6 курс / Диетология и нутрициология / Лечение_мультиформной_глиобластомы_с_помощью_кетогенной_метаболической

каждую неделю, и сеансы повторялись каждый раз, когда эта пропорция увеличивалось (61). ГБКТ также использовалась, чтобы помочь понизить соотношение лактаты/пируваты в нормальных пределах (62, 63). Отношение лактатов к пируватам также является хорошим сывороточным индикатором эффективности влияния ГБКТ на кислородонасыщение опухоли, метаболизм глюкозы и состояние окисления-восстановления опухоли.

РИСУНОК 4

Рисунок 4. (A) Сравнение метаболизма опухоли на протяжении 20 месяцев. Холин указывает на обновление клеточной мембраны и отражает опухолеобрахование. N-ацетиласпартат (NAA) является маркером для целости нейронов, которая уменьшается с развитием злокачественной опухоли мозга и лучевым некрозом. Креатин - маркер для клеточной энергии, которая значительно уменьшается при росте злокачественной опухоли и лучевом некрозе. Угол Хантера (голубая стрелка) отражает соотношение холина и NAA. (B) Сравнение между размером опухоли и смещением срединных структур мозга (красная линия) на протяжении 20 месяцев.

Пациенту провели 30 сеансов облучения мозга и дополнили их приёмом ТМЗ (темозоламид), который прошёл без значительных побочных эффектов или значимых неврологических расстройств. После 9 месяцев терапии вес пациента снизился до 56.9 кг (Индекс Массы Тела, ИМТ, 19.9). Несмотря на уменьшенный ИМТ, пациент не испытывал недомоганий или дискомфорта. На данном этапе пациент перешел на кето-диету без ограничений и с калоражем приблизительно 1500 ккал в день. Уровень сахара в крови натощак составлял приблизительно 70-75 мг/дл, и уровни кетонов в моче были от + до ++ , что приблизительного равняется ГКИ 5.0 (рисунок 1B).

После 20 месяцев метаболической терапии и завершения радио и химиотерапии вес пациента составлял 66.2 кг (ИМТ 23.2). МРТ и МРС

мозга с контрастным веществом показали уменьшение в размере опухоли приблизительно по 1.5 см в каждом диаметре с минимальной перфузией и низкой метаболической активностью, оцененной по соотношению холина к креатину и холина к NAA, что видно на МРсигнале (рисунок 2D). Уровни инсулина, глюкозы и кетонов мочи натощак были 2.1 IU, 65 мг/дл, и от + до ++, соответственно, давая приблизительный ГКИ 5.0 (Таблица 1). Также были замечены дальнейшее понижение холина и увеличение NAA без смещения срединных структур мозга или мозгового отека (рисунок 2D), сокращение размера опухоли коррелировалось с исправлением смещения срединных структур мозга после 20 месяцев лечения (рисунок 4B). Пациент остается в хорошем здоровье без значимых клинических или неврологических расстройств (100% по шкале Карновского).

Обсуждение результатов

В этой истории болезни мы описываем благоприятный терапевтический ответ на KMT и другое лечение нарушений обмена веществ у 38-летнего мужчины с МГБ и метаболической неустойчивостью. Кетогенная Метаболическая Терапия (KMT) - это пищевое противоопухолевое вмешательство, включающее в себя кетогенные или низко-гликемические диеты для влияния на злокачественные глиомы (42). Для этого пациента с МГБ стандарт лечения был изменён с целью начать KMT до хирургического вмешательства, избавиться от лечения стероидами и включить ГБКТ как часть терапии. В лечении также использовались определенные лекарства и пищевые добавки. Предыдущие исследования показали, что КД хорошо переносится большинством пациентов с МГБ, но эффективность лечения может меняться от пациента к пациенту, возможно, из-за различий в степени ограничения потребления калорий (42, 64–69). Некоторые взрослые пациенты с МГБ, находящиеся на КД в этих исследованиях, смогли достигнуть или поддерживать ГКИ, необходимый для достижения наибольшего лечебного эффекта (около 1.0) (60). Однако великолепный терапевтический эффект от КД показали и два ребёнка с глиомами в тяжелой форме (70). По сравнению с исходными данными через 8 недель уровни глюкозы крови были ниже и уровни кетонов в крови были выше у обоих детей, то есть глюкоза и кетоны находились в теоретической зоне лечебного воздействия (60). Наблюдаемое сокращение глюкозы крови у нашего пациента уменьшило бы ферментацию молочной кислоты в

опухолевых клетках, в то время как повышение уровня кетонных тел питало бы нормальные клетки, таким образом защищая их от гипогликемии и окислительного стресса (10).

