主要副作用。 由于最初的临床数据进一步支持了这种潜力，这些临床前研究为在以 TEAE 作为主要终点的随机临床试验中评估 FMD 建立了强有力的理论基础。

差异压力致敏：增加癌细胞的死亡

如果单独使用，大多数饮食干预，包括禁食和口蹄疫，对癌症进展的影响有限。 根据差异应力致敏 (DSS) 假设，禁食或口蹄疫与第二种治疗相结合更有希望 11,12。 这一假设预测，虽然癌细胞能够适应有限的氧气和营养浓度，但许多类型的癌细胞无法执行改变，从而在禁食和化疗相结合产生的营养缺乏和有毒环境中生存， 例如。 乳腺癌、黑色素瘤的早期实验 和 胶质瘤细胞发现增殖相关基因或核糖体生物发生和组装基因的表达在禁食11,12, 6 时出现矛盾的增加。 这些变化伴随着意想不到的 AKT 和 SXNUMXK 激活，一种产生 ROS 和 DNA 损伤的倾向，以及 敏化 DNA 损伤药物（通过 DSS）11。

我们认为癌细胞对改变的条件的这种不适当的反应，包括由禁食或口蹄疫引起的 IGF1 和葡萄糖水平的降低，是导致 抗肿瘤 这些饮食干预的特性及其在区分抗癌治疗对正常细胞和恶性细胞的影响方面的潜在用途11,12（图1）。 根据 DSS 假设，周期性的禁食或 FMD 足以减缓许多类型的口蹄疫的生长。 瘤 细胞，从实体瘤细胞系到淋巴细胞白血病细胞，在小鼠中，最重要的是，使癌细胞对化疗、放疗和酪氨酸激酶抑制剂 (TKI)11,17,22,25,50,54、57,59,60,124,127,128、XNUMX、XNUMX、XNUMX、XNUMX�XNUMX 敏感， XNUMX。

通过降低葡萄糖利用率和增加脂肪酸 α-氧化，禁食或 FMD 还可以促进癌细胞从有氧糖酵解（Warburg 效应）转变为线粒体氧化磷酸化，这对于在最缺乏营养的环境中维持癌细胞生长是必要的 50 （图 2）。 由于线粒体呼吸活动增加，这种转换导致 ROS 产生增加，并且还可能由于糖酵解和戊糖磷酸途径的谷胱甘肽合成减少而导致细胞氧化还原电位降低。 活性氧增加和抗氧化保护减少的综合作用增强了癌细胞的氧化应激并增强了化疗药物的活性。 值得注意的是，由于高乳酸产生所证明的高糖酵解活性可以预测几种癌症的侵袭性和转移倾向 11，因此禁食或 FMD 的抗 Warburg 作用有可能对侵袭性和转移性癌症特别有效。

除了新陈代谢的变化，禁食或口蹄疫会引发其他可以促进胰腺癌细胞 DSS 的变化。 禁食会增加表达水平 平衡的 核苷转运蛋白 1 (ENT1) 是吉西他滨跨质膜的转运蛋白，可提高该药物的活性 128。 在乳腺癌细胞中，禁食导致 SUMO2 介导和/或 SUMO3 介导的 REV1、DNA 聚合酶和 p53 结合蛋白修饰。 这种修饰降低了 REV127 抑制 p1 的能力，导致 p53 介导的促凋亡基因转录增加，并最终导致癌细胞死亡（图 53）。 禁食还通过加强 MAPK 信号抑制，从而阻断 E2F 转录因子依赖的基因表达，同时也通过减少葡萄糖摄取来增加常用的 TKI 阻止癌细胞生长和/或死亡的能力2, 17,54。

