6 курс / Диетология и нутрициология / Лечение_мультиформной_глиобластомы_с_помощью_кетогенной_метаболической

Лечение мультиформной глиобластомы с использованием кетогенной метаболической терапии и изменённого стандарта лечения: наблюдение в течение 24 месяцев.

Ахмед М.А. Ильсакка 1, Мохамед Абдель Бери 2, Иман Абдельзахер 3, Мостафа Эльнаггар 4, Мириам Каламян 5, Пурна Мухерджи 6, Томас Н. Сейфрид 7.

1.Нейро-метаболизм, Факультет Медицины, Александрийский Университет, Александрия, Египет.

2.Нейрохирургия, Факультет Медицины, Александрийский Университет, Александрия, Египет.

3.Патология, Факультет Медицины, Александрийский Университет, Александрия, Египет.

4.Отделение Лечения и Исследования Рака, Факультет Медицины, Медицинский Исследовательский Институт, Александрийский Университет, Александрия, Египет.

5.Диетотерапия, LLC, Гамильтон, Монтана, США.

6.Отделение Биологии, Бостонский Колледж, Честнат Хилл, Массачусетс, США

За последние 40 с лишним лет были достигнуты некоторые успехи в общей выживаемости при мультиформной глиобластоме (МГБ). Здесь мы публикуем историю болезни 38-летнего мужчины, представленную хронической головной болью, тошнотой и рвотой с сопутствующими мышечными конвульсиями левой части тела и слабостью левой руки. Проведённое МРТ мозга с контрастным веществом показало плотное кистозное образование в правой теменной области, позволяя диагностировать МГБ. Cывороточная проба показала недостаток витамина Д и повышенный уровень инсулина и триглицеридов. До стандартного лечения и перед субтотальным иссечением опухоли пациент держал 72-хчасовой пост, разрешающей только употребление воды. После окончания поста пациент начал 21-дневную кетогенную диету (КД), состоящую из 900 калорий в день, и приём витаминноминеральных пищевых добавок. В дополнение к радиотерапии,

химиотерапии темозоламидом и КД (увеличенной до 1500 калорий с 22-го дня), пациент принимал метформин (1000 мг/день), метилфолат(1000 мг/день), хлорохин фосфат(150 мг/день), галлат эпигаллокатехина (400 мг/день), гипербарическую кислородную терапию (ГБКТ, 60-минутными сеансами, 5 сеансов в неделю). Кроме того пациенту был прописан леветирацитам (1500 мг/день). Стероидные препараты не применялись. Послеоперационная гистология подтвердила диагноз МГБ. Было отмечено сокращение распространения клеток опухоли, также были видны толстостенные гиалинизированные кровеносные сосуды, что даёт основание считать воздействие предоперационной метаболической терапии положительным. После 9 месяцев лечения по модифицированному стандарту и дополнительной кетогенной метаболической терапии (КМТ) масса тела пациента уменьшилась на 19%. Судороги и слабость левой руки прошли. Биомаркёры показывали снижение уровня глюкозы в крови и поднявшийся уровень кетонов в моче с очевидностью уменьшения метаболической активности (соотношение холин/N-ацетиласпартат), а также пришедший в норму уровень инсулина, триглицеридов и витамина D. Это первый доклад о подтверждённой МГБ, которая лечилась по изменённому стандарту с применением КМТ, ГБКТ и прочих направленных метаболических терапий. В то время как скорый рецидив МГБ при субтотальном иссечении и стандартном лечении происходит не часто, возможно, что результат, полученный в этом случае, был частично вызван изменённым стандартом и другими новыми методами лечения. Нужны дополнительные исследования, чтобы подтвердить эффективность КМТ, применяемой вместе с альтернативными подходами, которые избирательно увеличивают окислительный стресс в клетках опухоли, ограничивая их доступ к глюкозе и глутамину. Пациент продолжает находиться в превосходном здоровье (100% по шкале Карновского), опухоль регрессирует.

