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Nature | 升高酮体不促瘤,降低酮体也不抑瘤:谁在驱动生酮饮食相关肿瘤?

来源:生物探索 发表时间:2026-07-20 阅读:0
7月15日,《Nature》的研究报道“Ketogenic diet mediates intestinal tumorigenesis through lipids not ketones” ,通过饮食干预、单细胞测序、脂质组学以及多种基因敲除和过表达模型,对这个问题进行了系统拆解。研究得到的答案颇具警示意味:在具有肠道肿瘤遗传易感性的模型中,推动小肠肿瘤形成的关键因素不是酮体,而是膳食脂质驱动的脂肪酸氧化。

核心结论:在具有肠道肿瘤遗传易感性的模型中,推动小肠肿瘤形成的关键因素不是酮体,而是膳食脂质触发的 PPAR–CPT1A–脂肪酸氧化通路。

低胰岛素、高酮体,为什么没有带来更好的结局?

研究人员首先设计了三种饮食:脂肪供能比例为10%的对照饮食、60%的高脂饮食(high-fat diet, HFD),以及80%的猪油型生酮饮食

与对照组相比,生酮饮食组小鼠的循环和肠道组织β-羟丁酸(β-hydroxybutyrate, BHB)明显升高,循环胰岛素下降,血糖没有显著变化,体重变化也相对有限。换句话说,这些小鼠确实进入了典型的生酮代谢状态,却没有出现传统肥胖型高脂饮食常见的高胰岛素血症

如果只根据代谢指标推断,低胰岛素似乎应当有利于抑制肿瘤。然而,肠道给出了相反的答案。

生酮饮食增加了隐窝底部LGR5阳性肠干细胞(intestinal stem cell, ISC)的数量,提高了细胞增殖水平,也增强了离体培养时形成类器官的能力。与此同时,为肠干细胞提供支持的潘氏细胞减少,提示这些干细胞可能获得了更强的生态位非依赖性。

干细胞活性增强通常有利于组织修复,但在携带致癌事件的细胞中,更强的自我更新能力也可能增加异常克隆扩张的机会。再生与肿瘤形成,有时共享同一套生物学基础。

约150天后,肿瘤数量、面积和死亡风险同时上升

为了模拟遗传易感背景,研究人员使用了携带一份条件性失活Apc等位基因的小鼠。Apc是家族性腺瘤性息肉病(familial adenomatous polyposis, FAP)的核心抑癌基因。当另一份正常Apc等位基因随后发生杂合性缺失时,肠道腺瘤便可自发形成。

经过诱导后,小鼠分别接受对照饮食或生酮饮食约150天。结果显示,生酮饮食组的生存期明显缩短,生存曲线差异的P值为0.0038;肿瘤数量增加,P值为0.0036;肿瘤总面积增大,P值为0.0002

这种差异并不是临近死亡时才出现。实验进行到90天、两组生存曲线尚未明显分离时,生酮饮食组已经表现出更高的肿瘤负荷。这说明肿瘤增多很可能是生存期缩短的原因之一,而不只是疾病晚期的伴随现象。

一个看似合理的解释随之出现:生酮饮食提高了酮体,肿瘤负荷也随之增加,难道酮体就是促癌因素?

问题在于,相关性并不能确定因果方向

肿瘤负荷在生存曲线明显分离之前已经升高,支持“肿瘤增多可能参与导致生存期缩短”,而非仅为疾病末期的伴随现象。

酮体与肿瘤同时升高,不等于酮体推动了肿瘤

研究人员分析了两个既往人群队列,共涉及289名参与者。与健康对照相比,结直肠腺瘤或癌症患者血清中的乙酰乙酸(acetoacetate, AcAc)和BHB较高;多类脂肪酸和酰基肉碱也出现升高。

这些数据说明,肿瘤状态确实伴随着系统性代谢改变,但不能判断酮体是病因、结果,还是与其他代谢过程同步变化的指标。肿瘤组织可能利用酮体,也可能改变肝脏和外周组织的代谢;高酮体还可能只是脂肪酸分解增强后的伴随产物。

要确定酮体是否具有因果作用,不能只观察它与肿瘤是否同时出现,而应当主动移除酮体,再观察肿瘤是否改变。

这正是该研究最有价值的部分。

把酮体“关掉”,肿瘤并没有减少

酮体生成的限速酶之一是线粒体3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A合酶2(3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthase 2, HMGCS2)。