最后，禁食可以上调瘦素受体及其下游 发信号 通过蛋白质 PR/SET 结构域 1 (PRDM1) 从而抑制 B 细胞和 T 细胞急性淋巴细胞的启动和进展 白血病 (ALL)，但不是急性髓系 白血病 （反洗钱）55。 有趣的是，一项独立研究表明，B 细胞前体表现出由转录因子 PAX5 和 IKZF1 施加的葡萄糖和能量供应的慢性限制状态（参考文献 130）。 编码这两种蛋白质的基因突变，存在于超过 80% 的前 B 细胞 ALL 病例中，被证明会增加葡萄糖摄取和 ATP 水平。 然而，在 preB-ALL 细胞中重建 PAX5 和 IKZF1 导致能量危机和细胞死亡。 结合之前的研究，这项工作表明 ALL 可能对禁食施加的营养和能量限制敏感，可能代表了测试禁食或 FMD 功效的良好临床候选者。

值得注意的是，包括 AML29 在内的许多癌细胞类型可能会通过规避禁食或 FMD 带来的代谢变化而获得耐药性，这种可能性会因许多癌症的代谢异质性而进一步增加 129。 因此，近期的一个主要目标将是通过生物标志物来确定对这些饮食方案最敏感的癌症类型。 另一方面，当与标准疗法相结合时，禁食或口蹄疫很少导致癌症小鼠模型产生耐药性，而对禁食联合化疗的耐药性在体外研究中也不常见，强调了确定治疗方法的重要性，与 FMD 结合使用时，会对癌细胞产生强大的毒性作用，而对正常细胞和组织的毒性最小11,17,50,55-57,59,124。

通过禁食或口蹄疫增强抗肿瘤免疫力

最近的数据表明，禁食或口蹄疫本身，以及在更大程度上与化疗结合时，会触发淋巴祖细胞的扩张并促进 瘤 通过不同的机制进行免疫攻击25,56,60,124。 FMD 降低了体内癌细胞中 HO1 的表达，HO1 是一种保护免受氧化损伤和细胞凋亡的蛋白质，但上调了正常细胞中的 HO124,131 表达1。 癌细胞中的 HO8 下调通过增加 CD124+ 肿瘤浸润淋巴细胞依赖性细胞毒性介导 FMD 诱导的化学增敏作用，这可能通过调节性 T 细胞的下调来促进 2（图 56）。 另一项研究证实了禁食或 FMD 和 CR 模拟物改善抗癌免疫监视的能力，这意味着禁食或 FMD 的抗癌作用可能适用于自噬能力强的癌症，但不适用于自噬缺陷的癌症 2。 最后，最近一项在小鼠结肠癌模型中进行为期 73 周的隔日禁食研究表明，通过激活癌细胞中的自噬，禁食会下调 CD60 的表达，从而减少癌细胞产生免疫抑制性腺苷 73。 最终，通过禁食下调 CD2 可防止巨噬细胞转变为 M2 免疫抑制表型（图 132）。 在这些研究的基础上，推测 FMD 可能特别有用，而不是或与免疫检查点抑制剂 XNUMX、癌症疫苗或其他促进 抗肿瘤 免疫，包括一些常规化疗药物133。

小鼠模型中的抗癌饮食

总体而言，动物癌症模型（包括转移性癌症模型）中禁食或 FMD 的临床前研究结果表明（表 2）定期禁食或 FMD 可实现多效抗癌作用并增强化疗药物和 TKI 的活性，同时发挥保护和再生作用在多个器官中22,25。 在不禁食和/或口蹄疫的情况下达到相同的效果需要首先识别，然后使用多种有效、昂贵且经常有毒的药物，并且可能没有诱导健康细胞保护的优势。 值得注意的是，在至少两项研究中，禁食联合化疗被证明是唯一能够在一致的部分治疗动物中实现肿瘤完全消退或长期存活的干预措施11,59

