nature重磅研究：生酮饮食预防结肠癌，最详细的解读

2天前，医学顶刊Nature杂志上，发表了一项炸弹研究：

β-Hydroxybutyrate suppresses colorectal cancer.。

图片来自www.nature.com

这项由宾夕法尼亚大学Perelman医学院Christoph A. Thaiss和Maayan Levy教授合作完成的研究，得出了明确的结论：

生酮饮食通过产生酮体β-羟基丁酸（BHB），抑制了结直肠癌的发展。

前几天，我们刚写了生酮饮食能够增强化疗效果，有助于杀死胰腺癌细胞。

今天的研究就更厉害了，不需要化疗，仅仅通过饮食就能显著减小肿瘤的数量和大小。

不敢相信？那就看看这项研究是怎么进行的吧，保证让你心服口服。

Nature：生酮饮食能够抑制肿瘤生长

为了确定影响肠道肿瘤生长的饮食干预，研究者设计了具有确定的常量营养素来源，恒定蛋白质含量，和不同脂肪与碳水化合物比率的小鼠饮食，如下图：

我们可以从图中看出，研究人员设置了两种脂肪含量为90%的生酮饮食（KD），一种脂肪来源于猪油（lard），另一种来源于植物油（Crisco，一种植物起酥油，主要是大豆油）。

在喂食这六种不同饮食的小鼠中，研究者通过注射偶氮甲烷（AOM），和三个周期的葡聚糖硫酸钠（DSS），来诱导结直肠癌（CRC）的发生。

结果发现，随着脂肪与碳水化合物比例的增加，肿瘤的数量和大小受到抑制（图a-f），并且生酮饮食提高了CRC小鼠的长期存活率（图g）。

此外，KD 抑制了 CRC 遗传模型中的肿瘤发展（图 d、e、h-j）；在不同的动物饲养条件下（vivarium1和2），都能观察到这种效应（图 k-p）。

为了评估生酮饮食，是否可用于治疗现有的结直肠肿瘤，研究人员对小鼠，进行延迟暴露范例，即在第二个葡聚糖硫酸钠（DSS）周期后，开始生酮饮食喂养。

结果表明，生酮饮食有效地抑制了肿瘤生长的进展；而在停止生酮饮食后，导致了肿瘤再生。

→β-羟基丁酸（BHB）抑制肠道肿瘤生长

这些实验结果都表明，生酮饮食在预防和治疗模型中，都有效地抑制了结直肠肿瘤的生长，研究人员接下来继续研究，生酮饮食对结肠肿瘤发展的影响的机制。

他们排除了热量摄入的差异；随后又排除了生酮饮食减少产生IL-17的T细胞，和抑制NLRP3炎症小体的作用。

因为各组的热量摄入无显著差异；适应性免疫细胞在功能上，并不是饮食因素所必需的。

图片来自：www.medgadget.com

而无论宿主是否表达NLRP3 炎症小体，都能观察到KD的肿瘤抑制作用。

研究人员随后使用了一个类器官系统，证实了生酮饮食，能够直接影响Lgr5+细胞的功能，从而减少肠道上皮的干细胞的增殖。

类器官（Organoids），利用干细胞直接诱导生成三维组织模型，类似于组织器官。可复制出已分化组织的复杂空间形态，并能够表现出细胞与细胞之间、细胞与其周围基质之间的相互作用和空间位置形态。

而其本身又能做到，与体内分化的组织器官具有相似的生理反应，与来源组织具有极高的相似性。

→什么是生酮饮食（KD）

这是一种高脂肪，低碳水的饮食，能够刺激肝脏，产生酮体乙酰乙酸 (AcAc)，和β-羟基丁酸（BHB）。

为了确定KD对上皮生长的抑制作用，是否由酮体介导，研究者监测了在AcAc，或BHB存在下，培养的肠类器官。

结果发现，在仅有AcAc存在的条件下，类器官的生长没有变化；但随着BHB的浓度增加，类器官的大小随之减小，且没有影响类器官的活力。（BHB 的有效浓度，与KD喂养在肠道中达到的组织水平相似）

