PLoS ONE: Den ketogen diæt og hyperbar oxygenbehandling forlænge overlevelsen hos mus med Systemisk metastatisk kræft

Abstrakt

Introduktion

Unormal kræft stofskifte skaber en glykolytisk afhængighed, som kan udnyttes ved at sænke glukosetilgængelighed til tumoren. Ketogenic diæt (KD) er en lav kulhydrat, højt fedtindhold kost, som nedsætter blodglucose og hæver blodketoner og har vist sig at bremse udviklingen af ​​kræft hos dyr og mennesker. Unormal tumorvaskulatur skaber hypoxiske lommer, som fremmer kræft progression og yderligere at øge den glycolytiske afhængighed af kræft. Hyperbar oxygenbehandling (HBO

2T) mætter tumorer med ilt, vende kræft effekter af tumor hypoxi. Da disse ikke-toksiske behandlingsformer udnytte overlappende metaboliske mangler for kræft, testede vi deres samlede virkning på kræft progression i en naturlig model af metastatisk sygdom.

Metoder

Vi brugte ildflueluciferase-mærket VM -M3 musemodel af metastatisk kræft at sammenligne tumor progression og overlevelse i mus fodret standard eller KD

ad libitum

med eller uden HBO

2T (2,5 ATM absolut, 90 min, 3x /uge). Tumorvækst blev overvåget af

in vivo

bioluminescerende billeddannelse.

Resultater

KD alene faldt betydeligt blodsukker, bremset tumorvækst, og øget gennemsnitlig overlevelsestid med 56,7% i mus med systemisk metastatisk cancer. Mens HBO

2T alene påvirkede ikke kræft progression, kombinere KD med HBO

2T fremkaldte et signifikant fald i blodsukkeret, tumor vækst, og 77,9% stigning i den gennemsnitlige overlevelsestid i forhold til kontrolgruppen.

konklusioner

KD og HBO

2T skabe betydelige anti-cancer effekter, når de kombineres i en naturlig model af systemisk metastatisk cancer. Vores tyder på, at disse behandlinger bør undersøges nærmere som potentielle ikke-toksiske behandlinger eller adjuverende behandlinger til standardbehandling for patienter med systemisk metastatisk sygdom

Henvisning:. Poff AM, Ari C, Seyfried TN, D’Agostino DP (2013) Den ketogen diæt og hyperbar oxygenbehandling forlænge overlevelsen hos mus med Systemisk metastatisk kræft. PLoS ONE 8 (6): e65522. doi: 10,1371 /journal.pone.0065522

Redaktør: Chih-Hsin Tang, Kina Medical University, Taiwan

Modtaget: December 20, 2012; Accepteret: Maj 2, 2013; Udgivet: 5 juni 2013

Copyright: © 2013 Poff et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Finansiering:. Dette arbejde blev støttet af Office of Naval Research, ONR give N000140610105 og ONR-DURIP udstyr tilskud N000140210643 (https://www.onr.navy.mil/). De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet

Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

Metastase er et komplekst fænomen, hvor cancerceller spredes fra en primær tumor til at etablere foci i en distal væv og er ansvarlig for 90 procent af cancer-relaterede dødsfald [1]. De specifikke ændringer, der medierer metastaser fortsat uklare; Men processen involverer generelt lokal tumorvækst, invasion gennem basalmembranen og omgivende væv, intravasation ind lymfekarrene eller blodkar, udbredelse og overlevelse i omløb, ekstravasation fra kar, og re-etablering af tumorer på distale væv. Mens mange primære tumorer kan styres med traditionelle behandlingsformer som kirurgi, kemoterapi og strålebehandling, disse behandlinger er ofte ineffektive mod metastatisk sygdom og i nogle tilfælde kan fremme udviklingen af ​​kræft og metastaser [2], [3], [4]. Der er et stort behov for nye behandlingsformer er effektive mod metastatisk cancer.

