恶性胶质瘤，包括间变性星形细胞瘤和多形性胶质母细胞瘤（GBM），占所有原发性脑肿瘤的50％以上，GBM是成人中最常见的恶性脑肿瘤。GBM具有高度侵袭性和血管生成，导致死亡率高于其他任何脑肿瘤，中位生存期为12至15个月。GBM的多模式治疗包括最大手术切除，其次是辅助放射和化疗。除了引入化学治疗药物替莫唑胺（TMZ）之外，治疗方案在过去几十年中一般没有改变。由于它具有良好的耐受性并且已被证明可以延长患者的存活率，因此TMZ目前是用于治疗星形胶质细胞来源的高级别胶质瘤的标准化疗药物。TMZ是一种亲脂性前药，在生理pH下转化为活性代谢物甲基三氮唑咪唑-甲酰胺，导致在DNA中鸟嘌呤的O6位形成甲基加合物。这种甲基化导致DNA复制过程中与胸腺嘧啶的错配，以及随后的DNA链断裂，最终导致细胞凋亡。在GBM样品中，TMZ抗性与O的细胞表达有关6-甲基鸟嘌呤DNA甲基转移酶（MGMT）。MGMT通过去除O6-甲基加合物来主动修复由TMZ处理诱导的DNA损伤。事实上，据报道，对于含有甲基化MGMT基因的肿瘤，TMZ治疗提供了最大的生存益处，该基因的表达和活性降低。尽管TMZ治疗的好处，GBM的治疗仍然是难以捉摸的;并且几乎所有患者都复发，强调了增加现有治疗效果以及开发新疗法的重要性。
　　 大多数化学治疗剂会对正常细胞和组织造成损害，特别是对那些具有高增殖指数的人，如骨髓，肺和肠，导致严重的短期和长期副作用，使毒性成为剂量限制因素对于大多数化学治疗。研究人员之前已经证明，禁食或短期饥饿（STS）可以选择性地保护正常细胞，小鼠和潜在的患者免受化学毒性而不会降低对癌细胞的治疗效果，研究人员称之为差别应力抗性（DSR）的现象。饥饿引起的DSR可能归因于正常而非癌细胞中有限能量和资源从生殖/生长到细胞保护/维持的重新分配。对营养缺乏的协调生理反应部分是由胰岛素样生长因子1（IGF-1）信号传导减少和随后的细胞保护机制激活所介导的。相比之下，肿瘤细胞在生长信号基因中具有致癌突变，包括IGF1R，PI3K，PTEN和Ras，这使得它们在增殖信号传导中自给自足并且对饥饿条件无反应。。葡萄糖是细胞的主要能量来源，特别是对于高度增殖的细胞，如恶性细胞。许多癌细胞，包括神经胶质瘤细胞，即使在氧气存在下也表现出升高的葡萄糖摄取和糖酵解，这种现象称为Warburg效应。事实上，血糖升高与癌症发病率增加有关，被认为是各种恶性肿瘤的主要危险因素。研究人员和其他人先前已经证明，降低葡萄糖和IGF-1，或抑制mTOR/S6K的下游信号传导，在正常和癌细胞中引发体外化疗药物的不同应激反应;短期饥饿可以保护小鼠和潜在的人免受高剂量化疗的副作用。除了恶性细胞对饥饿诱导的细胞保护无反应的事实外，研究人员最近的研究表明，17种鼠和人癌细胞系中有15种对化疗药物多柔比星（DXR）和/或环磷酰胺（CP）敏感。）在饥饿下模拟体外条件。在小鼠中，STS与DXR或CP联合使用可提高多种恶性肿瘤的治疗效果，包括小鼠乳腺癌和黑色素瘤，以及人类神经母细胞瘤，乳腺癌和卵巢癌。
　　 在这里，研究人员测试了短期饥饿可以增强TMZ和放射治疗功效的假设，这是GBM的侵袭性皮下（sc）和颅内（ic）鼠模型中胶质瘤的标准治疗方法。

皮下胶质瘤模型
　　 将对数生长期的GL26细胞洗涤并以2×106个细胞/ml悬浮于PBS中，并在小鼠的下背部区域皮下注射（2×105细胞/小鼠在100μLPBS中）。使用卡尺常规测量肿瘤大小。使用统计软件Prism（GraphPadSoftware）从配对匹配的合并实验绘制肿瘤生长和存活数据。