研究人员首先在肠上皮中特异性敲除Hmgcs2,显著降低肠道局部BHB;随后又在肝细胞中敲除Hmgcs2,抑制全身性酮体生成;最后同时关闭肝脏和肠道的生酮能力。

按照“酮体促癌”的假设,酮体减少后,肿瘤负荷应当下降。但无论关闭局部生酮,还是同时降低局部和循环酮体,肿瘤数量和肿瘤面积均未发生显著变化。

研究人员进一步敲除了Bdh1和Oxct1。这两个基因分别参与BHB向乙酰乙酸的转化,以及酮体进入三羧酸循环前的活化,是细胞利用酮体进行供能的关键环节。即使肠上皮细胞无法正常进行酮体分解利用,生酮饮食的促肿瘤效应仍然存在。

因此,在这一模型中,酮体的生成和利用都不是生酮饮食促进小肠肿瘤所必需的

只把酮体升高,也没有让肿瘤增加

“去除酮体无效”只能说明酮体可能不是必要条件。要进一步判断它是否足以推动肿瘤,还需要进行反向实验:在不提高膳食脂肪的情况下,单独增加酮体。

研究人员构建了肠上皮Hmgcs2过表达模型。即使小鼠仍食用普通对照饮食,其肠道BHB也显著升高,接近生酮饮食组的水平。

但这些小鼠的生存期没有改变,生存曲线P值为0.9426;肿瘤数量和总面积同样没有显著差异,P值分别为0.4841和0.8283。酮体升高也没有增强基础状态下的克隆形成能力。

由此形成了一条相对完整的因果证据链:降低酮体,无法阻止肿瘤;提高酮体,也不能复制生酮饮食的促肿瘤效应。

换言之,酮体既不是该效应的必要条件,也不是充分条件

因果判断的两步验证:降低酮体未能削弱肿瘤;单独升高酮体也未能复制肿瘤表型。两组反向实验共同削弱了“酮体是核心驱动因素”的解释。

15,053个细胞把线索指向了脂肪酸氧化

在分析对照饮食和生酮饮食小鼠的15,053个肠上皮单细胞后,研究人员发现,变化最明显的并不是某条“酮体信号通路”,而是一整套脂质处理程序:脂质氧化、脂肪酸β-氧化及其他脂质分解通路普遍增强。

其中,过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptor, PPAR)相关转录程序明显活跃。PPAR家族是细胞感知脂质并启动脂肪酸利用程序的重要调控因子。

当研究人员同时删除肠上皮中的PPARα、PPARδ和PPARγ时,生酮饮食原本能够诱导的CPT1A、HMGCS2和FABP1等脂质代谢蛋白不再升高。肠隐窝细胞增殖下降,LGR5和OLFM4阳性干细胞减少,类器官形成能力也受到抑制。

药理学实验得到了方向一致的结果。在普通饮食下激活PPARδ,肿瘤面积增加;在生酮饮食下抑制PPARδ,肿瘤数量和面积均下降。这说明PPAR信号不只是与肿瘤同时增强,而是参与驱动了这一过程。

CPT1A被删除后,生酮饮食失去了部分“推动力”

PPAR下游最值得关注的节点是肉碱棕榈酰转移酶1A(carnitine palmitoyltransferase 1A, CPT1A)。它负责将长链脂肪酸送入线粒体,是长链脂肪酸氧化(fatty acid oxidation, FAO)的限速环节。

脂质组学显示,生酮饮食引起了两类主要变化:第一类包括51种脂质,以多种膜磷脂为主;第二类包括315种脂质,其中79%为甘油三酯。敲除Cpt1a后,这两类变化都受到明显影响。

更关键的是,在生酮饮食条件下,Cpt1a敲除小鼠的生存期显著延长,生存分析P值为0.004;肿瘤数量减少,P值为0.0213;肿瘤总面积下降,P值为0.0001。而在普通饮食条件下,Cpt1a缺失对肿瘤数量和面积没有显著影响。