慢性 KD 也表现出 瘤 用作单一疗法时的生长延迟作用，特别是在脑癌小鼠模型中77,78,80-82,84,134。 维持在慢性 KD 的小鼠的神经胶质瘤降低了缺氧标志物碳酸酐酶 9 和缺氧诱导因子 1? 的表达，减少了核因子-?B 的激活和血管标志物的表达（即血管内皮生长因子受体 2，基质金属蛋白酶 2 和波形蛋白）86。 在脑胶质瘤小鼠模型中，喂食 KD 的小鼠表现出增加 肿瘤反应性 主要由 CD8+ T 细胞介导的先天性和适应性免疫反应 79。 KDs 被证明可以提高卡铂、​​环磷酰胺和放射治疗在胶质瘤、肺癌中的活性 和 神经母细胞瘤小鼠模型73-75,135。 此外，最近的一项研究表明，KD 与 PI3K 抑制剂联合使用可能非常有用72。 通过阻断胰岛素 发信号，这些药物促进肝脏中的糖原分解并阻止骨骼肌中的葡萄糖摄取，从而导致短暂的 高血糖 以及胰腺的代偿性胰岛素释放（一种称为“胰岛素反馈”的现象）。 反过来，这 提高 胰岛素水平可能会延长，尤其是在胰岛素抵抗患者中，会重新激活 PI3K�mTOR 发信号 in 肿瘤，因此强烈限制了 PI3K 抑制剂的益处。 KD 被证明在预防对这些药物的胰岛素反馈方面非常有效，并且可以极大地提高它们在小鼠中的抗癌活性。 最后，根据对小鼠肿瘤诱导的恶病质模型（MAC16 肿瘤）的研究，KDs 可以帮助预防癌症患者的脂肪和非脂肪体重减少 85。

CR 减少了遗传小鼠癌症模型、自发性肿瘤发生小鼠模型和致癌物诱导的癌症小鼠模型以及猴子的肿瘤发生91,92,97,98,101,102,104、106,108,109,136、138、57、6、139、15-XNUMX、XNUMX、XNUMX、XNUMX-XNUMX。 相比之下，一项研究发现，中年开始的 CR 实际上会增加 CXNUMXBl/XNUMX 小鼠中浆细胞肿瘤的发病率XNUMX。 然而，在同一项研究中，CR 还将最大寿命延长了约 XNUMX%，观察到的癌症发病率增加归因于接受 CR 的小鼠的寿命增加，即 荷瘤 接受 CR 的小鼠死亡和百分比 荷瘤 接受 CR 的小鼠死亡。 因此，作者得出结论，CR 可能会延缓现有淋巴癌的促进和/或进展。 一项荟萃分析比较了慢性 CR 和间歇性 CR 在啮齿动物中预防癌症的能力，得出的结论是间歇性 CR 在基因工程小鼠模型中更有效，但在化学诱导的大鼠模型中效果较差 90。 CR被证明减慢 瘤 在各种癌症小鼠模型中生长和/或延长小鼠存活率，包括卵巢癌和胰腺癌140,94 和神经母细胞瘤81。

重要的是，CR 提高了几种癌症模型中的抗癌治疗活性，包括抗 IGF1R 抗体（ganitumab）对前列腺癌的活性 141、环磷酰胺对神经母细胞瘤细胞的活性 135 以及 HRAS-G12V 转化的永生小鼠肾上皮细胞异种移植物中的自噬抑制 100。 然而，CR 或 KD 与抗癌疗法相结合似乎不如禁食有效。 一项小鼠研究发现，与单独禁食相比，单独 CR 不能减少皮下生长的 GL26 小鼠神经胶质瘤的生长，并且再次与短期禁食相比，CR 不能增加顺铂对皮下 4T1 乳房的活性肿瘤 51. 在同一项研究中，禁食在增加阿霉素的耐受性方面也被证明比 CR 和 KD 更有效。 尽管禁食或 FMD，但 CR 和 KD 可能作用于并调节重叠 发信号 在最长持续时间为几天的剧烈急性期，禁食或 FMD 可能以更剧烈的方式影响这些机制。

