扶曉菲,游春蘋

(乳業(yè)生物技術(shù)國家重點實驗室,上海乳業(yè)生物工程技術(shù)研究中心, 光明乳業(yè)股份有限公司乳業(yè)研究院,上海 200436)

20世紀20年代,用于治療癲癇疾病的藥物十分匱乏,幸運的是,以脂肪替代葡萄糖作為能量來源,引起體內(nèi)脂肪優(yōu)先分解產(chǎn)生酮體(Ketone bodies)的飲食方式,被發(fā)現(xiàn)可通過模擬禁食引起的代謝變化來治療難治性癲癇,由此在治療難治性癲癇方面被較廣泛認可[1-2]。這種通過減少碳水化合物攝入(通常低于50 g/d),并相應(yīng)增加脂肪和蛋白質(zhì)攝入的飲食方式,被定義為生酮飲食(KD)[3]。經(jīng)典的生酮飲食中,攝入的脂肪質(zhì)量通常為蛋白質(zhì)與碳水化合物質(zhì)量之和的4倍[4]。此后,相關(guān)研究也發(fā)現(xiàn)生酮飲食對阿爾茨海默氏病[5]、帕金森病[6]等神經(jīng)以及神經(jīng)退行性疾病發(fā)揮潛在輔助治療作用。此外,生酮飲食也在糖尿病、心血管疾病、腫瘤等慢性疾病的治療中呈現(xiàn)出治療潛力[7]。20世紀60年代,生酮減脂法開始適用于肥胖癥治療,并逐漸發(fā)展成為治療肥胖癥的重要工具之一[8]。近二十年來,生酮飲食使用頻率急劇增長,相關(guān)研究在全球范圍內(nèi)逾40個國家近百所研究中心開展[9-10]。國際生酮飲食研究組也就生酮飲食臨床管理等提出了實施建議[11]。我國對生酮飲食的研究起步較晚,直至2007年才有了生酮飲食臨床應(yīng)用的相關(guān)報道[12]。

表1 四類生酮飲食的比較Table 1 Comparison of four kinds of KD

既有報道多將生酮飲食歸納為以下4種類型:傳統(tǒng)生酮飲食(CKD)、中鏈甘油三酯飲食(MCT)、改良阿特金斯飲食(MAD)以及低血糖指數(shù)飲食(LGIT)。經(jīng)改良的后三種飲食方式,基于“高脂低碳水”的原則,適量放寬了蛋白質(zhì)和碳水化合物的使用限值,同時豐富飲食的種類,拓展飲食療法開展的地點,較經(jīng)典生酮飲食具有更好的耐受性和可接受度。本文從生酮飲食在各類慢性疾病中的應(yīng)用情況、作用機制、安全性等幾個方面綜述了生酮飲食對慢性疾病的改善作用。

1 生酮飲食與慢性疾病

慢性疾病是長期困擾全球居民健康狀況且不容忽視的巨大威脅。最新《中國居民營養(yǎng)與慢性疾病狀況報告(2015)》指出[21],我國有超過3億的人口患有慢性疾病,慢性病死亡率占總死亡率的86.6%。據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)預(yù)測[22],截至2030年,全球?qū)⒂谐^5000萬人死于慢性疾病,其中排名較為靠前的四大疾病分別是心血管疾病、癌癥、慢性呼吸系統(tǒng)疾病以及糖尿病。諸如高糖、高鹽、高脂等不健康的飲食方式是慢性疾病產(chǎn)生的關(guān)鍵誘因,因此,改善不良飲食習(xí)慣,開展行之有效的慢性疾病干預(yù)和管理措施迫在眉睫[23]。生酮飲食已被證明在治療慢性疾病方面有一定成效,難治性癲癇是生酮飲食最經(jīng)典的臨床應(yīng)用。此外,生酮飲食在治療糖尿病及并發(fā)癥、肥胖及相關(guān)疾病、腫瘤方面也有一定應(yīng)用。

