用細(xì)胞系和小鼠模型研究間歇性禁食增強抗癌療效
越來越多的研究表明，“禁食”不僅與免疫系統(tǒng)調(diào)控 、血糖調(diào)節(jié)有關(guān)，還對多種疾病的治療有改善效果，如心血管疾病和癌癥等。
這里的“禁食”與節(jié)食不同，一般指的是間歇性禁食，包括多種方案，例如 FMD (Fasting-mimicking diet)，即模擬禁食，是一種周期性對攝入卡路里、蛋白、碳水化合物進行限制的禁食方案；周期性禁食 (Periodic fasting) 是定期禁食，禁食期間僅提供水。
近日，意大利 IRCCS Ospedale Policlinico San Martino 的 Alessio Nencioni 和 FIRC Institute of Molecular Oncology 的 Valter D. Longo 團隊合作在 Nature 發(fā)表了題為 “Fasting-mimicking diet and hormone therapy induce breast cancer regression” 的研究論文，為“禁食療法”增強抗癌作用再添一錘！
摘要：
在激素受體陽性 (HR+) 乳腺癌小鼠模型中，周期性禁食或 FMD 通過降低血液循環(huán)系統(tǒng)中的胰島素樣生長因子 (IGF1)、胰島素 (Insulin) 和瘦素水平，以及上調(diào) EGR1 和 PTEN 來抑制 AKT-mTOR 信號，增強了雌激素療法 Tamoxifen 和 Fulvestrant 的效果。另外，當(dāng)聯(lián)合使用 Fulvestrant 和 CDK4/6 抑制劑 Palbociclib 時，加入 FMD 能促進腫瘤長期消退，并逆轉(zhuǎn)藥物治療產(chǎn)生的獲得性耐藥性。而且，周期性禁食/FMD 都能夠防止 Tamoxifen 誘導(dǎo)的子宮內(nèi)膜增生。臨床和臨床前研究均支持了 FMD 作為 HR+ 乳腺癌雌激素治療的輔助療法。
背景
1. 大約 75% 的乳腺癌表達雌激素和/或孕激素受體。內(nèi)分泌治療通常對這些激素受體陽性腫瘤有效，但原發(fā)性和獲得性耐藥性限制了其長期療效。
2. 生長因子通過 PI3K-AKT-mTOR-MAPK 軸增強雌激素受體活性，也是構(gòu)成乳腺腫瘤雌激素治療抵抗的基礎(chǔ)。
3. 飲食限制能減少血液循環(huán)系統(tǒng)中生長因子水平，如胰島素和 IGF1。
因此，作者團隊推測飲食限制能增強雌激素療法 (Endocrine therapy, ET) 的活性并延緩雌激素治療抵抗。
圖 1. 該文章揭示的飲食限制增強雌激素療法作用通路圖
研究方法
■ 細(xì)胞&小鼠模型
細(xì)胞系：MCF7、ZR-75-1 和 T47D HR+/HER2- 乳腺癌 (BC) 細(xì)胞
小鼠模型：MCF7 腫瘤異體移植小鼠模型
■ 主要方法
免疫印跡；定量 PCR；ELISA 分析；流式細(xì)胞儀進行細(xì)胞周期分析；螢光素酶報告基因檢測；基因表達譜和功能分析；免疫組化；基因表達微陣列和基因集富集分析 (GSEA)；CT 掃描
研究結(jié)果
1、FMD 改善雌激素療法
模擬禁食增加激素治療藥物他莫昔芬 (Tamoxifen) 和氟維司群 (Fulvestrant) 在細(xì)胞中的抗腫瘤活性，同種細(xì)胞系小鼠異種移植模型的周期性禁食 (下面全部以“禁食”的說法代替“周期性禁食”) 或 FMD 結(jié)果一致。
【a：細(xì)胞實驗；b：腫瘤移植小鼠實驗；CTR: Control；TMX: Tamoxifen；FULV: Fulvestrant；FMD：模擬禁食；STS：短期饑餓，即短時間低血清，低葡萄糖細(xì)胞培養(yǎng)條件】
另外，他們還發(fā)現(xiàn)了禁食/FMD 會降低 IGF1 的生物利用度，禁食/FMD 聯(lián)合雌激素療法會降低瘦素 (Leptin) 水平 (瘦素能作為 HR+ 乳腺癌發(fā)育的生長因子，降低雌激素療法效果)。
已知生長因子能降低雌激素療法效果，基于以上實驗結(jié)果，補充胰島素、瘦素和 IGF1 作為禁食削減因子 (FRFs)，逆轉(zhuǎn)了小鼠中 Fulvestrant+FMD 的抗腫瘤增強效果，與其細(xì)胞實驗結(jié)果一致。
