结直肠癌(colorectal cancer, CRC)为临床常见的消化道癌症，在全球癌症死亡原因中排名前列，每年有近百万人死于CRC,严重威胁着人类健康[1]。随着经济的发展，生活条件的提高，人们的饮食结构也在悄悄发生改变，而人口老龄化、肥胖、吸烟等因素均增加了CRC的患病风险[2],CRC发病率和死亡率在这些条件的影响下均呈现上升趋势，且逐渐年轻化[3]。据统计，CRC的发病在男性及女性中均排名前列[4,5,6]。目前对于CRC的治疗，仍没有特殊的治疗方案，长期以来一直以手术、放疗、化疗、靶向治疗等作为最主要的治疗方式，但恶性肿瘤患者往往存在多种基础疾病、免疫力低下甚至恶病质等情况，长期进行放化疗在杀死肿瘤细胞的同时，也会对正常细胞产生损伤，故患者往往难以耐受，CRC终末期患者的生活质量更是难以得到保障[7]。部分研究者在研究中发现肿瘤细胞的代谢不同于正常的细胞，其中最著名的是“Warburg效应”,即正常细胞在有氧条件下可以通过线粒体氧化磷酸化代谢产能，但肿瘤细胞存在线粒体功能障碍，不能利用酮体供能，仅能依赖葡萄糖分解供给能量增殖分化[8]。故研究者们据此提出了生酮饮食(ketogenic diet, KD)的治疗方法，通过降低诱导低血糖水平，使身体产生酮体供能，从而使肿瘤细胞缺乏能量供给而减缓增殖，进而延缓CRC患者的病程，提高患者的生活质量[9,10]。

KD是一种含有高脂肪、低碳水化合物、适量蛋白的饮食方式。当身体中碳水化合物摄入较少时，机体会相应的产生酮体并且将脂肪分解变为主要的能量来源模式。这种饮食模式最早是用来治疗小儿癫痫，后来经进一步发展，KD逐渐应用于肥胖症、糖尿病及恶性肿瘤等多种疾病的治疗上，并取得了显著成效[11]。KD主要有四种饮食类型：经典生酮饮食(classic ketogenic diet, CKD)、改良Atkins饮食(modified Atkins diet, MAD)、低血糖指数饮食(low glycemic index treatment, LGIT)以及中链甘油三酯饮食(medium-chain triglyceride diet, MCTD)。其中经典KD的脂肪主要源于长链甘油三酯，对碳水化合物含量高的食物需严格限制；中链甘油三酯饮食与传统的KD相较来说单位质量的供能会更多，碳水化合物所占比例也会增加，食物选择范围会更广；改良Atkins饮食因其对蛋白质和碳水化合物摄入更加宽松，因此会使患者更加容易接受；而低血糖指数饮食仅有半数左右能量来源于脂肪，其他能量均来源于碳水化合物和蛋白质[12]。目前，KD广泛应用于多种恶性肿瘤的辅助治疗当中，尤其是在胶质瘤、乳腺癌、肺癌、直肠癌、前列腺癌以及胸腺癌等方面[13],其通过多种机制对肿瘤细胞的代谢产生影响，在本综述中我们总结了KD对CRC治疗的疗效分析以及抗肿瘤机制分析，为KD在CRC的治疗和预后中提供临床证据。

1、生酮饮食对结直肠癌治疗疗效分析

大量研究发现，淀粉类食品、含糖饮料、咸味零食、红肉和加工肉以及精制碳水化合物等食品摄入过量，使得人体体质量指数上升，能量摄入过量，这些均提高了患结肠癌的风险。而高纤维食品、蔬菜、瓜果等低能量食品摄入会降低结肠癌的患病风险[14]。KLEMENT等[15]在研究中发现，约有89%的CRC患者能够接受KD,且主观感觉良好。在接受KD治疗过程中，患者的情绪和社会功能均能有所改善，并通过对患者的γ-谷氨酰转肽酶、甘油三酯葡萄糖指数、高密度脂蛋白胆固醇/甘油三酸酯比率和游离T3等指标检测发现，KD治疗患者均较前有所改善。TULIPAN等[16]的研究也说明了KD可以被大多数人所接受并且能够长期坚持。此外，患者在KD治疗期间体重得到减轻，并逐步趋于正常化，有超过2/3的患者表示生活质量得到显著提高。

