生酮饮食在肿瘤治疗中的应用

江 波

(首都医科大学附属北京世纪坛医院, 北京, 100038)

早在公元前400年，禁食就被认为是一种治疗癫痫的有效方法，希波克拉底在OntheSacredDisease一书中即有记载。《旧约全书·马太福音》中也对此治疗方法有描述。1921年，美国医师饶·格林报道称禁食15 d后，先进行短时间进食，而后再次禁食可对患儿的癫痫发作进行有效控制。随后的对26例癫痫患者的前瞻性临床研究也证明了饮食控制可有效治疗癫痫。同年，梅奥诊所(Mayo clinic)的威尔德(Wilder R. M. )等尝试使用高脂低碳水化合物的食物模拟禁食过程来治疗癫痫，取得了较理想的结果。威尔德认为这种饮食治疗取得较好疗效的机制是在低碳水化合物摄入的情况下，机体消耗脂肪、产生酮体而发挥作用，故取名为“生酮饮食”(ketogenic diet)。在同一时期，德国生化学家Warburg则通过对肝癌细胞能量代谢的分析提出了Warburg效应，即肿瘤细胞的葡萄糖代谢发生改变，即使在氧供应充足的情况下，也以无氧酵解为主要的供能方式。由此推论，肿瘤细胞较正常细胞更依赖于葡萄糖的供应，人为切断葡萄糖供应后是否可以达到抗肿瘤的作用引起了广泛关注。

从1921年开始计算，生酮饮食的概念提出已有近百年的历史。在这近百年的使用过程中，并没有出现明显的不良反应或者不可控制、危及患者生命的毒副作用。基于Warburg效应的理论基础和对生酮饮食安全性的认识, 20世纪60年代肿瘤学家们开始尝试使用生酮饮食治疗肿瘤，先期进行的动物实验和临床治疗个案的报道均取得了一定的疗效。然而，需要强调的是，生酮饮食治疗肿瘤还在探索之中，并不适合于所有的肿瘤患者，如何寻找更好的生物标记物以及寻找合适的适应证是目前生酮饮食研究领域关注的焦点。

1 生酮饮食抗肿瘤治疗的安全性

生酮饮食安全性较高，常见的低血糖、便秘、低血压等不良反应可通过对症处理便能得到很好的管控。Coriene等[1]对3例复发的桥脑内生性弥漫性胶质瘤患儿的生酮饮食干预证明其不良反应轻微且可控。Lotte等[2]在回顾24个关于脑胶质瘤的临床前研究, 7个临床研究和1个混合型研究的数据也证明，生酮饮食干预脑胶质瘤具有较高的安全性，且风险可控。但是，仅凭这些数据，将生酮饮食在恶性肿瘤治疗中广泛推广及应用还为时尚早，其对某些特殊类型的恶性肿瘤存在有安全隐患。

恶性肿瘤是极度异质性的疾病，异质性表现在多个层次: ① 发生部位、组织器官的异质性; ② 组织细胞来源的异质性; ③ 分子构型或者驱动基因的异质性; ④ 微环境中恶性肿瘤细胞代谢的异质性和免疫逃逸的异质性等。没有一种万能的治疗方法可以不加区分地覆盖全部肿瘤，通过各种生物标记物找到各种药物或者其他治疗手段的最合适的适应证，这才是“精准医学”的出发点。生酮饮食也是如此，急切需要有适合的生物标志物为临床应用指明方向，才能真正确保安全，发挥最大治疗效果，实现“精准营养治疗”。

生酮饮食治疗恶性肿瘤在缺乏明确靶标的情况下极有可能“走错方向”，如对移植了肾癌细胞且伴有Stauffer′s症的小鼠进行生酮饮食干预过程中，小鼠的体质量急剧下降，且产生了肝功能障碍[3]。另一项关于长期生酮饮食对肾癌效果的研究[4]报道了生酮饮食在结节性硬化症大鼠模型中的促瘤作用。一项对BRAF V600E阳性的黑色素瘤小鼠模型的研究[5]显示，生酮饮食促进了肿瘤的生长，其机制可能与酮体乙酰乙酸选择性增强BRAF600E和MEK1的结合、启动MEK-ERK信号通路相关[6]。考虑到BRAF激活常见于多种恶性肿瘤，如甲状腺癌>30%、黑色素瘤>30%、结直肠癌5%～10%、非小细胞肺癌1%～3%, 其中大部分BRAF突变为V600E突变。所以，对于肿瘤患者切不可盲目实施生酮饮食，至少要完成基本的肿瘤分子分型。

