大约75%的乳腺癌表达雌激素和/或孕激素受体，内分泌治疗通常对这些激素受体阳性（HR+）乳腺癌有效，但原发性和获得性耐药限制了其长期获益^[1，2]。Irene Caffa等在HR+乳腺癌小鼠模型中，周期性禁食或模拟禁食的饮食（fasting-mimicking diets，FMD）^[3-5]可通过降低循环胰岛素样生长因子1（IGF1）、胰岛素和瘦素以及上调早期生长反应1（EGR1）和PTEN来抑制AKT-mTOR信号传导，以增强内分泌治疗药物他莫昔芬和氟维司群的活性。当氟维司群与CDK4/6i联合使用时，添加周期性的FMD可以促进持久的肿瘤消退，并缓解对药物治疗的获得性耐药。此外，禁食和FMD都可以预防他莫昔芬引起的子宫内膜增生。在接受雌激素治疗的HR+乳腺癌患者中，FMD会导致类似于在小鼠中观察到的代谢变化，包括胰岛素、瘦素和IGF1水平降低，而后两者在较长时间内保持较低水平。在小鼠中，这些持久的影响与长期的抗癌活性有关。这些结果支持进一步的临床研究探索FMD作为HR+乳腺癌内分泌治疗的辅助疗法。该研究结果于2020年发表在《Nature》杂志上^[6]，小编在此对其关键研究结果作一梳理和解读。

 

 

生长因子信号通过PI3K-AKT-mTOR和丝裂原活化蛋白激酶（MAP激酶）通路传导增强雌激素受体活性，这通常也是乳腺癌内分泌抵抗的发生基础。纯水禁食或植物性饮食，同时低热量、糖和蛋白质，高脂肪比例（模拟禁食饮食（FMD）），可以降低胰岛素、IGF等循环生长因子水平。因此，我们假设这些饮食干预可以用于增强雌激素治疗（ET）的活性和延缓内分泌抵抗。本研究采用模拟禁食或FMD（称为短期饥饿，STS）效果的低血清、低葡萄糖细胞培养条件探索对他莫昔芬和氟维司群抗肿瘤活性的增强作用。在HR+/HER2–BC细胞系中，并且在接受每周禁食或FMD的相同细胞系的小鼠异种移植物中获得了阳性结果（图1a）。禁食或FMD改变了循环生长因子和脂肪因子的水平。（图1b）。两种饮食干预措施均降低了血清C肽（内源性胰岛素产生的代表）水平，还降低了IGF1和IGFBP3，同时增加了IGFBP1（可抑制IGF1，通过阻止其与IGF-R9结合来发挥作用）。因此，禁食或FMD会降低IGF1水平和生物利用度。禁食或FMD与ET结合还会降低瘦素的水平（图1b），瘦素是一种脂肪因子，可作为HR+BC细胞的生长因子，并降低ET的活性_[7，8]。在接受氟维司群联合FMD治疗的MCF7异种移植小鼠中重新添加胰岛素、瘦素或IGF1（统称为禁食减少因子（FRF））足以恢复FMD诱导的氟维司群活性增强（图1c）。在小鼠中，在三个周期的FMD（第35天）后撤回FRF可恢复肿瘤对ET联合FMD的敏感性，而对用氟维司群联合FMD治疗的小鼠启用FRF可刺激肿瘤生长并通过FMD消除氟维司群的增强作用（图1c）。这些数据与之前的一项研究一致，表明胰岛素减少可增强各种癌症类型中PI3K抑制剂的活性^[9]。

 

除了IGF1、胰岛素和瘦素之外，禁食或FMD（联合或不联合他莫昔芬或氟维司群）还可降低肿瘤坏死因子（TNF）水平，而TNF可以通过上调肿瘤微环境中的芳香酶并增强血管生成和细胞侵袭来促进肿瘤细胞生长。相比之下，他莫昔芬或氟维司群与FMD联用可减少白细胞介素-1β(IL-1β)，其可增强HR+BC细胞迁移和转移^[10，11]。由于胰岛素、IGF1和瘦素的下调被证明对于FMD诱导的ET抗肿瘤活性增强至关重要，因此我们将重点放在这些FRF上以进行后续的机制实验。本研究中，STS协同ET的活性，在HR+BC细胞系（体外和体内）中，与之前描述的AKT磷酸化和mTOR活性降低一致，降低了p70S6K和eIF4E磷酸化；增加翻译抑制子4E-BP1的丰度，并抑制蛋白质合成。其中已知PTEN的表达增强，我们重点关注肿瘤抑制早期生长反应蛋白1(EGR1)，其表达与BC患者的良好预后相关^[12，13]，并且在禁食期间^[14]和健康组织中表达上调。用ET+STS/FMD处理后，HR+BC细胞系和HR+BC类器官中的EGR1水平增加（图1d）。EGR1沉默可降低ET和STS/FMD耦合的抗肿瘤活性，并阻止ET-STS诱导的PTEN积累和AKT抑制。通过EGR1沉默对BC细胞免受ET和STS组合的保护反映了持续的AKT活性。因此，禁食或FMD和ET似乎可以协同减少AKT介导的EGR1表达抑制。反过来，EGR1增加会提高PTEN水平并增强AKT抑制。从而增强抗肿瘤细胞活性。