1.1 難治性癲癇

癲癇是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病,內(nèi)科治療(AEDs)、外科治療(手術(shù)治療)、其他治療(如生酮飲食)是三大常見治療途徑。癲癇在兒童中的發(fā)病率遠高于成人,但借助新型AEDs及外科治療后,往往仍有20%～30%的癲癇患兒出現(xiàn)病情反復(fù)發(fā)作的情況,形成兒童難治性癲癇[24]。生酮飲食作為目前較為認同的兒童難治性癲癇治療方法,在國內(nèi)外均有被報道[16,24]。Song等[25]篩選和分析2011～2015年近4年的36例嬰兒痙攣癥的臨床數(shù)據(jù)得出,干預(yù)1、3、6個月后生酮飲食的保留率分別是91.7%、88.9%、80.6%,生酮飲食對嬰兒痙攣癥的有效率達66.7%,驗證了生酮飲食的有效性和安全性。Cinthya等[26]對48位難治性癲癇患兒開展長達9年的回顧性研究,通過對CKD、MCT、MAD的抗癲癇療效比較得出,兩年內(nèi)35例(73%)患者癲癇發(fā)作減少50%～90%,并且MCT干預(yù)的副作用最低,3例(6%)患兒因癲癇得到充分控制而停止治療,證實了這三種生酮飲食在癲癇發(fā)作控制方面的有效性。尚麗等[27]對19例成人難治性癲癇患者進行MAD治療并輔以最多長達15個月的隨訪,借助癲癇發(fā)作頻率及不良反應(yīng)等數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),治療6個月后的有效率為47%,保留率為47%,癲癇發(fā)作頻率由治療前的25次/月降為8次/月,提示了MAD治療成人難治性癲癇的安全性及有效性,及排除禁忌癥后應(yīng)用MAD的可行性。需要注意的是,進行治療期的護理與觀察,也是減少不良反應(yīng)和提高依從性,從而提高生酮飲食療效的可行途徑之一[28]。

1.2 糖尿病及并發(fā)癥

糖尿病作為一組以高血糖為特征的代謝性疾病,現(xiàn)已逐漸發(fā)展成為全球三大導(dǎo)致過早死亡的健康危害因素之一。針對363名超重或肥胖的參與者進行為期24周的一項飲食干預(yù)試驗[29],通過對比傳統(tǒng)低熱量飲食,測定和分析體重、血糖水平、總膽固醇等代謝指標得出,限制碳水化合物攝入(20～30 g/d)的生酮飲食對血糖水平的降低有益。Zhang等[30]對2型糖尿病模型小鼠給予高脂飲食喂養(yǎng)后繼續(xù)8周的生酮飲食干預(yù)發(fā)現(xiàn),經(jīng)高脂飲食和生酮飲食干預(yù)的小鼠,體重?zé)o明顯變化,但后者的糖耐量和胰島素耐量均有改善,實驗在肯定了生酮飲食對血糖的控制作用的同時,也提示了要重視長期使用生酮飲食可能引起的肝脂質(zhì)積累、肝脂肪變性等副作用。生酮飲食也對糖尿病腎病、糖尿病性神經(jīng)病變等糖尿病并發(fā)癥發(fā)揮潛在療效[31]。強化胰島素治療和限制蛋白質(zhì)攝入可減緩腎病的發(fā)展,但逆轉(zhuǎn)腎病的干預(yù)措施十分少,白蛋白/肌酐比值(ACR)是糖尿病腎病發(fā)展的重要參考指標。一項分別給予1型和2型糖尿病模型小鼠高碳水化合物飲食(64%碳水化合物、23%蛋白質(zhì)、11%脂肪)和生酮飲食(5%碳水化合物、8%蛋白質(zhì)、87%脂肪)的對比研究,全程監(jiān)測體重、血糖和血液酮水平,8周后收集小鼠尿液測定ACR,經(jīng)短暫暴露于二氧化碳后處死,取腎臟進行基因表達分析得出,小鼠血糖水平降低,且腎臟應(yīng)激和毒理相關(guān)基因表達被逆轉(zhuǎn),但病理組織學(xué)方面的證據(jù)尚不充分,強調(diào)了長期堅持生酮飲食對糖尿病腎病逆轉(zhuǎn)的潛在保護作用[32]。