在CRC患者治疗过程中，放化疗作为一种行之有效的措施，往往被多次应用。在放化疗的过程中辅助以KD调节CRC患者营养状况，能够有效的增加放化疗对肿瘤细胞的敏感性，从而增强放化疗的治疗效果。DARDIS等[17]使用恶性胶质瘤的颅内生物发光小鼠模型研究发现，KD显著增强了放射治疗的抗肿瘤作用。与标准饮食相比，KD加放射治疗明显延长了小鼠的中位生存期(P<0.001),并且在11只接受辐射联合KD治疗的小鼠中，有9只小鼠的生物发光信号低于检测水平(P<0.000 1),从而可以得出，KD 显著增强放射治疗的抗肿瘤作用，且能有效延长生存周期。SCHMIDT等[18]通过对16例未进行常规治疗的晚期转移瘤患者进行3个月的KD干预，发现完成全程干预的5例患者和其他干预后恢复化疗的患者表现出情绪功能的改善和失眠减少，而其他研究对象的生活质量参数保持稳定或恶化。此外，KD干预除了便秘和疲劳外，未发现其他严重不良反应，胆固醇和血脂也没有明显变化。该研究强调了KD治疗晚期转移性肿瘤患者的可行性，提示KD可以作为一种有效的治疗方法帮助晚期转移性肿瘤患者改善情绪功能和睡眠质量，且没有明显不良反应。这些研究均表明，在放化疗过程中辅助以生酮饮食调节CRC患者营养状况，能够有效的增加放化疗对肿瘤细胞的敏感性，从而增强放化疗的治疗效果，有效延长生存周期。

2、生酮饮食治疗结直肠癌的机制分析

2.1 葡萄糖供给

肿瘤细胞与正常细胞相比有着不同的代谢方式，主要与肿瘤细胞的线粒体损伤及基因组的恶变等有关。当在某种致癌条件的影响下，正常细胞发生恶变，细胞中的基因组发生改变，则引起了细胞的代谢方式和能量来源的转变，而当抑癌基因或表观调控失活之后，增加了细胞有氧糖酵解，抑制了细胞的氧化磷酸化，最终导致肿瘤细胞由氧化磷酸化途径转向糖酵解途径产生三磷酸腺苷[19]。肿瘤细胞氧化应激增强了其对糖酵解的依赖性。有研究通过文献分析发现KD能够有效降低患者的空腹血糖以及糖化血红蛋白[20],当摄入的碳水化合物减少时，正常细胞葡萄糖转运蛋白1表达水平升高，而肿瘤细胞葡萄糖转运蛋白1的表达水平降低，肿瘤细胞可利用的葡萄糖量减少[21]。当身体中血糖含量下降时，脂肪酸可以通过肝脏转化生成酮体释放到血液中给细胞进行供能，但因肿瘤细胞仅能通过葡萄糖氧化进行供能，故能给肿瘤细胞提供能量的葡萄糖含量就会相对减少，从而对肿瘤细胞的增殖产生影响。

2.2 抑制胰岛素

较高的胰岛素水平可能通过丝裂原激活蛋白激酶途径来刺激肿瘤生长，胰岛素生长因子与特定受体酪氨酸激酶的结合激活PI3K/Akt通路从而促进肿瘤细胞的增殖，所以，胰岛素和胰岛素生长因子(insulin-like growth factor, IGF)的含量高低与肿瘤细胞的增长速度呈正相关。在KD干预条件下，机体产生大量酮体供能，大量酮体抑制是胰岛素水平最大的效应指标[22],故长期KD干预条件下，胰岛素及IGF可有效被抑制，从而在肿瘤的生长增殖过程中有一定抑制作用。LIEN等[23]在研究中发现，肿瘤硬脂酰辅酶a去饱和酶(stearoyl coenzyme a desaturase, SCD)的主要作用是合成不饱和脂肪酸，其表达在癌细胞增殖过程中至关重要，KD不仅可以显著降低癌症患者血糖水平，而且还可以显著降低空腹胰岛素水平，而KD所介导的胰岛素减少可能会降低肿瘤SCD的表达从而对癌细胞的增殖产生影响。HAGIHARA等[24]在一项病例研究中发现，在不同类型的恶性肿瘤患者中采用KD治疗方式，患者的总酮体在治疗后显著增加，空腹血糖和胰岛素在研究完成后的3个月内，水平均被明显抑制，表明KD可以直接影响胰岛素/IGF-1信号传导途径和PI3K活性，减缓肿瘤细胞的增殖速度。