再喂食阶段可以 有利于 恢复整个生物体的稳态，同时也激活和激活可以促进识别和去除的机制 瘤 并再生健康细胞。 CR 和 KD 是慢性干预措施，它们只能适度抑制营养感应途径，可能没有达到改善抗癌药物效果所需的某些阈值，同时会造成重大负担，并且通常会导致体重减轻。 CR 和 KD 作为癌症患者的慢性饮食方案难以实施，并且可能存在健康风险。 CR 可能会导致瘦体重的严重损失和类固醇激素的减少以及可能的免疫功能 142。 慢性 KD 也与类似但不太严重的副作用相关 143。 因此，持续少于 5 天的定期禁食和 FMD 周期与标准疗法一起应用具有改善癌症治疗同时减少其副作用的巨大潜力。 值得注意的是，研究周期性口蹄疫、慢性 KD 组合的影响非常重要 和 标准疗法，特别是用于治疗侵袭性癌症如胶质瘤。

癌症预防中的禁食和口蹄疫

流行病学研究和对动物（包括猴子）108,109,144 和人类的研究支持了慢性 CR 和定期禁食和/或 FMD 可能对人类产生癌症预防作用的观点。 然而，由于依从性问题和可能的副作用 115，CR 很难在普通人群中实施。 因此，虽然基于证据的推荐（或避免）的食物以及降低癌症风险的生活方式建议正在逐渐确立 6,8,9,15、XNUMX、XNUMX、XNUMX，但现在的目标是确定并可能标准化耐受性良好的周期性具有低副作用或无副作用的饮食方案，并在临床研究中评估其预防癌症的功效。

如前所述，FMD 循环导致 IGF1 和葡萄糖的下调以及 IGFBP1 和酮体的上调，这些变化与禁食本身引起的变化相似，并且是禁食反应的生物标志物。 当 C22Bl/57 小鼠（自发发育 肿瘤，主要是淋巴瘤，随着年龄的增长）从中年开始每月两次喂食这种口蹄疫 4 天，并在口蹄疫周期之间随意饮食，肿瘤的发病率从对照组小鼠的约 70% 降低FMD 组小鼠的饮食减少至约 40%（总体减少 43%）22。 此外，FMD 将肿瘤相关死亡的发生推迟了 3 个月以上，而对照组中出现多处异常病变的动物数量是 FMD 小鼠的 XNUMX 倍以上，这表明许多 肿瘤 FMD 小鼠的攻击性或良性。

之前在中年小鼠中进行的为期 4 个月的隔日禁食研究也发现，禁食可降低淋巴瘤的发病率，使其从 33%（对照小鼠）降至 0%（禁食动物）145，尽管由于研究持续时间短，尚不清楚这种禁食方案是否预防或只是延迟了 瘤 发作。 此外，隔日禁食要求每月完全禁食 15 天，而在上述 FMD 实验中，小鼠的饮食每月仅提供 8 天的有限食物。 在人类中，每月一次 3 天 FMD 的 5 个周期被证明可以减少腹部肥胖和炎症标志物以及这些标志物水平升高的受试者的 IGF1 和葡萄糖水平 62，这表明定期使用 FMD 可能会对人类肥胖相关或炎症相关的癌症以及其他癌症的预防作用，正如老鼠身上所显示的那样22。

因此，临床前研究的有希望的结果与关于口蹄疫对危险因素影响的临床数据相结合。 老化相关 包括癌症 62 在内的疾病为未来的口蹄疫随机研究提供支持，作为预防癌症的一种可能有效的工具，以及其他 老化相关 慢性病，在人类中。