1.3 肥胖癥及相關(guān)疾病

肥胖癥與其伴生的代謝性疾病如心血管疾病等,日益發(fā)展成為當今社會面臨的又一巨大挑戰(zhàn),肥胖癥是除難治性癲癇外生酮飲食的另一應(yīng)用熱點,生酮減脂法的積極意義也在不斷地被發(fā)掘[33]。一組隨機對照試驗的薈萃分析,對涵蓋1415 名受試者進行12個月以上的隨訪,整體分析其體重、舒張壓、高密度脂蛋白膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇等指標發(fā)現(xiàn),全部納入的研究(13項)都顯示,相比一般的低脂飲食,限制碳水化合物攝入(低于50 g/d)的生酮飲食減肥效果更加顯著,利于長期體重管理[34]。非酒精性脂肪肝(Nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD)是一種與肥胖、胰島素抵抗和血脂異常密切相關(guān)的新興代謝性疾病,借助飲食和體育運動來減重是首選治療途徑。Zhang等[35]將2型糖尿病小鼠模型分為3組(對照組、生酮飲食組、生酮飲食加有氧運動組),通過飲食和運動干預(yù),每周記錄食物、水的攝入量、體重,結(jié)合胰島素耐量和肝臟組織病理學(xué)試驗,發(fā)現(xiàn)實驗組小鼠的食物及水攝入量均減少,體重均低于對照組,提示了生酮飲食干預(yù)成效可能源于能量攝入的減少;此外,實驗組中胰島素敏感性顯著提高;聯(lián)合干預(yù)實驗也顯示了生酮飲食對肝臟糖異生關(guān)鍵限速酶(PCK1)活性的抑制,從而減少肝臟脂肪變性。Christophe等[36]基于現(xiàn)有證據(jù)歸納了生酮飲食對成人及嚙齒類動物等不同個體中肥胖癥、NAFLD等心血管危險因素的潛在作用得出,短期生酮飲食干預(yù)可通過增加能量消耗與降低食物攝入量來達到減肥目的,長期干預(yù)效果仍有待評估;部分生酮飲食干預(yù)NAFLD小鼠模型實驗結(jié)果甚至是消極的,認為生酮飲食會誘導(dǎo)肝炎癥和NAFLD,因此有必要進行深入研究,以客觀評估KD對NAFLD的作用,從而為生酮飲食的深入研究與應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

1.4 腫瘤

腫瘤生酮療法(Cancer ketogenic therapy,CKT)最典型的應(yīng)用是腦膠質(zhì)瘤,相關(guān)報道最早見于1995年。Warburg等[37]提出,腫瘤生酮療法作為典型的高脂低糖的飲食模式,脂肪優(yōu)于葡萄糖代謝并提供能量,具有理論上抑制腫瘤細胞生長的可行性(腫瘤細胞的生長以葡萄糖作為主要的能量來源)[38]。Woolf等[39]經(jīng)綜述既有報道得出,生酮飲食改變了惡性膠質(zhì)瘤模型的代謝,導(dǎo)致血糖含量降低和血酮含量的增加,從而提高了試驗?zāi)Ｐ偷拇婊盥省Ｒ豁椺槍σ认侔┗颊邽槠?周并結(jié)合放療的聯(lián)合療法證實,生酮飲食增加了胰腺癌異種移植模型的輻射敏感性[40]。也有學(xué)者推測,生酮飲食的抗腫瘤作用可能是一個多因素作用的過程,且有望作為輔助手段,支持抗癌療法[41]。

1.5 其他

隨著研究的不斷深入,生酮飲食的研究領(lǐng)域也在不斷拓展。例如,Iacovides等[42]選取20名18～50歲的健康男女作為研究對象,給予兩種等熱量的飲食(高碳低脂飲食和生酮飲食),交叉干預(yù)各3周后評估睡眠質(zhì)量,報道了生酮飲食對健康人群的睡眠質(zhì)量具有一定的影響,但相關(guān)證據(jù)尚不充分。毛高峰等[43]以生酮飲食干預(yù)抑郁模型幼鼠,測量并記錄體重、運動狀態(tài)及血β-羥丁酸水平,實驗組檢測到血β-羥丁酸水平升高,提示了生酮飲食會是抗抑郁作用的良好選擇。也有研究發(fā)現(xiàn),生酮飲食在成為多種慢性疾病的潛在有效干預(yù)手段的同時,也可能伴隨著腹瀉、便秘、嘔吐等不良反應(yīng),這些不良反應(yīng)一般可在結(jié)束飲食干預(yù)后消除,或者通過預(yù)防和干預(yù)得以治愈[44]?？偠灾?生酮飲食改善慢性疾病的潛在價值以及隨之出現(xiàn)的副作用仍舊需要豐富的臨床數(shù)據(jù)和行之有效的實驗方法去證實和消除。

2 生酮飲食對部分慢性病的作用機制

近百年來,生酮飲食作用機制的研究方興未艾,但具體機制尚未完全明確。相關(guān)機制研究多聚焦于生酮飲食的抗癲癇作用機制,一般歸納為以下4種[45]作用機制:脂肪酸氧化產(chǎn)生酮體，抑制興奮性突觸傳遞,線粒體氧化應(yīng)激代謝激活三磷酸腺苷(ATP)敏感鉀通道及抑制哺乳動物中雷帕霉素作用位點(Mammalian target of rapamycin,mTOR)信號通路。也有學(xué)者認為,生酮飲食通過包含上述四種機制在內(nèi)的多種機制共同發(fā)揮作用。此外根據(jù)上述機理也推測,生酮飲食會對阿爾茲海默癥[5]、抑郁癥[44]、腦膠質(zhì)瘤[54]等其他疾病的治療存在改善作用。

