암 대사에서의 식단과 운동

2022

https://aacrjournals.org/cancerdiscovery/article/12/10/2249/709445/Diet-and-Exercise-in-Cancer-Metabolism

Diet and Exercise in Cancer Metabolism

Diet and Exercise in Cancer Metabolism

식이 요법과 분자 대사의 원리

 

암 대사에 대한 식이 및 운동의 전신 및 직접적인 대사 영향. 식이 및 운동과 관련된 생활 습관 요인은 유기체 생리학에 대한 전신적 영향과 영양소 가용성의 변화를 통한 세포 대사에 대한 직접적인 영향을 통해 종양 대사를 변경합니다.

식단의 변화는 생리학적 조절에 따라 종양 부위와 악성 세포의 영양 가용성에 영향을 미칠 수도 있고 영향을 미치지 않을 수도 있습니다. 

그러나 식이 변화의 결과로 종양 부위의 영양소 수준 변화가 발생하는 경우 이것이 세포 대사에 영향을 미치는지 여부를 결정하는 메커니즘은 영양소 흡수의 생화학적 및 생물물리학적 특성에 있습니다. 

식이 요법의 변화는 영양소 흡수를 통해 발생하는 대사에 대한 직접적인 상호 작용 외에도 이러한 경로 및 더 많은 신호 전달 경로(예: 렙틴)에 의한 대사에 영향을 미칩니다. 

따라서 식이요법이 암 대사에 영향을 미치는 것으로 나타난 각 경우에 대사 경로 활성의 변화가 영양소 섭취 또는 전신 기관간 또는 세포간 신호에서 어느 정도인지는 일반적으로 알려져 있지 않습니다.

신체 활동이나 운동은 또한 신진대사에 전신 효과와 세포 자율 효과를 모두 발휘합니다.

운동의 특징으로 AMPK, PGC1a, mTOR, HIF1a, MAPK 및 기타 많은 신호 전달 경로 및 유전자 전사의 활성화로 인한 프로그램이 운동 중 근육에서 유도됩니다

보다 최근의 연구에 따르면 운동은 항종양 면역과 상호 작용합니다

암 치료로서의 식이요법과 운동의 메커니즘

 

식이요법과 운동, 그리고 신진대사에 미치는 영향에 대한 계층적 관점. 계층 구조의 시작은 에너지 균형(상단)입니다. 

에너지 균형은 부분적으로 운동 및 소화 및 열 생성과 같은 기타 에너지 소산 과정을 통해 음식에서 총 칼로리 섭취량에서 에너지 소비량을 뺀 것으로 대략 정의됩니다. 

다른 곳에서 광범위하게 논의된 바와 같이 일반적으로 과도한 에너지는 비만에 기여합니다. 

에너지 균형에 영향을 미치는 요인에는 비만, 운동, 시간 제한 식사, 칼로리 제한 및 금식이 포함됩니다. 

 

다음 계층 구조(가운데)는 다량 영양소 균형입니다. 

이 고려 사항에는 단백질, 탄수화물 및 지방의 세 가지 열량 공급원 또는 다량 영양소의 상대적인 식이 섭취가 포함됩니다. 

이것은 케토제닉(또는 케토), 팔레오, 단백질 제한, 저탄수화물, 완전채식 등과 같은 식단의 영향을 받습니다. 

이 계층적 모델에 비추어, 다양한 다량 영양소 구성의 이러한 식단은 에너지 균형에 미치는 영향과 관련하여 먼저 고려되어야 합니다. 

예를 들어, 저탄수화물 다이어트는 종종 칼로리가 낮기 때문에 결론을 내릴 때 이를 고려해야 합니다. 

 

마지막으로, 계층 구조는 다량 영양소 하위 유형(하단)의 식이 섭취 변화를 고려합니다. 

이러한 식단에는 특정 유형의 다량 영양소의 상대적 섭취량의 변화가 포함됩니다. 

인간 인구의 생활 방식에서 여기에는 붉은 고기 섭취, 완전 채식주의, 단 음료 섭취, 섬유질 섭취, 케토 등이 포함될 것입니다.

실험실 연구에서 이것은 예를 들어 포화 지방 구성과 아미노산이 고갈된 식단을 포함합니다. 

