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石汉平 中国科学院北京转化医学研究院 航空总医院肿瘤医学中心普外科 中文的“节食”是一个统称，包括饮食限制、热量限制或能量限制。热量限制与能量限制意义相同，英文文献较多使用热量限制。饮食限制与热量限制不完全相同，但是常常混用。饮食限制是限制食物摄入，其结果是除热量减少外，还可能包括蛋白质、维生素及矿物质的减少；热量限制是限制热量，只限制碳水化合物及脂肪，不限制其他营养素。热量限制的基本要求是减少热量，但是不减少蛋白质、维生素及矿物质，不能导致营养不良。食物或热量摄入比平时减少或比年龄、工种、体重及遗传背景相似的人减少均为节食。医学研究上的节食通常指减少30%（20%～40%）的热量或食物。禁食（fasting），俗称断食或辟谷，是停止食物和（或）水的摄入。禁食分为干禁食和湿禁食两种，干禁食指停止全部食物和水的摄入，又称绝对禁食；湿禁食指停止食物摄入，但不禁水。日常生活及医学研究中常用的禁食为湿禁食，方法有两种：间歇禁食或隔日禁食、短期饥饿【1】。前者是隔日禁食或进食，后者指禁食一段时间（通常是2～5天），然后恢复正常饮食。英文“starvation”与“fasting”是两个不同的名词，其本质都是食物摄入停止，但是“fasting”是主动的、自愿的，而“starvation”是被迫的、被动的。本文讨论肿瘤患者的节食及禁食问题。 1 节食/禁食的作用 1.1 抑制肿瘤发生、发展 多年的研究已经证实热量限制或饮食限制可以延长酵母、蠕虫、飞蝇、鱼、啮齿动物、犬以及灵长类动物等多种物种的平均寿命和最长寿命，减少自发肿瘤及癌基因诱导肿瘤的发生。 猕猴与人类非常接近，是人类疾病研究的理想动物。Colman等【2,3】将76只7～14岁猕猴随机均分为热量限制组（减少30%）及自由摄食对照组，两组年龄及性别无差异，观察20年发现，热量限制组肿瘤发生率减少50%（对照组21%、热量限制组10.5%），另外两种年龄相关性疾病（心血管疾病、糖耐量异常）发生率也显著降低，见图1。年龄相关性死亡率对照组为37%（14/38），热量限制组为13%（5/38），差异显著；全因死亡率对照组是热量限制组的1.8倍，P＜0.05。20年研究结束时，对照组50%动物存活，热量限制组80%动物存活【2,3】。 图1、节食减少肿瘤及其他疾病发生 DeLorenzo等【4】在小鼠乳腺癌及实验性肺转移癌模型上发现，节食（减少40%）不仅抑制原发癌，而且抑制转移癌：节食小鼠乳腺肿瘤体积显著缩小，肿瘤重量显著减轻；不仅如此，节食小鼠实验肺转移癌发生延缓、自发及实验肺转移癌病灶总数量减少，大病灶数量减少更加显著。Dirx等【5】对14个设计优异的随机对照小鼠节食研究进行了荟萃分析，发现节食减少了55%的自发肿瘤，与自由摄食小鼠相比差异非常显著。 上述研究充分说明节食可以抑制肿瘤的发生、发展及转移，延长寿命。但是肿瘤根治术后热量限制是否可以减少肿瘤的复发和转移未见研究报告。 1.2 减轻放化疗毒性，提高机体对放化疗的耐受性 放化疗一直是治疗肿瘤的主要手段，但是其不良反应也一直困扰着患者和医务人员。细胞体外研究及动物体内研究均一致证明，短期饥饿有效减轻放化疗不良反应，保护正常细胞免受放化疗损伤，提高机体对放化疗的耐受性。 Raffaghello等【6】在正常葡萄糖（1.0g/L）或低葡萄糖浓度（0.5g/L，体外热量限制模型）培养基中培养正常胶质细胞、胶质肿瘤细胞（C6、A10-85、RG2、LN229及SH-SY5Y），细胞生长至细胞融合（以减少细胞增殖的差异）后，以12mg/ml环磷酰胺处理10小时。