靶向调控糖代谢增强免疫治疗：间歇性禁食和热量限制的循证依据

MITOMMY 2021-12-15

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编译：黄婷；审校：张军，缪长虹

近年来，临床医生对利用生活方式联合药物干预治疗肿瘤的兴趣日益浓厚，旨在增强患者免疫、抑制肿瘤生长、提高治疗效果的同时，降低治疗毒性。已有研究报道糖代谢干预具有直接抑制肿瘤细胞增殖作用，但由于抗肿瘤免疫效应细胞也依赖于糖酵解维持克隆扩增和免疫功能，因此靶向调控糖代谢对抗肿瘤免疫的具体作用尚不明确。2019年6月，William等人在《Frontiers in Immunology》杂志上发表一篇题为《Targeting Glucose Metabolism to Enhance Immunotherapy: Emerging Evidence on Intermittent Fasting and Calorie Restriction Mimetics》的文章，参考大量评估间歇性禁食、热量限制模拟和降糖药对抗肿瘤免疫治疗效果影响的文献，提出降糖药物或降糖生活方式对抗肿瘤免疫治疗的应用前景。如果其安全有效在临床试验中得到证实，靶向调控糖代谢可以作为低成本联合佐剂，联合免疫检查点阻断或其他免疫疗法用于肿瘤患者。现介绍如下：

研究背景

癌症是人体某部位的上皮细胞不受机体控制的无限增殖的恶性肿瘤。Hanahan和Weinberg详细介绍了癌症特征，包括持续增殖信号、细胞能量失调、免疫逃避等，这些特征促进肿瘤免疫逃逸微环境形成。

糖代谢靶向调控能改善免疫治疗么？

肿瘤免疫治疗能增强机体保护性免疫反应以抵抗肿瘤，包括多种方法：细胞因子治疗、靶向抗体、免疫细胞过继、嵌合抗原受体（CAR）T细胞、癌症疫苗、溶瘤病毒和免疫检查点阻断（ICB）。其中ICB是最常用的免疫疗法，已获得FDA批准，用于多类型晚期肿瘤患者的治疗选择。ICB使用抗体破坏受体/配体结合，阻断抑制信号发送至效应T细胞（如程序性细胞死亡受体-1（PD-1）和程序性细胞死亡配体-1(PD-L1)）。尽管临床效果良好，但ICB治疗依然有所局限，因此推动开发新型辅助治疗改善ICB治疗效能，进一步降低肿瘤细胞的生存力和增殖，增加效应T细胞肿瘤浸润和/或促进肿瘤微环境中的T细胞效应功能具有极大意义。

近年来，使用降糖生活方式或降糖药与免疫疗法的联合使用引起人们广泛关注（见表1）。肿瘤细胞的持续增殖，需要不间断地获取能量和细胞生物质的组成部分。为满足需求，肿瘤细胞即使在有氧情况下也利用糖酵解，称为有氧糖酵解或“ Warburg效应”。因此，低糖生活方式和药物干预措施可能减慢肿瘤细胞复制，并使其更易受到免疫介导杀伤，提高免疫治疗效果。Chang等人的研究表明ICB能选择性保护T细胞，使其免受肿瘤微环境中葡萄糖降低的损害，说明了ICB与抗CTLA-4、抗PD-1或抗PD-L1的联合使用可改善 CD8+ T细胞糖酵解能力和干扰素-γ（IFNγ）产生，抗PD-L1 可抑制肿瘤细胞中的葡萄糖摄取和糖酵解。综上，ICB可能在肿瘤细胞与抗肿瘤免疫细胞的代谢程序改变有所不同，有利于肿瘤消退。该研究结果使ICB成为一种具有吸引力的免疫疗法，与降血糖生活方式或降糖药结合使用，可能使肿瘤细胞代谢和生存能力受损，T细胞代谢和效应功能改善。

然而，降血糖是否对肿瘤增殖、抗肿瘤免疫力和肿瘤免疫疗法的结果产生效应（特别是在ICB的情况下）尚不清楚。现有的临床数据很少，尚无临床试验确定限糖生活方式或降糖药与其他免疫疗法（例如过继细胞疗法，癌症疫苗或CAR T细胞）相互作用。因此，葡萄糖靶向疗法作为所有免疫疗法佐剂的适用性和安全性的广泛结论尚不能得出，但有报道表明葡萄糖调节干预措施可以提高ICB等免疫疗法的效果。鉴于降糖药使用越来越多，并且临床医师对间歇性禁食和热量限制模拟的兴趣日益浓厚，本文将讨论重点放在此类干预措施上。