Сведения общего характера

Мультиформная глиобластома (МГБ) – самая распространённая и злокачественная форма первичного рака головного мозга у взрослых (1-4). Хотя выживаемость выше у более молодых людей (младше 50 лет), чем у старших (старше 50 лет), но, как правило, меньше 20% молодых взрослых показывают выживаемость дольше 24-х месяцев (3, 5-7). Изучение культур клеток и доклинических моделей позволили

накопить свидетельства, которые показывают, что глюкоза и глутамин являются основным «топливом» для быстрого роста большинства опухолей, включая МГБ (8-11). Глюкоза запускает рост опухоли с помощью аэробной ферментации (эффект Варбурга), в то время как глутамин заставляет опухоль расти с помощью глутаминолиза (11-15). Продукты распада ферментации этих молекул, то есть молочная кислота и янтарная кислота, соответственно повышают кислотность микросреды опухоли, таким образом способствуя её дальнейшему росту (16-18). Метаболизм глюкозы и глутамина также ответственен за высокую антиоксидантную способность клеток опухоли, которая делает их устойчивыми к химио- и радиотерапии (10, 19). Зависимость злокачественности клеток опухоли от глюкозы и глутамина исходит, в основном, из подтверждённых патологий в количестве, структуре и функцях митохондрий и связанных с ними мембран (10, 20-27). Эти патологические изменения вызывают большую зависимость опухолевых МГБ клеток от фосфорилирования субстрата, чем от окислительного фосфорилирования для получения энергии. Следовательно, эффективное лечение МГБ требует ограничения доступности глюкозы и глутамина.

Современный стандарт лечения для МГБ включает хирургическое удаление и радиотерапию с одновременным вспомогательным приёмом темозоломида (ТМЗ) (3). В соответствии с современным стандартом терапии для уменьшения вазогенного отёка часто выписывают высокую дозу стероидов (дексаметазон) (29-31). Теперь признано, что хирургическое удаление и радиотерапия вызывают значительный некроз и гипоксию в микросреде опухоли (4, 32). Эти нарушения прерывают строго упорядоченный глутамино-глутаматный цикл в мозговой паренхиме, таким образом повышая уровень глутамина, а также глутамата, эксайтотоксической аминокислоты, которая усугубляет распространение МГБ (33-37). Хотя ТМЗ и увеличивает выживаемость без прогрессирования заболевания, но имеет незначительный эффект на выживаемость в целом и, на самом деле, повышает количество драйверных мутаций МГБ (3,38). В добавок к этому, дексаметазон не только увеличивает уровень глюкозы в крови, но и повышает уровень глутамина, вызывая активность синтетазы глутамина (30, 34, 39, 40). Антиангиогенное (подавляющее рост кровеносных сосудов) лекарство бевацизумаб, которое усугубляет вызванный облучением некроз и выбирается для самых инвазивных клеток опухоли, также часто назначается пациентам с МГБ (35).

Рассмотренные в совокупности, эти наблюдения могут помочь объяснить, почему так низка общая выживаемость пациентов с МГБ.

Кетогенная метаболическая терапия (КМТ) выступает как заслуживающая внимания дополнительная или альтернативная терапевтическая стратегия лечения злокачественных глиом (35, 41-44). Сокращение потребления калорий и низкоуглеводная высокожировая кетогенная диета (КД) сокращают количество глюкозы, необходимой для запуска эффекта Варбурга, в то же время поднимая количество кетоновых тел, которые не могут быть эффективно переработаны в энергию клеток опухоли, благодаря дефектам в митохондриальной структуре и функционировании (23, 27, 42, 45-50). Сокращение калорий и ограниченная КД обладают антиангиогенным, антивоспалительным, анти-инвазивным эффектами и убивают клетки опухоли через проапоптозный механизм (46, 51-54). Свидетельства также показывают, что для достижения большего успеха в лечении рака терапевтический кетозис может действовать синэргетически с некоторыми лекарствами и процедурами, улучшая как выживаемость без прогрессирования болезни, так и общую выживаемость (10, 43, 55,56). Например, гипербарическая кислородная терапия (ГБКТ) увеличивает окислительный стресс клеток опухоли, особенно, когда применяется вместе с лечением, понижающими уровень глюкозы в крови и повышающими уровень кетонов (57). Подавление лизосомальной кислотности хлорохином может помешать инвазивным и метастатичным клеткам опухоли добывать глюкозу и глутамин через фагоцитоз и аутофагию (10, 58). Ингибитор глутаминдегидрогиназы – эпигаллокатехин галлат (ЭГКГ) тоже может прицельно бить по метаболизму глутамина (59). Таким образом, КМТ наносит целенаправленный удар по провокаторам быстрого роста глиомы, в то же время улучшая метаболизм в нормальных клетках мозга.

