Inhibarea creșterii tumorii neuroblastomului prin dieta ketogenică și restricția calorică într-un CD1-Nu
Raphael Johannes Morscher
1 Program de cercetare pentru biochimia receptorilor și metabolizarea tumorilor, Universitatea Medicală Paracelsus, Salzburg, Austria,
5 Divizia de Genetică Medicală, Universitatea de Medicină Innsbruck, Innsbruck, Tirol, Austria,
Sepideh Aminzadeh-Gohari
1 Program de cercetare pentru biochimia receptorilor și metabolizarea tumorilor, Universitatea Medicală Paracelsus, Salzburg, Austria,
René Gunther Feichtinger
1 Program de cercetare pentru biochimia receptorilor și metabolizarea tumorilor, Universitatea Medicală Paracelsus, Salzburg, Austria,
Johannes Adalbert Mayr
2 Departamentul de Pediatrie, Universitatea de Medicină Paracelsus, Salzburg, Austria,
Roland Lang
3 Departamentul de Dermatologie, Universitatea de Medicină Paracelsus, Salzburg, Austria,
Daniel Neureiter
4 Departamentul de Patologie, Universitatea de Medicină Paracelsus, Salzburg, Austria,
Wolfgang Sperl
2 Departamentul de Pediatrie, Universitatea de Medicină Paracelsus, Salzburg, Austria,
Barbara Kofler
1 Program de cercetare pentru biochimia receptorilor și metabolizarea tumorilor, Universitatea Medicală Paracelsus, Salzburg, Austria,
Conceput și proiectat experimentele: BK RGF WS RJM. Au efectuat experimentele: RJM SAG RGF RL. Analizate datele: RJM RGF JAM DN WS BK. Am scris lucrarea: RJM BK.
Date asociate
Toate datele relevante se află în hârtie și în fișierele sale de informații de suport.
Abstract
Introducere
Neuroblastomul este un cancer pediatric malign derivat din celulele crestei neuronale. Se caracterizează printr-o reducere generalizată a fosforilării oxidative mitocondriale. Scopul prezentului studiu a fost de a investiga efectele restricției de calorii și ale dietei ketogenice asupra creșterii tumorii neuroblastomului și de a monitoriza potențialele mecanisme adaptative ale sistemului de fosforilare oxidativă a cancerului.
Metode
Xenogrefele au fost stabilite la șoareci nudi CD-1 prin injectare subcutanată a două linii celulare de neuroblastom având caracteristici genetice distincte și sensibilitate terapeutică [SH-SY5Y și SK-N-BE (2)]. Șoarecii au fost randomizați la patru grupuri de tratament care au primit dietă standard, dietă standard cu restricții calorice, dietă ketogenică pe bază de acizi grași cu lanț lung sau dietă cetogenă cu restricție calorică. Creșterea tumorii, supraviețuirea, parametrii metabolici și greutatea șoarecilor au fost monitorizate. Țesutul cancerului a fost evaluat pentru modificări induse de dietă ale indicilor de proliferare și parametrii multipli ai sistemului de fosforilare oxidativă (activități ale enzimei lanțului respirator, analiza Western blot, imunohistochimie și conținut de ADN mitocondrial).
Rezultate
Dieta cetogenică și/sau restricția calorică a redus semnificativ creșterea tumorii și supraviețuirea prelungită în modelul xenogrefei. Reducerea creșterii neuroblastomului s-a corelat cu scăderea concentrațiilor de glucoză din sânge și s-a caracterizat printr-o scădere semnificativă a nivelurilor de Ki-67 și fosfo-histonă H3 în grupurile de dietă cu creștere tumorală redusă. Ca și în țesutul tumoral uman, xenogrefele neuroblastomului au prezentat o activitate distinctă a complexului mitocondrial II, în combinație cu un nivel scăzut generalizat de fosforilare oxidativă mitocondrială, validând modelul tumorii. Neuroblastomul nu a arătat nicio capacitate de a-și adapta activitatea de fosforilare oxidativă mitocondrială la modificarea aportului de nutrienți indusă de intervenția dietetică.
Concluzii
Datele noastre sugerează că vizarea caracteristicilor metabolice ale neuroblastomului ar putea deschide un nou front în sprijinirea regimurilor de terapie standard. Prin urmare, propunem ca o dietă ketogenică și/sau o restricție calorică să fie evaluată în continuare ca o posibilă terapie adjuvantă pentru pacienții care urmează tratament pentru neuroblastom.
