朱思源, 王安東, 嚴雪冰

(1. 揚州大學附屬醫(yī)院 腫瘤科, 江蘇 揚州, 225001; 2. 揚州大學, 江蘇 揚州, 225009)

生酮飲食是一種以高脂肪、低碳水化合物、蛋白質(zhì)及其他營養(yǎng)素適宜比例構(gòu)成為特點的飲食方式，其目的是通過限制碳水化合物的攝入而將葡萄糖代謝轉(zhuǎn)變?yōu)槔猛w的脂肪代謝[1]。生酮飲食能夠降低血糖水平，增加游離脂肪酸及酮類水平，進而影響神經(jīng)元興奮性，因此其最早應用于難治性癲癇的控制并逐漸推廣到其他神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病(如帕金森病和阿爾茨海默病)的治療中[2-3]。近年來，隨著代謝組學技術(shù)的發(fā)展及疾病動物模型的改良，越來越多的研究[4-5]發(fā)現(xiàn)生酮飲食不僅可以用于新型冠狀病毒肺炎、肥胖、糖尿病等疾病的治療，而且可作為輔助治療手段用于預防腫瘤復發(fā)。本研究對生酮飲食在上述疾病治療中的研究進展進行綜述，以期豐富疾病飲食治療理論體系，并為臨床實踐中優(yōu)化生酮飲食策略提供理論基礎。

1 生酮飲食與難治性癲癇

難治性癲癇約占癲癇患者的1/3，既往研究[6]表明營養(yǎng)性生酮飲食可通過調(diào)控腸道菌群有效控制難治性癲癇發(fā)作。在一項納入20例難治性癲癇患兒的單臂研究[7]中，半數(shù)患兒在經(jīng)過6個月營養(yǎng)性生酮飲食干預后癥狀得到有效控制，菌群測序分析表明生酮飲食增加了患者腸道中擬桿菌門豐度而減少了厚壁菌門豐度，提示腸道菌群可作為有效治療生酮飲食的潛在標記物。進一步機制研究[8]表明，生酮飲食增加了腸道中Akkermansia和Parabacteroides的豐度，進而引起小鼠海馬體中γ-氨基丁酸和谷氨酸水平上升，最終發(fā)揮抗癲癇作用。此外，研究者[9]通過分析難治性癲癇患兒的腦脊液發(fā)現(xiàn)，生酮飲食可減少腦脊液中白細胞介素-2(IL-2)、白細胞介素-10(IL-10)及CC趨化因子7(CCL7)等細胞因子水平，提示生酮飲食也可能通過調(diào)控宿主免疫反應發(fā)揮抗癲癇作用。在一項納入55例難治性癲癇成人患者的單臂研究[10]中, 3個月的生酮飲食干預后, 60%的患者癲癇發(fā)作得到有效控制, 76%的患者癲癇嚴重程度改善, 87%的患者生活質(zhì)量得以提高。在一項國內(nèi)生酮飲食治療兒童難治性癲癇的Meta分析[11](n=331)中，生酮飲食在3、6、12個月的有效率分別達68%、76%、80%, 而其常見不良反應包括消化系統(tǒng)疾病、感染及泌尿系統(tǒng)結(jié)石等，并且該研究提出患兒及家長依從性可能是影響治療效果的重要因素。由此可見，生酮飲食在難治性癲癇治療領(lǐng)域得到較為成熟的開展，未來更多機制研究將有助于生酮飲食治療在該領(lǐng)域的優(yōu)化與推廣。

2 生酮飲食與新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)