Этическое заявление

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

Описание клинического случая

38-летний мужчина поступил под наблюдение в феврале 2016го года с хроническими головными болями, тошнотой и рвотой, с сопутствующими мышечными конвульсиями левой части тела и слабостью левой руки. Эти симптомы сохранялись в течение приблизительно 3 недель до проведения диагностических и радиологических исследований. Неврологическая экспертиза показала слабость левой руки 4-ой степени и лёгкое искажение левой половины лица. Пациент не имел истории хронических заболеваний или злокачественных образований. Кровяное давление пациента было в пределах нормы (110/70). Лабораторное исследование показало химию крови без особенностей, с печеночными и почечными функциями в пределах нормы (Таблица 1). Уровень гомоцистеина в крови был повышен, в то время как липидный анализ крови показал гиперхолестеринемию и гипобеталипопротеинемию со слегка повышенными уровнями триглицеридов (Таблица 1). Глюкоза в крови натощак была нормальна, но уровень инсулина натощак был поднят, что позволяло предположить определенную степень нечувствительности к инсулину. Уровень циркулирующего в крови 25(ОН)D3 был низким (3.1 нг/дл). Пациент имел гетерозиготную мутацию (c677t и a1298c) в гене фермента метилентетрагидрофолатредуктаза (MTHFR), что давало основания предположить дефицит фолатов. МРТ мозга с контрастным веществом показало плотное кистозное образование, расположенное в веществе мозга в правой теменной области (рисунок 2A). На магнитнорезонансной трактографии были обнаружены смещённые двигательные и сенсорные нервные волокна. Предварительный диагноз — Мультиформная Глиобластома.

РИСУНОК 1

Рисунок 1. (A) Временной график клинического курса с датами диетического лечения, магнитно-резонансной томографии (MRI), магнитно-резонансной спектроскопии (MRS) и гипербарической кислородной терапии (HBOT). (B) Индекс глюкозы/кетонов показывает соотношение обращающейся в крови глюкозы к кетонам в моче во всех восьми клинических анализах в период 15-ти месяцев с февраля 2016 до апреля 2017.

ТАБЛИЦА 1

Таблица 1. Влияние кетогенной метаболической терапии (KMT) на биомаркёры пациента.

РИСУНОК 2

Рисунок 2. (A) Дооперационная рентгенология, (A) изображения магнитно-резонансной томографии (MRI, МРТ) с контрастным веществом, аксиальная и сагиттальная проекции показывают кистозное поражение с перифокальным отеком “Голубая Стрелка” и смещение срединных структур головного мозга “Красная Стрелка”; (B) магнитнорезонансная спектроскопия (MRS, МРС) очага поражения демонстрирует высокое содержание холина (28) и низкое N- ацетиласпартата (NAA) (2.7); (C) Функциональная магнитнорезонансная томография показала повреждение двигательных и сенсорных функций; (D) МРТ трактография показала смещенные двигательные и сенсорные нервные волокна. (B) Послеоперационная рентгенология через 3 месяца (A) Аксиальная и сагиттальная проекции на МРТ с контрастным веществом выявили сокращение размера опухоли и перифокального отека с меньшим смещением срединных структур мозга; (B) МРС поражённого участка показала сокращение

уровня холина (21) и повышение NAA (3.5) по сравнению с дооперационным исследованием. (C) Послеоперационная рентгенология через 12 месяцев (A) Аксиальная и сагиттальная проекции на МРТ с контрастным веществом показали не изменённую или чуть уменьшившуюся в размере опухоль, меньший перифокальный отек с меньшим смещением срединных структур; (B) МРС очага поражения показала сокращение содержания холина (19) и повышение уровня NAA (4) по сравнению с предыдущим исследованием. (D) Послеоперационная рентгенология в 20 месяцев. Аксиальная, сагиттальная и фронтальная проекции на МРТ с контрастным веществом показали дальнейшее сокращение размера опухоли, перифокальный отёк и смещение срединных структур мозга не были выявлены.

