Abstract
Innledning
Unormal kreft metabolisme skaper en glycolytic-avhengighet som kan utnyttes ved å senke glukosetilgjengelighet til svulsten. Ketogen diett (KD) er en lav karbohydrat, høyt fettinnhold som senker blodglukose og hever blod ketoner og har vist seg å forsinke progresjon av kreft hos dyr og mennesker. Unormal tumorvaskulatur skaper hypoksiske lommer som fremmer kreft progresjon og videre øke glycolytic-avhengighet av kreft. Hyperbar oksygenbehandling (HBO
2T) metter svulster med oksygen, reversere kreft fremme effektene av svulsten hypoksi. Siden disse giftfri behandling utnytte overlappende metabolske mangler av kreft, testet vi deres kombinerte effekt på kreft progresjon i en naturlig modell for metastatisk sykdom.
Metoder
Vi brukte ildflue luciferase-merket VM -M3 musemodell for metastatisk kreft å sammenligne tumorprogresjon og overlevelse hos mus som fikk mat standard eller KD
ad libitum
med eller uten HBO
2T (2,5 ATM absolutt, 90 min, 3x /uke). Tumorvekst ble overvåket av
in vivo
selvlysende avbildning.
Resultater
KD alene betydelig redusert blodsukker, redusert tumorvekst, og økt bety overlevelse tid med 56,7% i mus med systemisk metastatisk kreft. Mens HBO
2T alene påvirket ikke progresjon av kreft, ved å kombinere den med KD HBO
2T fremkalte en signifikant reduksjon i blodglukose, tumor vekst, og 77,9% økning i midlere overlevelsestid sammenlignet med kontroller.
Konklusjoner
KD og HBO
2T produsere betydelige anti-kreft effekt når det kombineres i en naturlig modell av systemisk metastatisk kreft. Vår bevis tyder på at disse terapi bør undersøkes nærmere som potensielle giftfri behandlinger eller adjuvant behandling til standardbehandling for pasienter med systemisk metastatisk sykdom
Citation. Poff AM, Ari C, Seyfried TN, D’Agostino DP (2013) ketogen diett og hyperbar oksygenbehandling forlenge overlevelsen i mus med systemisk metastatisk kreft. PLoS ONE 8 (6): e65522. doi: 10,1371 /journal.pone.0065522
Redaktør: Chih-Hsin Tang, Kina Medical University, Taiwan
mottatt: 20 desember 2012; Godkjent: 02.05.2013; Publisert: 05.06.2013
Copyright: © 2013 Poff et al. Dette er en åpen-tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Finansiering:. Dette arbeidet ble støttet av Office of Naval Research, ONR gi N000140610105 og ONR-DURIP utstyrsstipend N000140210643 (https://www.onr.navy.mil/). Finansiører hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet
Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
metastaser er et komplekst fenomen der kreftceller spre seg fra en primærtumor å etablere foci i en distal vev og er ansvarlig for 90 prosent av kreftrelaterte dødsfall [1]. De konkrete endringer som formidler metastaser fortsatt uklare; Men prosessen innebærer generelt lokal tumorvekst, invasjon gjennom basalmembran og omkringliggende vev, intravasation i lymfekar eller blodårer, formidling og overlevelse i omløp, ekstravasasjon fra blodkar, og re-etablering av svulster på distale vev. Mens mange primære tumorer kan styres med konvensjonelle terapier som kirurgi, kjemoterapi og stråling, er disse behandlinger er ofte ineffektive mot metastatisk sykdom, og i noen tilfeller kan fremme progresjon av kreft og metastase [2], [3], [4]. Det er et stort behov for nye behandlingsformer som er effektive mot metastatisk kreft.
