Інгібування росту пухлини нейробластоми кетогенною дієтою та обмеженням калорій у CD1-Nu

Рафаель Йоганнес Моршер

1 Дослідницька програма з біохімії рецепторів та метаболізму пухлин, Медичний університет Парацельса, Зальцбург, Австрія,

5 Відділ медичної генетики, Медичний університет Інсбрук, Інсбрук, Тіроль, Австрія,

Сепіде Амінзаде-Гохарі

Рене Гюнтер Фейхтінгер

Йоганнес Адальберт Майр

2 Кафедра педіатрії, Медичний університет Парацельса, Зальцбург, Австрія,

Роланд Ленг

3 Департамент дерматології, Медичний університет Парацельса, Зальцбург, Австрія,

Даніель Нойрітер

4 Кафедра патології Медичного університету Парацельса, Зальцбург, Австрія,

Вольфганг Шперль

2 Кафедра педіатрії, Медичний університет Парацельса, Зальцбург, Австрія,

Барбара Кофлер

1 Дослідницька програма з рецепторної біохімії та метаболізму пухлин, Медичний університет Парацельса, Зальцбург, Австрія,

Задумав та спроектував експерименти: BK RGF WS RJM. Виконував експерименти: RJM SAG RGF RL. Проаналізовано дані: RJM RGF JAM DN WS BK. Написав папір: RJM BK.

Пов’язані дані

Усі відповідні дані знаходяться в газеті та в допоміжних файлах.

Анотація

Вступ

Нейробластома - це злоякісний дитячий рак, що походить від клітин нервового гребеня. Характеризується загальним зменшенням окисного фосфорилювання мітохондрій. Метою цього дослідження було дослідити вплив обмеження калорій та кетогенної дієти на ріст пухлини нейробластоми та відстежувати потенційні адаптаційні механізми системи окисного фосфорилювання раку.

Методи

Ксенотрансплантати були встановлені у голих мишей CD-1 шляхом підшкірного введення двох клітинних ліній нейробластоми, що мають чіткі генетичні характеристики та терапевтичну чутливість [SH-SY5Y та SK-N-BE (2)]. Мишей рандомізували до чотирьох груп лікування, які отримували стандартну дієту, стандартну дієту з обмеженням калорій, кетогенну дієту на основі довгих ланцюгів жирних кислот або кетогенну дієту з обмеженням калорій. Відстежували ріст пухлини, виживаність, метаболічні параметри та вагу мишей. Тканину раку оцінювали на предмет індукованих дієтою змін показників проліферації та параметрів множинної системи окисного фосфорилювання (активність ферментів дихальних ланцюгів, аналіз вестерн-блот, імуногістохімія та вміст мітохондріальної ДНК).

Результати

Кетогенна дієта та/або обмеження калорій значно зменшили ріст пухлини та продовжили виживання в моделі ксенотрансплантата. Зменшення росту нейробластоми корелювало зі зниженням концентрації глюкози в крові і характеризувалось значним зниженням рівнів Ki-67 та фосфогістону H3 у групах дієти з низьким рістом пухлини. Як і в пухлинній тканині людини, ксенотрансплантати нейробластоми продемонстрували виразно низьку активність мітохондріального комплексу II у поєднанні з генералізованим низьким рівнем окисного фосфорилювання мітохондрій, підтверджуючи модель пухлини. Нейробластома не виявляла здатності пристосовувати свою окислювальну активність мітохондрій до фосфорилювання до зміни поживних речовин, спричиненої дієтичним втручанням.

Висновки

Наші дані свідчать про те, що орієнтування на метаболічні характеристики нейробластоми може відкрити новий фронт у підтримці стандартних схем терапії. Тому ми пропонуємо додатково оцінити кетогенну дієту та/або обмеження калорій як можливу допоміжну терапію для пацієнтів, які проходять лікування нейробластоми.