Потребление калорий пациента на момент постановки диагноза составляло приблизительно 2200-2500 ккал/день (по оценке 3-дневного отчета о питании и упоминания о 24-хчасовом рационе ). Сразу же после постановки предварительного диагноза и до начала какого-либо лечения или хирургического вмешательства пациент прошёл 72хчасовой пост, допускавший только употребление воды (рисунок 1A). В течение 23 дней после поста пациент следовал ограниченной по калориям кетогенной диете (КД-О). Показания биомаркёров пациента до и после поста и КД-О показаны в Таблице 1. Утром в лаборатории были проведены измерения глюкозы, кетонов и инсулина. Кетоны мочи были на уровне +, ++, и +++, что соответствует средним уровням кетонов в капиллярной крови 0.5 ммоль/л [интерквартильная широта (IQR): 0.1–0.9], 0.7 ммоль/л (IQR: 0.2–1.8), и 3 ммоль/л (IQR: 1.4–5.2), соответственно.

Пациенту была назначена кетогенная диета (4:1, жиры:белки + углеводы) в ограниченных количествах в течение 21-го дня после поста и перед хирургическим удалением опухоли (рисунок 1A). Эта КД-О поставляла в среднем 900 ккал/день, которые включали: (1) 71 г = жиров на 639 ккал (33% масла маслины/льняного семени; 33% триглицериды средней цепи; 33% органическое масло); (2) 50 г = белка на 200 ккал (домашняя птица, рыба, яйца, и не более чем 15% молочных продуктов); (3) углеводов 15 г = 60 ккал (главным образом из зеленых листовых овощей после вычитания количества углеводов из белковых источников); и (4) 20 г = клетчатки на 0.1 ккал. Рацион был разработан с использованием программы EMK (electronic ketogenic

manager). КД-О была дополнена витаминами B-комплекса, минералами, кальцием, магнием и омега -3 жирными кислотами, чтобы соблюсти баланс питательных веществ и нормальную химию крови. Чтобы исправить дефицит витамина D у пациента, ему был прописан витамин D3 (5000 IU/день), . Другие дополнения к лечению включали метформин (1000 мг/день) и метилфолат (1,000 мг/день) с целью преодолеть ферментативную блокировку MTHFR, исправить пониженный уровень метилирования ДНК и помочь уменьшить накопление гомоцистеина. Для контроля над судорогами пациент получал леветирацетам (1500 мг/день). Непосредственное дооперационное лабораторное исследование показало исправление наблюдавшегося ранее дефицита витамина D, возвращение гомоцистеина и триглицеридов к нормальным уровням и исправление гиперхолестеринемии и гипобеталипопротеинемии (Таблица 1). Индекс Глюкоза/Кетоны (ГКИ), который отслеживает соотношение глюкозы крови к кетонам как единый показатель, остался у пациента в предсказанном терапевтическом диапазоне (рисунок 1B) (60). Никакие стероиды (дексаметазон), фенитоин или изготовленные на основе сахара осмотические диуретики (маннит) пациентом не употреблялись.

После 21-го дня пребывания на КД-О пациент в сознании подвергся трепанации черепа с субтотальной резекцией опухоли (март 2016). Предполагаемый диагноз МГБ был подтвержден гистопатологией тканей опухоли. Были отмечены не типичные для невылеченного МГБ регрессивные и регенеративные изменения, которые, возможно, отражали благоприятную реакцию на дооперационную кетогенную терапию (рисунок 3A). Гематоксилин-эозиновая окраска гистологического анализа показала классическую картину МГБ (рисунок 3A). Опухоль состояла из разнородной смеси клеток, имеющих плеоморфные интенсивно окрашенные ядра и различные интервалы эозинофильной цитоплазмы на волокнистом фоне. Гемистоцитические астроциты (меньше 20%) были примешаны к очагу. Были также отмечены очаговые эпителиоподобные и светлые клетки. Были замечены многочисленные митотические фигуры, сосудистое разрастание, области некроза (составляющие 50% опухоли), а также очаговый псевдоокружающий некроз. Примечательно, что менее агрессивные формы сосудистого разрастания и митоз (а именно, гломерулоидная сосудистая пролиферация и зернистый митоз, соответственно) были отмечены вместе с наиболее угрожающим типом сосудистого разрастания и нетипичного митоза (3/10HPF), как правило