Kanskje den viktigste begrensende faktor i utviklingen av nye behandlingsmetoder for metastatisk kreft er mangel på dyremodeller som nøyaktig gjenspeiler den sanne natur av metastatisk sykdom. Xenograft modeller av kreft hos mennesker i immunodeficient mus er utilstrekkelig som immunsystemet er sterkt involvert i kreftutvikling og progresjon. Faktisk har de fleste tumormodeller dyrket som xenotransplantater i immun infiserte mus ikke klarer å metastasere [5], [6]. Nålevenen injeksjon modeller av metastatisk kreft eliminere viktige skritt av lokale vev invasjon og intravasation inn i blodkar, igjen unnlate å representere den sanne sykdom fenotype. Den VM-M3 modell av metastatisk kreft er en roman murine modell som etterligner naturlig progresjon av invasjon og metastase [7], [8]. Den VM-M3 tumor oppsto spontant i hjernen til en mus i VM /Dk innavlet stamme og uttrykker flere vekst trekk ved menneskelig glioblastoma multi med makro /mikrogliaceller eiendommer [7], [9]. Når implantert subkutant, VM-M3 celler raskt metastaserer til alle hovedorgansystemer, særlig lever, lunge, nyre, milt, hjerne, og benmarg. Systemisk metastase har også blitt dokumentert gjentatte ganger i human glioblastoma multiforme (GBM), som har vært knyttet til de makrofag /microglial karakteristika for tumor [9]. Tumoren ble tilpasset til cellekultur og transfektert med ildflue luciferase genet for å tillate enkel overvåking av tumorvekst
in vivo product: [10]. Den VM-M3-modellen av metastatisk kreft har en klar fordel over andre metastatiske modeller fordi den sprer seg naturlig i en immunkompetente vert, etterligne den naturlige kreft mikromiljøet. Cisplatin og metotreksat, to vanlig brukte kjemoterapeutika, inhibere metastatisk spredning i VM-M3 modell av metastatisk kreft på samme måte som deres virkninger hos mennesker, noe som ytterligere støtter modellens representasjon av den virkelige sykdomstilstanden [8]. Av disse grunner ble det VM-M3 modell av metastatisk kreft anvendt for denne studien.
Unormal energimetabolisme er et gjennomgående trekk i de fleste tumorceller på tvers av alle typer vev [14]. I 1930 s, Otto Warburg observert at alle kreft uttrykte høy forekomst av gjæring i nærvær av oksygen [15]. Denne egenskap, kjent som Warburg-effekt, er knyttet til mitokondriell dysfunksjon og genetiske mutasjoner i kreftcellen [14], [16], [17]. Disse feil føre til kreft til å stole tungt på glukose for energi, en kvalitet som ligger til grunn for bruken av fluorodeoxyglucose-PET skanner som et viktig diagnostisk verktøy for onkologer [18]. Ketogen diett er høy fett, lav karbohydrat dietter som har blitt brukt i flere tiår for å behandle pasienter med refraktær epilepsi [19]. Ketogene diett også undertrykke appetitt naturlig og dermed produsere noe vekttap [19], [20], [21], [22]. Fôr energireduksjon (DER) senker blodsukkeret, noe som begrenser energitilførselen til kreftceller, mens heve sirkulerende blod ketonnivå [6]. Ketonlegemer kan tjene som en alternativ energikilde for disse celler med normal mitokondriefunksjon [23], [24], men ikke for kreftceller [25]. DER har vist seg å ha anti-tumoreffekter i en rekke kreftformer, inkludert hjerne, prostata, bryst-, bukspyttkjertel, lunge, mage og tykktarm [14], [26], [27], [28], [29] , [30], [31], [32], [33], [34]. DER frembringer anti-kreft effekt gjennom flere metabolske veier, inkludert inhibering av IGF-1 /PI3K /Akt /HIF-1α svei som brukes av kreftceller til å fremme proliferasjon og angiogenese og inhibere apoptose [35], [36], [ ,,,0],37], [38], [39], [40], [41], [42]. I tillegg induserer DER apoptose i astrocytom celler, mens beskytte normale hjerneceller fra døden ved aktivering av adenosin monofosfat kinase (AMPK) [43].
Svulster ha unormale blodkar som blokkerer tilstrekkelig vev perfusjon, som fører til tilstedeværelsen av hypoksiske områder som fremmer cellegift og stråling motstand [44], [45], [46], [47]. Faktisk, hypoksiske kreftceller er tre ganger mer motstandsdyktige mot strålebehandling enn det som er vel-oksygenerte celler [48]. I tillegg til å redusere effekten av standard behandling, aktiverer tumor hypoksi et antall onkogene veier, hovedsakelig gjennom HIF-1-transkripsjonsfaktor, som fremmer tumorvekst, metastase, angiogenese, og inhibere apoptose [49], [50].