圖 3. 禁食/FMD 通過減少 IGF1，增強 HR+ 乳腺癌中雌激素療法的活性
【a：在乳腺癌細(xì)胞移植小鼠中補充 FRFs，補充組 35 天時撤銷 FRFs，非補充組 35 天時開始加入 FRFs (Crossover)；b：第 35 天腫瘤體積】
2、PI3K-AKT-mTOR 軸
為什么 FRFs 的減少能夠增強雌激素療法抗腫瘤活性呢？已有文獻報道，胰島素的降低提高了各種癌癥中 PI3K 抑制劑的活性，以上的結(jié)果與之一致。FRFs 補充組 (FRFs 在第 35 天撤銷) 小鼠離體腫瘤中，AKT 和 p70S6K (mTOR 的靶點) 的磷酸化降低。HR+ 乳腺癌細(xì)胞或類器官中，STS 和 FMD 聯(lián)合雌激素療法可以上調(diào) PTEN (AKT-mTOR 信號通路的負(fù)調(diào)節(jié)因子) 的表達。
在眾多 PTEN 表達增強因子中，重點關(guān)注早期生長應(yīng)答因子 EGR1。已有報道 EGR1 的表達與乳腺癌患者良好的預(yù)后有關(guān)，它在禁食后組織中上調(diào)。
圖 4. 聯(lián)合處理中，PTEN 和 EGR1 的水平及表達沉默的作用
【a-b： PTEN 和 EGR1 在雌激素療法+STS/FMD 小鼠離體腫瘤中的水平；c：Tamoxifen+STS (上)，F(xiàn)ulvestrant + STS (下) 處理的 MCF7 細(xì)胞中，EGR1 沉默；d：在小鼠中分別移植 PTEN、EGR1 沉默和組成型激活 AKT 的 MCF7 細(xì)胞】
雌激素療法+STS/FMD 處理后，HR+ 乳腺癌細(xì)胞、類器官和離體腫瘤中的 EGR1 水平增加，EGR1 沉默阻止了雌激素療法-STS 誘導(dǎo)的 PTEN 積累和 AKT 抑制作用，降低了雌激素療法+STS/FMD 的抗腫瘤活性。AKT 抑制劑 (GDC0068、AZD5363)、PI3K 抑制劑 (LY294002)、PTEN 的沉默和組成型激活 AKT 的表達 (myr-AKT) 又拮抗了 EGR1 沉默的作用。
3、雌激素受體的活性
雌激素受體活性對 HR+ 乳腺癌細(xì)胞的存活和增殖至關(guān)重要，胰島素，IGF1 和瘦素可增強雌激素受體活性。STS 不僅降低了雌激素受體依賴的轉(zhuǎn)錄，還增強了 Fulvestrant 和 Tamoxifen 介導(dǎo)的雌激素受體抑制，降低雌激素受體靶基因 TFF1，PGR 和 GREB1 的表達水平。因此，STS 和雌激素療法也協(xié)同抑制雌激素受體的活性。
圖 5. STS+Tamoxifen 降低了 TFF1、PGR 和 GREB1 的表達
【STS、Tamoxifen 、STS+Tamoxifen 處理降低了 TFF1、PGR 和 GREB1 的表達】
4、FMD+Palbociclib+Fulvestrant 的抗腫瘤效果
首先，通過 GSEA 發(fā)現(xiàn)以及細(xì)胞實驗驗證，EGR1 的上調(diào)和 AKT 抑制通過雌激素療法+STS 介導(dǎo) CCND1 的下調(diào)，并因此導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯。
作者團隊推測，利用 CDK4/6 抑制劑帕博西尼 (Palbociclib，In vivo 實驗所用購自 MedChemExpress) 下調(diào) CCND1，聯(lián)合雌激素療法和 FMD 可能會產(chǎn)生額外的治療益處。在攜帶原位 MCF7 異種移植物的小鼠中，F(xiàn)MD 或者 Palbociclib 聯(lián)合 Fulvestrant 能夠延緩但不能避免 Fulvestrant 抗性的產(chǎn)生，而三者聯(lián)合處理，不僅能在 160 天內(nèi)抑制腫瘤生長，還能誘導(dǎo)腫瘤緩慢而穩(wěn)定地收縮。
圖 5. FMD 聯(lián)合 Palbociclib 和 Fulvestrant 抑制腫瘤的生長
【PALB: Palbociclib】
