间歇性禁食与肿瘤细胞免疫的研究进展①

赵 栩 杨 静 黄若愚 郭萌萌 周 涯 徐 林 （贵州省基因与治疗特色重点实验室暨贵州省生物治疗人才基地，遵义医科大学免疫学教研室，遵义 563000）

间歇性禁食（intermittent fasting，IF）是指在一段时间内禁食与自由摄食交替的饮食疗法，最初源于人们寻求实际且相对安全的禁食方法来达到日常的卡路里控制。早在一个多世纪前，MORESCHI等［1］就发现禁食限制热量摄入在动物抗肿瘤方面产生的有益影响。新近研究进一步显示，IF 不仅可影响肿瘤细胞的能量代谢，抑制其生长，且可改善机体免疫细胞功能，促进机体抗肿瘤免疫应答，提示IF在肿瘤免疫治疗中具有重要潜在的应用价值［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（定期连续2 d 或更长时间的禁食）等形式［7-9］。1997年，WEINDRUCH等［10］发现减少动物一生的食物供应（限制热量摄入）可显著延长寿命以及降低与年龄相关疾病的发生率。后续研究相继发现，在12 个小时到几周的时间内，IF 在许多生物体（如：细菌、酵母、蠕虫和小鼠等）上均显示其能够预防疾病和减缓衰老，生物体表现出全身和组织器官功能的改善，而且对各种有害刺激（包括代谢、氧化、离子、创伤和蛋白毒性应激的刺激）具有更强的抵抗力［11］。在实验疾病动物模型上的研究进一步显示，IF 可缓解多种慢性病（包括肥胖、糖尿病、血管疾病、癌症和神经退行性疾病等）的发展［12-15］。相关机制方面的研究发现：IF 的效应主要与其可引发器官组织细胞的适应性能量代谢反应（主要指从葡萄糖到酮体的代谢转换）有关，表现在IF 初期细胞酮体生成增加，抗应激能力、抗氧化防御增强；恢复期葡萄糖和脂肪酸转换为细胞主要能量来源，细胞内蛋白质合成以及线粒体生物发生增加；长期间歇性禁食适应期细胞胰岛素敏感性增加，机体血糖稳态及脂质代谢得到进一步改善等［16-18］（图1）。这一系列过程中伴随着组织细胞胰岛素样生长因子1（insulin like growth factors-1，IGF-1）/mTOR 信号通路改变、瘦素水平下降而脂联素水平升高、抗应激能力改善、自由基生成减少、生长和功能重塑以及机体抵抗力增加等［12，19-23］。

图1 IF不同时期的效应机制Fig.1 Effect of different periods of IF

2 IF与肿瘤免疫

2.1 IF 与肿瘤免疫逃逸 免疫逃逸是肿瘤发生的关键因素。研究显示：IF 不仅可通过对肿瘤细胞的代谢影响，抑制其生长，更重要的是其可影响多种免疫细胞发育和功能，调节机体抗肿瘤细胞免疫应答，最终影响肿瘤免疫逃逸。

IF 对肿瘤细胞代谢影响主要表现为：IF 引发的卡路里限制（calorie restriction，CR）使肿瘤细胞IGF-1/AKT 及 mTORC1 途径被抑制，而 AMP 依赖的蛋白激酶［adenosine 5'-monophosphate（AMP）-activated protein kinase，AMPK］，依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸辅酶的脱乙酰化酶-1（Sirtuin-1，SIRT1）及SIRT3 途径被激活，进而阻碍细胞生长。其中，AMPK 和 SIRTs之间在 IF 代谢适应中相互依赖［24-26］：一方面，AMPK 可通过烟酰胺磷酸核糖基转移酶（nicotinamide phosphoribosyl transferase，NAMPT）诱导 SIRT1 激活，而 SIRT1 通过肝激酶 B1（liver kinase B1，LKB1）调控激活AMPK；另一方面，SIRT1、SIRT3的下游分子FOXO3a 与AMPK 之间可彼此增强转录活性［27］。此外，SIRT3除了通过激活FOXO3a抑制肿瘤生长，还可通过其激活超氧化物歧化酶2（superoxide dismutase 2，SOD2/MnSOD）的表达进而降低活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平以及负性调节低氧诱导因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）表达从而抑制癌细胞生长，其中SIRT3激活SOD2 是由 FOXO3a 上调所介导［28-36］。此外，IF 还可通过上调瘦素受体（leptin receptor，LEPR）及其下游信号通路蛋白PR/SET 结构域1（PR/SET domain gene family1，PRDM1），进而选择性地抑制肿瘤生长［37］（图2）。提示IF引发肿瘤生长抑制机制的复杂性，在实施不同IF 或CR 方案时，对特定肿瘤所引发的具体分子机制可能存在差异。

图2 IF抑制肿瘤细胞生长的分子机制Fig.2 Molecular mechanism by which IF inhibits tumor cell growth