Hyperbar oksygenbehandling (HBO
2T) innebærer administrering av 100% oksygen ved forhøyet trykk (større enn havnivået, eller en ATA). HBO
2T øker plasma oksygenmetning som muliggjør oksygentilførsel til vevet uavhengig av hemoglobin O
2 metning [51]. Den potensielle fordelen med å bruke HBO
2T å bekjempe kreftfremmende effekten av svulsten hypoksi er klart. HBO
2T alene er blitt vist å hemme tumorvekst, tumor redusere blodkaret tetthet, og induserer den foretrukne ekspresjon av anti-kreftgener i rottemodeller av brysttumorer [52]. I tillegg, stråling og mange kjemoterapi stoffene virker ved å produsere frie radikaler i svulstene, som fører til celledød. HBO
2T forbedrer tumor-celleproduksjon av reaktive oksygenarter som bidrar til de synergistiske virkningene av HBO
2T som en adjuvant behandling med standard behandling. Faktisk, HBO
2T forbedrer effekten av både stråling og kjemoterapi i dyremodeller [53], [54], [55], [56], [57].
I normale vev, redusert oksygen tilgjengelighet hemmer mitokondriell produksjon av ATP, stimulering av en oppregulering av glykolytiske enzymer for å dekke energibehovet hos substratnivåfosforylering produksjon av ATP. Dermed er cellulær respons overfor tumor hypoksi-formidlet av flere av de samme reaksjonsveier som er altfor aktive i kreftceller med mitokondriell skade og høy forekomst av aerob glykolyse. Dette tyder på at ketogen diett og HBO
2T kunne målrette flere overlappende trasé og tumorigene atferd av kreftceller. Vi antok at disse behandlingene vil arbeide sammen for å hemme tumorprogresjon. Vi foreslår at tillegg av disse ikke-giftige adjuvant behandling til dagens standardbehandling kan bedre progresjonsfri overlevelse hos pasienter med avansert metastatisk sykdom.
Materialer og metoder
Mus
Tre hekkende par av VM /Dk stamme av mus ble brukt til å etablere og spre et VM /Dk mus koloni i University of South Florida (USF) Morsani College of Medicine Vivarium i henhold til standard drifta protokollen. Førti voksne hann-mus (10-18 uker gamle) ble anvendt for denne studien. Alle dyr prosedyrer ble utført innenfor streng overholdelse NIH Guide for omsorg og bruk av laboratorie og dyr, og ble godkjent av USF Institutional Animal Care og bruk Committee (IACUC; Protocol Antall R4137).
Cell Culture
VM-M3 /Fluc celler ble mottatt som en gave fra TN Seyfried, Boston College, hvor de ble skapt fra en spontan svulst i et VM /Dk mus og tilpasset cellekultur [7]. VM-M3 /Fluc-celler ble transdusert med en lentivirus vektor inneholdende ildflue luciferase-genet under kontroll av cytomegalovirus-promoteren (VM-M3 /Fluc) som tidligere beskrevet [7]. De VM-M3 /Fluc-celler ble dyrket i Eagles Minimum Essential Medium med 2 mM L-glutamin (ATCC, Manassas, VA), 10% føtalt bovint serum (Invitrogen, Grand Island, NY), 1% penicillin-streptomycin (Gibco, Invitrogen) og høy glukose (25 mM D-glukose, Fisher Scientific, Waltham, MA). Celler ble dyrket i et CO
2 inkubator ved 37 ° C i 95% luft og 5% CO
2.
subkutan tumorimplantering
På dag 0, VM-M3 /Fluc celler (1 million celler i 300 ul PBS) ble implantert, sc, i bukhulen til VM /Dk mus ved anvendelse av en 27 gage nål. Inokulasjon fører til hurtig og systemisk metastaser til de fleste store organer, nemlig lever, nyrer, milt, lunger og hjerne som tidligere beskrevet [7].
Diet Therapy
På dagen for tumorinokulasjon mus ble randomisert til en av fire grupper: SD (kontroll); SD + HBO
2T; KD; eller KD + HBO
2T. Mus i SD gruppen ble matet standard gnager chow (2018 Teklad Global 18% Protein Rodent Diet, Harlan)
ad libitum.