颅内神经胶质瘤模型
　　 将小鼠固定在立体定位框架中，制作旁中心切口并在颅骨的右额叶（相对于前囟前1mm和外侧3mm）钻出1.5mm的钻孔。使用Hamilton注射器，将5μLPBS中的1×104个GL26luc细胞植入每只小鼠的脑中5mm深。对GL26luc细胞进行基因工程改造以表达萤火虫荧光素酶基因。两只动物接受了模拟手术，没有植入肿瘤细胞。然后用丝线3/0封闭皮肤切口。为了评估肿瘤进展，通过腹膜内注射施用荧光素（50mg/kg体重），并在USC小动物成像中心用XenonIVIS200系统对动物进行生物发光成像（BLI）。

癌症治疗
　　 替莫唑胺以15mg/kg体重通过侧尾静脉注射递送。为了模拟人类的多周期治疗，将小鼠注射两轮（对于STS+TMZ组饥饿24小时和48小时），总共30mg/kg/周期。用铯137作为放射源进行全身照射，第一次治疗剂量为5Gy，第二次治疗剂量为2.5Gy，有或没有48小时饥饿。每天监测小鼠。显示出严重压力，健康状况恶化或肿瘤负荷过大（sc，2500×mm3）的动物被指定为濒死和安乐死。显示垂死动物的图表中显示的数据基于这些标准。
　　 仅饥饿并未引起明显的不适症状，反而改善了动物状况。在STS+TMZ组中，到第28天，85％的小鼠看起来健康，肿瘤大小低于指定的2500mm3终点体积，这表明两种治疗的组合耐受良好并且提高了肿瘤的存活率。在STS和TMZ组中，40％的动物在肿瘤植入后存活至第28天。值得注意的是，STS组中的动物必须在第23天至第28天仅基于肿瘤大小进行处死，而TMZ组中的动物在第17天开始出现较早的发病率，部分原因是化学毒性症状，例如减少食物摄入量，减轻体重和低活动。另一方面，对照组的存活率显着降低（8.3％）。到第20天，50％的未治疗的胶质瘤小鼠达到最大肿瘤负荷;到第22天，必须牺牲该组中除一只小鼠以外的所有小鼠。
　　 手术切除后放疗是胶质瘤患者的另一种标准治疗方法。由于STS延迟了肿瘤进展并提高了与化疗相结合的生存率，研究人员想确定STS是否也可以与放疗联合使用。与未治疗的对照组相比，以5Gy和2.5Gy两个周期递送的放射疗法（RTP）有效地延缓了肿瘤生长。值得注意的是，直到第22天，RTP和STS组的肿瘤进展是相当的。一旦STS的第二周期停止，与RTP组相比，观察到STS组的更快速生长。在接受两个STS与RTP组合的小鼠中注意到最显着的效果，与对照组，STS组和RTP组相比，显示肿瘤体积显着减少。

短期饥饿协同改善化疗在颅内脑胶质瘤模型中的功效
　　 恶性神经胶质瘤占美国每年成人诊断的22,500例新发恶性原发性脑肿瘤病例的约70％，5年生存率仍低于3％。由于脑肿瘤患者的高死亡率和低中位生存期，研究人员有兴趣确定禁食对颅内GBM肿瘤模型的效果是否与sc模型中看到的效果一样有效。将工程化以表达萤火虫荧光素酶基因（GL26luc）的GL26细胞立体战术植入右额叶的C57BL/6小鼠中，使研究人员能够通过活体生物发光成像监测肿瘤进展。
　　 在肿瘤植入的六天内，可以通过生物发光成像在所有小鼠中测量肿瘤细胞的荧光素酶表达。基于生物发光强度，将小鼠随机分成四个实验组以实现均匀分布。人类患者的TMZ治疗是每个治疗周期每天连续注射5次。为了适应48小时STS方案，在饥饿24小时和48小时后，通过两次15mg/kg的注射将TMZ递送到侧尾静脉中。在肿瘤植入后第12天，通过BLI评估所有实验组中的肿瘤进展。对照组的生物发光在6天内从~4500增加到~850.000光子/秒，增加了近200倍。STS和TMZ组在第12天显示出类似的生物发光增加趋势。然而，饥饿和TMZ处理组合的一个周期显着降低了植入的GL26luc细胞的生物发光信号（与第12天的对照相比，p<0.05）。