这一区别非常重要。它提示问题并不只是“肠道里积累了更多脂肪”,而是细胞主动将这些脂肪送入线粒体并进行氧化。持续的脂肪酸供给与CPT1A介导的代谢利用相遇后,才形成了有利于干细胞扩增和肿瘤起始的代谢环境。

在这一过程中,BHB更像脂肪酸氧化产生的伴随结果,而不是下达促肿瘤指令的核心分子

同一种饮食,在小肠和结肠竟然方向相反

研究中还有一个容易被忽略的发现:生酮饮食对“小肠肿瘤”和“结肠肿瘤”的影响并不相同。

在小肠中,生酮饮食增加了肿瘤负荷;但在结肠中,生酮饮食反而降低了肿瘤负荷。更出人意料的是,普通高脂饮食也能产生类似的结肠效应。无论降低生酮能力,还是人为提高肠上皮酮体,结肠肿瘤结局都没有随之改变。

这意味着,即使在同一消化系统内,也不存在一个统一的“生酮饮食促癌”或“生酮饮食抗癌”答案。小肠承担主要的营养吸收功能,结肠则与水分平衡、免疫环境和肠道微生物群(gut microbiome)关系更密切。不同组织面对相同营养物质时,可能调用完全不同的代谢和免疫程序。

因此,用某个部位的结果推断整个肠道,甚至推断其他器官,风险很高。

组织特异性是理解营养干预的前提。同一种饮食在小肠与结肠中可能触发不同的代谢、免疫和微生物群响应,因此不能用单一器官的结果概括全身效应。

对FAP患者意味着什么?目前还不能直接开出饮食处方

这项研究尤其关注FAP,因为这类患者携带APC胚系致病变异,肠道腺瘤风险极高。研究引用的临床背景数据显示,FAP患者中约90%会出现小肠尤其是十二指肠腺瘤,约10%可发生相应癌症。随着预防性结肠切除降低结直肠癌风险,小肠病变已成为长期管理中的重要问题。

但这项研究不能直接得出“FAP患者必须避免生酮饮食”的临床结论。

首先,核心因果实验来自小鼠,使用的是Apc缺失相关肿瘤模型。其次,实验饮食中80%的能量来自脂肪,而且主要采用猪油,其组成与人类实际采用的多种生酮饮食并不相同。再次,人群部分只是对既往血清代谢组数据进行分析,没有记录患者是否接受生酮饮食,也不是随机对照饮食试验。

此外,动物实验没有预先进行样本量估算,除组织学分析外并非所有实验均实施盲法。CPT1A下游究竟通过乙酰辅酶A供应、表观遗传重编程、免疫细胞竞争,还是脂质信号分子促进肿瘤,研究也尚未给出确定答案。

因此,这项工作提供的是机制性警示和待验证假设,而不是可直接执行的人体营养指南

与其问“生酮饮食好不好”,不如先补全五个条件

生酮饮食并不是一个单一变量。它同时改变碳水化合物、脂肪来源、胰岛素、酮体、能量底物和组织代谢状态。只盯着BHB,可能会忽视持续高脂输入带来的另一面。

今后评价一种饮食对肿瘤的影响,至少需要明确:作用于哪个组织,个体是否存在遗传易感性,研究的是肿瘤起始还是已形成肿瘤,脂肪的种类和剂量是什么,以及干预持续了多长时间。

这项研究最值得记住的,并不是“生酮饮食一定促癌”,而是一个更具普遍意义的方法学提醒:代谢状态中最醒目的指标,未必就是驱动疾病的原因。酮体升高容易被观察,脂肪酸氧化却可能藏在更深的因果链条中。

当一种饮食既能增强组织再生,又可能放大突变细胞的扩增能力时,我们需要讨论的就不再是简单的“有益”或“有害”,而是它在什么遗传背景、什么器官和什么疾病阶段,改变了哪一种细胞的竞争优势。

 

参考文献

Shay JES, Chi F, Tzouanas CN, Han S, Zhang X, Ten Hoeve J, Williams KJ, Neptun S, Sever T, Fuentes I, Bhatia SN, Calibasi-Kocal G, Vander Heiden MG, Shalek AK, Yilmaz ÖH. Ketogenic diet mediates intestinal tumorigenesis through lipids not ketones. Nature. 2026 Jul 15. doi: 10.1038/s41586-026-10779-y. Epub ahead of print. PMID: 42457955.