肿瘤学的临床适用性

截至今天，已发表了四项关于接受化疗的患者禁食和 FMD 的可行性研究 52,53,58,61、10、140、56。 在一个包含 58 名被诊断患有各种类型癌症（包括乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌、子宫癌、肺癌和食道癌）的患者的病例系列中，他们在化疗前和/或化疗后 13 小时内自愿禁食长达 2 小时，没有引起重大副作用据报道，除了饥饿和头晕外，还禁食 2。 那些在禁食和不禁食的情况下接受化疗的患者（24 名）报告说，禁食期间疲劳、虚弱和胃肠道不良事件显着减少。 此外，在那些可以评估癌症进展的患者中，禁食并不能阻止化疗引起的肿瘤体积或肿瘤标志物的减少。 在另一项研究中，52 名接受泰索帝、阿霉素和环磷酰胺 (TAC) 新辅助化疗的 HERXNUMX（也称为 ERBBXNUMX）阴性、II/III 期乳腺癌的女性随机分为在开始化疗前后 XNUMX 小时禁食（仅喝水）或根据标准指南进行营养 XNUMX。

短期禁食耐受性良好，减少了化疗后 7 天平均红细胞和血小板计数的下降。 有趣的是，在这项研究中，化疗后 2 分钟，非禁食患者的白细胞中 α-H30AX（DNA 损伤的标志物）水平升高，而禁食患者的白细胞水平则没有升高。 在接受铂类化疗的患者的禁食剂量递增中，20 名患者（主要接受尿路上皮癌、卵巢癌或乳腺癌治疗）随机分为 24、48 或 72 小时禁食（分为化疗前 48 小时和化疗后 24 小时） )53. 满足可行性标准（定义为每个队列中六名受试者中的三名或更多人在禁食期间每天消耗200kcal，而没有过度毒性）。 空腹相关毒性 总是等级 2或以下，最常见的是疲劳，头痛 和 头晕。 与之前的研究一样，在这项小型试验中也可以检测到禁食至少 48 小时（与仅禁食 24 小时的受试者相比）的受试者白细胞中 DNA 损伤减少（通过彗星试验检测到）。 此外，与只禁食 3 小时的患者相比，禁食 4 小时和 48 小时的患者出现 72 级或 24 级中性粒细胞减少的趋势也没有显着差异。

最近，进行了一项随机交叉临床试验，评估了口蹄疫对总共 34 名乳腺癌或卵巢癌患者的生活质量和化疗副作用的影响 61。 FMD 包括 每天 热量摄入<400kcal，主要是果汁和肉汤，从化疗开始前36-48小时开始，持续到化疗结束后24小时。 在这项研究中，口蹄疫可以防止化疗引起的生活质量下降，还可以减少疲劳。 同样，没有报告口蹄疫的严重不良事件。 美国和欧洲的医院目前正在进行其他几项口蹄疫与化疗或其他类型的积极治疗相结合的临床试验，主要针对被诊断患有乳腺癌或前列腺癌的患者63,65-68。 这些要么是评估口蹄疫安全性和可行性的单臂临床研究，要么是关注口蹄疫对化疗毒性或化疗期间患者生活质量的影响的随机临床研究。 总的来说，这些研究现在已经招募了 300 多名患者，他们的第一个结果预计将在 2019 年公布。

诊所的挑战

在肿瘤学中对周期性禁食或 FMD 的研究并非没有顾虑，特别是与这种饮食方案可能导致营养不良、肌肉减少症、 和 易感或虚弱患者（例如，因化疗而出现厌食症的患者）的恶病质18,19。 然而，在截至目前发表的禁食联合化疗的临床研究中，没有报告出现严重（3 级以上）体重减轻或营养不良的情况，那些在禁食期间体重减轻的患者通常在禁食之前恢复了体重。随后的循环没有可检测到的伤害。 尽管如此，我们建议使用金标准方法进行定期厌食和营养状况评估 18,19,146-150 应该是这些研究的一个组成部分，并且快速纠正禁食和/或 FMD 患者的任何随后的营养障碍。

