生酮饮食(KD)作为一种高脂肪、低碳水化合物以及适量蛋白质的饮食方式,常被用于辅助治疗难治性癫痫、阿尔兹海默症、多发性硬化症及特定类型的癌症等疾病。大量研究表明KD对癌症的预防和肿瘤治疗有积极作用,但是关于KD抗肿瘤作用的具体机制尚不清楚。此外,相关研究表明,KD的主要代谢产物β-羟基丁酸(BHB)可以抑制胶质瘤细胞的增殖,进而抑制其发生。因此,深入研究KD及其代谢产物BHB抑制结肠癌和胶质瘤的机制,对提高结肠癌和胶质瘤治疗水平具有重要意义。本研究建立了CT26~+结肠癌小鼠模型,并进行正常饮食(SD)及KD干预,评价了KD对结肠癌细胞上皮间充质转化(EMT),结肠癌细胞自噬,血管生成,肿瘤免疫以及细胞周期G1/S期等相关指标的影响。同时以BHB处理人胶质瘤U251细胞,分析了BHB对于U251细胞增殖,EMT过程,细胞干性以及迁移和侵袭的影响。探究了KD抑制结肠癌及BHB抑制人胶质瘤U251细胞发生的机制。本论文主要分为以下三个部分:一、KD促进CT26~+结肠癌小鼠肿瘤免疫的机制研究BALB/c小鼠接种CT26~+细胞7天后,以SD以及KD喂养小鼠,其中,KD的主要营养成分(%w/w)为:1.0%碳水化合物、69%脂肪和16.25%蛋白质,而SD为62.6%碳水化合物、7%脂肪和20%蛋白质,SD以及KD喂养期间每天定时测量小鼠肿瘤体积大小,每两天测量小鼠血液中葡萄糖和酮体浓度。结果表明,与SD组相比,KD处理组升高了小鼠体内血酮浓度,降低了血糖浓度,同时,减小了CT26~+结肠癌小鼠肿瘤体积和质量,说明了KD能够有效抑制小鼠CT26~+结肠癌的发展。利用RT-PCR检测SD和KD处理组肿瘤组织中免疫相关细胞因子和趋化因子的基因表达水平,结果表示,KD显著促进免疫相关细胞因子和趋化因子的基因表达水平,说明KD可有效驱使T细胞进入肿瘤。此外,我们利用免疫组织化学染色和免疫荧光染色检测了T细胞在肿瘤组织中的表达情况。结果表明,KD促进了肿瘤组织中T细胞的浸润和募集。二、KD诱导结肠癌细胞自噬、周期停滞以及抑制EMT的作用机制研究基于第一部分的结果,我们利用免疫印迹法(Western-blot)进一步检测了KD对于结肠癌细胞自噬以及G1/S细胞周期的影响,Western-blot结果显示,KD诱导了结肠癌细胞自噬的发生以及G1/S期细胞周期停滞。相关通路的研究结果表明,此过程可能与PI3K/Akt/m TOR,STAT3/HDAC3以及JAK2/STAT3等信号通路密切相关。免疫组织化学染色检测了SD和KD处理组肿瘤组织的EMT,微血管形成的相关标志物的表达,分析结果表明KD显著降低了间充质细胞的标志物的表达,增加了上皮细胞标志物的表达,同时抑制了结肠癌的血管生成过程。综上所述,KD可通过促进结肠癌细胞自噬,G1/S期细胞周期停滞,抑制EMT及血管生成以发挥其抗肿瘤的作用。三、BHB抑制胶质瘤的作用机制研究Western-blot和免疫荧光染色检测对照组和2 m M BHB处理组U251细胞中EMT过程标记物的表达。Western-blot和免疫荧光结果显示,BHB显著下调间充质细胞标志物,并上调上皮细胞标志物的Tezacaftor体外表达,抑制了胶质瘤U251细胞的EMT进展。相关通路分析表明,BHB抑制U251细胞的EMT过程与TGF-β/PI3K/Akt和Wnt5a/β-连环蛋白信号通路的失活相关。RT-PCR结果显示BHB显著下调胶质瘤干细胞基因如CD133、SOX2和Nestin的表达。此外,Western-blot和免疫荧光染色显示,BHB下调了与肿瘤细胞迁移和血管生成相关的标记物的表达,如基质金属蛋白酶2(MMP2)和9(MMP9)以及血管内皮生长因子A(VEGFA)。此外,Western-blot分析结果表明,IL-6/JAK2/STAT3信号通路参与了BHB抑制胶质瘤发展的过程。总之,BHB可以有效地抑制胶质瘤细胞的干性、EMT过程、细胞迁移和侵袭。综上所述,本文首次发现KD与结肠癌肿瘤Biogas residue免疫、G1/S周期以及EMT过程的关系,并在前人研究的基础上进一步阐述了KD诱导结肠癌细胞自噬的作用机制;首次探讨了KD代谢产物BHB对于胶质瘤U251细胞集落形成能力、细胞干性以及EMT的影响并进行了相关通路MS-275体内实验剂量研究,并且在前人已有研究结论的基础上进行了胶质瘤迁移和侵袭的机制研究。以上结果为KD及BHB辅助治疗结肠癌及胶质瘤提供了新的研究方向。