2 生酮饮食抗肿瘤治疗的有效性

2.1 生酮饮食与神经系统恶性肿瘤

多种脑恶性肿瘤应用生酮饮食治疗有效。神经胶质瘤是一类由神经胶质细胞恶性增殖形成的肿瘤，也是最常见的颅内原发肿瘤，包括星形细胞瘤、少突神经胶质瘤和成胶质细胞瘤等。由于血脑屏障的存在，这些疾病的内科治疗均较为棘手。

Morscher等[7]对CD-1裸鼠模型注射神经母细胞瘤细胞，而后随机给予4种不同的饮食，即标准饮食、限制热量饮食、长链脂肪酸的生酮饮食或限制热量的生酮饮食，结果表明生酮饮食和限制热量的饮食组Ki-67和磷酸化组蛋白H3的水平显著降低，肿瘤的生长明显减缓，生存时间延长，与血糖浓度呈负相关。该研究团队在后续研究中进一步改良了配方，将脂肪与碳水化合物+蛋白质的功能比提高到8∶1, 而脂肪中25%使用中链脂肪酸，发现改良后的配方对抗神经母细胞瘤更为有效[8]。

Rieger J等[9]通过限制饮食中碳水化合物来探讨是否能够抑制临床前模型脑胶质瘤生长，该项临床试验(NCT00575146)探讨了20例复发性胶质母细胞瘤患者生酮饮食的可行性。研究证实生酮饮食是可行的、安全的，但是单独应用生酮饮食并没有显著的治疗效应，而联合应用贝伐单抗的患者获得了87.5%(7/8)的客观有效率，中位无进展生存期为20.1周。生酮饮食除了与抗血管生成药物联合应用外，还有其他更多尝试，如Zachary等[10]研究基于成年VM/Dk小鼠的神经母细胞瘤模型，证明了生酮饮食联合替莫唑胺、草乙酸酯和高压氧治疗能取得非常明显的协同作用。Santos等对替莫唑胺耐药的复发脑胶质瘤患者使用生酮饮食联合鼻内给予紫苏子醇进行治疗，取得了77.8%(7/9)部分缓解、11.1%(1/9)稳定和11.1%(1/9)进展的治疗效果，而对照组部分缓解率为25.0%(2/8)、25.0%(2/8)稳定、50.0%(4/8)进展。基于贝叶斯模型对生酮饮食或者限制能量饮食在高级别脑胶质瘤治疗中联合其他治疗方式是否可以获益的估算中，也得出联合应用要比单独应用生酮饮食更能使患者获益[11]。

2.2 生酮饮食与前列腺癌

前列腺癌是男性常见肿瘤，尤其在以西方饮食结构为主的国家，其发病率逐年上升。流行病学、临床及临床前研究均表明饮食模式与前列腺癌发病密切相关，低碳水化合物、优质蛋白、富含ω-3多不饱和脂肪酸、绿茶和番茄产品均可降低前列腺癌的风险，而胰岛素抵抗和脂肪组织分泌的各种细胞因子与前列腺癌的发生相关。生酮饮食可以有效改善代谢综合征和控制体质量，因而在前列腺癌中进行了一定的尝试[12]。Freedland S J等[13]将接种LAPC4的SCID小鼠分为3组，即无碳水化合物(NCKD)组(84%脂肪、16%蛋白质和0%碳水化合物)、低脂肪组(12%脂肪、16%蛋白质和72%碳水化合物)和西方饮食组(40%脂肪、16%蛋白质和44%碳水化合物)，结果显示NCKD 组肿瘤体积明显减小，血中胰岛素样生长因子结合因子3(IGFBP3)最高，IGF1/IGFBP3比值最低，西方饮食组预后最差，血胰岛素和IGF-1最高，低脂肪组居中。机制可能与抗凋亡、抗炎、胰岛素信号通路及Akt通路活性降低有关。