Måske er den vigtigste begrænsende faktor i udviklingen af ​​nye behandlinger for metastatisk cancer er manglen på dyremodeller, som nøjagtigt afspejler den sande natur af metastatisk sygdom. Xenograftmodeller af humane kræftformer i immundefekte mus er utilstrækkelige som immunsystemet er stærkt involveret i udviklingen af ​​kræft og progression. Faktisk de fleste tumormodeller dyrkes som xenografter i immunkompromitterede mus ikke metastaserer [5], [6]. Haleveneinjektion modeller af metastatisk cancer eliminere de vigtige trin i lokale væv invasion og intravasation ind i vaskulaturen, igen ikke repræsenterer den sande sygdomsfænotype. VM-M3 model af metastatisk cancer er en hidtil ukendt murin model, der nøje efterligner den naturlige progression af invasion og metastase [7], [8]. VM-M3 tumor opstod spontant i hjernen fra en mus af VM /Dk indavlede stamme og udtrykker multiple vækstkarakteristika af human glioblastoma multiforme med makrofag /microgliale egenskaber [7], [9]. Når de implanteres subkutant, VM-M3-celler hurtigt metastaserer til alle større organsystemer, især lever, lunge, nyre, milt, hjerne og knoglemarv. Systemisk metastase er også gentagne gange dokumenteret i human glioblastoma multiforme (GBM), som er blevet forbundet til de makrofag /mikroglial karakteristika tumoren [9]. Tumoren blev tilpasset cellekultur og transficeres med ildflue-luciferasegenet at tillade nem overvågning af tumorvækst

in vivo

[10]. VM-M3 model af metastatisk cancer har en klar fordel i forhold andre metastatiske modeller, fordi det spreder naturligt i en immunokompetente vært, efterligne den naturlige kræft mikromiljø. Cisplatin og methotrexat, to almindeligt anvendte kemoterapeutiske stoffer, inhiberer metastatisk spredning i VM-M3 model af metastatisk cancer i lighed med deres virkninger i mennesker, yderligere underbygger modellens repræsentation af den sande sygdomstilstand [8],. Af disse grunde blev VM-M3 model af metastatisk kræft anvendt til denne undersøgelse.

Unormal energi stofskifte er en gennemgående træk i de fleste tumorceller på tværs af alle vævstyper [14]. I 1930 s, bemærkede Otto Warburg, at alle kræftformer udtrykte høje fermentering i tilstedeværelse af ilt [15]. Denne funktion, kendt som The Warburg Effect, er knyttet til mitokondriel dysfunktion og genetiske mutationer i kræftcellen [14], [16], [17]. Disse defekter forårsage kræft til stærkt afhængige glukose til energi, en kvalitet, der ligger til grund for brugen af ​​fluorodeoxyglukose-PET scanninger som et vigtigt diagnostisk redskab for onkologer [18]. Ketogene kost er højt fedtindhold, lav kulhydrat kost der har været brugt i årtier til behandling af patienter med refraktær epilepsi [19]. Ketogene diæter også undertrykke appetitten naturligt dermed producere nogle vægttab [19], [20], [21], [22]. Kosten energi reduktion (DER) sænker blodsukkeret, begrænser energiforsyningen til kræftceller, mens opløftende cirkulerende blod keton niveauer [6]. Ketonstoffer kan tjene som en alternativ energikilde for de celler med normal mitokondriefunktionen [23], [24], men ikke for cancerceller [25]. DER er blevet vist at have anti-tumor effekt i en række forskellige cancere, herunder hjerne, prostata, mammary, pancreas, lunge, mave, og colon [14], [26], [27], [28], [29] , [30], [31], [32], [33], [34]. DER producerer anti-cancer effekter gennem flere metaboliske veje, herunder inhibering af IGF-1 /PI3K /Akt /HIF-1α pathway som anvendes af cancerceller til at fremme proliferation og angiogenese og inhiberer apoptose [35], [36], [ ,,,0],37], [38], [39], [40], [41], [42]. Derudover DER inducerer apoptose i astrocytomceller, samtidig beskytte normale hjerneceller fra døden ved aktivering af adenosinmonophosphat kinase (AMPK) [43].