表1 生活方式干预和定义

热量限制（CR）

CR是在保证基础营养情况下，限制每日摄入热量比正常减少至少10–20％（见表1）。在临床前和临床研究中已发现CR能延长寿命，改善心脏代谢，目前正在研究其抗肿瘤特性。

临床前研究：大量动物研究表明，CR降低肿瘤发病率，通过多种机制延缓肿瘤进展。例如，CR通过降低血糖和胰岛素水平抑制肿瘤细胞增殖，改变细胞周期蛋白表达，改变肿瘤抑制基因功能，并破坏代谢途径。CR还可以降低胰岛素样生长因子-1（IGF-1）水平，IGF-1能激活肿瘤细胞中的磷酸肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）/雷帕霉素1（mTORC1）信号传导途径，促进糖酵解和肿瘤细胞增殖，同时抑制细胞凋亡。因此，CR主要作用是减弱肿瘤细胞增殖能力。此外，Farazi等人发现，慢性CR与抗OX40（CD134）免疫疗法联合使用可保存CD4+T细胞抗原特异性，明显延长小鼠生存时间。因此，CR既能抑制肿瘤细胞增殖，又能维持抗肿瘤免疫力，并有可能基于该临床前发现与免疫疗法结合。

临床研究：临床前研究表明当CR与靶向治疗或化学疗法相结合时，具有有益效果，但是还没有试验研究CR对ICB的影响（见表2）。因此，CR是否可以与ICB或其他免疫疗法联合使用以改善患者预后尚不清楚。考虑到CR可能加速癌症患者恶病质的发生，因此进行此类研究应谨慎。

表2 正在进行或已完成的临床试验

间歇性禁食

CR的替代方法包括间歇性禁食，例如短期禁食，模仿禁食饮食（定期食用低热量，低蛋白饮食模仿类似禁食状态）和限时进食（每天≤10h进食）（见表1）。

临床前发现：间歇性禁食干预（包括间歇性能量限制）已被反复证明能降血糖，改善胰岛素敏感性，降低全身细胞增殖率——提示能靶向调控血糖，抗肿瘤增殖。荷瘤小鼠研究表明，禁食72h使血浆葡萄糖浓度降低约40％，IGF-1降低约70％。模仿禁食饮食使血糖和IGF-1产生类似降低，而无需长时间禁食。因此，间歇性禁食有与CR相同益处，同时避免体重下降。

Lv等人的最近研究报道，在约60％的动物研究中，间歇性禁食可显著预防肿瘤。禁食模拟饮食和时间限制饮食在至今为止的所有动物模型中通过类似CR机制（免疫和代谢机制）都能改善肿瘤治疗结局，也能改善蒽环类药物化疗反应，减慢肉瘤、肺癌、结肠癌、黑色素瘤和乳腺癌鼠模型肿瘤生长。肿瘤生长延缓取决于肿瘤内细胞毒性CD8+ T细胞百分比增加，伴随调节T细胞减少以及肿瘤微环境中应激反应性血红素加氧酶-1（HO-1）的表达升高。以上表明有限的葡萄糖给肿瘤细胞带来压力，促进抗肿瘤免疫力增强。目前，尚无临床前研究检验间歇性禁食增强ICB或其他免疫疗法作用。

临床发现：当前缺乏临床数据研究间歇性禁食对人体ICB功效的影响，只有一项临床试验（ISRCTN77916487）（见表2）研究了间歇性禁食（5:2饮食包括每周约5天的纯蛋白和约2天的低热量饮食）在乳腺癌高危人群中对肿瘤相关途径的影响。尽管队列规模有限（n= 24），有55％的女性表现出糖酵解、糖异生、糖原合成和脂质合成减少，表明间歇性热量限制改变了一半以上患者的糖代谢并降低了合成代谢基因的表达，在某些患者中观察到乳腺上皮细胞分化的变化，但是未观察到外周血淋巴细胞的变化。