Предыдущие исследования показали, что рост опухоли и выживаемость при МГБ коррелировались с уровнями глюкозы крови, т.е., чем выше была глюкоза крови, тем короче был срок жизни и быстрее рост опухоли (31, 40, 71–76). Поскольку стероид дексаметазон часто прописывается в стандарте лечения МГБ (31, 40), то отказ от этого медикамента, возможно, способствовал частично сниженным уровням глюкозы и благоприятному результату, наблюдаемому у нашего пациента. Данные указывают, что клетки глиомы не могут эффективно использовать кетонные тела для энергии из-за дефектов в количестве, структуре и функции их митохондрий (10, 23, 27, 42, 45– 50, 77). Точность ГКИ как предсказателя терапевтической эффективности, однако, лучше, когда кетонные тела измеряются в крови, а не в моче (10). Тем не менее, низкие показатели ГКИ, наблюдаемые у нашего пациента на KMT, двигались в направлении ожидаемого успеха в плане сокращения ферментации молочной кислоты (41, 60). Сокращение вызванной глюкозой ферментации молочной кислоты не только увеличило бы апоптоз опухолевой клетки, но также уменьшило бы воспаление и отек в микросреде опухоли, таким образом уменьшая распространение и ангиогенез опухолевой клетки (51, 52, 54, 78, 79).

Хотя KMT и эффективна для прицельного удара по эффекту Варбурга в клетках МГБ, но это лечение менее эффективно для направленного воздействия на глутамин, другое главное топливо, которое стимулирует рост МГБ (8, 10, 14, 42). Помимо исполнения роли метаболического топлива для МГБ, глутамин также является существенным метаболитом для нормальных иммуных клеток (10,80). Именно макрофаги необходимы, чтобы восстановить микросреду и удалить мертвые опухолевые клетки после метаболической терапии (10). В силу вышеизложенного, методы лечения, которые препятствуют доступности и использованию глутамина, должны применяться стратегически, чтобы избежать непреднамеренного нарушения функций иммуноцитов. Достаточно сложной задачей может явиться ограничение глутамина без попутного ослабления важных функций нормальных иммуноцитов. В связи с этим мы использовали нетоксичный экстракт зеленого чая, ЭГКГ (эпигаллокатехин галлат), и хлорохин в попытке ограничить доступность глутамина для опухолевых клеток. ЭГКГ, как полагают, воздействует на

гидрогеназную активность глутамата, которая облегчает метаболизм глутамина в клетках МГБ (59,81). Хлорохин, с другой стороны, будет препятствовать лизосомальному усвоению, таким образом отграничивая способные к ферментации аминокислоты и углеводы от уничтоженных фагоцитами продуктов в микросреде опухоли (10,82). Мы также подвергали пациента воздействию ГБКТ, чтобы увеличить окислительный стресс в опухолевых клетках (10, 57). На основе концепции эволюции системы мы первоначально описали, как соматические мутации могли сделать опухолевые клетки более уязвимыми для физиологического стресса, чем нормальные клетки (83, 84). Поскольку глюкоза и ферментация глутамина защищают опухолевые клетки от окислительного стресса, уменьшенная доступность этих метаболитов при кетозе могла увеличить терапевтическое действие ГБКТ, как мы недавно описали (10). Наблюдаемые сокращения соотношения лактатов/пируватов и холина/креатина вместе с увеличенным NAA согласовываются с исследованием, предполагающим, что управление метаболизмом может улучшить выживаемость (85, 86). Мы не можем, однако, исключить возможность, что опухоль нашего пациента содержала определенные гены (мутация IDH1, ATRX и делеция 1p/19q), которые, возможно, также способствовали его благоприятной реакции на лечение. Чтобы проверить эту гипотезу, необходимы более детальные изучения других пациентов с МГБ и 24-месячной выживаемостью. Мы предполагаем, что целенаправленное воздействие на глюкозу и глутамин терапевтической стратегией Press-Pulse вместе с измененным стандартом лечения может способствовать благоприятному исходу у этого пациента с МГБ несмотря на симптомы остаточной послеоперационной опухоли.