 

图1.禁食或FMD通过减少循环生长因子来增强HR+BC中ET的活性

a）随意饮食（对照，CTR；n=6）、每周48小时FMD（n=6）、他莫昔芬（TMX；n=6）治疗的6-8周龄雌性BALB/c裸鼠接种MCF7细胞（n=6），氟维司群（FULV；n=8），或联合TMX+FMD（n=8）或FULV+FMD（n=10）。b）禁食或FMD（或随意饮食）联合或不联合TMX或FULV治疗的雌性6-8周龄BALB/c裸鼠血清IGF1、C肽和瘦素浓度的变化。在禁食或FMD结束时收集血清。c）6-8周龄雌性BALB/c裸鼠接种MCF7细胞；当肿瘤变得明显时，小鼠被随机分组接受随意饮食（n=6）、FULV（n=6）、FULV+每周FMD（n=6）、FULV+每周FMD加腹膜内胰岛素（ins.；n=5)或IGF1(n=5)或瘦素(lept.；n=5)或组合胰岛素+IGF1+瘦素（FRF组合；n=7）。第35天（交叉）时，撤回FRF给药，而在仅接受FULV+FMD的小鼠中开始给药。左图，MCF7肿瘤生长与不同饮食的关系。右图，第35天时不同处理反应的MCF7肿瘤体积。d）用MCF7细胞接种6-8周大的雌性BALB/c裸鼠。当肿瘤变得明显时，小鼠被随机分配接受随意饮食、FULV、48小时FMD或FULV+FMD治疗。在第四个FMD周期结束时杀死小鼠。左图通过免疫印迹法检测肿瘤中磷酸化(p-)（AKT的Ser473；p70S6K的Thr389）以及总AKT和p70S6K、EGR1、PTEN和黏着斑蛋白（在同一凝胶上）。右侧，p-AKT带被量化并标准化为总AKT（数据点是生物学重复）。

 

 

雌激素受体活性对HR+BC细胞的生存和增殖至关重要，并通过胰岛素、IGF1和瘦素信号在多个水平上得到增强^{[1，8，15，16]}。STS可减少雌激素受体依赖性转录并增强氟维司群和他莫昔芬介导的转录。同时，EGR1上调和AKT抑制通过ET和STS联合介导CCND1下调，以及随后的细胞周期停滞。我们推断，通过添加CDK4/6抑制剂，可以利用ET和FMD联合下调CCND1来提供额外的治疗效果。在携带原位MCF7异种移植物的小鼠中，FMD与CDK4/6i以相似的程度延缓了氟维司群耐药性的发生（图2a）。氟维司群联合FMD和CDK4/6i的三药组合不仅能在160多天内阻止肿瘤生长，还能使肿瘤缓慢但稳定地缩小。此外，对氟维司群联合CDK4/6i耐药的小鼠给予FMD，即使在晚期阶段也能诱导肿瘤缩小（图2b，左），并且再次将FMD添加到氟维司群和CDK4/6i中仍会呈现显著的抗肿瘤活性（图2b）。

 

联合使用他莫昔芬和禁食或FMD治疗的小鼠，与单独使用他莫昔芬治疗相比，前者子宫尺寸较小。表明禁食或FMD可以防止他莫昔芬引起的子宫体积和重量的增加，并减少他莫昔芬引起的子宫内膜增生的组织学体征，例如宽而厚的子宫内膜绒毛和从上皮萌芽的簇或泡（图2c，d）。禁食或FMD加或不加他莫昔芬都会降低小鼠子宫中Tff1的表达和磷酸化AKT的水平，同时增加EGR1和PTEN mRNA。因此，禁食或FMD可减少他莫昔芬诱导的小鼠子宫内膜增生、雌激素受体活性和AKT激活。最后，禁食或FMD与他莫昔芬联合可减少小鼠腹内脂肪（图2e）。由于腹内脂肪是脂肪因子的主要来源，这种减少可以解释ET与禁食或FMD联合的瘦素降低作用。

 