结论

定期禁食或口蹄疫在小鼠癌症模型中始终显示出强大的抗癌作用，包括增强放化疗和 TKI 以及触发抗癌免疫的能力。 FMD 周期比慢性饮食方案更可行，因为它们允许患者在 FMD 期间定期进食，在周期之间保持正常饮食，并且不会导致严重的体重减轻以及可能对免疫和内分泌系统产生不利影响。 值得注意的是，作为独立疗法，定期禁食或 FMD 周期可能对已建立的肿瘤表现出有限的疗效。 事实上，在小鼠中，禁食或口蹄疫对许多癌症的进展的影响与化疗类似，但单独而言，它们很少与可导致无癌生存的抗癌药物联合获得的效果相媲美 11,59。 因此，我们建议，正如小鼠模型所建议的那样，定期 FMD 周期与标准治疗相结合，具有促进患者无癌生存的最大潜力 11,59（图 3）。

由于以下几个原因，这种组合可能特别有效：首先，癌症药物和其他疗法可能是有效的，但一部分患者没有反应，因为癌细胞采用了导致存活的替代代谢策略。 由于葡萄糖、某些氨基酸、激素和生长因子以及其他导致细胞死亡的未知途径的缺陷或变化，这些替代代谢模式在禁食或 FMD 条件下更难以维持。 其次，禁食或口蹄疫可以防止或减少阻力的获得。 第三，禁食或口蹄疫可以保护正常细胞和器官免受各种癌症药物引起的副作用。 基于可行性、安全性和有效性的临床前和临床证据（在减少 IGF1、内脏脂肪 和 心血管危险因素），口蹄疫也似乎是一种可行的饮食方法，可以在癌症预防中进行研究。 未来的一个重要挑战将是确定那些 肿瘤 是从禁食或口蹄疫中受益的最佳人选。 即使在对禁食或口蹄疫反应明显较弱的癌症类型中，仍有可能确定耐药机制并使用能够恢复这种耐药性的药物进行干预。 相反，对其他类型的饮食应更加谨慎，尤其是在热量高的情况下，因为它们可能导致恶化而不是抑制 发展 某些癌症。 例如，KD 增加 发展 BRAF 突变的黑色素瘤模型在小鼠 123 中的作用，并且据报道它在小鼠 AML 模型中加速疾病进展 72。

此外，必须在了解作用机制的情况下应用 FMD，因为它们的效力 如果应用不正确 可能会产生负面影响。 例如，当大鼠禁食并在再喂食前用强效致癌物治疗时，这会导致肝脏、结肠中异常病灶的生长 和 与非禁食大鼠相比，直肠 151,152。 尽管这种效应所涉及的机制尚不清楚，但这些病灶可能并未导致 肿瘤，这些研究表明，化疗治疗和恢复正常饮食之间的最短 24 至 48 小时对于避免将禁食后再喂食期间出现的再生信号与高水平的有毒药物（如化疗）结合起来很重要。 接受化疗的患者禁食或 FMD 的临床研究支持其可行性和总体安全性 52,53,58,61。 在一项纳入 34 名患者的小型随机试验中，口蹄疫帮助患者在化疗期间维持生活质量并减少疲劳 61。 此外，初步数据表明禁食或口蹄疫可能降低 化疗诱导 患者健康细胞中的 DNA 损伤52,53。

正在进行的癌症患者口蹄疫临床研究 63,65-68 将提供更可靠的答案，即周期性口蹄疫与常规抗癌药物联合使用是否有助于提高后者的耐受性和活性。 重要的是要考虑到口蹄疫不能有效减少所有患者癌症治疗的副作用，它们也不能提高所有疗法的疗效，但它们具有很大的潜力，至少在一部分甚至可能对于大部分患者和药物。 体弱或营养不良的患者或有营养不良风险的患者不应参加空腹或口蹄疫的临床研究，并且应在整个临床试验期间仔细监测患者的营养状况和厌食情况。 一个合适的 摄入蛋白质、必需脂肪酸、维生素 和 在可能的情况下，将矿物质与旨在增加肌肉的轻度和/或中度身体活动相结合 质量 应在禁食或 FMD 周期之间应用，以使患者保持健康的瘦体重 18,19。 这种多模式饮食方法将最大限度地发挥禁食或 FMD 的益处，同时保护患者免受营养不良的影响。

参考文献：