Заключительные замечания

Мультиформная глиобластома остается одной из самых агрессивных и трудноизлечимых первичных опухолей центральной нервной системы. Появляющиеся доказательства свидетельствуют, что рак - прежде всего, митохондриальное нарушение обмена веществ, где рост опухолевых клеткок зависит от ферментации. Глюкоза и глутамин - основное подверженное ферментации топливо, которое стимулирует рост и распространение клеток МГБ. У 38-летнего пациента с мультиформной глиобластомой, к которому был применён изменённый стандарт лечения и КМТ, терапевтическая стратегия Press-Pulse была

осуществлена на практике для целенаправленного удара по доступности глюкозы и глутамина. Поскольку менее 20% взрослых людей молодого возраста с МГБ обычно выживают в течение 24 месяцев, то возможно, что результат лечения, наблюдаемый в этом случае, частично был следствием KMT и измененного стандарта лечения. В настоящее время пациенту 40 лет, и он пребывает в превосходном здоровье без значимых неврологических проблем (100% по шкале Карновского) после 24 месяцев лечения.

Этическое заявление

Это исследование было рассмотрено и одобрено Председателем Университета Медицинского Факультета Александрии Медицинского Наблюдательного Совета Исследований (метаболическое лечение пациентов с GBM наряду со стандартом терапии ухода, протокол номер 69/2016). Следуя IRB-одобренным направлениям для этого исследования, письменное информированное согласие на публикацию этой истории болезни было получено от участника.

Вклад участников в научную работу АИ: выступил с идеей исследования, собрал данные и написал работу.

МБ: проводил хирургические процедуры по стандарту лечения. ИА: проводил патологические лабораторные исследования. МИ: ассистировал в сборе данных.

МК: обеспечивала информацию о диетарном статусе и помогла написать работу.

ПМ: оценивал данные и помогал в подготовке публикации.

ТС: помогал в написании публикации и представлении и анализе данных.

Заявление о конфликте интересов

МК работала в Dietary Therapies LLC. Все остальные авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие любых коммерческих или финансовых отношений, которые могли быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим Фонд Метаболических Методов лечения Рака (Единственная Причина, Единственное Лечение), CrossFit Inc., Фонд Нельсона и Клодии Пельтц, Джозефа К. Марона, Фонд Джорджа Ю,

Эллен Дэвис, Льюиса Топпера и Фонд Расходов на Исследования Бостонского Колледжа за их поддержку.

Сокращения

GMB (МГБ) – мультиформная глиобластома;

KD-R (КД-О) - кетогенная диета, ограниченная по калориям; GFAP - глиальный волокнистый кислый белок;

KMT - кетогенная метаболическая терапия;

EMA - эпителиальный мембранный антиген; CK - цитокератин;

CD31 - кластер дифференцировки 31;

Ki67 - антиген KI-67, также известный как Ki-67 или MKI67, белок, закодированный у людей геном MKI67;

HBOT (ГБКТ) - гипербарическая кислородная терапия; MRI (МРТ) - магнитно-резонансная томография;

MRS (МРС) - магнитно-резонансная спектроскопия; EGCG (ЭГКГ) - эпигаллокатехина галлат);

NAA - N-ацетиласпартат;

L/P - соотношение лактаты/пируваты; IQR - интерквартильная широта ; GKI (ГКИ) - глюкоза/кетоны индекс;

H&E - гематоксилин и эозин (гематоксилин-эозиновое окрашивание); TMZ (ТМЗ) - темозоламид.