2.1 脂肪酸氧化產(chǎn)生酮體

生酮飲食中,脂肪酸經(jīng)氧化分解產(chǎn)生的乙酰乙酸、β-羥丁酸和丙酮合稱為酮體,它被認為是生酮飲食改善慢性疾病的關(guān)鍵機制。癲癇發(fā)作會改變血腦屏障(BBB),而β-羥基丁酸[46]作為一種很容易在BBB中運輸?shù)耐w,可能替代葡萄糖支持大腦能量需求來抵抗癲癇;由于脂肪酸優(yōu)于葡萄糖代謝,生酮飲食降低了糖酵解過程,進而激活一種對ATP敏感的鉀通道(KATP通道),在這一極端的代謝應(yīng)激情況下,阻止了過度的神經(jīng)元放電,從而達到治療癲癇的作用[47];一項給予抑郁模型幼鼠7 d生酮飲食的干預(yù)實驗,檢測到血β-羥丁酸水平升高,而與“Na+-K+-ATP酶”活性無關(guān),證實了酮體(血β-羥丁酸)水平的升高是潛在的抗抑郁機制[44]。

表2 生酮飲食在幾種常見慢性疾病中的應(yīng)用療效Table 2 Effect of KD on several common chronic diseases

2.2 抑制興奮性突觸傳遞

酮體作為控制癲癇的核心機制這一觀點,近年來也受到了挑戰(zhàn),不少學(xué)者認為降低神經(jīng)細胞的興奮性才是控制癲癇的關(guān)鍵所在,原因在于MCT中的中鏈脂肪酸可直接作用于谷氨酸受體(AMPA受體)進而抑制興奮性神經(jīng)遞質(zhì),并借助線粒體生物生成改變細胞能量,已被證明可抑制癲癇的發(fā)作[48]。Naima等[49]通過監(jiān)測大鼠海馬體中生物分子的水平發(fā)現(xiàn),生酮飲食干預(yù)后,谷氨酸水平未發(fā)生變化,而伽馬氨基丁酸(GABA)水平顯著增加,提示了生酮飲食會調(diào)節(jié)GABA、谷氨酸等相關(guān)遞質(zhì)及其水平,抑制興奮性神經(jīng)遞質(zhì),抵抗癲癇疾病的發(fā)生。

2.3 線粒體氧化應(yīng)激代謝

線粒體作為產(chǎn)生細胞ATP的細胞器,能夠利用糖酵解過程中產(chǎn)生的丙酮酸產(chǎn)生ATP,并具有消除活性氧(ROS)的細胞功能,生酮飲食能夠減弱糖酵解過程,并改變細胞代謝途徑,是抗癲癇和抗癌的潛在機制之一[50]。癌細胞的葡萄糖及線粒體代謝較正常細胞明顯增強,ROS水平顯著升高,而經(jīng)生酮飲食干預(yù)后的癌細胞因無法分解生酮飲食產(chǎn)生的酮體,被迫借助線粒體氧化代謝,并與正常細胞的代謝氧化應(yīng)激,導(dǎo)致癌細胞自身的氧化損傷,提示了線粒體代謝作為輔助抗癌療法的潛在價值[51-52]。

2.4 抑制mTOR信號通路

mTOR是一種蛋白激酶,作為AMPK的下游靶蛋白,既影響細胞生長和增殖,也是癲癇發(fā)生過程中指示細胞變化的重要調(diào)控因子,生酮飲食會導(dǎo)致細胞能量的缺乏,并增加肝臟AMPK信號通路,從而抑制mTOR信號,并減少細胞蛋白質(zhì)的合成。研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)生酮飲食喂養(yǎng)的大鼠,海馬區(qū)和肝臟中的mTOR通路激活標志物pS6和pAkt表達降低,提示了mTOR信號通路降低,可能會對癲癇發(fā)生產(chǎn)生抵抗作用[53]。為期1個月的肺癌模型雌鼠生酮飲食干預(yù),檢測到腫瘤體積顯著減小、mTOR 蛋白表達下降及AMPK 表達的增加,提出mTOR信號通路與AMPK信號通路的協(xié)同作用,是肺癌[54]治療的潛在理論支持。田艷等[55]驗證了AMPK/mTOR信號通路的抑癌機制,補充說明AMPK/mTOR信號通過影響癌細胞增殖細胞核抗原(Ki-67)基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP9)和生長因子(VEGF,IGF-1)等,達到潛在抑制腫瘤生長的目的。

