針對(duì)谷氨酰胺運(yùn)輸體的小分子抑制劑應(yīng)用

精準(zhǔn)癌癥治療手段

在運(yùn)輸體水平靶向谷氨酰胺代謝

ACST2 蛋白是谷氨酰胺進(jìn)入癌細(xì)胞的主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。在肺癌、乳腺癌、結(jié)腸癌等癌癥中，ACST2 蛋白水平的上調(diào)與患者存活率有關(guān)。當(dāng)抑制 ACST2 基因表達(dá)時(shí)，會(huì)顯著抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)。ASCT2 水平升高與多種癌癥的生存率降低有關(guān)，而使癌細(xì)胞ACST2 基因沉默的遺傳研究具有顯著的抗腫瘤作用。

研究人員首次發(fā)現(xiàn)一種可以抑制谷氨酰胺攝取的小分子抑制劑可以使腫瘤細(xì)胞饑餓并阻止其生長(zhǎng)。研究團(tuán)隊(duì)更進(jìn)一步開發(fā)了這種可以針對(duì)谷氨酰胺運(yùn)輸體的強(qiáng)效小分子抑制劑 V-9302。V-9302 有效地選擇性靶向氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 ASCT2（SLC1A5）。通過 V-9302 抑制體外及小鼠模型中生長(zhǎng)的腫瘤細(xì)胞表達(dá) ACST2 可以顯著減緩癌細(xì)胞生長(zhǎng)及增殖，增加氧化應(yīng)激損傷及癌細(xì)胞死亡。同時(shí)，用 V-9302 對(duì) ASCT2 進(jìn)行藥理學(xué)阻斷，可減少癌細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖，增強(qiáng)細(xì)胞死亡和氧化應(yīng)激，這共同促進(jìn)了體外和體內(nèi)的抗腫瘤反應(yīng)。

然而，當(dāng)使用這一新型抑制劑治療谷氨酰胺依賴型腫瘤時(shí)，需要驗(yàn)證相應(yīng)的生物標(biāo)志物。這是因?yàn)?V-9302 響應(yīng)與否，很大程度上取決于 ACST2 轉(zhuǎn)運(yùn)體的活性，而不是 ACST2 蛋白的表達(dá)。但是，幸運(yùn)的是，可以開發(fā)新型 PET 探針，通過檢測(cè)腫瘤細(xì)胞與正常細(xì)胞谷氨酰胺代謝速度來檢測(cè)腫瘤。目前研究人員正在進(jìn)行五項(xiàng)臨床試驗(yàn)，以試驗(yàn)一種新型 PET 探針——18F-FSPG，其具有將肺、肝、卵巢和結(jié)腸腫瘤進(jìn)行可視化的診斷潛力。通過將成像同位素附加到V-9302 上，研究人員還可以看到該藥物是否到達(dá)有高谷氨酰胺代謝率的靶腫瘤。

更重要的是，他們將非侵入式的正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像技術(shù)（PET）與這一小分子抑制劑結(jié)合起來——通過將一種成像同位素黏附于 V-9302 藥物上，實(shí)現(xiàn)“V-9302 是否能夠靶向谷氨酰胺快速代謝的腫瘤”的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這些療法針對(duì)的是可以通過正電子發(fā)射斷層顯像(PET)進(jìn)行非侵入性監(jiān)測(cè)的癌癥細(xì)胞代謝。

PET 的發(fā)明是醫(yī)學(xué)影像學(xué)的又一次革命

浙江大學(xué)核醫(yī)學(xué)與分子影像研究所教授張宏團(tuán)隊(duì) 2019 年 4 月成功研制出國(guó)內(nèi)首套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 PET 分子影像探針系統(tǒng)。這項(xiàng)分子影像探針合成研究成果，不僅極大拓展了個(gè)體化、精準(zhǔn)醫(yī)療的 PET 臨床應(yīng)用，還可為相關(guān)新藥研發(fā)發(fā)揮重要支撐作用。

正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像（Positron EmissionTomography，簡(jiǎn)稱PET）是國(guó)際上先進(jìn)的分子影像學(xué)檢查技術(shù)。PET 指分子經(jīng)過特定波長(zhǎng)的電磁波（可視光，紫外光等）照射后發(fā)生的分子內(nèi)部電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。作為 PET 和核醫(yī)學(xué)的關(guān)鍵，分子影像探針是一種特異性的顯像劑，其中發(fā)揮信號(hào)作用的是放射性核素。這些放射性核素就像“偵察兵”，能為醫(yī)生和科研人員找到病灶的位置。正電子放射性核素通常是用穩(wěn)定的核素經(jīng)處理變成放射性核素。放射性核素 18F 是用穩(wěn)定核素 18O 經(jīng)質(zhì)子轟擊而產(chǎn)生的。質(zhì)子帶正電，產(chǎn)生的 18F 缺中子，其在衰變過程中釋放出一個(gè)正電子或俘虜一個(gè)軌道上的電子形成穩(wěn)定核素。