另外，小鼠剖檢實驗發(fā)現(xiàn) Tamoxifen 聯(lián)合禁食/FMD 組的子宮比單獨使用 Tamoxifen 組小，禁食/FMD 降低 Tamoxifen 誘導(dǎo)的小鼠子宮內(nèi)膜增生，以及雌激素受體活性和 AKT 激活。最后，禁食/FMD 與 Tamoxifen 協(xié)同作用減少小鼠的腹腔內(nèi)脂肪。
5、FMD 對疾病控制和 FRF 的影響
作者團隊還對 HR+ 乳腺癌患者進行了定期 FMD 和雌激素療法的組合試驗，發(fā)現(xiàn) FMD+Fulvestrant+Palbociclib 在患者中表現(xiàn)出良好的臨床效果，降低了血糖、血清 IGF1，瘦素和 C 肽，同時增加循環(huán)系統(tǒng)中的酮體，而且瘦素和 IGF1 長期處于較低水平。MCF7 細(xì)胞異體移植小鼠模型中也觀察到了類似的結(jié)果。另外，雌激素療法+FMD 預(yù)處理后接種腫瘤細(xì)胞也能減緩 MCF7 異種移植物的生長。
圖 6. FMD 降低了 HR+ 乳腺癌患者中的胰島素，IGF1 和瘦素水平
總之，定期禁食或 FMD 會增加 Tamoxifen 和 Fulvestrant 的抗癌活性，并且與 Fulvestrant 和 Palbociclib 聯(lián)合使用，會使腫瘤緩慢消退，并逆轉(zhuǎn)處理對象對這兩種藥物的獲得性耐藥。禁食或 FMD 增強雌激素療法抗腫瘤活性的關(guān)鍵原因可能是血液胰島素，IGF1 和瘦蛋白的降低，從而抑制了 PI3K-AKT-mTOR 途徑。雌激素療法+FMD 降低瘦素和 IGF1 的作用持續(xù)到 FMD 期之后，并與移轉(zhuǎn)抗癌活性相關(guān)。該研究也證實了周期性的 FMD 具有潛在的預(yù)防癌癥的作用。
這項研究結(jié)果為 FMD 改善 HR+ 乳腺癌的臨床療效和用于胰島素、IGF1 或瘦蛋白缺乏癥敏感的其他癌癥的研究提供了支持。
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相關(guān)產(chǎn)品 |
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口服有效的，選擇性雌激素受體 (ER) 調(diào)節(jié)劑 (SERM)，可阻斷乳腺細(xì)胞中的雌激素作用，并可激活其他細(xì)胞，如骨骼，肝臟和子宮細(xì)胞中的雌激素活性。 |
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抗雌激素，也是一種有效的雌激素受體 (ER) 拮抗劑，能有效抑制 ER 陽性 MCF-7 細(xì)胞的生長，還可誘導(dǎo)細(xì)胞自噬 (autophagy) 和凋亡 (apoptosis)，具有抗腫瘤功效。 |
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廣譜 PI3K 抑制劑，抑制 PI3Kα, PI3Kδ 和 PI3Kβ 的 IC50 分別為 0.5, 0.57, 0.97 μM。 |
| Pipendoxifene hydrochloride |
| 選擇性的雌激素受體 (ER) 調(diào)節(jié)劑，可用于乳腺癌的研究。 |
| Kaempferol |
| 在乳腺癌細(xì)胞中抑制雌激素受體 α (ER α) 表達，可用于乳腺癌研究。 |
| Raloxifene hydrochloride |
| 選擇性且具有口服活性的雌激素受體 (ER) 調(diào)節(jié)劑。 |
| Ospemifene |
| 雌激素受體 (ER) 調(diào)節(jié)劑，對 ERα 與 ERβ 的 Ki 值分別為 380 nM 和 410 nM 。 |
縮寫：
FMD：Fasting-mimicking diet
STS：Short-term starvation
ET：Endocrine therapy
FRFs：Fasting-reduced factors
BC：Breast cancer
原文閱讀：DOI: 10.1038/s41586-020-2502-7
參考文獻
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