Ссылки

1. Fisher PG, Buffler PA. Malignant gliomas in 2005: where to GO from here? JAMA (2005) 293:615–7. doi:10.1001/jama.293.5.615

CrossRef Full Text | Google Scholar

2. Krex D, Klink B, Hartmann C, Von Deimling A, Pietsch T, Simon M, et al. Long-term survival with glioblastoma multiforme. Brain(2007) 130:2596–606. doi:10.1093/brain/awm204

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

3. Stupp R, Hegi ME, Mason WP, Van Den Bent MJ, Taphoorn MJ, Janzer RC, et al. Effects of radiotherapy with concomitant and adjuvant temozolomide versus radiotherapy alone on survival

in glioblastoma in a randomised phase III study: 5-year analysis of the EORTC-NCIC trial. Lancet Oncol (2009) 10:459–66. doi:10.1016/S1470-2045(09)70025-7

CrossRef Full Text | Google Scholar

4. Lawrence YR, Blumenthal DT, Matceyevsky D, Kanner AA, Bokstein F, Corn BW. Delayed initiation of radiotherapy for glioblastoma: how important is it to push to the front (or the back) of the line? J Neurooncol (2011) 105:1–7. doi:10.1007/s11060-011-0589-2

CrossRef Full Text | Google Scholar

5. Filippini G, Falcone C, Boiardi A, Broggi G, Bruzzone MG, Caldiroli D, et al. Prognostic factors for survival in 676 consecutive patients with newly diagnosed primary glioblastoma. Neuro Oncol (2008) 10:79–87. doi:10.1215/15228517-2007-038

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

6. Ahmadloo N, Kani AA, Mohammadianpanah M, Nasrolahi H, Omidvari S, Mosalaei A, et al. Treatment outcome and prognostic factors of adult glioblastoma multiforme. J Egypt Natl Canc Inst (2013) 25:21–30. doi:10.1016/j.jnci.2012.11.001

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

7. Barakat MK, Belal AM, Fadel SH, Gamal H. Outcome of high grade gliomas in limited resource country (10 years’ experience in Alexandria University Oncology Center 2003-2012). J Brain Tumors Neurooncol (2016) 1:1–9. doi:10.4172/2475-3203.1000111

CrossRef Full Text | Google Scholar

8. DeBerardinis RJ, Mancuso A, Daikhin E, Nissim I, Yudkoff M, Wehrli S, et al. Beyond aerobic glycolysis: transformed cells can engage in glutamine metabolism that exceeds the requirement for protein and nucleotide synthesis. Proc Natl Acad Sci U S A(2007) 104:19345–50. doi:10.1073/pnas.0709747104

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

9. Tanaka K, Sasayama T, Irino Y, Takata K, Nagashima H, Satoh N, et al. Compensatory glutamine metabolism promotes glioblastoma resistance to mTOR inhibitor treatment. J Clin Invest (2015) 125:1591–602. doi:10.1172/JCI78239

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

10. Seyfried TN, Yu G, Maroon JC, D’agostino DP. Press-pulse: a novel therapeutic strategy for the metabolic management of cancer. Nutr Metab (Lond) (2017) 14:19. doi:10.1186/s12986-017- 0178-2

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

11. Yang L, Venneti S, Nagrath D. Glutaminolysis: a hallmark of cancer metabolism. Annu Rev Biomed Eng (2017) 19:163–94. doi:10.1146/annurev-bioeng-071516-044546

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

12. Rhodes CG, Wise RJ, Gibbs JM, Frackowiak RS, Hatazawa J, Palmer AJ, et al. In vivo disturbance of the oxidative metabolism of glucose in human cerebral gliomas. Ann Neurol (1983) 14:614–26. doi:10.1002/ana.410140604

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

13. Oudard S, Arvelo F, Miccoli L, Apiou F, Dutrillaux AM, Poisson M, et al. High glycolysis in gliomas despite low hexokinase transcription and activity correlated to chromosome 10 loss. Br J Cancer (1996) 74:839–45. doi:10.1038/bjc.1996.446

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

14. DeBerardinis RJ, Cheng T. Q’s next: the diverse functions of glutamine in metabolism, cell biology and cancer. Oncogene (2010) 29:313–24. doi:10.1038/onc.2009.358