发现正常胶质细胞存活率在低葡萄糖培养基中为80%，在正常葡萄糖培养基中只有20%。在低葡萄糖条件下，6mg/ml环磷酰胺时正常胶质细胞开始出现应激抵抗增加，到12mg/ml环磷酰胺时应激抵抗增加更为明显。与此相反，低葡萄糖浓度没有增加胶质肿瘤细胞对环磷酰胺治疗的抵抗，反而降低了RG2细胞对6～8mg/ml环磷酰胺的抵抗。培养基中小牛血清水平从10%降低到1%（体外饮食限制模型）时，大剂量（15mg/ml）环磷酰胺对正常胶质细胞的毒性降低，细胞存活率升高；然而，无论血清水平是10%还是1%，15mg/ml环磷酰胺对C6胶质瘤细胞株的毒性是相同的。 体内研究中，他们观察了短期饥饿小鼠对依托泊苷的反应【6】。分别给予已经禁食48小时或未禁食A/J小鼠注射超大剂量（80mg/kg）依托泊苷，10天后未禁食组43%（10/23）小鼠死亡，禁食组6%（1/17）小鼠死亡，P＜0.05。禁食小鼠禁食期间体重丢失20%，但在化疗后4天其体重基本恢复正常，未见应激及疼痛表现；未禁食小鼠化疗后4天体重丢失20%，并且出现中毒表现，包括活动减少、毛发竖起、驼背。他们还用CD-1小鼠、Nude-nu小鼠重复了上述实验，结果相同。 更为重要的是，Safdie等【7】观察了患者围化疗期禁食反应，10例不同肿瘤患者自愿于化疗前禁食48～140小时和（或）化疗后禁食5～56小时，平均化疗4个周期；除饥饿和轻微头痛外，患者无其他严重禁食不良反应；患者诉禁食后多种化疗不良反应减轻，见图2。在可以评价的肿瘤患者中发现，禁食没有削弱化疗引起的肿瘤体积缩小或肿瘤标志物下降。 图2、患者自我报告的化疗不良反应严重程度 上述研究从细胞、动物及肿瘤患者三个层次上证明，节食/禁食提高了机体（正常细胞）对化疗的耐受性，减轻了化疗毒性，但不影响肿瘤细胞，在一些情况下甚至增强了化疗药物对肿瘤细胞的杀伤作用，改善了早期生存。化疗联合禁食安全、可行，具有减轻化疗不良反应的潜能。 1.3 增强放化疗效果 化疗前短期饥饿不仅保护正常细胞免受放化疗损伤，而且协同放化疗杀伤肿瘤细胞。 Raffaghello等【8】选择高度恶性的肿瘤细胞株NXS2注射小鼠复制神经母细胞瘤（NB）模型，模型复制成功后小鼠分为短期饥饿＋依托泊苷和依托泊苷两组，与依托泊苷组比较发现，短期饥饿＋依托泊苷组小鼠肿瘤体积显著缩小，生存率显著升高，P＜0.001。至少50%的短期饥饿＋依托泊苷小鼠比依托泊苷小鼠多存活10～20天，P＜0.05。考虑到从注射2.0×106个细胞到转移瘤形成需要30天时间，10～20天的额外生存提示，很多甚至大多数肿瘤细胞已经死亡。没有短期饥饿的小鼠，经依托泊苷治疗后50%死于化疗毒性。由于短期饥饿只是早期48小时，而肿瘤从转移到死亡有35～60天，所以短期饥饿＋依托泊苷组的生存改善不太可能是单纯短期饥饿诱导的肿瘤生长减慢所致，而是短期饥饿增强了依托泊苷化疗的效果。提示短期饥饿使依托泊苷杀死大多数肿瘤细胞，或者减慢其生长速度，或者降低其向致命转移的能力。 Saleh等【9】观察了热量限制联合放疗对小鼠三阴性乳腺癌（TNBC）的影响，发现，单纯放疗或节食均可以显著抑制肿瘤生长，二者联合使用效果更好，见图3。肿瘤放疗时，应该将节食诱导的病理生理变化特点与放疗生物学5R：Repair（修复）、Repopulation（再增殖）、Redistribution（再分布）、Reoxygenation（再供氧）、Radioresistance（放疗抵抗）特征结合起来，选择合适的节食治疗时间窗，促进肿瘤控制率（TCP）曲线左移，进一步提高放疗效果【10】。 图3、不同处理条件下小鼠乳腺移植瘤生长曲线