Tumorer besidder unormal vaskulatur som blokerer tilstrækkelig vævsperfusion, hvilket fører til tilstedeværelsen af hypoksiske regioner, der fremmer kemoterapi og strålebehandling modstand [44], [45], [46], [47]. Faktisk hypoxiske cancerceller er tre gange mere resistente over for strålebehandling end er godt oxygenerede celler [48]. Ud over at mindske effekten af ​​standardbehandling, tumor hypoxia aktiverer en række onkogene veje, især gennem Det HIF-1-transkriptionsfaktor, som fremmer tumorvækst, metastase, angiogenese og inhiberer apoptose [49], [50].

hyperbar oxygenbehandling (HBO

2T) involverer administration af 100% oxygen ved forhøjet tryk (større end havets overflade, eller en ATA). HBO

2T øger plasma iltmætning som letter ilttilførsel til vævet uafhængig af hæmoglobin O

2 mætning [51]. Den potentielle fordel ved at bruge HBO

2T at bekæmpe kræft-effekter af tumor hypoxi er klar. HBO

2T alene har vist sig at hæmme tumorvækst, reducere tumor blodkar densitet og inducerer den præferentielle ekspression af anti-cancer-gener i rottemodeller af brysttumorer [52]. Derudover stråling og mange kemoterapi lægemidler virker ved at producere frie radikaler i tumorerne, hvilket fører til celledød. HBO

2T forbedrer tumor-celle produktion af reaktive ilt arter, som bidrager til de synergistiske virkninger af HBO

2T som en adjuverende behandling til standardbehandling. Faktisk HBO

2T øger effekten af ​​både stråling og kemoterapi i dyremodeller [53], [54], [55], [56], [57].

I normale væv, nedsat ilt tilgængelighed inhiberer mitokondrie produktionen af ​​ATP, stimulere en opregulering af glycolytiske enzymer til at opfylde energibehovet efter substrat niveau phosphorylering produktion af ATP. Således er det cellulære respons på tumor hypoxi medieret af flere af de samme veje, som er alt for aktive i kræftceller med mitokondrie skader og høje aerobe glykolyse. Dette antyder, at ketogen diæt og HBO

2T kunne målrette flere overlappende stier og tumorigene adfærd af kræftceller. Vi antager, at disse behandlinger vil arbejde synergistisk til inhibering af tumorudvikling. Vi foreslår, at tilføjelsen af ​​disse ikke-giftige adjuverende behandlinger til den nuværende standard for pleje kan forbedre progressionsfri overlevelse hos patienter med fremskreden metastatisk sygdom.

Materialer og metoder

Mus

Tre ynglende par af VM /Dk stammen af ​​mus blev anvendt til at etablere og udbrede en VM /Dk mus koloni i University of South Florida (USF) Morsani College of Medicine Vivarium henhold til standard dyrehold protokol. Fyrre voksne hanmus (10-18 uger gamle) blev anvendt til denne undersøgelse. Alle dyreforsøg blev udført inden for streng overholdelse af NIH Guide for pasning og anvendelse af Laboratory og Dyr og blev godkendt af USF Institutional Animal Care og brug Udvalg (IACUC; Protokol nummer R4137).

Cell Culture

VM-M3 /Fluc celler blev modtaget som en gave fra TN Seyfried, Boston College, hvor de blev skabt ud fra en spontan tumor i en VM /Dk mus og tilpasset til cellekultur [7]. VM-M3 /Fluc celler blev transduceret med et lentivirus vektor indeholdende ildflue luciferasegenet under kontrol af cytomegalovirus-promotoren (VM-M3 /Fluc) som tidligere beskrevet [7]. VM-M3 /Fluc celler blev dyrket i Eagles minimale essentielle medium med 2 mM L-glutamin (ATCC, Manassas, VA), 10% føtalt bovint serum (Invitrogen, Grand Island, NY), 1% penicillin-streptomycin (Gibco, Invitrogen) og høj glucose (25 mM D-glucose, Fisher Scientific, Waltham, MA). Celler blev dyrket i en CO

2 inkubator ved 37 ° C i 95% luft og 5% CO

2.

Subkutan Tumor Implantation

På dag 0, VM-M3 /Fluc celler (1 million celler i 300 pi PBS) blev implanteret, fm, i maven af ​​VM /Dk mus ved hjælp af en 27 gage nål. Podning resulterer i hurtig og systemisk metastaser til de fleste større organer, nemlig lever, nyrer, milt, lunger og hjerne som beskrevet tidligere [7].