COVID-19是由新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)感染引起的世界范圍內(nèi)嚴重威脅人類健康的傳染性疾病。研究[12]表明高脂飲食及高碳水化合物攝入可引起肥胖及代謝系統(tǒng)疾病，進而增加COVID-19感染風險及加重臨床癥狀，提示飲食干預在預防疾病感染及改善預后中的潛在價值。危重COVID-19患者易發(fā)生細胞因子風暴綜合征(CSS), 其臨床特征主要為急性呼吸窘迫綜合征、感染性休克、多器官功能衰竭及彌散性血管內(nèi)凝血。既往研究[13]發(fā)現(xiàn)生酮飲食可通過增加循環(huán)R-β-羥基丁酸(R-BHB)的含量改變能量代謝、氧化還原反應及調(diào)節(jié)適應性免疫反應，進而利于宿主清除SARS-CoV-2病毒及緩解CSS癥狀。此外，研究者[14]提出生酮飲食可以減少M1巨噬細胞有氧糖酵解中葡萄糖利用，進而減少多種促炎細胞因子(如干擾素γ、腫瘤壞死因子α及白細胞介素1β)分泌并最終預防CSS發(fā)生，而相關(guān)隨機對照臨床試驗目前正在進行中。在一項納入102例COVID-19患者的回顧性研究[15]中，生酮飲食干預組較標準飲食干預組有著更低的病死率(8.8%對比27.9%)及轉(zhuǎn)入重癥監(jiān)護室治療比率(2.9%對比19.1%), 并且未見生酮飲食干預相關(guān)不良反應。結(jié)構(gòu)生物學研究[16]發(fā)現(xiàn)，生酮飲食產(chǎn)生的酮體可以與SARS-CoV-2病毒的刺突蛋白殘基進行作用，進而改變其構(gòu)象并使其失活，最終抑制病毒在感染者體內(nèi)擴散及體外傳播。高齡是影響COVID-19進展及預后的重要風險因素，研究者[17]利用生酮飲食干預冠狀病毒感染的老年小鼠后發(fā)現(xiàn)，干預組臨床癥狀較對照組明顯緩解; 進一步的機制研究表明體內(nèi)酮體含量增多能夠增加γδT細胞比率、抑制NLRP3炎癥小體的激活及減少肺組織中致病性單核細胞的數(shù)量，因此生酮飲食有望改善老年COVID-19患者的臨床癥狀及預后。然而，盡管既往研究表明生酮飲食可應用于COVID-19的輔助治療，但是仍缺少大樣本量、多中心的臨床試驗來明確具體療效及不良反應; 同時，由于病毒株不斷變異，生酮飲食拮抗不同變異株致病及傳播的功效及具體機制也有待更多的基礎實驗來探究。

3 生酮飲食與代謝性疾病

3.1 生酮飲食與肥胖

肥胖通常定義為體質(zhì)量指數(shù)(BMI)大于28 kg/m2, 是目前世界范圍內(nèi)主要的公共健康問題之一。近年來臨床研究[18]表明，生酮飲食能夠幫助肥胖患者有效控制體質(zhì)量。一項納入70例重度肥胖患者的回顧性研究[19], 采用極低熱量的生酮飲食干預后，患者的BMI、脂肪量及γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶水平較干預前顯著降低，進一步亞組分析表明男性肥胖患者較女性肥胖患者在體質(zhì)量減輕及肝功能改善方面獲益更多。在另一項納入40例超重或肥胖男性患者的回顧性研究[20]中，極低熱量的生酮飲食不僅可以減輕體質(zhì)量，降低血糖及甘油三酯水平，而且有助于改善下丘腦-垂體-睪丸軸功能，降低下尿路癥狀發(fā)生風險，提示生酮飲食在肥胖男性患者的泌尿系統(tǒng)疾病治療中具有較好的應用前景。在一項前瞻性隨機對照研究[21]中, 39例肥胖患者分別接受2個月的生酮飲食(n=20)及標準低熱量飲食(n=19)干預，結(jié)果表明生酮飲食在減少內(nèi)臟脂肪組織面積及肝臟脂肪比例方面較標準低熱量飲食更具優(yōu)勢，提示極低熱量的生酮飲食可用于治療肥胖合并非酒精性脂肪肝患者。此外，一項針對社區(qū)肥胖/超重女性患者的多中心研究[22]表明，生酮飲食在減輕體質(zhì)量的同時也改善了心血管疾病相關(guān)代謝指標，而對肝腎及甲狀腺功能相關(guān)指標無明顯影響，提示極低熱量的生酮飲食可降低女性肥胖患者罹患心血管疾病的風險。既往機制研究[23]表明，生酮飲食可以通過減少食欲及脂肪合成、增加脂肪分解及糖異生代謝消耗等途徑減輕體質(zhì)量。近年來隨著測序技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多研究表明生酮飲食可通過影響腸道菌群治療肥胖。作者所在團隊前期通過16sRNA測序分析發(fā)現(xiàn)生酮干預組小鼠腸道中Roseburia細菌豐度顯著增加，且既往研究[24]表明該細菌可拮抗高脂飲食誘導的體質(zhì)量增加。在一項小樣本(n=15)臨床研究[25]中, 12周的改良生酮飲食方案可以顯著降低肥胖人群的BMI，進一步腸道菌群分析表明上述飲食方案通過減少腸道中毛螺菌科ND3007、假單胞菌及Blautia等細菌豐度來改善腸道菌群總體結(jié)構(gòu)。由此可見，生酮飲食治療在肥胖人群中具有較好的應用前景，但肥胖治療周期長且干擾因素多，因而在制訂飲食方案時應充分考慮患者健康狀況、生活方式及對飲食治療的長期依從性，盡可能實現(xiàn)個體化生酮飲食干預的新理念。

