間歇性禁食與腫瘤細胞免疫的研究進展①

趙 栩 楊 靜 黃若愚 郭萌萌 周 涯 徐 林 （貴州省基因與治療特色重點實驗室暨貴州省生物治療人才基地，遵義醫科大學免疫學教研室，遵義 563000）

間歇性禁食（intermittent fasting，IF）是指在一段時間內禁食與自由攝食交替的飲食療法，最初源于人們尋求實際且相對安全的禁食方法來達到日常的卡路里控制。早在一個多世紀前，MORESCHI等［1］就發現禁食限制熱量攝入在動物抗腫瘤方面產生的有益影響。新近研究進一步顯示，IF 不僅可影響腫瘤細胞的能量代謝，抑制其生長，且可改善機體免疫細胞功能，促進機體抗腫瘤免疫應答，提示IF在腫瘤免疫治療中具有重要潛在的應用價值［2-6］。

1 IF

IF 包括隔日禁食、每日禁食 16～18 h 或 5∶2 IF（1 周禁食2 d）和周期性禁食（定期連續2 d 或更長時間的禁食）等形式［7-9］。1997年，WEINDRUCH等［10］發現減少動物一生的食物供應（限制熱量攝入）可顯著延長壽命以及降低與年齡相關疾病的發生率。后續研究相繼發現，在12 個小時到幾周的時間內，IF 在許多生物體（如：細菌、酵母、蠕蟲和小鼠等）上均顯示其能夠預防疾病和減緩衰老，生物體表現出全身和組織器官功能的改善，而且對各種有害刺激（包括代謝、氧化、離子、創傷和蛋白毒性應激的刺激）具有更強的抵抗力［11］。在實驗疾病動物模型上的研究進一步顯示，IF 可緩解多種慢性病（包括肥胖、糖尿病、血管疾病、癌癥和神經退行性疾病等）的發展［12-15］。相關機制方面的研究發現：IF 的效應主要與其可引發器官組織細胞的適應性能量代謝反應（主要指從葡萄糖到酮體的代謝轉換）有關，表現在IF 初期細胞酮體生成增加，抗應激能力、抗氧化防御增強；恢復期葡萄糖和脂肪酸轉換為細胞主要能量來源，細胞內蛋白質合成以及線粒體生物發生增加；長期間歇性禁食適應期細胞胰島素敏感性增加，機體血糖穩態及脂質代謝得到進一步改善等［16-18］（圖1）。這一系列過程中伴隨著組織細胞胰島素樣生長因子1（insulin like growth factors-1，IGF-1）/mTOR 信號通路改變、瘦素水平下降而脂聯素水平升高、抗應激能力改善、自由基生成減少、生長和功能重塑以及機體抵抗力增加等［12，19-23］。

圖1 IF不同時期的效應機制Fig.1 Effect of different periods of IF

2 IF與腫瘤免疫

2.1 IF 與腫瘤免疫逃逸 免疫逃逸是腫瘤發生的關鍵因素。研究顯示：IF 不僅可通過對腫瘤細胞的代謝影響，抑制其生長，更重要的是其可影響多種免疫細胞發育和功能，調節機體抗腫瘤細胞免疫應答，最終影響腫瘤免疫逃逸。

IF 對腫瘤細胞代謝影響主要表現為：IF 引發的卡路里限制（calorie restriction，CR）使腫瘤細胞IGF-1/AKT 及 mTORC1 途徑被抑制，而 AMP 依賴的蛋白激酶［adenosine 5'-monophosphate（AMP）-activated protein kinase，AMPK］，依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸輔酶的脫乙酰化酶-1（Sirtuin-1，SIRT1）及SIRT3 途徑被激活，進而阻礙細胞生長。其中，AMPK 和 SIRTs之間在 IF 代謝適應中相互依賴［24-26］：一方面，AMPK 可通過煙酰胺磷酸核糖基轉移酶（nicotinamide phosphoribosyl transferase，NAMPT）誘導 SIRT1 激活，而 SIRT1 通過肝激酶 B1（liver kinase B1，LKB1）調控激活AMPK；另一方面，SIRT1、SIRT3的下游分子FOXO3a 與AMPK 之間可彼此增強轉錄活性［27］。此外，SIRT3除了通過激活FOXO3a抑制腫瘤生長，還可通過其激活超氧化物歧化酶2（superoxide dismutase 2，SOD2/MnSOD）的表達進而降低活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平以及負性調節低氧誘導因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）表達從而抑制癌細胞生長，其中SIRT3激活SOD2 是由 FOXO3a 上調所介導［28-36］。此外，IF 還可通過上調瘦素受體（leptin receptor，LEPR）及其下游信號通路蛋白PR/SET 結構域1（PR/SET domain gene family1，PRDM1），進而選擇性地抑制腫瘤生長［37］（圖2）。提示IF引發腫瘤生長抑制機制的復雜性，在實施不同IF 或CR 方案時，對特定腫瘤所引發的具體分子機制可能存在差異。

圖2 IF抑制腫瘤細胞生長的分子機制Fig.2 Molecular mechanism by which IF inhibits tumor cell growth