Diet Therapy

På dagen for tumor podning mus blev randomiseret til en af ​​fire grupper: SD (kontrol); SD + HBO

2T; KD; eller KD + HBO

2T. Mus i SD-gruppen blev fodret standard gnaverfoder (2018 Teklad Global 18% Protein gnaver Diet, Harlan)

ad libitum.

Mus i KD gruppe modtog KD-Solace ketogen diæt

ad libitum

. KD-Solace er en kommercielt tilgængelig ketogenic diæt pulver (KetoGen, Solace Nutrition) og blev blandet 1:01 med H

2O til dannelse af en fast pasta. Makronæringsstoffer information til SD og KD-Solace er vist i tabel 1. Foderet blev løbende udskiftet hver anden dag for at bevare friskheden og tillade mus til foder

ad libitum.

hyperbar oxygenbehandling (HBO

2T)

Mus gennemgår HBO

2T modtaget 100% O

2 i 90 minutter ved 1,5 ATM gauge (2,5 ATM absolut) tre gange om ugen (M, W, F ) i et trykkammer (Model 1300B, Sechrist Industries, Anaheim, CA).

glukose, keton, og Vægt Målinger

Hver 7. dag, blod blev opsamlet fra halen ved hjælp af anerkendte metoder. Glucose blev målt under anvendelse af Nova Max® Plus ™ glucose og β-keton Monitoring System (Nova Biomedical, Waltham, MA), og β-hydroxybutyrat blev målt under anvendelse af Precision Xtra ™ Blood Glucose Keton Monitoring System (Abbott Laboratories, Abbott Park, IL).

Mus blev vejet mellem 1 og 3:00 to gange om ugen for varigheden af ​​undersøgelsen ved hjælp af AWS-1KG Portable Digital Scale (AWS, Charleston, SC ).

selvlysende Imaging og Tumor Growth Analysis

Tumorvækst blev overvåget som et mål for bioluminescerende signalering ved hjælp af Xenogen IVIS Lumina systemet (Caliper LS, Hopkinton, MA). Dataindsamling og -analyse blev udført ved hjælp af Living Image® software (Caliper LS). Ca. 15 minutter før

in vivo

billeddannelse, modtog musene en i.p. injektion af D-Luciferin (50 mg /kg) (Caliper LS). Bioluminescerende signal blev opnået under anvendelse IVIS Lumina afkølet CCD-kamera system med en 1 sek eksponeringstid. Da kun kræftcellerne indeholdt luciferasegenet, bioluminescerende signal (fotoner /s) af hele dyret blev målt og sporet med tiden som en indikator for metastatisk tumor størrelse og spredning.

Survival Analysis

Gennem hele undersøgelsen, sundhed og musenes adfærd blev vurderet dagligt. Musene blev humant aflivet ved CO

2 kvælning efter IACUC retningslinjer upon præsentation af definerede kriterier (tumor-associerede ascites, formindsket respons på stimuli, apati og manglende trivsel), og overlevelsestiden blev indspillet.

Statistik

overlevelse data blev analyseret af Kaplan-Meier og logrank Tests for overlevelse distribution. Mean overlevelsestid blev analyseret ved to-halet Students t-test. Bioluminescerende signal som et mål for tumorstørrelse blev analyseret ved to-halet Students t-test. Blod målinger blev analyseret af One Way ANOVA med Kruskal Wallis test og Dunns Multiple Sammenligning Test post hoc. Forskelle i procent vægtændring blev analyseret af One Way ANOVA med Tukey Multiple Sammenligning Test post hoc. Korrelation mellem blodglucose, legemsvægt forandring, og overlevelsestider blev analyseret ved lineær regressionsanalyse. Resultaterne blev betragtet som signifikante, når p. 0,05

Resultater

kombinere KD med HBO

2T forlænget overlevelse i mus med metastaserende kræft

KD og KD + HBO

2T behandlede mus viste en statistisk forskellig overlevelse kurven ved Logrank Test med en stigning i overlevelsestid sammenlignet med kontroldyr (p = 0,0194 og p = 0,0035, henholdsvis, figur 1A). KD fodres og KD + HBO

2T dyr viste også en signifikant stigning i den gennemsnitlige overlevelsestid sammenlignet med kontroldyr med den tosidede t-test (p = 0,0044 og p = 0,0050, henholdsvis, figur 1B). Selvom tidligere undersøgelser har rapporteret, at HBO