　　基于手术切除肿瘤，然后进行化学疗法和放射疗法的GBM的多模式治疗改善了GBM患者的存活。然而，成人的复发和快速进展的频率强调需要大大增强治疗以实现长期存活，而不仅仅依赖于不确定且非常长且昂贵的药物开发过程。此外，化疗通常会引起严重的毒副作用，甚至可能由于胶质瘤的耐药性而发生失败，尤其是GBM，是最固有的化疗耐药肿瘤之一。这项研究的目的是调查临床医生可以快速，廉价和广泛地整合到现有癌症治疗中的禁食是否可以提高化疗和放射治疗在治疗侵袭性GBM小鼠模型中的功效。用GL26luc细胞颅内接种C57BL/6小鼠显示出快速的肿瘤进展，导致严重的疾病迹象，例如背部瘙痒，减少的梳理（皱褶外套）和低活性，可能是由于颅内压增加。在肿瘤接种后第7天和第8天TMZ治疗的一个周期，或单独48小时STS，将中位存活期从14天延长至15天，尽管这种效果在统计学上不显着。相比之下，STS和TMZ的组合延迟了死亡率的发作，但显着延长了中位生存期至16天。值得注意的是，STS+TMZ组中的一只动物实现了长期存活。这些结果表明，饥饿与TMZ（用于治疗恶性神经胶质瘤的标准化疗药物）的组合具有延长存活的潜力，至少在所治疗的受试者的一部分中。
　　 当研究人员将治疗扩展到两个周期时，研究人员将第二次治疗限制为24小时饥饿，因为STS之前体重减轻，可能是由于肿瘤负担。尽管缩短饥饿方案和降低的TMZ剂量时，STS+TMZ组显示延长的存活相比，在单个周期处理组。虽然这可能被视为治疗晚期胶质瘤的有限改善，但基于禁食的致敏有可能在肿瘤切除术后治疗残留疾病时获得更好的健康结果。
　　 与颅内胶质瘤模型相比，皮下胶质瘤模型的存活时间更长，这使研究人员能够分析STS与TMZ或放疗相结合的有益效果。两种治疗都是胶质瘤治疗中的标准治疗，与禁食相结合后显着延迟肿瘤进展。值得注意的是，单独的STS能够将皮下模型中的肿瘤进展延迟到与肿瘤发展的早期阶段期间由放射疗法引起的程度相当的程度。因此，这种饮食干预可以代表不能接受或退出常规治疗的患者的替代方案。
　　 研究人员之前曾报道，基于饥饿的方法能够在体外差异保护正常细胞和癌细胞免受高剂量化学疗法的影响，并显示用化学治疗药物依托泊苷治疗的神经母细胞瘤（NXS2）携带动物的存活率提高和肿瘤大小减小。体内。短期饥饿小鼠的保护作用比依当最大人类剂量高2-3倍的依托泊苷。一项病例系列研究的初步结果也表明，禁食可以保护患者免受化学毒性副作用。因此，STS可以允许最小化宿主中的全身毒性，同时通过更高剂量和/或更频繁的特定化学疗法轮次来改善治疗结果。与研究人员基于STS的方法一致，导致血糖降低，其他人已经表明血糖可用性的降低，例如通过2-脱氧-D-葡萄糖（葡萄糖类似物和糖酵解抑制剂），可以选择性地增强辐射诱导肿瘤细胞损伤，同时保护正常细胞。然而，影响许多生长因子和代谢物水平的禁食可能比影响特定代谢物（如葡萄糖）水平的干预措施对更广泛的肿瘤更有效。
　　 适应禁食涉及多种生理反应，包括代谢变化，例如由于葡萄糖可用性降低和生长因子如IGF-1的减少而转向替代营养源。Seyfried等人。证明卡路里限制（CR）减少了肿瘤进展和血管生成的生物标志物并导致CT-2A恶性小鼠星形细胞瘤模型中肿瘤生长的减少。然而13每天40％CR导致IGF-1，水平减少了45％时相比，即兴喂养对照动物，并且还造成了重大和慢性体重减轻。短期饥饿使IGF-1水平降低70％，葡萄糖降低60％（图S1B），IGFBP-1增加11倍，并允许动物在重新喂食后迅速恢复正常体重。研究人员之前已经证明，STS可以保护正常细胞免受癌症细胞的影响，使其在体外和体内对一系列化疗药物的细胞毒作用产生影响。研究人员的数据显示，STS在癌症治疗中的有益作用是双重的：一方面，它抑制营养素和生长因子信号传导的水平，导致正常细胞的细胞保护，而不是致癌突变否定这种适应性的癌细胞。抗应激反应;另一方面，STS引起促进癌细胞死亡的血液变化，并进一步使癌细胞对细胞毒性刺激如化疗药物和放射线敏感。然而，STS诱导的差异应激抗性的两个方面的贡献可能是癌细胞类型依赖性的。这里研究人员的结果还表明，降低的葡萄糖水平GL26神经胶质瘤细胞的致敏的显著分量TMZ体外。此外，禁食还可在体内产生强效的抗炎作用，其在增强癌症治疗和减少化疗的副作用方面的作用值得进一步研究。