Mus i KD gruppen fikk KD-Solace ketogen diett
ad libitum
. KD-Solace er et kommersielt tilgjengelig ketogen diett pulver (KetoGen, Solace Nutrition) og ble blandet 01:01 med H
2o å danne et solid lim. Macronutrient informasjon for SD og KD-Solace er vist i Tabell 1. dietter ble kontinuerlig erstattet annenhver dag for å opprettholde friskhet og la mus å mate
ad libitum.
hyperbar oksygenbehandling (HBO
2T)
Mus som får HBO
2T mottatt 100% O
2 i 90 minutter ved 1,5 ATM måleren (2,5 ATM absolutt) tre ganger per uke (M, W, F ) i en hyperbar kammer (Modell 1300B, Sechrist Industries, Anaheim, CA).
Glukose, ketone, og vektmålinger
Hver 7 dager, blod ble samlet inn fra halen med godkjente metoder. Glukose ble målt ved bruk av Nova Max® Plus ™ glukose og β-keton Monitoring System (Nova Biomedical, Waltham, MA), og β-hydroksybutyrat ble målt ved bruk av Precision Xtra ™ blodsukker Ketone Monitoring System (Abbott Laboratories, Abbott Park, IL).
Mus ble veid mellom 1 og 15:00 to ganger i uken for varigheten av studien ved hjelp av AWS-1KG Portable Digital Scale (AWS, Charleston, SC ).
Bioluminescent Imaging og tumorvekst analyse
Tumorvekst vekst~~POS=HEADCOMP ble overvåket som et mål på bioluminescent signale bruke Xenogen IVIS Lumina system (Sylinder LS, Hopkinton, MA). Datainnsamling og analyse ble utført ved bruk av levende Image® programvare (Sylinder LS). Omtrent 15 minutter før
in vivo
imaging, musene fikk en i.p. injeksjon av D-Luciferin (50 mg /kg) (Sylinder LS). Bioluminescent signal ble oppnådd ved bruk av IVIS Lumina avkjølt CCD-kamera system med en 1 sek eksponeringstid. Som bare kreftcellene inneholdt luciferase-genet, bioluminescent signal (fotoner /sek) av hele dyr ble målt og spores over tid som en indikator på metastatisk tumorstørrelse og spredning.
overlevelsesanalyse
i løpet av studien, helse og opptreden av musene ble undersøkt daglig. Mus ble humant avlivet av CO
2 kvelning etter IACUC retningslinjer ved presentasjon av definerte kriterier (tumor-assosiert ascites, redusert respons på stimuli, apati, og unnlatelse av å trives), og overlevelse ble registrert.
statistikker
Survival data ble analysert av Kaplan-Meier og logrank tester for overlevelse distribusjon. Gjennomsnittlig overlevelse ganger ble analysert ved tosidige Student t-tester. Bioluminescent signal som et mål på tumorstørrelse ble analysert ved to-halet Student t-test. Blodverdier ble analysert ved One Way ANOVA med Kruskal Wallis Test og Dunn multiple sammenligningstest post hoc. Forskjeller i prosent vektendring ble analysert ved One Way ANOVA med Tukey multiple sammenligningstest post hoc. Korrelasjon mellom blod glukose, kroppsvektendring, og overlevelsestiden ble analysert ved hjelp av lineær regresjonsanalyse. Resultatene ble betraktet som signifikant når p. 0,05
Resultater
Kombinere KD med HBO
2T forlenget overlevelse i mus med metastatisk kreft
KD og KD + HBO
2T-behandlede mus viste en statistisk forskjellig overlevelseskurven ved Logrank Test med en økning i overlevelsestiden sammenlignet med kontrolldyrene (p = 0,0194 p = 0,0035 og, henholdsvis, figur 1A). KD matet og KD + HBO
2T dyr viste også en betydelig økning i gjennomsnittlig overlevelsestid sammenlignet med kontrolldyrene ved de to-halet t-test (p = 0,0044 p = 0,0050 og, henholdsvis, figur 1B). Selv om tidligere studier har rapportert at HBO
2T alene kan øke overlevelsestiden hos dyr med ulike kreft [52], [54], [58], [59], vi fikk ikke se en effekt på overlevelse hos mus som fikk SD + HBO
2T. Kontroll (SD) mus hadde en gjennomsnittlig overlevelsestid på 31,2 dager, mens SD + HBO
2T mus hadde en ikke-signifikant forskjellig midlere overlevelse på 38,8 dager (figur 1B). KD alene økte midlere overlevelsestid etter omtrent 17 dager (56,7%), og når det kombineres med HBO
2T, mus utviste en økning i gjennomsnittlig overlevelsestid på ca. 24 dager (77,9%) (figur 1B). Dette funnet støtter sterkt effekten av KD og HBO
2T som terapi for å hemme tumorprogresjon og forlenger overlevelsen hos dyr med metastatisk kreft.