目前仅有少数临床试验研究间歇性禁食单独或联合化学免疫疗法对肿瘤患者影响（见表2）。一项试验（NCT03700437）正在研究禁食模拟饮食改善晚期非小细胞肺癌患者联合化疗/ ICB（卡铂/培美曲塞和派姆单抗[抗PD-1]）结局的能力。还有一项临床试验，受试者食用一种名为Chemolieve的植物，每天300-400 kcal，化学免疫前四个周期治疗前72h及治疗后24h食用。另一试验（NCT03162289）正在研究乳腺肿瘤和卵巢肿瘤患者化疗与间歇性能量限制（禁食，除了每个化疗周期之前和之后约300-400 kcal /天的蔬菜汁外）之间的潜在相互作用。未来的临床试验不仅需要确定与特定的癌症疗法相结合的最佳间歇性禁食方法，而且还需要确定间歇性禁食或模仿禁食的干预措施相对于ICB或其他免疫疗法的相对时机。

生酮饮食

其他饮食干预措施，例如超低碳水化合物生酮饮食（见表1），减缓肿瘤进展和/或改善治疗效果。生酮饮食不直接限制卡路里或需要禁食一段时间，但限制碳水化合物的摄入量，通常<5％。鉴于机体有能力将新陈代谢主要转变为脂肪氧化并推动酮体生成（抑制食欲），可有效地降低血糖水平，研究者对生酮饮食日益感兴趣，其降低全身葡萄糖抑制肿瘤细胞增殖，可能通过氧化细胞损伤和/或通过肿瘤反应性增加CD8+ T细胞，产生细胞因子和促进细胞溶解。

临床前发现：许多临床前研究表明，与治疗无关或与放疗、化疗联合使用的生酮饮食有抗肿瘤作用，然而尚无临床前研究报道生酮饮食对免疫治疗影响。因此，使用生酮饮食期间葡萄糖限制是否抑制或促进抗肿瘤免疫力和改善免疫治疗尚不清楚。

临床发现：生酮饮食作用尚未在临床上应用到所有类型肿瘤。Klement等人认为有结果证明生酮饮食有靶向肿瘤治疗佐剂潜力，生酮饮食联合卵巢肿瘤或子宫内膜癌女性患者进行化疗后，出现机能改善和血清胰岛素下降，但这项研究不足以评估其对治疗结果或整体生存的影响。生酮饮食尚未在任何临床试验中与免疫疗法相结合（见表2）。

热量限制模拟物和降糖药物

延长的CR难以维持并且可引起体重下降，因此人们对CR“模拟物”或与CR具有相同益处而无热量摄入减少的化合物越来越感兴趣（见表1）。许多CR模拟物本身就是降糖药，例如二甲双胍和阿卡波糖，以及天然酚酸化合物白藜芦醇。多项研究已开始关注降糖药靶向调控肿瘤细胞代谢途径和/或逆转抗肿瘤免疫人群中的代谢缺陷是否可以改善免疫治疗疗效。

临床前发现：柠檬酸的CR模拟物，柠檬酸衍生物和ATP柠檬酸裂解酶的抑制剂，在荷瘤小鼠中显示出与短期禁食相似的功效。在纤维肉瘤和乳腺治肿瘤模型中，羟基柠檬酸盐增强了蒽环类化学疗法米托蒽醌抑制皮下肿瘤生长的能力。在该研究中，转归的改善取决于CD8+ T细胞和调节T细胞向肿瘤浸润减少以及肿瘤细胞自噬增强。

二甲双胍是一种常用降糖药，具有多种作用机制，包括激活AMP激活蛋白激酶（AMPK）、抑制线粒体呼吸链复合体I和减少肝糖异生。几个临床前研究联合二甲双胍或其它降糖药发现，联合疗法减少了肿瘤中髓样来源的抑制细胞积累，同时增加了肿瘤内CD8+ T细胞增殖和细胞因子分泌，使肿瘤生长减缓。二甲双胍可抑制B16黑色素瘤肿瘤的小鼠肿瘤细胞代谢（氧化磷酸化和糖酵解），但同时增强内源性CD8+ T细胞代谢（氧化磷酸化）和细胞因子产生。目前只有一项临床前研究检查了二甲双胍对CD19-CAR T细胞的作用，发现二甲双胍可抑制CD19-CAR T细胞增殖和细胞毒性，并在体外诱导细胞凋亡。