2 节食/禁食的作用异质性 肿瘤本身的异质性决定了肿瘤对节食或禁食反应的异质性，不同肿瘤细胞对节食或禁食的反应不完全一样。 Kalaany和Sabatini【11】给NOD/SCID小鼠分别接种脑U87-MG、结肠SW620、前列腺PC3、乳腺MDA-MB-231、MDA-MB-435及MCF-10DCIS6种人类肿瘤细胞株，移植瘤成功后，动物随机分为自由摄食组和饮食限制组（热量减少40%），结果发现，尽管饮食限制组小鼠体重均下降20%～30%，其血浆胰岛素及胰岛素样生长因子-1（IGF-I）水平也显著下降，但是饮食限制组小鼠移植瘤体积差异很大：MDA-MB-435、MDA-MB-231及SW620细胞株移植瘤体积显著缩小，PC3、U87-MG及MCF10DCIS细胞株移植瘤与自由摄食组相似，见图4。说明不同肿瘤细胞株对饮食限制反应不同，而且这种差异与胰岛素及IGF-1无关。 图4、小鼠皮下接种人类移植瘤对饮食控制的不同反应
进一步研究发现【11】，饮食限制敏感细胞株呈现胰岛素及IGF-1剂量依赖性生长，而饮食限制抵抗细胞株呈现胰岛素及IGF-1非依赖性生长，说明饮食限制抵抗细胞株存在一条胰岛素/IGF-1激活信号下调通路，研究发现PI3K/Akt就是该通路。通过作用于受体酪氨酸激酶，胰岛素和IGF-1征集PI3K到细胞膜，在细胞膜里PI3K的活性导致Akt的征集和激活，Akt磷酸化，进而调节多个靶点、促进细胞生长、抑制凋亡。PI3K/Akt通路是决定肿瘤对饮食限制敏感性的主要决定因素，PI3K/Akt在肿瘤中常常突变，其激活决定了肿瘤对饮食限制的抵抗，影响饮食限制及其类似治疗的反应。与饮食限制抵抗细胞株PI3K信号下调一致，小鼠血浆（体外）未能影响饮食限制抵抗细胞株AktS473的磷酸化（Akt激活的标志），但是激活了饮食限制敏感细胞株AktS473的磷酸化。研究还发现，常见癌基因激活如RAS、BRAF或肿瘤抑制基因失活如TP53突变与肿瘤细胞对胰岛素/IGF-1的敏感性及肿瘤对饮食限制的敏感性无关。 进一步分析发现，PTEN可以拮抗PI3K活性，PTEN丢失是PI3K/Akt激活的生物标记，是饮食限制抵抗细胞株对血浆不敏感的原因。饮食限制敏感细胞株没有PTEN丢失，也没有PI3K激活突变。然而，Curry等【12】发现，在生长因子受体（GFR）水平低下的肿瘤，PTEN丢失不足以激活Akt、引起饮食限制抵抗。他们建立鼠PTEN失活Kras驱动肺癌模型，该模型同时荷有饮食限制抵抗/高Akt活性/高级别支气管肿瘤、饮食限制敏感/低Akt活性/低级别肺泡肿瘤两种肿瘤，发现这种表型具有细胞自主性（autonomous），正常支气管细胞表达高水平的胰岛素样生长因子-1受体（IGF-IR）、三磷酸外核苷磷酸水解酶5（ENTPD5），后者是一种内质网酶，负责调节生长因子受体水平。抑制ENTPD5可以有效降低IGF-IR水平，提高体外支气管肿瘤细胞对低血清的敏感性，提高体内支气管肿瘤对饮食限制的敏感性。此外，他们还发现相对高比例的人类非小细胞肺癌（NSCLC）尽管PTEN丢失，但是其Akt活性降低。 从上述研究可以得出结论，肿瘤细胞对节食或禁食有高度的异质性，PI3K激活是节食抵抗的主要原因，常见癌基因激活或肿瘤抑制基因失活突变与肿瘤细胞对饮食限制敏感性无关。节食/禁食治疗应该精准。Akt具有高度异质性，抗肿瘤治疗、包括饮食限制，应该基于PI3K/Akt活性本身，而不是PTEN/PI3K通路遗传学变异。 