除了诱导肝脏生酮外，KD还可以降低全身葡萄糖水平，和增强胰岛素敏感性，这些效应均有健康益处。

为了确定BHB和葡萄糖限制，对减少肿瘤的影响大小，研究者使用不同的葡萄糖浓度，用 BHB处理类器官。

结果显示，BHB的补充，减少了每种葡萄糖浓度下的类器官生长，表明葡萄糖限制和补充BHB，可能通过不同的机制起作用。

基于这些结果，研究人员推测，生酮饮食通过BHB这一代谢物，减少肠道上皮干细胞增值，和肿瘤生长。

→BHB通过Hopx抑制肿瘤生长

研究者接下来研究了BHB介导的肿瘤抑制的机制，对 BHB处理的类器官，进行了 RNA 测序（RNA-seq），发现BHB诱导了全部基因表达的显著变化。

在 BHB上调的基因中，编码仅同源结构域的蛋白Hopx是一种推定的致瘤性负调节因子。

为了证实Hopx对BHB介导的肿瘤生长抑制机制的作用，研究者将Hopx缺陷小鼠，和野生型小鼠的类器官，同时暴露于BHB。

结果发现，BHB减少了野生型类器官的生长，而Hopx缺陷类器官，对BHB的处理具有抗性。

左：Hopx缺陷类器官                 右：野生型类器官

研究者接下来要确定Hopx是否由生酮饮食诱导，发现接受KD的小鼠，显示结肠组织中 Hopx水平升高，并在诱导结肠肿瘤后，Hopx水平进一步升高。

为了确定KD和BHB的肿瘤抑制作用，是否需要Hopx表达，研究者给Hopx缺陷小鼠和野生型小鼠均使用生酮饮食，并诱导CRC。

结果显示，野生型组在KD喂养后，肿瘤生长明显减少；但该饮食对缺乏Hopx的小鼠无效。

WT：野生型 Hopx；KO：Hopx缺陷型；KD：生酮饮食

为了深入了解Hopx介导KD肿瘤生长抑制作用的分子机制，研究者对 AOM/DSS 处理的野生型和Hopx缺陷小鼠的结肠组织，进行了RNA-seq。

差异表达基因的功能注释显示，在缺乏Hopx的小鼠中，增殖途径强烈上调，其中包括几个参与细胞周期调节的基因。

总之，以上结果均表明，KD和BHB诱导的Hopx表达增加，会减少肠道上皮生长，和结肠肿瘤发生。

→BHB诱导Hopx的表达需要Hcar2

研究者通过实验证明了，BHB抑制组蛋白脱乙酰酶HDAC的活性，和DNA甲基化状态的变化，并不会影响BHB诱导Hopx的表达。

为了确定BHB影响Hopx转录的机制，研究者对可能在BHB机制下游起作用的候选基因，进行了CRISPR筛选。

CRISPR是指有效编辑有机体内部分基因的技术。目前根据不同的Cas核酸酶来分类一共有三种不同的系统。其中二型的比较简单，是以Cas9核酸酶以及向导RNA（gRNA）为核心组成。

这些候选基因包括 BHB受体，Hcar2和Ffar3（也分别称为 Gpr109a和Gpr41），以及其他几个受 BHB影响的基因。

小鼠的类器官，分别被向导RNA (gRNA) 靶向，每个候选基因，平均使用四个不同的gRNA，然后将类器官暴露于BHB，并测量它们的生长。

结果发现，BHB显著减少了大多数基因缺陷类器官的生长，但缺乏Hcar2的类器官，并没有表现出类似的效应。

为了验证Hcar2对BHB的影响，研究者将Hcar2缺陷小鼠的类器官，分别暴露于BHB、丁酸盐或伏立诺他。

尽管 BHB显著减少了野生型对照中类器官的大小，但Hcar2缺陷小鼠的类器官，在 BHB 存在下继续生长（图b）。

相比之下，Hcar2缺陷小鼠暴露于丁酸盐和伏立诺他之后，类器官的生长受到抑制；Hcar2 缺乏阻止了BHB诱导的Hopx上调，而丁酸盐不诱导Hopx（图c）。

总的来说，这些结果表明， BHB通过表面受体Hcar2，诱导Hopx表达，并抑制上皮生长。

→BHB对人类肿瘤细胞的影响

刚才洋洋洒洒介绍了一大堆小鼠实验，研究人员接下来还探讨了BHB-Hopx途径，是否同样有效地抑制人类肠道上皮的增殖。

结果发现，BHB 减少了健康者，和CRC患者类器官的生长，表明了BHB-Hopx途径，对人类的肿瘤类器官，具有抑制作用。

a、b为健康者；c、d为CRC患者

与在小鼠中的发现相似，BHB导致人类类器官中Hopx表达升高（图d）；在人CRC细胞系 HT-29 中，也观察到 BHB 的抗增殖作用（图e），以及在不同葡萄糖浓度下的S期细胞比例降低（图f-g , S期即DNA合成期，DNA数目在此期加倍）。

研究者还收集了41 名CRC 患者的血清，并测量了他们的BHB水平，以了解血清 BHB 与 CRC 患者大肠中结肠Hopx水平的关系。

值得注意的是，在上皮亚群中，BHB水平与Hopx表达呈正相关（图e），与细胞周期进程呈负相关（图f-h）。

这些数据共同表明，BHB可以提高Hopx水平，并抑制人类肠道上皮细胞的增殖。

关键的瘦龙说

关于生酮饮食与肿瘤关系的研究，我们之前也写过很多了。（公众号回复癌症）

但是，像今天这篇这样，发表在顶刊上，而且既有动物研究，又有人类研究的，是独一份。

对生酮饮食产生的酮体，很多专家的认知还停留在，酮酸中毒，不敢生酮，其实，只有胰岛素水平分泌功能缺失的人，才有这个风险。

而且越来越多的研究发现酮体，有更多的代谢益处，对大脑的益处，很多老人生酮后痴呆缓解，酮体对食欲有帮助，对线粒体有益处。

正常人生酮，如果你有胰岛素分泌功能，会进入营养性生酮状态，没有酮酸中毒风险。

当然，也并不是所有的研究都显示出正向的结果，某些研究可能会告诉你，生酮饮食有不良的影响。

这也带给我们启示，我们可以继续研究，酮体给身体带来的潜在健康作用。

这个研究发现的减缓肠道肿瘤生长的 BHB-Hcar2-Hopx信号轴，为酮体的生物学研究，增加了一个新方向。

值得注意的是，在制定具体的预防和治疗建议之前，都需要进行前瞻性随机对照研究。

让我们拭目以待吧。