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

15. Flavahan WA, Wu Q, Hitomi M, Rahim N, Kim Y, Sloan AE, et al. Brain tumor initiating cells adapt to restricted nutrition through preferential glucose uptake. Nat Neurosci (2013) 16:1373–82. doi:10.1038/nn.3510

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

16. Gatenby RA, Gillies RJ. Glycolysis in cancer: a potential target for therapy. Int J Biochem Cell Biol (2007) 39:1358–66. doi:10.1016/j.biocel.2007.03.021

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

17. Tannahill GM, Curtis AM, Adamik J, Palsson-Mcdermott EM, Mcgettrick AF, Goel G, et al. Succinate is an inflammatory signal that induces IL-1beta through HIF-1alpha. Nature (2013) 496:238–42. doi:10.1038/nature11986

CrossRef Full Text | Google Scholar

18. Tretter L, Patocs A, Chinopoulos C. Succinate, an intermediate in metabolism, signal transduction, ROS, hypoxia, and tumorigenesis. Biochim Biophys Acta (2016) 1857:1086–101. doi:10.1016/j.bbabio.2016.03.012

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

19. Xu RH, Pelicano H, Zhou Y, Carew JS, Feng L, Bhalla KN, et al. Inhibition of glycolysis in cancer cells: a novel strategy to overcome drug resistance associated with mitochondrial respiratory defect and hypoxia. Cancer Res (2005) 65:613–21.

Google Scholar

20. Sipe JC, Herman MM, Rubinstein LJ. Electron microscopic observations on human glioblastomas and astrocytomas maintained in organ culture systems. Am J Pathol (1973) 73:589–606.

PubMed Abstract | Google Scholar

21. Scheithauer BW, Bruner JM. The ultrastructural spectrum of astrocytic neoplasms. Ultrastruct Pathol (1987) 11:535–81. doi:10.3109/01913128709048447

CrossRef Full Text | Google Scholar

22. Oudard S, Boitier E, Miccoli L, Rousset S, Dutrillaux B, Poupon MF. Gliomas are driven by glycolysis: putative roles of hexokinase, oxidative phosphorylation and mitochondrial ultrastructure. Anticancer Res (1997) 17:1903–11.

PubMed Abstract | Google Scholar

23. Arismendi-Morillo GJ, Castellano-Ramirez AV. Ultrastructural mitochondrial pathology in human astrocytic tumors: potentials implications pro-therapeutics strategies. J Electron Microsc (Tokyo) (2008) 57:33–9. doi:10.1093/jmicro/dfm038

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

24. Katsetos CD, Anni H, Draber P. Mitochondrial dysfunction in gliomas. Semin Pediatr Neurol (2013) 20:216–27. doi:10.1016/j.spen.2013.09.003

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

25. Deighton RF, Le Bihan T, Martin SF, Gerth AM, Mcculloch M, Edgar JM, et al. Interactions among mitochondrial proteins altered in glioblastoma. J Neurooncol (2014) 118:247–56. doi:10.1007/s11060-014-1430-5

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

26. Feichtinger RG, Weis S, Mayr JA, Zimmermann F, Geilberger R, Sperl W, et al. Alterations of oxidative phosphorylation complexes in astrocytomas. Glia (2014) 62:514–25. doi:10.1002/glia.22621

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

27. Arismendi-Morillo G, Castellano-Ramirez A, Seyfried TN. Ultrastructural characterization of the mitochondria-associated membranes abnormalities in human astrocytomas: functional and therapeutics implications. Ultrastruct Pathol (2017) 41:234–44. doi:10.1080/01913123.2017.1300618

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

28. Seyfried TN, Flores RE, Poff AM, D’agostino DP. Cancer as a metabolic disease: implications for novel therapeutics. Carcinogenesis (2014) 35:515–27. doi:10.1093/carcin/bgt480

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

29. Chang SM, Parney IF, Huang W, Anderson FA Jr, Asher AL, Bernstein M, et al. Patterns of care for adults with newly diagnosed malignant glioma. JAMA (2005) 293:557–64. doi:10.1001/jama.293.5.557