2T alene kan øge overlevelsestiden hos dyr med forskellige cancerformer [52], [54], [58], [59], ser vi ikke en effekt på overlevelsen hos mus, der fik SD + HBO

2T. Kontrol (SD) mus havde en gennemsnitlig overlevelsestid på 31,2 dage, hvorimod SD + HBO

2T mus havde en ikke-statistisk forskellige gennemsnitlig overlevelse på 38,8 dage (figur 1b). KD alene øgede gennemsnitlige overlevelsestid ved ca. 17 dage (56,7%), og når de kombineres med HBO

2T, mus udviste en stigning i den gennemsnitlige overlevelsestid på ca. 24 dage (77,9%) (figur 1B). Dette fund støtter kraftigt effekten af ​​KD og HBO

2T som terapier at hæmme tumor progression og forlænger overlevelsen hos dyr med metastatisk cancer.

(A) Kaplan-Meier overlevelse plot af studiegrupper. Dyr, der fik KD og KD + HBO viste

2T signifikant længere overlevelse sammenlignet med kontroldyr (p = 0,0194 og p = 0,0035, henholdsvis; Kaplan-Meier og logrank Tests for overlevelse fordeling). (B) Behandling gruppe kohorte størrelse og betyde overlevelse gange vist. KD-mus udviste en stigning i den gennemsnitlige overlevelsestid 56,7% i forhold til kontroller (p = 0,0044, to-halet t-test); KD + HBO

2T mus udviste en stigning i den gennemsnitlige overlevelsestid 77,9% i forhold til kontroller (p = 0,0050; tosidede t-test). Resultaterne blev betragtet som signifikante, når p. 0,05

KD og HBO

2T Nedsat Tumor Bioluminescens

selvlysende signal blev sporet som et mål for tumorstørrelse hele undersøgelsen. Dyr, der gives KD alene eller i kombination med HBO

2T viste en bemærkelsesværdig tendens til langsommere tumorvækst over tid. Denne tendens var mere udtalt i KD + HBO

2T mus og afspejlede stigningen i overlevelsestiden set i disse dyr (figur 1, 2). Forskellen i den gennemsnitlige tumorstørrelse mellem KD + HBO

2T og kontroldyr ved uge 3 var statistisk signifikant (p = 0,0062, figur 2B). Dag 21 e

x vivo

organ bioluminescens af KD + HBO

2T mus viste en tendens af reducerede metastatiske tumorer i dyr sammenlignet med SD gruppe (figur 2). Spleen bioluminescens blev signifikant reduceret i KD + HBO

2T mus (p = 0,0266).

Tumor vækst var langsommere i mus fodret med KD end hos mus fodret med SD. (A) Repræsentative dyr fra hver behandlingsgruppe demonstrerer tumor bioluminescens på dag 21 efter inokulation af tumorceller. Behandlede dyr viste mindre bioluminescens end kontrol med KD + HBO2T mus udviser en dyb nedgang i tumor bioluminescens i forhold til alle grupper. (B) Samlet krop bioluminescens blev målt ugentligt som et mål for tumorstørrelse; fejlsøjler repræsenterer ± SEM. KD + HBO2T mus udviser signifikant mindre tumor bioluminescens end kontroldyr i uge 3 (p = 0,0062; tosidede student ,s t-test) og en generel tendens på især langsommere tumorvækst end kontrol og andre behandlede dyr i hele undersøgelsen. (C, D) Dag 21 ex vivo organ bioluminescens SD- og KD + HBO2T dyr (N = 8) viste en tendens til nedsat metastatisk tumor byrde i dyr, der modtog den kombinerede behandling. Spleen bioluminescens blev signifikant reduceret i KD + HBO2T mus (* p = 0,0266; tosidede student ,s t-test). Resultaterne blev betragtet som signifikante, når p. 0,05

KD Sænket blodsukker, forhøjet Ketoner, og nedsat kropsvægt

Før undersøgelsen, initial blodsukker, keton, og legemsvægte var ens blandt grupperne (data ikke vist). Blodglucoseniveauer var lavere i KD-behandlede mus end i SD-behandlede mus på dag 7 (p 0,001; Figur 3). Mens alle KD-fed mus viste en tendens til forhøjet blod keton niveauer under hele undersøgelsen, viste kun KD + HBO

2T dyr betydeligt forøgede ketoner sammenlignet med kontroller på dag 7 (p 0,001; figur 3). På dag 7, KD-fodret mus mistet ca. 10% af deres oprindelige kropsvægt og fastholdt, at vægten for varigheden af ​​undersøgelsen (figur 4). Dag 7 blodsukker og procent legemsvægtændring var signifikant korreleret til overlevelsestid (p = 0,0189 og p = 0,0001, henholdsvis, figur 5).