IF 对机体抗肿瘤细胞免疫的影响主要表现为，机体造血干细胞的自我更新能力增加，免疫抑制作用得到改善［2-3］。同时，能量代谢转换导致机体IGF-1水平明显下调，而胰岛素样生长因子结合蛋白1（insulin-like growth factor binding proteins-1，IGFBP-1）上调，肿瘤细胞自噬和程序性细胞死亡增加，伴随胞外核苷三磷酸二磷酸水解酶1（nucleoside triphosphate diphosphohydrolase，NTPDase 1）/（CD39）表达和ATP 累积减少，从而抑制调节性T 细胞（regulatory T cells，Tregs）的功能并刺激细胞毒性 CD8+T 细胞（cytotoxic T lymphocytes，CTL）功能，增强抗肿瘤免疫应答［3，38-39］。血红素加氧酶1（heme oxygenase-1，HO-1）在肿瘤中的高表达会抑制肿瘤细胞凋亡及免疫刺激作用［6］。而IF还可通过降低卡路里供应使肿瘤细胞HO-1 的表达减少，细胞凋亡增加并增强对CD8+T 细胞的刺激作用，最终形成由IF 引发的CD8+T 细胞介导肿瘤细胞杀伤的正反馈回路（图 3）［14］。

此外，IF 还可以通过对固有免疫细胞功能和极化的影响，如：NK 细胞和肿瘤相关巨噬细胞（tumour-associated macrophages，TAM）等，调节机体抗肿瘤免疫应答。肿瘤细胞来源的乳酸不仅可直接抑制NK 细胞的杀伤功能，而且可增加骨髓来源的抑制性细胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）数量来间接抑制NK 细胞功能。研究发现，IF 可减少肿瘤糖酵解产生的乳酸，从而恢复NK 细胞的功能，抑制肿瘤生长［13］。肿瘤的发生与局部TAM 极化密切相关。最新研究发现IF 不仅可降低单核细胞的代谢和炎症活性，由于禁食期间激活AMPK及其下游的过氧化物酶体增殖物激活受体-α（peroxisome proliferators-activated receptors-α，PPAR-α），AMPK的激活使机体修复及免疫监视作用增强，同时抑制趋化因子C-C基序配体2（chemokine C-C motif ligand 2，CCL2）生成以降低血液和组织中炎症相关单核细胞数［2，40］，且 IF 可导致 JAK1/STAT3 信号通路失活从而降低肿瘤微环境中CD73 及腺苷表达水平，进而影响TAM的M2型极化，抑制肿瘤生长（图3）［4］。

图3 IF对肿瘤免疫应答的影响Fig.3 Effect of IF on tumor immune responses

2.2 IF 与肿瘤免疫治疗 目前，IF 联合化疗治疗肿瘤显示了良好的效果，表现在IF 不仅可加强化疗治疗肿瘤效应，且明显改善化疗导致的炎症［41-55］。然而，关于IF 与肿瘤免疫治疗方面尚未有研究报道。在肿瘤微环境中，IF 会导致肿瘤细胞葡萄糖摄取和糖酵解降低，然而，机体抗肿瘤免疫应答的效应T 细胞也需依靠糖酵解维持其克隆扩增和功能。有意思的是，研究显示以PD-L1 抗体为代表的免疫检查点抑制（immune checkpoint blockades，ICB）治疗会选择性地保护T细胞免受肿瘤微环境中葡萄糖利用率降低的影响［39］，提示将 ICB 与 IF 联合使用可能成为一种有广阔前景的肿瘤临床治疗策略，即一方面通过IF 降低循环葡萄糖水平，减缓肿瘤细胞生长，另一方面利用ICB 改善T 细胞的能量代谢，维持其功能，从而达到更优的临床肿瘤免疫治疗效果［6，15，39］。然而，鉴于 IF引发能量代谢机制的复杂性以及不同ICB 免疫治疗方法的差异性，后续需要更多研究探讨IF联合肿瘤免疫疗法的方案及效果。

3 小结

已有的研究显示，IF 在改善机体能量代谢和多种疾病发生中具有广泛效应，特别是IF 对机体肿瘤免疫应答产生的重要影响，提示其在肿瘤免疫治疗中具有潜在的广阔应用前景。然而，鉴于IF 影响机体组织细胞能量代谢的复杂性，仍有很多科学问题有待进一步解决。如，IF 对肿瘤细胞产生影响的同时，对机体免疫细胞发育的影响如何？其对不同免疫细胞功能的影响及机制又如何？是否影响肿瘤体液免疫应答？不同方案IF 联合肿瘤免疫治疗策略的效应及机制如何？IF 是否加重肿瘤患者的营养不良等不良反应？是否还存在由IF 影响机体生物钟的变化从而对免疫系统产生影响等等。我们相信，随着对IF 机制，特别是其与机体肿瘤免疫应答关系的进一步阐明，IF 必将发展为未来临床肿瘤免疫防治的新策略之一，具有广阔的应用前景。