Вступ

Нейробластома (НБ) є найпоширенішим позачерепним твердим злоякісним захворюванням у дитячому віці. Ця пухлина периферичної нервової системи походить від примітивної симпатогонії, яка, як правило, дає початок постгангліонарним нейронам симпатичного ланцюга та мозковому мозку надниркових залоз [1]. Виходячи з біологічних та клінічних особливостей, захворювання можна класифікувати на три категорії ризику. У популяції пацієнтів із високим ризиком, незважаючи на великі зусилля щодо вдосконалення стратегій лікування, прогноз є поганим, і, за оцінками, 5-річна виживаність становить 50%. Це контрастує із загальним рівнем виживаності, що перевищує 90% у групах середнього та низького ризику, де оптимізація лікування перейшла у бік зменшення токсичності підходу мультимодальної терапії [2].

Мітохондріальний енергетичний метаболізм NB характеризується генералізованим низьким рівнем білка та рівня активності комплексів окисного фосфорилювання (OXPHOS), а також низьким числом копій генома мітохондрій (mtDNA). Однак маса мітохондрій, як визначається за допомогою таких маркерів, як активність цитратсинтази та вміст білка, залежного від напруги іонного каналу (VDAC), є подібною до маси нормальних надниркових залоз та тканин нирок [3]. Хоча механізми, що індукують цей фенотип, все ще вивчаються, дані вказують, що він є частиною метаболічного перепрограмування клітин NB, що забезпечує стан низької диференціації та високої проліферативної здатності. Показано, що зміни функції мітохондрій є центральним компонентом індукції диференціації клітинних ліній NB. Наприклад, лікування ретиноевою кислотою значно збільшує споживання основного кисню, а також дихальну здатність [4–6].

Ці спостереження відповідають перепрограмуванню метаболізму ракових клітин для збільшення утилізації глюкози, що є однією з ознак розвитку раку [7–9]. Залежність ракових клітин від анаеробного гліколізу, навіть коли є достатньо кисню для шунтування пірувату в шлях OXPHOS, широко відома як ефект Варбурга [10]. Ізольовані дефекти ферментів системи OXPHOS можуть бути безпосередньою причиною утворення раку та ефекту Варбурга, що є прикладом феохромоцитоми та парагангліоми (обидва з дефектами комплексу II) або онкоцитомами (дефекти комплексу I). Інші солідні пухлини, такі як карциноми нирок або НБ, характеризуються більш загальним зменшенням усіх комплексів OXPHOS [3, 11–18].

КД із обмеженням калорій або без нього (CR) протягом десятиліть є частиною лікування дітей з нерозв'язними нападами [34]. У педіатричній популяції КД широко переноситься без серйозних побічних ефектів і привертає увагу при лікуванні епілепсії, стійкої до терапії підлітків та дорослих [35]. Класичні схеми (наприклад, протокол Джонса Хопкінса) пропонують співвідношення вмісту їжі жирів до вуглеводів і білків 3: 1 або 4: 1 (у грамах). Зазвичай застосовуються такі пристосування до цього базового режиму, як поєднання його із змінною CR або більш ліберальні підходи, такі як модифікована дієта Аткінса [36, 37]. Зовсім недавно КД проводили оцінку щодо альтернативних показань, таких як ожиріння, синдром полікістозних яєчників та дегенеративні захворювання нервової системи [38]. Молекулярний механізм КД недостатньо вивчений, але дані вказують на багатофакторні прямі та непрямі метаболічні адаптації, включаючи посилений біогенез мітохондрій та змінений енергетичний стан клітин [36, 39].

Методи

Клітинні лінії

Для досліджень ксенотрансплантата були обрані клітинні лінії SH-SY5Y (ATCC CRL-2266) та SK-N-BE (2) (ATCC CRL-2271). SH-SY5Y - це клітинна лінія клітинної лінії TP53 дикого типу, не ампліфікована NMYC, яка не виявляє втрати гетерозиготності хромосоми 1р і чутлива до хіміотерапії. Клітинна лінія SK-N-BE (2) демонструє високу стійкість до широкого спектру хіміотерапевтичних засобів і характеризується ампліфікацією NMYC, мутацією TP53 (p.C135F) та втратою гетерозиготності хромосоми 1р [48]. Клітини вирощували в суміші мінімального ефірного середовища Eagle's Minimal Essential Medium та Ham F12 (Sigma), доповненої 10% фетальною бичачою сироваткою (PAA), глутамаксом (Gibco), незамінними амінокислотами (Sigma) та пеніциліном/стрептоміцином/амфотерицин (Sigma).