(A) KD-fed mus viste lavere blodglucose end kontrollerne dag 7 (*** p 0,001). Dyr i KD studiegruppe havde signifikant lavere blodsukkerniveauet end kontrol på dag 14 (* p 0,05). (B) KD + HBO2T mus havde signifikant højere blodketoner end kontroller på dag 7 (*** p 0,001). Fejl- søjler repræsenterer ± SEM. Blod-analyse blev udført med One Way ANOVA med Kruksal Wallis Test og Dunn ,s Multiple Sammenligning Test post hoc; resultater blev betragtet som signifikante, når p. 0,05

Kropsvægten blev målt to gange om ugen. Graf viser gennemsnitlig procent af de oprindelige kropsvægt dyr på dag 7 og 14. KD og KD + HBO2T mus mistede ca. 10% af deres kropsvægt på dag 7 og udviste et signifikant forskel i procent kropsvægt ændring i forhold til at styre dyr (* p 0,05; *** p 0,001). Fejl søjler repræsenterer ± SEM.

Lineær regressionsanalyse viste en signifikant sammenhæng mellem dag 7 blodsukker og procent kropsvægt skift med overlevelse (p = 0,0189 og p = 0,0001, henholdsvis). Resultaterne blev betragtet som signifikante, når p. 0,05

Diskussion

Næsten et århundrede efter Otto Warburg rapporterede den unormale energiomsætning af kræftceller, har fornyet interesse på området belyst en overflod af nye terapeutiske mål. To lovende behandlinger involverer anvendelsen af ​​HBO

2T at vende kræft-effekter af tumor hypoxi og anvendelsen af ​​KD at begrænse tilgængeligheden af ​​glycolytiske substrater til glucose-afhængige cancerceller. Begge terapier er tidligere blevet rapporteret at have anti-cancer effekter [14], [54], [58], [60]. Da disse behandlinger menes at arbejde ved at målrette adskillige overlappende mekanismer, vi hypotese, at kombinere disse ikke-toksiske behandlinger vil være et virkningsfuldt, synergistisk anticancervirkning. Da metastase er ansvarlig for det overvældende flertal af cancer-relaterede dødsfald, testede vi virkningen af ​​disse sammensatte terapier på VM-M3 musemodel af metastatisk cancer [7], [10].

Vi fandt at KD Fed

ad libitum

steg betydeligt gennemsnitlige overlevelsestid i mus med metastatisk cancer (p = 0,0194, figur 1). Det er vigtigt at bemærke, at KD-fodrede dyr mistede ca. 10% af deres kropsvægt i løbet af undersøgelsen (figur 4). Det er velkendt, at lavt kulhydrat, kan højt fedtindhold ketogene kostvaner forårsage vægttab hos overvægtige mennesker [21], [22], [61]. Ketogene diæter er også kendt for at have en appetit undertrykkende virkning som kan bidrage til vægttab [20]. Sammen med appetit undertrykkelse, en potentiel medvirkende faktor til den observerede vægttab er den mulighed, at mus fandt KD at være mindre velsmagende og var self-begrænser kalorieindtag. Som kalorieindhold begrænsning er kendt for at fremkalde dybe anti-cancer effekt, kan ketogenic diæt inhibere cancer progression delvist ved indirekte kosten energi begrænsning [6], [38]. Fin og kolleger for nylig brugt en meget lav kulhydrat KD at fremme stabil sygdom eller delvis remission hos patienter med fremskreden metastatisk kræft [62]. Fin undersøgelse påvist en sammenhæng mellem blod ketoner og reaktion på kost terapi, hvilket antyder, at keton elevation selv bidrager også til anti-cancer virkning af KD.