(A) Kaplan-Meier overlevelses tomt på studiegrupper. Dyrene som fikk KD KD og + HBO
2T viste signifikant lengre overlevelse sammenlignet med kontrolldyr (p = 0,0194 p = 0,0035 og, henholdsvis, Kaplan-Meier og logrank Tester for overlevelse fordeling). (B) Behandlingsgruppe gruppestørrelse og bety overlevelse klokkeslettene. KD mus viste en 56,7% økning i midlere overlevelsestid sammenlignet med kontrollgruppen (p = 0,0044, to-halet t-test); KD + HBO
2T mus viste en 77,9% økning i midlere overlevelsestid sammenlignet med kontrollgruppen (p = 0,0050, to-halet t-test). Resultatene ble betraktet som signifikant når p. 0,05
KD og HBO
2T Redusert Tumor Bioluminesens
Bioluminescent signal ble sporet som et mål på tumorstørrelse gjennom hele studien. Dyrene som fikk den KD alene eller i kombinasjon med HBO
2T vist en bemerkelsesverdig trend med lavere tumorvekst over tid. Denne trenden var mer uttalt hos KD + HBO
2T mus og reflektert økningen i overlevelsestiden sett i disse dyrene (figur 1, 2). Forskjellen i midlere tumorstørrelse mellom KD + HBO
2T og kontrolldyr ved uke 3 var statistisk signifikant (p = 0,0062; figur 2B). Dag 21 e
x vivo
organ bioluminescence av KD + HBO
2T mus viste en trend med redusert metastatiske svulster hos dyr sammenlignet med SD-gruppen (figur 2). Spleen bioluminesens ble betydelig redusert i KD + HBO
2T mus (p = 0,0266).
Tumor veksten var lavere i mus matet KD enn hos mus matet SD. (A) Representative dyr fra hver behandlingsgruppe som viser tumor bioluminescens ved dag 21 etter tumorcelle inokulering. Behandlede dyrene viste mindre bioluminesens enn kontroller med KD + HBO2T mus som utviser en dyp nedgang i svulst bioluminesens forhold til alle grupper. (B) Den totale kropps bioluminescens ble målt ukentlig som et mål på tumorstørrelse; feilfelt representerer ± SEM. KD + HBO2T mus viste signifikant mindre svulst bioluminesens enn kontrolldyrene i uke 3 (p = 0,0062, to-tailed student ,s t-test) og en samlet trenden med betydelig tregere tumorvekst enn kontroller og andre behandlede dyr gjennom hele studien. (C, D) Dag 21 ex vivo organ bioluminescens av SD og KD + HBO2T dyrene (N = 8) viste en trend med redusert metastatisk tumorbyrde hos dyr som mottar den kombinerte terapi. Spleen bioluminesens ble betydelig redusert i KD + HBO2T mus (* p = 0,0266, to-tailed student ,s t-test). Resultatene ble betraktet som signifikant når p. 0,05
KD Senket blodsukker, forhøyet blod Ketoner, og redusert kroppsvekt
Før studien, innledende blodsukker, keton, og kroppsvekt var lik mellom gruppene (data ikke vist). Blodglukosenivåene var lavere i de KD-behandlede mus enn i SD-behandlede mus ved dag 7 (s 0,001; figur 3). Mens alle KD matet mus viste en trend av forhøyede blod ketonnivå hele varigheten av studien, bare KD + HBO
2T dyr viste betydelig ketoner sammenlignet med kontroller på dag 7 (s 0,001; figur 3). Ved dag 7, mistet KD matet mus omtrent 10% av sin opprinnelige kroppsvekt og opprettholdt som vekt for varigheten av undersøkelsen (figur 4). Dag 7 blodsukker og prosent kroppsvektendring ble signifikant korrelert til overlevelsestid (p = 0,0189 p = 0,0001 og, henholdsvis, figur 5).