图2.FMD可防止对氟维司群和CDK4/6i联合用药产生耐药性，并减少他莫昔芬诱导的子宫内膜增生

a）用随意饮食（n=15）、循环FMD（n=15）、氟维司群（n=16）、CDK4/6i（n=15）、FULV+CDK4/6i(n=18)、FULV+FMD(n=16)、CDK4/6i+FMD(n=10)或FULV+CDK4/6i+FMD(n=18)治疗的6-8周龄雌性NOD/SCIDγ小鼠中原位MCF7异种移植物的生长。b）左图，接种MCF7肿瘤细胞的6-8周龄雌性NOD/SCIDγ小鼠接受随意饮食(n=3)或FULV+CDK4/6i(n=6)治疗。在肿瘤进展时，接受过FULV+CDK4/6i治疗的小鼠开始接受每周一次的FMD。右图，对FULV+CDK4/6i具有获得性耐药的MCF7细胞进行离体扩增并重新移植；异种移植小鼠接受FULV+CDK4/6i(n=7)或FULV+CDK4/6i+FMD(n=10)治疗。c–e）六至八周大的雌性BALB/c小鼠接受5周的随意饮食(n=5)、TMX(n=5)、每周48小时禁食(n=5)，FMD(n=5)、禁食+TMX(n=5)或TMX+FMD(n=5)。所有组的小鼠均在最后一个FMD或禁食周期结束时被处死。收集子宫、称重（c；子宫重量标准化为对照组小鼠的平均子宫重量）并固定用于组织学分析（d），收集腹内脂肪（性腺、腹膜后和肠系膜脂肪库）并称重（e）。

 

 

研究者在参加两项临床试验NCT03595540（患者1-24）和NCT03340935（患者25-36）之一的36名HR+BC患者中使用了定期FMD和ET的组合，旨在评估FMD和ET的安全性和有效性。NCT03340935研究的患者每三到四周接受一次类似的但热量限制更多的五天FMD治疗方案，平均完成5.5个周期，没有出现严重不良事件。转移性HR+/HER2–的BC患者，包括接受ET、哌柏西利和FMD联合治疗的患者(n=4)，影像结果呈现出一定的缓解趋势（图3a）。参加临床试验的所有HR+/HER2–BC患者，接受FMD还降低了血糖、血清IGF1、瘦素和C肽水平，同时增加了循环酮体（图3b）。FMD结束后三周，瘦素和IGF1水平仍然低于基线值（图3c）。鉴于瘦素和IGF1都会刺激BC细胞增殖^[8，16-18]，研究者进一步评估了循环FRF的长期变化（在FMD之后持续存在）是否与抗癌作用有关。使用ET联合FMD（或禁食）对携带MCF7异种移植物的小鼠进行为期1个月的治疗，在治疗停止后长达90天的时间内可减缓肿瘤生长，并提高小鼠存活率（图3d）。用ET和FMD联合预处理小鼠1个月，然后接种MCF7细胞，减少了肿瘤植入并减缓了植入肿瘤的生长（图3e、f）。氟维司群预处理也减缓了MCF7异种移植物的生长。然而，FMD和氟维司群联合预处理比单独使用氟维司群治疗更有效。

 

总之，定期禁食或FMD会增加他莫昔芬和氟维司群的抗癌活性，延迟对这些药物的耐药性，并且与氟维司群和CDK4/6i联合使用，可诱导肿瘤消退并逆转对这两种药物的获得性耐药。禁食或FMD增强ET抗肿瘤活性的一个关键原因可能是血液胰岛素、IGF1和瘦素的减少，从而抑制PI3K-AKT-mTOR通路，至少部分是通过上调EGR1和PTEN（图3g）。

 

图3.周期性FMD对HR+BC患者和小鼠疾病控制和循环FRF的影响

a）HR+/HER2–转移性BC患者（mBC；患者26）的PET-CT结果，在氟维司群、CDK4/6i和FMD治疗后表现出完全代谢反应。b，c）HR+BC患者在接受ET和循环FMD(NCT03595540)治疗前和立即治疗时(b;n=6)或一个FMD周期之后三周(c;n=23)的血清IGF1、瘦素(b)和C肽(n=23)。d）MCF7细胞被移植到6-8周龄的雌性BALB/c裸鼠中。荷瘤小鼠接受随意饮食(n=16)、TMX(n=16)、FULV(n=18)、FMD(n=16)、TMX+FMD(n=16)或FULV+FMD(n=17)治疗1个月之后观察。e，f）MCF7在6-8周龄雌性BALB/c裸鼠中的接种和生长，这些小鼠移植前接受1个月的随意饮食(n=7)、TMX(n=8)、FULV(n=8)、FMD(n=8)、TMX+FMD(n=8)或FULV+FMD(n=8)。g）禁食或FMD与ET在PI3K-AKT-mTOR和CCND1信号传导通路上协同的假定模型。ER，雌激素受体；IRS，胰岛素受体底物。

 

总体而言，本研究结果为更大规模的FMD临床研究提供了理论依据，可考虑将FMD作为改善接受ET治疗的HR+BC患者临床获益的一种手段，同时也可尝试用于对胰岛素、IGF1或瘦素剥夺敏感的其他肿瘤。

 

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审批号:CN-123713

有效期至:2024-10-25

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