Som hypotese, blev observeret dybe anti-cancer effekter i vores metastatisk musemodel efter kombinere KD med HBO

2T. Ved at kombinere disse behandlinger næsten fordoblet overlevelsestid i mus med metastatisk kræft, øge gennemsnitlige overlevelsestid ved 24 dage i forhold til kontroldyr (p = 0,0050; figur 1). KD + HBO

2T-behandlede mus udviste signifikant nedsat bioluminescens sammenlignet med kontroller ved uge 3 (p = 0,0062) og en tendens til nedsat tumorvæksthastighed hele undersøgelsen (figur 2). Ved dag 7, alle dyr på en ketogen diæt havde signifikant lavere blodsukkerniveauet end kontroller (Figur 3). Som det er blevet vist, at tumorvækst er direkte korreleret til blodsukkerniveauet [63], dette fald i blodglucosekoncentration sandsynligvis bidraget til udviklingen af ​​nedsat tumor bioluminescens og hastigheden af ​​tumorvækst ses i KD-fodrede dyr (figur 2). Nebeling et al. viste, at KD faldt betydeligt glukoseoptagelse i pædiatriske hjerne tumor patienter ved FDG-PET-analyse [64]. Denne kliniske data foreslår nedsat glukose levering til tumoren er en kausal mekanisme i KD behandling. Alle KD-fodrede mus viste en tendens til forhøjede ketoner hele undersøgelsen; dog kun KD + HBO

2T mus havde signifikant højere ketoner end kontrol på dag 7 (figur 3). Som ketoner udelukkende metaboliseres i mitokondrierne, cancerceller med beskadigede mitokondrier ikke er i stand til på passende bruge dem til energi. Mange cancere udtrykker ikke succinyl-CoA: 3-ketosyre-CoA-transferase (SCOT) enzym, som er nødvendig for keton organ metabolisme [65], [66]. Faktisk βHB administration forhindrer raske hippocampale neuroner, men ikke gliomceller fra glucose tilbagetrækning-induceret celledød [24]. Desuden ketonstoffer har virkninger selv anti-cancer, eventuelt gennem hæmning af glycolytiske enzymer [67]. Skinner og kolleger viste, at acetoacetat og βHB administration hæmmer hjernens levedygtighed kræftcelle

in vitro

[25]. Således forhøjede keton niveauer i KD + HBO

2T mus sandsynligvis forbedret effekten af ​​denne kombinerede terapi.

En nylig rapport fra Listanti, et. al foreslog, at tumor-associerede fibroblaster producerer ketonstoffer for kræftceller at bruge som brændstof [68]. Forfatterne har tidligere udgivet flere papirer med lignende fund [69], [70], [71]. I disse undersøgelser, skabte forfatterne udødeliggjort fibroblaster, som blev ændret at overudtrykke hastighedsbegrænsende enzymer i keton krop produktion, og co-dyrkes disse celler med human brystkræftceller ændret til overekspression enzymer involveret i keton krop udnyttelse. Mens kan forekomme dette fænomen i genetisk ændrede kultur, der anvendes af forfatterne, er der ingen beviser for, at dette forekommer naturligt i kræftceller

in vitro

eller i tumorer

in vivo.

Tværtimod , litteraturen som helhed tyder stærkt på, at kræftcellerne ikke effektivt kan bruge ketoner til brændstof. Som beskrevet har de fleste kræftformer ikke udtrykke SCOT enzym, der er nødvendigt for keton organ udnyttelse [65], [66]. Flere undersøgelser har rapporteret en mangel af kræftceller til at metabolisere ketonstoffer

in vitro

[24], [25]. Endvidere er det almindeligt accepteret, at ketonstoffer fremstilles næsten udelukkende af fedtsyre β-oxidation i leveren. Der er ingen kendt metabolisk vej, ad hvilken fibroblaster kan producere ketonstoffer fra glucose. Uden yderligere overbevisende beviser til støtte for disse påstande, forbliver vi fortalere for den forestilling, at kræftcellerne ikke kan udnytte ketonstoffer som effektive energiteknologier substrater.