2.5 其他作用機制

此外,近年來的機制研究又有了些新發(fā)現(xiàn),例如Olson等[56]指出,腸道微生物群對小鼠和海馬區(qū)GABA和谷氨酸起調(diào)節(jié)作用,抑制興奮性神經(jīng)遞質(zhì),介導(dǎo)了生酮飲食的抗癲癇作用。Boison[57]則提出一種新的飲食表觀遺傳機制,認為生酮飲食療法也會影響DNA甲基化過程,結(jié)合多種經(jīng)典機制為癲癇的治療提供潛在益處。

表3 已報道的生酮飲食潛在應(yīng)用機理Table 3 Reported potential application mechanism of KD

3 生酮飲食的安全性

生酮飲食作為一種非藥物性的替代性飲食療法應(yīng)用于各類疾病的預(yù)防與改善中,應(yīng)用安全性一直是不容忽視的焦點話題[58]。長期內(nèi)科藥物治療往往不可避免地引發(fā)諸多不良反應(yīng),而外科治療也可能會損害機體,生酮飲食相對而言較為安全。事實上它被認為是一種治療兒童難治性癲癇安全有效的治療方法,應(yīng)用歷史悠久且療效顯著[59]。甚至對于無法通過腸道吸收營養(yǎng)的患者,生酮腸外營養(yǎng)療法也被證明是一種相對安全的方法,它通過短期持續(xù)的飲食干預(yù)來控制癲癇發(fā)作[60]。Mobbs等[32]發(fā)現(xiàn),生酮飲食在有效控制糖尿病患者血糖的同時,未出現(xiàn)酮癥等不良反應(yīng),而且依從性較好。一項針對20例肥胖患者為期4個月的生酮飲食干預(yù)發(fā)現(xiàn),患者體重減輕的同時,血糖、血pH、陰離子間隙等指標均未見統(tǒng)計學(xué)改變,從酸堿平衡的角度來看,生酮飲食是治療肥胖癥的一種安全的營養(yǎng)干預(yù)手段[61]。與此同時,有學(xué)者指出了生酮飲食可能存在的弊端:短期生酮飲食會造成患兒腹痛、腹瀉、惡心、嘔吐、便秘等諸多不良反應(yīng)[62];而對于長期的生酮飲食干預(yù),國內(nèi)有報道稱其可能影響機體的骨代謝,使得骨密度降低,導(dǎo)致小鼠骨質(zhì)疏松[63];也有學(xué)者認為,生酮飲食可能會影響難治性癲癇患兒的生長發(fā)育[64];其他一些報道則指出生酮飲食除對減肥有益外,也可能誘發(fā)炎癥因子TNFα的表達,并參與肝脂肪變性導(dǎo)致血脂異常[65]。因此,實際應(yīng)用中有必要權(quán)衡生酮飲食的利弊,更重要的是,在廣泛開展生酮飲食研究的同時正確規(guī)避不良反應(yīng),完善相關(guān)的醫(yī)療監(jiān)督管理機制,使之更好地應(yīng)用于各類慢性疾病的預(yù)防、改善及治療。

4 結(jié)語與展望

生酮飲食在治療癲癇疾病方面的應(yīng)用較為成熟,相關(guān)研究在國內(nèi)外不同年齡段的不同個體中開展,也在改善糖尿病、肥胖癥等慢性疾病的研究取得突破,此外,也參與到了腫瘤、癌癥等疾病的輔助治療中,也有學(xué)者開始探究生酮飲食對健康人群的積極作用,研究領(lǐng)域在不斷拓展;與此同時,生酮飲食在慢性疾病中的應(yīng)用局限性也需要被不斷突破,提高耐受性和依從性是生酮飲食被廣泛接受和應(yīng)用的前提?；谒姆N常見的生酮飲食,開發(fā)出更易耐受和療效更佳的生酮飲食療法是重要的研究方向,結(jié)合治療期間的觀察、護理和監(jiān)督來排除飲食干預(yù)的不良反應(yīng)是提高生酮飲食療效的正確選擇;諸如KD-運動療法(治療肥胖癥)、KD-放療療法(治療癌癥)等聯(lián)合療法的開發(fā),在擴大生酮飲食應(yīng)用范圍的同時,也提高了其對慢性疾病的預(yù)防和控制效果,因此拓展新的生酮飲食聯(lián)合療法是有待繼續(xù)探索和應(yīng)用的潛在方向。