ассоциируемых с МГБ (рисунок 3A). Также было отмечено ограниченное проникновение опухолевых клеток в окружающую паренхиму. Кроме того были заметны толстостенные гиалинизированные кровеносные сосуды, часто обнаруживаемые в опухолях низших степеней, но надо учитывать, что данный пациент еще не подвергался лечению по стандартному протоколу. Другой особенностью, которая является необычной при невылеченных глиобластомах, было образование грануляционной ткани и разрастающиеся фибробласты (расположенные вокруг областей некроза) , всё это позволило предположить благоприятную реакцию на дооперационную кетогенную терапию. Ткань опухоли была положительно имунноокрашенна для GFA и крайне положительно для пролиферативного индекса Ki67 и кластера дифференцировки 31 васкуляризационного индекса, но была в основном отрицательно окрашена для эпителиальных маркеров (рисунок 3B). Данные по имунноокрашиванию поддержали диагноз глиобластома и исключили глиомы низких степеней злокачественности и метастатические карциномы.

РИСУНОК 3

Рисунок 3. (A) Гистопатологические особенности мультиформной глиобластомы пациента (МГБ). (A) Классическая область МГБ с псевдоокружением некроза. (B) Регрессивные изменения в форме вариабельного фонового фиброза. (C) Гломерулоидные толстостенные кровеносные сосуды. (D) Край опухоли, показывающий ограниченную инфильтрацию мозга (гематоксилин и эозин, 200×). (B) Иммуногистохимические особенности МГБ пациента. (A, B) Распространение положительного окрашивания глиофибриллярного кислого белка (100× и 200×, соответственно). (C) Умеренно высокая пролиферативная активность (Ki67, 200×). (D) Многочисленные кровеносные сосуды, высвеченные имунноокрашиванием кластера дифференцировки 31 (100×), отрицательное окрашивание для

эпителиальных маркеров: CK [(E) 200×] и эпителиальный мембранный антиген [(F) 200×], соответственно.

Послеоперационное восстановление пациента проходило превосходно без признаков былой слабости левой части тела или судорог. Уровень глюкозы крови пациента составлял 64 мг/дл, и уровень кетонов в моче был +++, что даёт приблизительный ГКИ 1.3. Ни во время операции, ни в послеоперационный период роста pH крови не наблюдалось, что было оценено по пяти газовым анализам артериальной крови, сделанным кряду. Пациент был выписан домой через 2 дня после операции. Пациент продолжал следовать КД-О наряду с ежедневным 14-часовым постом между ужином и завтраком. Вместе с ранее упомянутыми лекарствами и добавками пациент также принимал фосфат хлорохина (150 мг/кг) и галлат эпигаллокатехина (400 мг/день). Через две недели после операции пациент начал получать сеансы ГБКТ (2.5 ATA в течение 60 минут, 5 раз). Базовый сывороточный тест на соотноошение лактаты/пируваты показал увеличенную пропорцию лактата, показательную для нарушенного окислительновосстановительного процесса.

Состояние пациента через 3 месяца после операции и до начала проведения радио или химиотерапии было оценено с помощью МРТ и МРС с контрастным веществом и показало стабильное течение болезни, если говорить о размере опухоли на протяжении 12 месяцев (рисунки 2B, C). Соотношение холина и креатина на МРС указало на значительное сокращение метаболизма опухоли (рисунок 4A). Пациент не имел проблем неврологического характера и клинической картины судорожной активности, принимая только леветирацетам (1500 мг/день) и следуя КД. Глюкоза крови натощак составляла 60-70 мг/дл, уровни кетонов в моче были от ++ до +++, что приблизительно оценивается, как ГКИ 1.8. Уровень циркулирующего инсулина был низким (приблизительно 4 IU) по сравнению с первоначальным анализом (13 IU). Масса тела пациента составляла 67.7 кг с Индексом Массы Тела, равным 23.7. Радиотерапия наряду с приёмом ТМЗ (75 mg/m2 перорально один раз в день в течение 42 дней) была начата спустя 18 ч после поста, допускавшего только упоребление воды (никакая еда не употреблялась в течение 8 ч после радиотерапии и ТМЗ). Также пациенту было проведено 20 сеансов ГБКТ (2.5 ATA, 5 дней в неделю, сеансами по 60 минут). Сотношение лактаты/пируваты, которое, как известно, завышено у пациентов с МГБ, измерялось