3 节食与禁食的比较 研究发现，节食与禁食对机体的作用不完全相同，对肿瘤的作用也有差异。 Saleh等【9】比较了热量限制与短期饥饿对TNBC的影响，成年Balb/c小鼠注射接种TNBC细胞株4T1，移植瘤模型复制成功后，对动物以两种模式控制饮食，一种为热量限制，减少30%热量；另一种为隔日禁食。发现，隔日禁食组小鼠实际每日平均热量摄入只减少了9%，因为在摄食日小鼠实际摄入量几乎增加了1倍（6.78g/3.71g=1.83）；单独热量限制使肿瘤体积减少56%，单独隔日禁食减少30%；热量限制＋放疗使肿瘤体积减少82%，隔日禁食＋放疗使肿瘤体积减少45%；与隔日禁食相比，热量限制作用更强。 Cleary等【13】则比较了周期节食、自由摄食与长期节食对乳腺癌发生的影响，10周龄的MMTV-TGF-α/Lep＋Lepob雌性小鼠，开始随机分为3组：自由摄食组（n=30）、周期节食组（n=30）、长期节食组（n=33）。周期节食组动物3周节食/3周自由摄食，节食时的能量摄入为自由摄食组的50%，6周为一个周期；长期节食组动物长期节食，6周平均每天能量摄入与周期节食组相同。乳腺癌＞2cm或80周前处死动物，发现3组动物的体重无差异，自由摄食组总能量摄入比其他两组多21%；乳腺癌发生率分别为：自由摄食组77%、周期节食组3%、长期节食组44%；出现肿瘤的时间分别为：自由摄食组64.1周、长期节食组73.5周、周期节食组80周前；肿瘤平均重量分别为：自由摄食组1.034g、长期节食组0.667g、周期节食组0.063g。结果表明，周期节食比长期节食更加显著地减少了自主肿瘤发生率。Rogozina等【14】报告，周期节食后的自由摄食期间，即使摄入能量反跳性增加（摄入高脂肪饮食），也没有削弱周期节食的效果，肿瘤发生率没有升高。 Lv等【15】对既往10年（1994～2014年）随机对照动物节食/禁食研究进行荟萃分析，44个节食研究中的40个（90.9%）证明了节食的抗肿瘤作用，4个研究（9.1%）报告节食没有抗肿瘤作用。相比而言，8个间断性禁食（24～72小时）研究中的5个（62.5%）证明了禁食的抗肿瘤作用，3个（37.5%）研究报告禁食没有抗肿瘤作用。 长期的节食难以实施，患者依从性差，受试者体重下降较明显；短期禁食操作简单，容易实施，受试者体重无明显下降。考虑到周期节食依从性更好，肿瘤预防效果更好，笔者认为周期节食更加实用。 4 小结 从单细胞生物到灵长类动物的多物种研究均一致证实了节食或禁食的作用。节食可以抑制肿瘤的发生、发展和转移；围放化疗期短期禁食可以减轻放化疗不良反应，增强放化疗效果。由于肿瘤的异质性，不同肿瘤、不同人群对节食、禁食会有不同反应；节食、禁食二者本身的作用也不尽相同。节食、禁食与营养疗法看起来矛盾，实际不然。节食、禁食均不能以营养不良为代价，因为营养不良反过来会恶化肿瘤结局。营养不良的肿瘤患者需要营养疗法，营养疗法明显改善肿瘤患者结局。节食应该局限于热量、而非其他营养素（蛋白质、微量营养素）的减少，长期节食不但难以坚持，而且结果有待观察；禁食可以作为一种辅助治疗手段，短期应用。二者在肿瘤围手术期及根治术后的作用未见报告。尽管如此，节食、禁食对人类肿瘤的作用仍然未知，节食、禁食是否可以转化为肿瘤临床治疗措施，有待更多研究证实。 参考文献
原文参见：肿瘤代谢与营养. 2016;3(4):200-203. |
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