(A) KD matet mus viste lavere blodglukose enn kontrollene dag 7 (*** p 0,001). Dyr i KD studiegruppen hadde signifikant lavere blodsukker enn kontrollene på dag 14 (* p 0,05). (B) KD + HBO2T mus hadde betydelig høyere blod ketoner enn kontrollene på dag 7 (*** p 0,001). Feilfelt representerer ± SEM. Blod analyse ble utført med One Way ANOVA med Kruksal Wallis Test og Dunn ,s Multiple Comparison Test post hoc; Resultatene ble betraktet som signifikant når p. 0,05
Kroppsvekten ble målt to ganger i uken. Kurve som indikerer gjennomsnittlig prosent av innledende kroppsvekt dyr på dag 7 og 14. KD og KD + HBO2T mus tapte omtrent 10% av deres kroppsvekt ved dag 7 og oppviste en signifikant forskjell i prosentvis kroppsvektendring, sammenlignet med kontrolldyrene (* p 0,05, *** p 0,001). Feilfelt representerer ± SEM.
Lineær regresjonsanalyse viste en signifikant sammenheng mellom dag 7 blodsukker og prosent kroppsvektendring med overlevelse (p = 0,0189 og p = 0,0001, henholdsvis). Resultatene ble betraktet som signifikant når p. 0,05
Diskusjoner
Nesten et århundre etter Otto Warburg rapportert unormal energi metabolismen av kreftceller, har fornyet interesse for feltet belyst en mengde nye terapeutiske mål. To lovende behandling innebære bruk av HBO
2T å reversere de kreftfremmende virkninger av tumor hypoksi og bruken av KD for å begrense tilgjengeligheten av glykolytiske substrater til glukose-avhengige kreftceller. Begge behandling har tidligere blitt rapportert å ha anti-kreft effekt [14], [54], [58], [60]. Siden disse behandlinger er antatt å fungere ved å målrette flere overlappende mekanismer, en hypotese om at vi kombinerer disse ikke-toksiske behandlinger ville gi en kraftig synergistisk anti-kreft-effekt. Videre, ettersom metastaser er ansvarlig for den overveldende majoritet av kreftrelaterte dødsfall, vi testet effekten av disse siamesiske terapi på VM-M3 musemodell for metastatisk kreft [7], [10].
Vi har funnet at KD matet
ad libitum
betydelig øket midlere overlevelsestid hos mus med metastatisk cancer (p = 0,0194; figur 1). Det er viktig å merke seg at KD-forede dyr tapte omtrent 10% av sin kroppsvekt i løpet av undersøkelsen (figur 4). Det er godt etablert at lav karbohydrat, kan høye fett ketogene diett forårsaker vekttap hos overvektige mennesker, [21], [22], [61]. Ketogene dietter er også kjent for å ha en appetitt undertrykkende effekt som kan bidra til tap av kroppsvekt [20]. Sammen med appetitt undertrykkelse, er en potensiell medvirkende faktor til den observerte vekttap er muligheten for at musene syntes KD å være mindre velsmakende og var selvbegrensende kaloriinntak. Som kalori begrensning er kjent for å fremkalle alvor anti-kreft effekt, kan den ketogene diett hemme kreft progresjon delvis ved indirekte kost energi begrensning [6], [38]. Fin og kolleger nylig brukt en svært lav karbohydrat KD å fremme stabil sykdom eller delvis remisjon hos pasienter med avansert metastatisk kreft [62]. Fin studie viste en sammenheng mellom blod ketoner og respons på diett terapi, noe som tyder på at keton høyde i seg selv bidrar også til anti-kreft effekt av KD.