Potentielle bekymring kan opstå med hensyn til brugen af ​​en kost terapi for kræftpatienter er modtagelige for kakeksi . Mens lav kulhydrat eller ketogene kost fremme vægttab i overvægtige personer, de er også kendt for at skåne muskelsvind under betingelser for energi begrænsning og sult [72], [73], [74], [75]. I en dyremodel af cancer kakeksi, administration af en lav kulhydrat, højt fedtindhold kost forhindret vægttab af dyrene samtidig faldende tumorstørrelse [76]. Lignende effekter blev beskrevet i humane kræftpatienter [64], [77]. De anti-cachexia virkninger af KD er ikke overraskende, når man overvejer en metabolisk skift til fedtstofskiftet og efterfølgende ketose udviklet som en metode til besparende protein under langvarig fastende eller sult [72], [78], [79]. Det giver mening, at kosten-induceret terapeutisk ketose i en kræftpatient ville forhindre muskelsvind samme måde som det gør med atleter gennemgår intens motion [80]. Endvidere når det gives som en adjuverende behandling til patienter med fremskreden cancer, KD forbedrer livskvaliteten og øger effektiviteten af ​​kemoterapi behandling i klinikken [81], [82]. Dette og andre nye beviser sætter spørgsmålstegn ved fælles lægelig rådgivning begrænse fedt forbrug i overvægtige kræftpatienter [83].

Veech og kolleger beskrev de mekanismer, hvormed keton stofskifte beskytter celler fra oxidative skader [74], [ ,,,0],78], mens nyere tyder på, at ketoner fungerer som HDAC-hæmmere [84]. βHB metabolisme resulterer i en forøget reduktion af NAD par og forøget oxidation af coenzym Q inde i mitokondrierne. Øget oxidation af Q falder semiquinon niveauer, efterfølgende faldende superoxid anion produktion [74]. Øget reduktion af NADP par forbedrer regenerering af reduceret glutathion, en vigtig endogen antioxidant [74]. Således keton organ metabolisme beskytter celler mod oxidativ skade ved at sænke ROS produktion og ved at forbedre endogene antioxidant kapacitet. Som tidligere beskrevet cancerceller er i stand til effektivt at metabolisere ketonstoffer; Derfor forventer vi ikke, at ketoner vil give de samme beskyttende virkninger over på kræftcelle. HBO

2T øger ROS produktion i cellen, som kan føre til membranen lipidperoxidation og celledød [85]. Kræftceller med mitokondrie skader og kaotisk perfusion naturligt producerer kronisk forhøjede niveauer af ROS, men er modtagelige for oxidativ skade celledød med selv beskedne stigninger i ROS [58], [86]. Vi foreslår en potentiel mekanisme af KD + HBO

2T effekt: KD svækker cancerceller ved glucose restriktion og de iboende anti-cancer effekter af ketonstoffer samtidig bibringer en beskyttende fordel til det sunde væv i stand til keton metabolisme. Denne metaboliske målretning sensibiliserer kræftcellerne til HBO

2T-induceret ROS produktion og oxidative skader, der bidrager til effekten af ​​at kombinere KD med HBO

2T. Derudover keton metabolisme ved de sunde væv sandsynligvis giver beskyttelse mod de potentielle negative konsekvenser af HBO

2T (CNS ilt toksicitet) [87], [88], [89]. Nylige

in vivo

undersøgelser understøtter den neurobeskyttende virkninger af ketonestere [90], [91]. Disse hypotetiske mekanismer kan bidrage til sikkerhed og effekt af KD + HBO

2T kombinationsbehandling.

Stuhr og Møn nylig offentliggjort en omfattende gennemgang af litteraturen om brug af HBO

2T for kræft [59]. Forfatterne konkluderede, at HBO

2T bør betragtes som en sikker behandling for patienter med varierende maligniteter, og at der ikke er noget overbevisende dokumentation brugen fremmer kræft progression eller tilbagefald. I litteraturen findes der et stort antal undersøgelser tyder på, at HBO

2T kan inducere markant anti-cancer effekter

in vitro

i animalske og humane studier både [58], [59], [92 ]. Beviser er blandet, men som andre undersøgelser rapporteret nogen effekt med HBO

2T [58], [59]. Ja, i vores nuværende undersøgelse, HBO

2T alene ikke forbedre resultatet af VM mus med metastatisk cancer, men kombinere HBO

2T med KD fremkaldte en dramatisk terapeutisk effekt.