2.3 抑制炎症反应

高脂肪高碳水的饮食会使人体肠道微生物组成发生改变，肠道内次级胆汁酸和硫化氢的含量会相应增多，对肠道的屏障功能产生损害，从而引发肠道炎症的发生，而炎症是导致肿瘤发生的危险因素之一，所以抑制炎症反应的发生在肿瘤预防和治疗中有重要地位。KONG等[25]对硫酸葡聚糖钠盐(dextran sulfate sodium salt, DSS)诱导的结肠炎动物模型分别饲喂KD、低碳水化合物饮食和正常日粮，研究后发现KD能有效保护肠屏障功能，减少淋巴细胞生成的相关炎性细胞因子如IL-17α、IL-18、IL-22、Ccl4等，进而阻止结肠炎症的进一步发展，一定程度上抑制CRC进程。另一方面，KD可以使人体产生大量β-羟 丁酸(beta-hydoxybutyrate, β-HB),DMITRIEVA-POSOCCO等[26]在《Nature》上发表的研究发现，β-HB可能是CRC发病与发展的关键因素。他们通过对每组小鼠给予相同的能量摄入，并且均暴露于相同致癌条件下，发现与其他组相比，食用KD的小鼠肿瘤大小和数量相对减少，并且通过进一步研究发现，KD发挥的主要作用取决于β-HB。β-HB是在禁食状态下脂肪酸氧化后释放的代谢物，它可以通过表面受体Hcar2发挥作用，有效降低结肠隐窝Lgr5+干细胞的增殖速度，且抑制肠道肿瘤的生长。通过研究发现，β-HB的升高能有效降低肠道内Th17细胞的比例，调控宿主的免疫反应，从而减少炎症应答，延缓了肿瘤细胞的分化[27,28]。

2.4 AMPK/mTOR信号通路的抑制

AMP活化蛋白 激酶[adenosine 5'-monophosphate(AMP)- activated protein kinase, AMPK]是细胞能量的主要传感器，能维持细胞内能量的平衡。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)是PI3K/Akt信号通路的效应蛋白，其参与了肿瘤微环境的调节和肿瘤血管的生成以及肿瘤免疫调控活动等，过度激活mTOR通路会促进肿瘤细胞增殖，故AMPK/mTOR 信号通路在肿瘤细胞的生长、增殖、分化等方面发挥重要的作用，目前被广泛应用于抗肿瘤领域[29]。KD干预状态下，细胞能量缺乏，AMPK接收信号后会对mTOR信号通路产生抑制作用，使肿瘤细胞蛋白质的合成相对减少，从而抑制恶性肿瘤的进一步发展。研究发现[30],KD干预下的大鼠海马区和肝脏中的p-s6和 PACT的表达水平明显减少，而这两种标志物均为mTOR通路激活的标志，这表明KD有效抑制了mTOR通路的激活与表达。WANG等[31]通过在CRC的 HT29、Caco-2细胞系及C57BL-6小鼠的实验研究发现，β-HB可以通过增加肠细胞中肠特异性转录因子CDX2的表达来抑制mTOR信号通路，调节小鼠肠道稳态，改善其肠黏膜上皮细胞的分化。DAI等[32]研究表明KD可通过激活AMPK,促进程序性死亡配体1(programmed death-ligand 1,PD-L1)的Ser283磷酸化，加速PD- L1降解，进而降低PD-L1水平，增强抗CTLA-4免疫治疗疗效，提高肿瘤小鼠的总生存率。通过这些研究发现，KD可以明显激活AMPK能量传感器，抑制mTOR通路的特异性表达，从而对肿瘤细胞的分化与增殖有显著的减缓作用。

2.5 调节肠道菌群

随着对肠道菌群研究的不断深入，人们发现饮食模式是肠道菌群变化的主要驱动因素，且KD介导的肠道菌群变化对肿瘤有抑制作用。特定膳食成分的缺失或过剩则可能改变肠道菌群的组成，诱导肿瘤相关菌群丰度升高，造成有毒代谢产物的积累，进而促进结肠炎症和肿瘤的发生。MA等[33]对健康雄性C57BL-6小鼠给予KD干预，发现其肠道微生态多样性下降，有益菌群如艾克曼菌和乳杆菌的丰度增加，有害菌群尤其是有使肠道正常细胞癌变可能的促炎性菌群如脱硫弧菌和杆菌属等的丰度降低。通过研究发现，当碳水化合物摄入减少时，以多糖为能量来源的菌群会相对性减少，这些菌群的丰度与碳水化合物的摄入量呈正比，这表明KD可以通过降低碳水化合物的摄入量从而降低肠道炎性菌群的丰度，从而减少肠道炎症反应，进而降低肠道正常细胞癌变的可能。FERRERE等[34]也在研究中发现，在接受KD治疗的小鼠和人的粪便中Eisenbergiella massiliensis丰度显著增加，且与血清β-HB水平呈 正相关，提示KD诱导了 β-HB介导的抗肿瘤效应。