Som hypotese, dype anti-kreft effekt ble observert i vår metastatisk musemodell etter å kombinere KD med HBO
2T. Ved å kombinere disse behandlinger nesten doblet overlevelsestiden hos mus med metastatisk cancer, økende midlere overlevelsestid etter 24 dager sammenlignet med kontrolldyr (p = 0,0050; figur 1). KD + HBO
2T-behandlede mus utviste signifikant redusert bioluminescens sammenlignet med kontroller ved uke 3 (p = 0,0062) og en trend med redusert tumorvekst gjennom hele undersøkelsen (Figur 2). Ved dag 7, alle dyrene på en ketogen diett hadde signifikant lavere blodsukker enn kontroller (figur 3). Som det er blitt vist at tumorvekst er direkte korrelert til blodglukosenivåer [63], denne reduksjon i blodglukosekonsentrasjon bidrar sannsynligvis til utviklingen av redusert tumor biolumine og frekvensen av tumorvekst sett i KD-forede dyr (figur 2). Nebeling et al. viste at KD betydelig redusert glukoseopptak hos barn hjernesvulst pasienter ved FDG-PET-analyse [64]. Denne kliniske data antyder redusert glukose levering til svulsten er en årsaksmekanisme i KD behandling. Alle KD-matet mus viste en trend med forhøyede blod ketoner gjennom hele studien; imidlertid bare KD + HBO
2T mus hadde signifikant høyere ketoner enn kontrollene på dag 7 (figur 3). Som ketoner er metaboliseres utelukkende i mitokondriene, kreftceller med skadet mitokondrier er ikke i stand til tilfredsstillende å bruke dem for energi. Mange krefttyper uttrykker ikke Succinyl-CoA: 3-ketoacid CoA-transferase (SCOT) enzym som er nødvendig for ketonet kroppsmetabolismen [65], [66]. Faktisk hindrer βHB administrering friske hippocampale neuroner, men ikke glioma celler fra glukose tilbaketrekking-indusert celledød [24]. Videre ketonlegemer har anti-kreft effekt selv, muligens gjennom hemming av glykolytiske enzymer [67]. Skinner og kolleger vist at acetoacetate og βHB administrasjon hemmer kreft i hjernen celleviabilitet
in vitro product: [25]. Dermed blir forhøyet ketonnivå i KD + HBO
2T mus sannsynlig forsterket effekten av denne kombinasjonsbehandlingen.
En fersk rapport fra Listanti, et. al foreslått at tumorassosierte fibroblaster produsere ketonlegemer for kreftceller til bruk som brensel [68]. Forfatterne har tidligere utgitt flere artikler med lignende funn [69], [70], [71]. I disse studiene skapte forfatterne udødelig fibroblaster som ble endret til overuttrykke hastighetsbegrensende enzymer i ketonlegemer produksjon og co-cultured disse cellene med menneskelige brystkreft celler endret til overuttrykker enzymer involvert i ketonlegemer utnyttelse. Selv om dette fenomenet kan oppstå i genetisk endret kulturen systemet brukes av forfatterne, er det ingen bevis for at dette forekommer naturlig i kreftceller
in vitro
eller svulster
in vivo.
Tvert imot , litteraturen som helhet antyder sterkt at kreftceller ikke kan effektivt bruke ketoner som brensel. Som beskrevet, har de fleste kreftformer uttrykker ikke SCOT enzym som er nødvendig for utnyttelse av ketonlegemer [65], [66]. Flere studier har rapportert en mangel av kreftceller til å forbrenne ketonlegemer
in vitro product: [24], [25]. Videre er det allment akseptert at ketonlegemer fremstilles nesten utelukkende av fettsyre β-oksidasjon i leveren. Det er ingen kjente metabolismeveien der fibroblaster kan produsere ketonlegemer fra glukose. Uten ekstra overbevisende bevis som støtter disse påstandene, er vi tilhengere av den oppfatningen at kreftceller ikke kan bruke ketonlegemer som effektive energi underlag.