IF 對機體抗腫瘤細胞免疫的影響主要表現為，機體造血干細胞的自我更新能力增加，免疫抑制作用得到改善［2-3］。同時，能量代謝轉換導致機體IGF-1水平明顯下調，而胰島素樣生長因子結合蛋白1（insulin-like growth factor binding proteins-1，IGFBP-1）上調，腫瘤細胞自噬和程序性細胞死亡增加，伴隨胞外核苷三磷酸二磷酸水解酶1（nucleoside triphosphate diphosphohydrolase，NTPDase 1）/（CD39）表達和ATP 累積減少，從而抑制調節性T 細胞（regulatory T cells，Tregs）的功能并刺激細胞毒性 CD8+T 細胞（cytotoxic T lymphocytes，CTL）功能，增強抗腫瘤免疫應答［3，38-39］。血紅素加氧酶1（heme oxygenase-1，HO-1）在腫瘤中的高表達會抑制腫瘤細胞凋亡及免疫刺激作用［6］。而IF還可通過降低卡路里供應使腫瘤細胞HO-1 的表達減少，細胞凋亡增加并增強對CD8+T 細胞的刺激作用，最終形成由IF 引發的CD8+T 細胞介導腫瘤細胞殺傷的正反饋回路（圖 3）［14］。

此外，IF 還可以通過對固有免疫細胞功能和極化的影響，如：NK 細胞和腫瘤相關巨噬細胞（tumour-associated macrophages，TAM）等，調節機體抗腫瘤免疫應答。腫瘤細胞來源的乳酸不僅可直接抑制NK 細胞的殺傷功能，而且可增加骨髓來源的抑制性細胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）數量來間接抑制NK 細胞功能。研究發現，IF 可減少腫瘤糖酵解產生的乳酸，從而恢復NK 細胞的功能，抑制腫瘤生長［13］。腫瘤的發生與局部TAM 極化密切相關。最新研究發現IF 不僅可降低單核細胞的代謝和炎癥活性，由于禁食期間激活AMPK及其下游的過氧化物酶體增殖物激活受體-α（peroxisome proliferators-activated receptors-α，PPAR-α），AMPK的激活使機體修復及免疫監視作用增強，同時抑制趨化因子C-C基序配體2（chemokine C-C motif ligand 2，CCL2）生成以降低血液和組織中炎癥相關單核細胞數［2，40］，且 IF 可導致 JAK1/STAT3 信號通路失活從而降低腫瘤微環境中CD73 及腺苷表達水平，進而影響TAM的M2型極化，抑制腫瘤生長（圖3）［4］。

圖3 IF對腫瘤免疫應答的影響Fig.3 Effect of IF on tumor immune responses

2.2 IF 與腫瘤免疫治療 目前，IF 聯合化療治療腫瘤顯示了良好的效果，表現在IF 不僅可加強化療治療腫瘤效應，且明顯改善化療導致的炎癥［41-55］。然而，關于IF 與腫瘤免疫治療方面尚未有研究報道。在腫瘤微環境中，IF 會導致腫瘤細胞葡萄糖攝取和糖酵解降低，然而，機體抗腫瘤免疫應答的效應T 細胞也需依靠糖酵解維持其克隆擴增和功能。有意思的是，研究顯示以PD-L1 抗體為代表的免疫檢查點抑制（immune checkpoint blockades，ICB）治療會選擇性地保護T細胞免受腫瘤微環境中葡萄糖利用率降低的影響［39］，提示將 ICB 與 IF 聯合使用可能成為一種有廣闊前景的腫瘤臨床治療策略，即一方面通過IF 降低循環葡萄糖水平，減緩腫瘤細胞生長，另一方面利用ICB 改善T 細胞的能量代謝，維持其功能，從而達到更優的臨床腫瘤免疫治療效果［6，15，39］。然而，鑒于 IF引發能量代謝機制的復雜性以及不同ICB 免疫治療方法的差異性，后續需要更多研究探討IF聯合腫瘤免疫療法的方案及效果。

3 小結

已有的研究顯示，IF 在改善機體能量代謝和多種疾病發生中具有廣泛效應，特別是IF 對機體腫瘤免疫應答產生的重要影響，提示其在腫瘤免疫治療中具有潛在的廣闊應用前景。然而，鑒于IF 影響機體組織細胞能量代謝的復雜性，仍有很多科學問題有待進一步解決。如，IF 對腫瘤細胞產生影響的同時，對機體免疫細胞發育的影響如何？其對不同免疫細胞功能的影響及機制又如何？是否影響腫瘤體液免疫應答？不同方案IF 聯合腫瘤免疫治療策略的效應及機制如何？IF 是否加重腫瘤患者的營養不良等不良反應？是否還存在由IF 影響機體生物鐘的變化從而對免疫系統產生影響等等。我們相信，隨著對IF 機制，特別是其與機體腫瘤免疫應答關系的進一步闡明，IF 必將發展為未來臨床腫瘤免疫防治的新策略之一，具有廣闊的應用前景。