Introducere
Neuroblastomul (NB) este cea mai frecventă malignitate solidă extra-craniană din copilărie. Această tumoare a sistemului nervos periferic provine din simpatogonia primitivă care, în mod normal, dă naștere neuronilor postganglionari ai lanțului simpatic și ai medularei suprarenale [1]. Pe baza caracteristicilor biologice și clinice, boala poate fi clasificată în trei categorii de risc. În populația cu pacienți cu risc ridicat, în ciuda eforturilor ample de a îmbunătăți strategiile de tratament, prognosticul este slab, cu o supraviețuire estimată la 5 ani de 50%. Aceasta contrastează cu o rată de supraviețuire globală care depășește 90% în grupurile cu risc mediu și scăzut, în care optimizarea tratamentului s-a orientat către reducerea toxicităților abordării terapiei multimodale [2].
Metabolismul energiei mitocondriale a NB se caracterizează prin proteine și niveluri de activitate generalizate scăzute ale complexelor de fosforilare oxidativă (OXPHOS), împreună cu un număr redus de copii ale genomului mitocondrial (ADNmt). Cu toate acestea, masa mitocondrială, cuantificată prin markeri precum activitatea citratului sintază și conținutul de proteine ale canalului ionic dependent de tensiune (VDAC), este similară cu cea a glandelor suprarenale normale și a țesuturilor renale [3]. Deși mecanismele care induc acest fenotip sunt încă în curs de investigare, datele indică faptul că face parte din reprogramarea metabolică a celulelor NB care permite starea de diferențiere scăzută și capacitate proliferativă ridicată. Modificările funcției mitocondriale s-au dovedit a fi o componentă centrală a inducerii diferențierii în liniile celulare NB. Tratamentul cu acid retinoic, de exemplu, crește semnificativ consumul de oxigen bazal, precum și capacitatea respiratorie [4-6].
Aceste observații sunt în concordanță cu reprogramarea metabolismului celulelor canceroase pentru o utilizare crescută a glucozei, una dintre caracteristicile dezvoltării cancerului [7-9]. Dependența celulelor canceroase de glicoliza anaerobă, chiar și atunci când există suficient oxigen disponibil pentru a transfera piruvatul în calea OXPHOS, este cunoscută sub numele de efect Warburg [10]. Defectele izolate ale enzimelor sistemului OXPHOS pot fi o cauză directă a formării cancerului și a efectului Warburg, după cum se exemplifică în feocromocitoame și paraganglioame (ambele cu defecte în complexul II) sau oncocitoame (defecte în complexul I). Alte tumori solide precum carcinoamele cu celule renale sau NB sunt caracterizate printr-o reducere mai generală a tuturor complexelor OXPHOS [3, 11-18].
KD cu sau fără restricție de calorii (CR) a făcut parte, de zeci de ani, în gestionarea copiilor cu convulsii intratabile [34]. În populația pediatrică, KD este tolerată pe scară largă fără efecte secundare majore și a câștigat atenție în tratarea epilepsiei rezistente la terapie la adolescenți și adulți [35]. Regimurile clasice (cum ar fi protocolul Johns Hopkins) oferă un raport conținut de alimente de grăsimi față de carbohidrați și proteine de 3: 1 sau 4: 1 (în grame). Se aplică în mod obișnuit adaptări la acest regim de bază, cum ar fi combinarea acestuia cu CR variabil sau abordări mai liberale, cum ar fi dieta Atkins modificată [36, 37]. Mai recent, KD a fost sub evaluare pentru indicații alternative, cum ar fi obezitatea, sindromul ovarian polichistic și bolile degenerative ale sistemului nervos [38]. Mecanismul molecular al KD este slab înțeles, dar datele indică adaptări metabolice directe și indirecte multifactoriale, inclusiv o biogeneză mitocondrială crescută și o stare de energie celulară modificată [36, 39].
Metode
Linii telefonice
Liniile celulare SH-SY5Y (ATCC CRL-2266) și SK-N-BE (2) (ATCC CRL-2271) au fost alese pentru studiile cu xenogrefă. SH-SY5Y este o linie celulară de tip sălbatic TP53, care nu este amplificată NMYC, care nu prezintă pierderi de cromozom 1p de heterozigoză și este sensibilă la chimioterapie. Linia celulară SK-N-BE (2) prezintă rezistență ridicată la o gamă largă de agenți chimioterapeutici și se caracterizează prin amplificare NMYC, mutație TP53 (p.C135F) și pierderea cromozomului 1p de heterozigoză [48]. Celulele au fost crescute într-un amestec 1: 1 de mediu minim esențial Eagle și Ham F12 (Sigma), suplimentat cu 10% ser fetal bovin (PAA), Glutamax (Gibco), aminoacizi neesențiali (Sigma) și penicilină/streptomicină/amfotericină (Sigma).