白藜芦醇能够抑制多信号通路相关的细胞增殖和肿瘤血管生成。体内外研究数据表明，白藜芦醇通过抑制抗细胞凋亡Bcl-2家族的调节蛋白和抑制激活B细胞（NF-KB）和激活蛋白1（AP-1）的核因子κ轻链，诱导肿瘤细胞调亡。作为一种免疫调节剂和化学增敏剂，白藜芦醇也改善黑色素瘤和神经母细胞瘤模型的IL-2免疫治疗。这是由于免疫细胞向肿瘤微环境的浸润增加，调节T细胞扩展以及肿瘤细胞对IL-2激活的杀伤细胞的细胞毒性的体外敏感性增加所介导的。临床前研究表明白藜芦醇既可以提高抗肿瘤免疫性，又可以直接增加肿瘤对免疫介导杀伤敏感性。

临床发现：流行病学分析表明某些类型的降糖药（如二甲双胍）或天然多酚类（如白藜芦醇）的慢性给药可降低肿瘤发病风险，但很少有研究与免疫疗法结合作用。一项回顾性队列研究（共有55名患者）转移性恶性黑色素瘤研究参与者接受二甲双胍联合ICB的作用，与单独使用ICB相比，无统计学意义。目前另一项试验正在研究二甲双胍联合免疫疗法治疗非小细胞肺癌（NCT03048500）。尚无临床研究报道羟基柠檬酸盐或白藜芦醇影响ICB疗效的能力。目前需要进行更多及样本量更大的回顾性分析和多中心前瞻性研究，以评估降糖药或CR模拟物（例如羟基柠檬酸盐，二甲双胍或白藜芦醇）与ICB或其他类型的免疫疗法结合使用的益处。

“论肿道麻”点评

这项研究总结了现有临床前动物和人类受试者研究数据，涉及通过改变生活方式或使用降糖药来降低肿瘤中葡萄糖利用率，增强机体抗肿瘤免疫力和改善免疫治疗效果。尽管目前很多数据是初步的，需要谨慎解释，但大多数研究表明，靶向调控血糖在ICB治疗中有利于增强抗肿瘤免疫力，改善T细胞功能和数量，同时抑制肿瘤细胞增殖。未来临床前研究应确定血糖直接或间接调节肿瘤细胞、CD8+ 效应T细胞和其他白细胞亚群代谢、功能和生存能力的途径机制。此外，由于生活方式和药物干预的多效性，因此确定是否存在通过葡萄糖非依赖性机制诱导免疫调节或抗增殖作用也很重要。

《肿瘤患者营养支持指南》指出，肿瘤患者的营养支持已成为肿瘤多学科综合治疗的重要组成部分，营养不良不仅影响肿瘤治疗的临床决策，还会增加并发症发生率和病死率，降低患者生活质量，影响患者的临床结局。然而近年国内外有报道热量限制在肿瘤患者中遏制肿瘤的机制以及对肿瘤治疗的影响，看似与其形成矛盾。但实际上，热量限制是指在确保机体不发生营养不良的情况下，限制食物热量或某一成分的含量，从而通过降低机体葡萄糖水平和促细胞分裂增殖的因子水平，以及自噬水平提高来改变细胞代谢过程，抑制肿瘤进展。而营养支持的目的是给机体提供适当的营养底物，减轻代谢紊乱和骨骼肌消耗，改善机体生理和免疫功能，降低促炎细胞因子水平，改善症状，提高生存质量，因此两者之间并无矛盾。围术期的营养支持对于术前已有营养不良和免疫功能低下的患者来说非常重要，因为手术创伤可引起机体分解代谢亢进，使机体处于免疫抑制状态。营养状况的支持并非单纯高热量、高蛋白营养支持，热量限制仅局限于热量，而非其它营养素（蛋白质、微量营养素）的减少。因此，未来如何使用具体的营养学参数对围术期营养水平较差的高风险患者进行危险分层，并通过科学合理的营养支持改善肿瘤患者手术预后意义重大。

编译：黄婷

审校：张军，缪长虹

原始文献：William J Turbitt, Wendy Demark-Wahnefried, Courtney M Peterson, Lyse A Norian. Targeting Glucose Metabolism to Enhance Immunotherapy: Emerging Evidence on Intermittent Fasting and Calorie Restriction Mimetics. Front Immunol. 2019 Jun 25;10:1402. doi: 10.3389/fimmu.2019.01402.

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