 

계층적 모델에서, 이러한 식이 요법이 변경하는 전체 에너지 균형과 관련하여 먼저 이러한 식단이 미치는 영향을 고려하고 다음으로 다량 영양소 균형에 미치는 영향을 고려해야 합니다. 

예를 들어, 세린이 부족하거나 메티오닌이 제한된 식단은 총 칼로리와 총 단백질 모두와 관련하여 고려되어야 합니다(즉, 이러한 변수는 제어되어야 함). 

또한, 과당이 많이 함유된 식단은 총 칼로리와 총 탄수화물 섭취량과 관련하여 고려해야 합니다.

에너지 균형

칼로리 섭취, 에너지 소비, 에너지 소산 및 저장을 포함하는 순 에너지 섭취로 정의되는 전체 에너지 균형이 있습니다. 

도전을 받았지만 일반적으로 과학자와 대중 사이의 합의는 이것이 체중 증가 및 감소에 기여하는 근본적인 요인이라는 것입니다

따라서 계층 구조를 고려할 때 건강이나 암에 대한 식단의 영향은 이러한 관점에서 가장 쉽게 우선 순위가 지정될 수 있으며 식단이 에너지 균형에 미치는 영향부터 시작합니다. 

단식, 칼로리 제한, 시간에 따른 섭식(예: 하루 또는 그 이상 동안의 식사 시간 변경)과 운동 및 신체 활동의 모든 측면을 포함하는 다이어트는 암 생물학에서 높은 관심을 받고 있으며 일반적으로 이 균형을 변경합니다. 

 

예를 들어, 장기간의 단식은 칼로리 섭취를 통한 에너지 균형에 대한 효과 외에도 지방산 산화를 증가시켜 에너지 소비를 변화시킵니다.

산화 지질 또는 아미노산은 산화 탄수화물보다 느리지만 더 많은 에너지를 사용하기 때문입니다 . 

게다가, 주어진 시간 동안의 칼로리 섭취가 동일하더라도 식사 시간의 변화로 인해 에너지 소실 및 저장의 변화가 발생하고 에너지 균형에도 영향을 미칩니다. 

따라서 일반적으로 말해서, 칼로리 제한, 단식, 심지어는 시간에 따른 섭식과 운동 개입을 포함하는 식이 요법은 에너지 균형에 상당한 변화를 초래할 수 있습니다. 

 

표준 암 치료 과정에서 주기적인 단식 요법과 같은 일부 상황에서는 환자의 종양 대사 및 심지어 항종양 면역에 상당한 영향이 있습니다. 

또는 운동 중재뿐만 아니라 시간에 따른 수유도 에너지 균형에 상당한 변화를 초래할 수 있습니다. 

비만과 암

신체 활동 및 운동

작동 메커니즘은 암에서 비만의 역할에 기여할 수 있는 것과 유사합니다. 

염증이 관련되어 있으며

예를 들어, 운동에 의해 영향을 받는 근육 및 지방량 상태의 변화가 종양 성장에 어떤 영향을 미칠 수 있는지는 거의 알려지지 않았습니다.

예를 들어, 저산소 상태의 영양소가 결핍된 종양 미세 환경에서 운동은 암세포가 있는 곳의 산소 소비에 복잡한 영향을 미칠 수 있습니다.

운동은 암 부위의 혈관 구조를 변화시킬 수 있습니다. 

단백질 섭취와 아미노산 대사

 

(세린은 가금류에서 더 높고 메티오닌은 붉은 육류에서 더 높음) 이것이 생리학적 대사의 특정 변화로 나타날 수 있는지 여부는 불분명합니다. 

탄수화물 섭취와 포도당 대사

Warburg 효과는 탄수화물 소비와 관련이 있으며, 미토콘드리아 산화를 위해 지질 사용을 증가시키는 케톤 생성 식단은 Warburg 효과를 상쇄하는 것과 관련이 있습니다.

실제로 상황은 훨씬 더 복잡합니다. 