3.2 生酮飲食與糖尿病

既往研究[26]表明1型糖尿病患者血酮升高會增加微血管、腦及肝腎疾病發(fā)生風險，因而生酮飲食目前大多應用于2型糖尿病患者的血糖控制。一項納入648例2型糖尿病患者的Meta分析[27]表明，相較于其他糖尿病飲食，極低碳水化合物的生酮飲食不僅在3、6個月內(nèi)能夠更顯著降低糖化血紅蛋白水平、減輕體質(zhì)量，而且在12個月內(nèi)能增加高密度脂蛋白膽固醇水平、降低甘油三酯水平及減少降糖藥物的使用。另一項類似的Meta分析[28]發(fā)現(xiàn)生酮飲食可使2型糖尿病患者的快速血糖平均下降1.29 mmol/L并改善脂類代謝功能。在肥胖相關(guān)2型糖尿病中，臨床試驗[29]表明極低熱量的生酮飲食較標準低熱量飲食能更有效地降低BMI及糖化血紅蛋白水平，改善飲食行為及生活質(zhì)量，最終使患者減少甚至停用降糖藥物。研究[30]表明，極低碳水化合物的生酮飲食一方面可以改善機體氧化狀態(tài)，進而降低糖化血紅蛋白水平，另一方面其產(chǎn)生的酮體可通過減少肝糖排出而直接降低血糖水平。糖異生是血糖升高的主要原因之一，腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)是抑制糖異生的重要因素。研究者[31]在動物實驗中發(fā)現(xiàn)生酮飲食雖然能夠降低血糖水平，但是會抑制腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)的磷酸化水平及上調(diào)促糖異生相關(guān)基因表達水平，因此生酮飲食控制血糖的具體分子機制仍需要更多的基礎研究來明確。然而，盡管生酮飲食具有較好的降糖效果，最新研究[32]表明生酮飲食干預的2型糖尿病小鼠易發(fā)生肝纖維化，而高強度間歇訓練則可通過抑制生長轉(zhuǎn)化因子β/Smad信號緩解上述負面反應。此外，生酮飲食會誘發(fā)或加重鈉葡萄糖共轉(zhuǎn)運蛋白 2抑制劑(SGLT2I)相關(guān)酮癥酸中毒，因而在指導服用此類藥物患者進行生酮飲食時應充分進行患者宣教并制訂精細化的隨訪監(jiān)測方案。由此可見，生酮飲食能夠有效降低糖尿病患者血糖水平，進而減少降糖藥物使用，然而其具體調(diào)控血糖的分子機制仍有待明確，同時如何科學化地全程管理患者以減少生酮飲食相關(guān)負面反應也是未來值得關(guān)注的問題[33]。