V-9302：針對(duì)谷氨酰胺運(yùn)輸體的強(qiáng)力小分子抑制劑

為了評(píng)估 V-9302 對(duì)人腫瘤細(xì)胞的影響，研究人員進(jìn)行了跨越三種腫瘤類型的共 29種人腫瘤細(xì)胞系的體外功效篩選。初篩時(shí)，觀察到 V-9302 處理后，超過一半細(xì)胞系的體外活力降低了至少 20％。隨后，使用結(jié)腸直腸癌（CRC）細(xì)胞系進(jìn)行第二次篩選，所選的結(jié)腸直腸癌細(xì)胞系在初篩時(shí)對(duì) V-9302 表現(xiàn)出可變的敏感性。結(jié)果顯示細(xì)胞活力顯著降低和細(xì)胞死亡明顯增加。

圖1.使用 V-9302 (25 μM, 48 hours)對(duì) 29 種人類腫瘤細(xì)胞系進(jìn)行初篩

圖2.使用 V-9302 對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞進(jìn)行復(fù)篩

為了找到 V-9302 體外應(yīng)答的決定因素，研究人員在人乳腺鱗狀癌細(xì)胞 HCC1806 細(xì)胞中進(jìn)行了 ASCT2 的 shRNAknockdown 實(shí)驗(yàn)，以便與靶基因沉默進(jìn)行最直接比較。在 HCC1806 細(xì)胞中 ASCT2 基因沉默和 V-9302 處理都產(chǎn)生了類似的下游效應(yīng)，包括顯著降低 p-S6 水平，及適度降低 p-ERK 水平。同時(shí)，在 V-9302 處理的結(jié)腸癌 HT29 細(xì)胞中也觀察到類似的抑制特征。

圖3.Silencing ASCT2 和 V-9302 (25 μM, 48 小時(shí)) 處理同樣程度降低 pS6 和 pERK.

最后，研究人員評(píng)估了 V-9302 的體內(nèi)性能，首先確定在給藥后 4 小時(shí)達(dá)到穩(wěn)態(tài)血藥濃度，在健康小鼠中半衰期約為 6 小時(shí)。還在健康小鼠中評(píng)估了急性和慢性 V-9302 處理對(duì)血漿葡萄糖和谷氨酰胺水平的影響。單次急性 V-9302 處理（4小時(shí)）后，血漿葡萄糖水平與對(duì)照組沒有顯著差異，但與對(duì)照組相比，V-9302 處理小鼠的血漿中谷氨酰胺水平升高了約 50％。V-9302 長(zhǎng)期處理的實(shí)驗(yàn)組與空白對(duì)照組的小鼠相比，血漿葡萄糖水平在 21 天中沒有顯著差異，而血漿谷氨酰胺水平略微降低。為了更進(jìn)一步評(píng)估 V-9302 對(duì)腫瘤中谷氨酰胺水平的影響，我們采用[18F]-4F-谷氨酰胺進(jìn)行非侵入性PET成像。在單劑量的 V-9302（75 mg/kg）處理4小時(shí)后，腫瘤中的[18F]-4F-谷氨酰胺攝取減少約50％。

圖4.使用[18F]-4F-Gln PET成像分析，對(duì) HCC1806 細(xì)胞移植瘤的小鼠進(jìn)行單次

V-9302 (75 mg/kg) 處理之前和之后4小時(shí)的藥效學(xué)分析

小M 的小思考：

本實(shí)驗(yàn)不僅開發(fā)了強(qiáng)效靶向 ACST2 蛋白的小分子抑制劑——V-9302，并證實(shí)V-9302 能夠阻斷 ACST2 蛋白的表達(dá)，從而導(dǎo)致癌細(xì)胞擴(kuò)增減少、氧化損傷增加，最終引發(fā)死亡。ASCT2 的活性可以使用谷氨酰胺攝取的 PET 成像進(jìn)行定量評(píng)估。對(duì)我們研究腫瘤標(biāo)志物又提供了一種新型有力的工具。我們可以更進(jìn)一部設(shè)想，如果能夠借助某一特定藥物實(shí)現(xiàn)腫瘤可視化監(jiān)測(cè)，那么我們將進(jìn)入癌癥的精準(zhǔn)醫(yī)療時(shí)代。