2.3 生酮饮食与乳腺癌

乳腺癌是中国乃至世界范围内的女性高发肿瘤。乳腺癌与肥胖的关系在亚洲人群和欧美人群中有所差异。亚洲人群中，更年期前肥胖会增加乳腺癌的发病风险，而欧美人群则没有影响。进一步的数据分层分析表明。ER+乳腺癌与肥胖较ER-乳腺癌与乳腺癌的关系更加密切。体质量指数(BMI)高的女性更容易患ER+乳腺癌，尤其是在绝经前期。相反，腰臀比(WHR)较高的女性(反映内脏脂肪量)更容易患ER-乳腺癌，尤其是在绝经之后。即使WHR较高的女性BMI并不高，但她们患ER-乳腺癌的风险也更高。因此，从体质量管理的角度而言，生酮饮食对于乳腺癌的一级预防具有一定作用。

2.4 生酮饮食与卵巢癌、子宫内膜癌

卵巢癌、子宫内膜癌与肥胖相关，伴随的代谢综合征、高胰岛素血征和IGF-1受体的过度表达在这两种肿瘤的发生、发展过程中发挥重要作用。生酮饮食恰恰可以降低血糖水平，改善高胰岛素血症，从而中断卵巢癌和子宫内膜癌的发生机制，就理论面言，具有治疗的卵巢癌、子宫内膜癌潜力。 NCT03171506临床研究[14]显示，12周的生酮饮食即可有效改善卵巢癌和子宫内膜癌患者的高胰岛素血症，至于生酮饮食能否改善患者的无进展生存和总生存情况，目前尚无结论。

2.5 生酮饮食在肿瘤恶液质治疗中的作用

恶液质是晚期肿瘤最常见的并发症，高达80%的肿瘤患者会出现肿瘤恶液质，肿瘤恶液质是20%肿瘤患者的直接死亡原因。目前较为公认的肿瘤恶液质专家共识是: 以持续性骨骼肌丢失(伴有或不伴有脂肪组织丢失)为特征，不能被常规营养支持完全缓解，逐步导致器官功能损伤的多因素综合征。因此，肿瘤恶液质的3个特征是骨骼肌保有量进行性下降、常规营养支持不能完全缓解和功能损伤。

生酮饮食重视控制碳水化合物的摄入，而对于总能量的摄入并没有过多的要求，不限制能量摄入的生酮饮食不但可以增加体质量，还可以通过改善情绪及睡眠来提高生活质量[15]。肿瘤患者的生酮饮食中重视ω-3多不饱和脂肪酸和优质蛋白质等的供给对肿瘤恶质液患者而言发挥着多重作用: ① 低碳水化合物摄入可达到控制血糖的目的，进而影响肿瘤细胞的能量供应，抑制肿瘤增殖和/或诱导肿瘤细胞死亡和/或凋亡。② ω-3多不饱和脂肪酸的大量供给可抑制肿瘤恶液质中肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白介素-6(IL-6)等炎症介质的分泌，抑制肿瘤生长伴随的炎症过程[16]。③优质蛋白质的供给有利于延缓或逆转肿瘤导致的蛋白质分解代谢过程，维持一定的肌肉保有量。早在1987年[17]和1988年[18]就有研究证据表明，给予足够的中、长链脂肪酸，尤其是中链脂肪酸，可有效逆转荷瘤鼠的体质量下降。

KETOCOMP研究期中数据提示，直肠癌和乳腺癌患者生酮饮食干预后，可显著减少体脂肪，并能维持骨骼肌无明显改变。头颈部肿瘤患者的同步放化疗可导致体质量、体脂和骨骼肌的明显下降，而生酮饮食则可以逆转这种趋势[19]。动物实验中也有类似的结果，结肠癌移植瘤大小与β-羟丁酸的血液浓度呈负相关关系，同时生酮组的实验动物IL-6水平也远低于移植瘤对照组[20]。上述结果说明生酮饮食可以抑制与肿瘤生长密切相关的IL-6等炎症因子的分泌，这也可能是生酮饮食对肿瘤恶液质治疗有效的内在机制之一。

3 生酮饮食的其他探索

3.1 生酮饮食抗肿瘤效应与给予时间

动物移植瘤模型研究[21-22]发现，肿瘤移植前就已经形成酮症的实验动物对移植瘤的形成具有抑制作用，而在肿瘤移植成功后再给予生酮饮食则无类似的保护作用。在人类的临床研究中也是这样，对恶性程度较低或者早期肿瘤生酮饮食可能有一定的治疗作用，而对于进展期的恶性肿瘤，生酮饮食就几乎没有疗效，或者疗效不显著。