2.6 增加氧化应激

癌细胞与正常细胞在代谢和生理上均有一定的差异。与正常细胞相比，癌细胞因为氧化应激而改变了线粒体氧化代谢的方式[35]。在KD干预下，正常细胞依赖于线粒体对脂肪酸的氧化来获取能量，KD干预下的酮体代谢可以使线粒体中解偶联蛋白水平升高，从而使烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和细胞质中的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸偶联减少，增加还原型谷胱甘肽的产生，从而发挥抗氧化作用。而肿瘤细胞因线粒体酶的各种缺陷，不能有效地代谢酮体，其进行氧化磷酸化时会产生大量的活性氧(reactive oxygen species, ROS),大量ROS可能会导致肿瘤细胞发生渐进性的氧化损伤，甚至导致肿瘤细胞凋亡，因此，酮体不会对肿瘤细胞起到保护作用[36]。临床和动物模型研究均证实KD可增加癌细胞氧化应激，人体中含有多种氧化应激清除剂可以帮助清除ROS,减少细胞的凋亡[37]。ZHANG等[38]发现小鼠在经过KD治疗后，血清中SOD、GSH-Px、CuZn-SOD和Mn-SOD等氧化应激清除剂的水平显著降低。这些氧化应激清除剂水平的降低表明KD可能会增加ROS水平，使氧化应激加剧，诱导体内肿瘤细胞死亡，从而减缓肿瘤细胞的增殖速度。

综上，KD的抑癌作用主要是从减少肿瘤细胞能量来源、控制肿瘤细胞癌变条件、促进癌细胞凋亡三个方面体现。首先，KD可以从其根源上减少葡萄糖的摄入，限制了肿瘤细胞的能量来源；其次，KD可以产生大量酮体如β-HB,β-HB能够降低胰岛素和IGF的水平，从而抑制PI3K/Akt通路，减少mTOR通路的激活，同时其有效降低肠道内Th17细胞的比例，减少炎性因子释放；再次，肿瘤细胞因其不能有效代谢酮体而产生大量ROS,从而诱导肿瘤细胞的氧化应激作用；最后，KD还可以通过调节人体肠道菌群，降低有害菌群的丰度，从而降低肠道炎性反应(图1)。

图1 KD减缓CRC进展的相关机制

3、生酮饮食治疗结直肠癌的安全性及局限性

KD可能会从多方面对CRC细胞的代谢产生抑制作用。因此，在CRC的治疗中可以作为一种辅助治疗方式。在以往的研究中，越来越多的研究人员发现KD不仅可以抑制肿瘤的进一步发展，还能有效地逆转新陈代谢，显著降低糖化血红蛋白水平，减轻体重，改善患者血糖水平，降低患者胰岛素的分泌等，对提高患者生活质量有一定作用[10,20]。合理饮食对于减少患者不适症状至关重要，必须针对患者进行个性化治疗，并且需要长期坚持才能有效控制CRC的进展，改善患者的生活质量[39]。有研究表明[40],KD中脂类、蛋白质等食物得到充分的配比，则甘油三酯、低密度脂蛋白、胆固醇、体脂肪量以及炎症标志物水平等均可以得到抑制，而高密度脂蛋白水平也会有所升高。故利用KD来纠正原本不规则的饮食模式，由专业人士为每位患者精心配制并调整食物选择，保证饮食健康，并补充充足的维生素和矿物质，则可以较大程度避免并发症的发生。

尽管如此，KD治疗仍存在局限性。例如，在KD治疗期间需对饮食和生活习惯进行管理，如管理不当可能会出现头痛、疲劳、肌肉痉挛、肠道功能紊乱及肾结石等不良反应[41]。且大多数CRC患者多伴有严重的慢性心脑血管和内分泌疾病，如果出现口服药物的应用方案不合理，可能会加重患者原本的基础疾病，甚至出现严重的并发症[42]。KD因其降低碳水化合物的摄入而代之以高脂肪和高蛋白质摄入，故其对人体低密度脂蛋白和胆固醇水平有明显的提高作用，而低密度脂蛋白水平的提高显著加重了动脉粥样硬化的风险，会对人体健康产生新的威胁。

4、小结

综上所述，KD可以通过多种途径及通路有效降低血糖和胰岛素水平，改变肠道菌群，降低肠道炎症状态，明显改善患者的生活质量，对CRC的治疗有一定的辅助作用。此外，在有经验的医师和营养师指导下进行KD治疗具有较高的安全性，能够较大程度降低疾病并发症，具有广阔的发展前景。但目前关于KD的基础研究和临床研究相对较少，对接受KD治疗患者的长期疗效研究仍然欠缺，还需进一步加强KD抑癌作用机制的研究，从而为KD对CRC的辅助治疗作用提供有力支持。最后，在进行KD治疗之前必须对患者的身体状况进行评估，严格对患者的各项指标进行检测，从而减少并发症的发生。

基金资助:浙江省卫生健康科技计划项目(编号:2021KY556);

文章来源:肖盼,陆怡.生酮饮食治疗结直肠癌的研究进展[J].现代肿瘤医学,2024,32(13):2441-2445.