Potential bekymring kan oppstå når det gjelder bruk av en diett terapi for kreftpasienter utsatt for kakeksi . Mens lavkarbo eller ketogen diett fremme vekttap hos overvektige personer, de er også kjent for å spare muskelsvinn i forhold til energi begrensning og sult [72], [73], [74], [75]. I en dyremodell av cancer cachexia, tilførsel av en lav karbohydrat, høyt fettinnhold forhindret vekttap av dyrene samtidig redusere tumorstørrelsen [76]. Lignende effekter ble beskrevet i humane kreftpasienter [64], [77]. Den anti-kreftkakeksi virkningene av KD er ikke overraskende når man vurderer en metabolsk bryter til energiomsetningen og påfølgende ketose utviklet som en fremgangsmåte for sparsom protein under langvarig faste eller sult [72], [78], [79]. Det er fornuftig at kosttilskudd-indusert terapeutisk ketose i en kreftpasient ville hindre muskelsvinn på samme måte som det gjør med utøverne under intens trening [80]. Videre, når gitt som en adjuvant behandling til pasienter med fremskreden kreft, forbedrer KD livskvalitet og forbedrer effektiviteten av kjemoterapi behandling i klinikken [81], [82]. Dette og andre fremvoksende bevis setter spørsmålstegn ved vanlig medisinsk råd om å begrense fettinntak i overvekt kreftpasienter [83].
Veech og kolleger beskrives mekanismer som keton metabolisme beskytter cellene mot oksidativ skade [74], [ ,,,0],78], mens nyere bevis tyder på at ketoner funksjon som HDAC hemmere [84]. βHB metabolisme fører til en økt reduksjon av NAD paret og øket oksydasjon av co-enzym Q inne i mitokondriene. Økt oksidasjon av Q avtar semiquinone nivåer, senere avtagende superoksid anion produksjon [74]. Økt reduksjon av NADP par forbedrer regenerering av redusert glutation, en viktig endogene antioksidant [74]. Dermed keton kroppens metabolisme beskytter cellene mot oksidativ skade ved å redusere ROS produksjon og ved å styrke endogene antioksidantegenskaper. Som tidligere omtalt, har kreftceller er i stand til effektivt å forbrenne ketonlegemer; Derfor kan vi ikke forvente at ketoner vil gi de samme beskyttende effekt ut mot kreftcellen. HBO
2T øker ROS produksjon i cellen som kan føre til membran lipidperoksidasjon og celledød [85]. Kreftceller med mitokondriell skade og kaotisk perfusjon naturlig produsere kronisk forhøyede nivåer av ROS, men er utsatt for oksydativ skade-indusert celledød med selv beskjedne økninger i ROS [58], [86]. Vi foreslår en mulig mekanisme for KD + HBO
2T effekt: KD svekker kreftceller ved glukose begrensning og iboende anti-kreft effekt av ketonlegemer samtidig overdragelse en beskyttende fordel til det friske vevet i stand til keton metabolisme. Denne metabolske målretting sensitizes kreftcellene til HBO
2T-indusert ROS produksjon og oksidativ skade, bidrar til effekten av å kombinere KD med HBO
2T. I tillegg keton metabolisme av sunt vev sannsynlig tildeler beskyttelse mot mulige negative konsekvenser av HBO
2T (CNS oksygenforgiftning) [87], [88], [89]. Nyere
in vivo
studier støtter de nervecellene effekter av keton estere [90], [91]. Disse hypotetiske mekanismer kan bidra til sikkerhet og effekt av KD + HBO
2T kombinasjonsbehandling.
Stuhr og Moen nylig publisert en omfattende gjennomgang av litteraturen om bruk av HBO
2T for kreft [59]. Forfatterne konkluderte med at HBO
2T skal betraktes som en trygg behandling for pasienter med varierende maligniteter og at det ikke er noen overbevisende bevis for sin bruk fremmer kreft progresjon eller tilbakefall. I litteraturen finnes det et betydelig antall studier som indikerer at HBO
2T kan indusere merkede anti-kreft effekt
in vitro
og i animalske og humane studier likt [58], [59], [92 ]. Bevis er blandet, men som andre studier rapporterte ingen effekt med HBO
2T [58], [59]. Faktisk, i vår nåværende studie, HBO
2T alene ikke forbedre utfallet av VM mus med metastatisk kreft, men å kombinere HBO
2T med KD fremkalte en dramatisk terapeutisk effekt.