4 生酮飲食與惡性腫瘤

在正常細胞中，生酮飲食通過脂肪酸氧化合成的酮體轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A, 隨后進入三羧酸循環(huán)產(chǎn)生三磷酸腺苷(ATP)供能以維持細胞生物學功能; 而腫瘤細胞通常依賴于有氧糖酵解產(chǎn)生ATP供能進而維持其生長，但不能有效利用酮體產(chǎn)生ATP供能，因而研究者推測生酮飲食可通過限制腫瘤細胞產(chǎn)能來發(fā)揮抑癌效應[34]。在膠質(zhì)瘤中，生酮飲食可抑制腫瘤干性細胞的增殖及自我更新能力，機制研究[35]表明生酮飲食抑制腫瘤干性細胞的葡萄糖攝取及糖酵解，進而導致ATP減少并抑制干性標記物的表達水平。在肝細胞癌中，限制性生酮飲食可以通過降低血糖及調(diào)控胰島素反饋抑制mTORC1信號，進而改變腫瘤代謝微環(huán)境并最終發(fā)揮抑癌效應[36]。促炎細胞因子在腫瘤進展中發(fā)揮重要作用，而限制性生酮飲食可通過改善機體胰島素敏感性抑制促炎細胞因子的分泌[37]。在甲狀腺未分化癌小鼠模型中，生酮飲食聯(lián)合抗氧化的N-乙酰半胱氨酸通過抑制糖酵解應激及活性氧相關(guān)信號通路來減緩腫瘤的生長速度[38]。在結(jié)腸癌腹膜轉(zhuǎn)移小鼠模型中，盡管生酮飲食不能有效縮小腫瘤體積，但能顯著延長生存時間，減少腹水量，改善貧血及營養(yǎng)狀態(tài)，初步機制研究[39]表明生酮飲食可能通過抑制血管內(nèi)皮生長因子A表達水平來減輕腹水癥狀，因而生酮飲食有望成為伴有腹水的晚期腫瘤患者的最佳支持治療方式。一項納入17篇動物研究的Meta分析[40]表明，生酮飲食可顯著減少荷瘤動物的腫瘤質(zhì)量和(或)體積并延長生存時間，多元回歸分析進一步發(fā)現(xiàn)，當脂肪與碳水化合物較蛋白成分比為4∶1時，荷瘤動物的生存獲益最大。此外，動物實驗[41]還表明生酮飲食可以通過激活過氧化物酶增殖物而激活受體γ信號通路及抑制促炎因子表達水平，預防紫杉醇誘導的周圍神經(jīng)病變，提示其在防治特定化療藥物的不良反應中具有潛在價值。然而，在基于宮頸癌細胞株HeLa構(gòu)建的裸鼠移植瘤模型中，生酮飲食卻能夠促進腫瘤生長，機制研究[42]表明該細胞株可能通過自身酮體降解酶(如3-羥丁酸脫氫酶1/2)，并利用酮體提供能量，提示生酮飲食抑癌效應可能因腫瘤細胞的分子表型而存在差異。

由于生酮飲食在體內(nèi)外基礎研究中取得較好的結(jié)果，研究者開始通過臨床試驗明確其在腫瘤治療中的實際效果。在一項納入41例接受放療的非轉(zhuǎn)移性直腸癌患者臨床研究[43]中，生酮飲食干預組較對照組有著更高的接近完全緩解率(50%對比14%), 提示生酮飲食可能增強直腸腫瘤對放療的敏感性。在接受放療的乳腺癌患者中，小樣本研究[44](n=59)表明生酮飲食可以改善患者的情緒功能、社交功能、睡眠質(zhì)量等生活質(zhì)量相關(guān)要素，同時對肝腎功能無明顯副作用。另一項類似的研究[45]表明生酮飲食不僅改善了Ⅱ～Ⅲ期腫瘤患者的生活質(zhì)量，而且有助于促進這類患者的心理健康。在接受化療的局部進展期乳腺癌患者中，生酮飲食有助于縮小腫瘤體積及降低腫瘤分期，并且研究者推測其可能通過升高IL-10、降低腫瘤壞死因子α及胰島素水平發(fā)揮抗癌效應[46]。近年來，少數(shù)研究[47]還發(fā)現(xiàn)生酮飲食還能增強免疫檢查點抑制劑[如抗程序性死亡受體1(PD-1)、程序性死亡受體-配體1(PD-L1)、細胞毒性T淋巴細胞相關(guān)抗原4(CTLA-4)抗體]的抗腫瘤效果。研究者發(fā)現(xiàn)生酮飲食可以通過改變細胞能量狀態(tài)、下調(diào)PD-L1表達、上調(diào)I型干擾素及抗原提呈基因表達增強抗細胞毒T淋巴細胞相關(guān)抗原4(CTLA-4)治療的抑癌效應。另一項研究[48]發(fā)現(xiàn)生酮飲食產(chǎn)生的3-羥基丁酸改變小鼠腸道菌群，進而增加趨化因子受體3(+)CD8(+)T細胞數(shù)量并抑制PD-L1表達，最終協(xié)同PD-1抑制劑抑制腫瘤生長。由此可見，限制性生酮飲食不僅能夠抑制腫瘤生長及改善腫瘤患者生活質(zhì)量，而且可以增強其他抗癌治療手段的臨床效果并減輕其毒副反應。后續(xù)研究中，一方面生酮飲食在不同腫瘤治療中的應用價值仍需要更多的大樣本、多中心臨床試驗來明確，另一方面生酮飲食是否能夠用于伴有癌前病變高風險人群的腫瘤預防也是值得探索的方向。