예를 들어, 종양은 일반적으로 GLUT1과 같은 고친화성 포도당 수송체를 발현하고 해당 유전자 발현을 증가시키기 위해 종양유전자에 의해 고정되어 있으며, 이는 함께 충분히 Warburg 효과를 유발합니다'

혈장의 포도당 수준(일반적으로 3-8mmol/L)은 이러한 열성 포도당 수송체(Km ~1mmol/L)에 대해 제한되는 농도에 결코 도달하지 않습니다.

 따라서 저탄수화물 또는 저과당 식이로의 변화가 종양의 포도당 대사를 직접적으로 변화시키기에 충분할 가능성은 거의 없지만 불가능하지는 않습니다. 

 

그럼에도 불구하고, PI3K와 mTOR를 활성화할 수 있는 인슐린 신호전달은 때때로 해당작용을 증가시킬 수 있지만, 이것이 어떻게 일반적으로 발생하는지, 그리고 단식 또는 케토시스 동안 식이요법의 변화가 종양 포도당 흡수를 변경하는 방식으로 인슐린 신호를 억제하기에 충분한지 여부는 분명하지 않습니다. ,

특히 EGF 및 IGF1과 같은 다른 성장 인자가 이러한 경로에 관여하고 있으며 음식 섭취의 변화에 ​​반응하지 않을 수 있기 때문입니다. 

그럼에도 불구하고, 이것이 사실인 것처럼 보이는 예가 있습니다..

이러한 경우 인슐린 감수성을 개선하기 위해 식단을 변경하면 암에 영향이 있을 것으로 예상되며 추가 체중 감소는 추가적인 항종양 효과도 얻을 수 있습니다.

이러한 기전은 인슐린 신호전달을 통해 발생하는 대사에 대한 전신적 변화이지만, 섭취된 탄수화물 유형과 관련된 다량 영양소 섭취의 변화는 종양 세포 중심 탄소 대사에 직접적인 영향을 미칠 수도 있습니다. 

결장직장암 모델에 대한 연구에 따르면 고농도의 과당을 섭취하면 종양 성장이 촉진될 수 있습니다.

과당은 포도당과 비교하여 해당 분해 과정에서 다르게 대사되므로 영양 공급원으로 포도당이 아닌 과당을 사용할 때 해당 분해는 차등적으로 조절될 수 있습니다.

특히, 과당은 해당과정에서 포도당 흡수 및 헥소키나아제 단계를 모두 우회하며, 이는 음성 조절의 대상이 될 수 있습니다. 

따라서 해당 과정에서 처리되는 탄소의 상당 부분이 과당에서 나온다면 지질 및 아미노산 합성 증가를 포함하여 동화 작용 대사가 증가할 수 있습니다. 

이러한 동물 모델에서 대장암 성장의 경우, 해당 작용의 직접적인 종양 세포의 자율적 변경이 암 효과의 기초가 되는 것으로 나타났습니다. 

DNA 손상을 통해 암과 관련된 알코올 소비는 아세테이트로 빠르게 대사되기 때문에 중심 탄소 대사에 차등적으로 연료를 공급할 수 있습니다.

중추 탄소 대사에 대한 훨씬 더 심각한 생리학적 변화는 격렬한 운동 중에 발생하는 산소 소비의 변화 유형을 포함하며 그러한 개입이 종양 대사에 영향을 미치는지 여부는 알려져 있지 않습니다. 

다른 연구에 따르면 탄수화물 섭취 유형을 변경하면 식이 및 특히 탄수화물 섭취에 반응하는 미생물군이 변경되어 종양 성장에 영향을 미칠 수 있습니다.

장내 미생물군집은 매우 역동적이며 식이요법에 반응하는 것으로 나타났습니다

흥미롭게도, 프로바이오틱 보충제는 암 결과를 감소하거나 악화시켰습니다.

지방 섭취와 지질 대사

여러 연구에서 특정 스핑고지질의 생성, 아실 운반체 단백질의 활성 변화, 대체 불포화 경로의 참여, 전이성 집락화 동안 지질이 풍부한 환경 내에서의 흡수를 비롯한 수많은 메커니즘을 통한 암의 지질 대사 변화, 특히 전이가 관련되어 있습니다.

병행하는 다른 연구에서는 과도한 지질 섭취가 항종양 면역 반응을 손상시킬 수 있음을 보여주었습니다