3.2 生酮饮食治疗肿瘤生物标志物的研究

Zhang等[23]研究33种人类肿瘤细胞株的酮体代谢相关酶的表达水平发现, 3-羟基丁酸脱氢酶(BHD1)和琥珀酰辅酶A∶3酮酸辅酶A转运酶(OXCT1)或可成为生酮饮食治疗是否有效的生物标志物。生酮饮食可促进这两种酶mRNA水平都较高的恶性肿瘤的生长，而抑制BHD1和OXCT1表达水平较低的细胞株。

3.3 生酮饮食和化疗、放疗的协同作用

生酮饮食和化疗的协同作用在不同的临床研究中得出不同的结论，而与放疗的全部动物实验和临床研究就是“一边倒”的结果，即生酮饮食可以对放疗起到增敏的作用，增加放疗的治疗效果。表1是正在开展和已经完成的生酮饮食干预恶性肿瘤的临床研究。

表1 正在开展和已经完成的生酮饮食干预恶性肿瘤的临床研究

Abdelwahab M G等使用恶性胶质瘤的颅内生物发光小鼠模型，给予标准饮食(SD)或生酮饮食，小鼠接受2×4 Gy全脑放射治疗，肿瘤生长通过体内成像追踪。饲喂KD的动物与饲喂SD的动物相比, β-羟基丁酸盐(P=0.0173)升高，中位生存期延长5 d。KD加放射治疗比添加剂更多，在11个接受辐射治疗并进行KD饮食的动物中，有9只动物的生物发光信号低于检测水平(P<0.0001)。动物植入后101 d切换到SD, 超过200 d未观察到肿瘤复发迹象。通过本实验看出，KD显著增强放射治疗的抗肿瘤作用。研究[24]认为KD诱导的细胞代谢改变可以作为人类恶性神经胶质瘤的辅助治疗。

与放疗协同作用的临床研究也在开展，一项始于2013年并延续至今的临床试验[24](临床实验编号NCT02046187)研究了放疗及化疗合并生酮饮食治疗新诊断的胶质母细胞瘤患者总生存率及生活质量情况。该研究旨在探讨降低血糖及增加酮类(用脂肪供能产生的代谢物)是否可以提高采用放射疗法(60 Gy)和化学疗法治疗多形性成胶质细胞瘤(GBM)患者的疗效。受试者最初诊断为GBM, 并在肉眼下全部切除或次全切除其肿瘤，术后立即开始生酮饮食。患者接受标准的化学反射疗法(分次外线束辐射，同时口服替莫唑胺12个疗程)。研究组的治疗效果与欧洲癌症研究与治疗组织(EORTC) Roger Stupp等开展的服用替莫唑胺的研究进行对比。该试验研究结果仍待持续关注。

3.4 生酮饮食与维生素D的协同作用

2015年一项病例报告[25]报道了1例乳腺癌病例，在1985年于患者37岁时诊断为右乳房乳腺癌。患者接受手术(象限切除)、淋巴结清扫术和放射治疗; 1999年，被诊断为左侧乳房腺癌，同时进行手术切除、放射治疗和抗雌激素受体治疗6年; 2014年3月，右乳房被确诊为乳腺癌复发，免疫组化显示孕激素受体(PR)(<1%)呈弱阳性，雌激素受体(ER)(90%)强阳性，人类表皮生长因子受体(HER2)(>10%, 得分2+)以及核蛋白Ki-67(30%)。在诊断明确和再次手术之间的3周内，未安排其他治疗，患者自行决定服用高剂量的口服维生素D3(10 000 IU/d), 并遵循严格的生酮饮食。接着进行右侧乳房切除术，术后手术标本分析表明HER2表达转为阴性，并且孕激素受体阳性显著增加(20%), ER及Ki-67阳性无显著变化。该病例结果表明，高剂量的维生素D3和生酮饮食联合使用可改变乳腺癌的生物学特征。

综上所述，生酮饮食治疗肿瘤，具有良好的理论基础和较高的安全性，先贤们也进行了多方向、多角度的探索，临床应用前景光明。目前亟待解决的问题是: ① 生酮饮食治疗对于哪些类型肿瘤，或者具有什么样生物学特征的肿瘤生酮饮食治疗有效？② 患者的血酮升高到什么阈值水平，可以发挥最好的治疗效应且风险可控？③ 生酮饮食协同放疗、抗血管生成治疗等治疗方式的最佳的启动时机和持续时间又是什么？