5 生酮飲食與其他疾病

研究[49]顯示生酮飲食不僅有效改善了多項疾病相關(guān)生化指標如黃體生成素、卵泡刺激素及性激素結(jié)合球蛋白等的水平，而且減少了雄激素分泌，提示生酮飲食在治療PCOS中具有潛在應用價值。在創(chuàng)傷性腦損傷小鼠模型中，生酮飲食相較于標準飲食可以顯著提高小鼠認知能力，其機制可能為生酮飲食能夠減少創(chuàng)傷性腦損傷誘導的星形膠質(zhì)細胞反應及皮質(zhì)中神經(jīng)元變性[50]。在Ⅰ期臨床試驗中，短期的生酮飲食在治療成人創(chuàng)傷性腦損傷中未見不良反應，提示其具有較好的安全性[51]。此外，有關(guān)機制研究[52]推測生酮飲食可以通過胰島素及胰島素樣生長因子1水平影響基底角質(zhì)細胞增殖及濾泡上皮脫落，進而抑制痤瘡的發(fā)生發(fā)展，提示其可作為治療痤瘡的有效手段。在大樣本隨機對照研究[53]中，長期生酮飲食雖然能增強阿爾茲海默病患者的認知能力及改善腦代謝相關(guān)生物標記物，但是可能導致營養(yǎng)不良、體質(zhì)量減輕及胃腸道反應等治療相關(guān)不良事件。相較于健康人群，自閉癥患者前額皮質(zhì)中具有較低的組蛋白乙?；剑钚卵芯縖54]通過構(gòu)建自閉癥小鼠模型發(fā)現(xiàn)生酮飲食干預可以促進前額皮質(zhì)神經(jīng)元中組蛋白乙?；?，進而改善小鼠社交缺陷癥狀。一項臨床薈萃分析[55]表明，生酮飲食可以顯著改善自閉癥患兒的核心癥狀，但是由于僅納入2項臨床隨機對照試驗，因而其在自閉癥患兒中的實際療效仍有待于更多臨床研究來確證。

6 生酮飲食的負面影響

盡管生酮飲食在諸多疾病治療中存在正面作用，但是也有文獻報道其負面影響。首先，生酮飲食不僅能夠減少腸道菌群的多樣性，而且可導致部分益生菌(如乳桿菌屬)豐度減少，進而可能影響腸道微生態(tài)及宿主健康[24]; 其次，生酮飲食脂肪含量高，其長期應用是否會增加罹患結(jié)直腸癌風險尚不明確[56], 同時部分臨床研究提示生酮飲食雖然能夠在短期內(nèi)治療肥胖，但其長期減輕體質(zhì)量的效果尚存爭議[26], 體內(nèi)外試驗[57]還發(fā)現(xiàn)生酮飲食可抑制調(diào)節(jié)性T細胞功能及促進心肌纖維化，提示長期生酮飲食可能增加心血管疾病發(fā)生風險; 再次，短期生酮飲食會出現(xiàn)乏力、頭痛、惡心、低血糖、肝功能異常等癥狀，長期則會出現(xiàn)骨密度減少、腎結(jié)石、視神經(jīng)病變等癥狀[26]; 最后，生酮飲食結(jié)構(gòu)中缺少足量的水果和蔬菜，導致機體茶多酚及抗氧化劑攝入不足，同時也會引起便秘等胃腸道癥狀[30]。因此，對于健康人群，長期生酮飲食可能存在風險大于獲益; 對于患者，臨床醫(yī)師既要根據(jù)個體情況全面評估生酮飲食可行性及風險獲益比，也要制訂個體化生酮飲食方案、精細化隨訪及副反應處理方案。

7 問題與展望

綜上所述，近年來生酮飲食在疾病治療中的應用備受關(guān)注，但是仍有許多問題有待解決。首先，除難治性癲癇外，生酮飲食在肥胖、糖尿病及心血管疾病中的臨床應用價值仍未明確，需要更多的臨床試驗來探究; 其次，由于長期生酮飲食可能會增加某些腫瘤(如結(jié)直腸癌)、心血管疾病及代謝異常等發(fā)生風險，針對生酮飲食人群進行嚴密隨訪檢查就顯得尤為重要; 再次，在正常生理及疾病條件下，生酮飲食對宿主免疫系統(tǒng)及腸道菌群的影響有待于更多的基礎研究來明確; 最后，如何優(yōu)化傳統(tǒng)生酮飲食方案以減少相關(guān)副反應對于保證飲食治療延續(xù)性顯得尤為關(guān)鍵。相信隨著生酮飲食策略的不斷優(yōu)化，其有望成為改善特定患者人群臨床轉(zhuǎn)歸及生活質(zhì)量的重要輔助治療手段。