腦癌，由于其腫瘤發(fā)生部位的特殊性，BBB系統(tǒng)的天然屏障，至今仍然是極惡的癌種之一。針對腦癌，雖然已經(jīng)有藥物獲批上市，但尚無突破性治療藥物誕生，故極具潛力的“靶點&作用機制&藥物”的尋找，從未停滯，且是臨床試驗常常“外掛”的題目之一。今天，就向大家介紹下腦癌領(lǐng)域的潛力靶點LAT1，其明確的作用機制雖然使藥物設(shè)計思路明確，但同時也存在難以突破的技術(shù)特點。

       01LAT1靶點介紹

       LAT（L-type amino transporters），即L型氨基酸轉(zhuǎn)運體，主要功能為中性氨基酸包括必須氨基酸的轉(zhuǎn)運，亞型按照時間發(fā)現(xiàn)順序依次為LAT1、LAT2、LAT3、LAT4，其中LAT1的研究相對最多。

       LAT1：結(jié)構(gòu)上，有512個氨基酸，主要表達(dá)于細(xì)胞膜表面；功能上，需要與單次穿透細(xì)胞膜的蛋白CD98以二硫鍵共價結(jié)合，從而發(fā)揮其轉(zhuǎn)運氨基酸的功能，因此CD98被認(rèn)為是LAT的功能蛋白；分布上，人類LAT1在人體多種組織中均有表達(dá)，但僅在大腦、乳腺、肺、睪丸、子宮、卵巢、胎盤和視網(wǎng)膜等少數(shù)組織中高表達(dá)，而在成人其它正常組織中很少被檢測到。

       圖1.1 LAT1-CD98hc復(fù)合物結(jié)構(gòu)

       圖源：Nature Structural & Molecular Biology

       目前認(rèn)為LAT1的存在與腫瘤細(xì)胞吸收和重吸收氨基酸有關(guān)，LAT1的過度表達(dá)對惡性腫瘤細(xì)胞的不斷增殖起重要作用，它與腫瘤分期、腫瘤組織血管生成及腫瘤患者的預(yù)后密切相關(guān)。

       圖1.2 腫瘤相關(guān)的氨基酸轉(zhuǎn)運體

       圖源：Asian Journal of Pharmaceutical Sciences

       02LAT1于BBB系統(tǒng)的特點

       BBB作為CNS與血液中物質(zhì)交換的屏障結(jié)構(gòu)，主動攝取CNS所需的營養(yǎng)物質(zhì)，并外排或阻擋有損CNS的物質(zhì)進入，以保障CNS的生理穩(wěn)態(tài)。BBB的這一屏障功能同樣也阻礙了大部分“治腦”藥物進入腦組織，嚴(yán)重影響CNS疾病的治療。如何轉(zhuǎn)運藥物“入腦”，并富集于腦組織作用靶點以發(fā)揮藥效，是近年來腦病學(xué)者所關(guān)注的熱點、難點。

       如上所述，LAT1在BBB中有重要作用，能夠促進營養(yǎng)素及藥物進入CNS，這些能進入CNS的藥物被發(fā)現(xiàn)與LAT1的內(nèi)源性底物具有高度的結(jié)構(gòu)相似性，通過降解修飾后可由LAT1轉(zhuǎn)運入腦。如抗癲癇藥物加巴噴丁可經(jīng)其轉(zhuǎn)運進入CNS。此外，在癌癥中也發(fā)現(xiàn)其高度上調(diào)，其特征在于對生長和增殖的氨基酸的強烈需求。所以，在所有的內(nèi)流轉(zhuǎn)運體中，LAT1是非常理想的腦靶向給藥載體，因此，LAT1被認(rèn)為是癌癥治療的重要藥物靶標(biāo)。

       圖2.1 LAT1在BBB中的轉(zhuǎn)運過程

       圖源：European journal of pharmaceutical sciences

       03經(jīng)LAT1轉(zhuǎn)運的藥物

       LAT1的底物需要同時包含帶正電荷的氨基和帶負(fù)電荷的羧基的結(jié)構(gòu)，以及中心氫鍵受體旁邊的疏水或芳香結(jié)構(gòu)，故氨基酸類似物，無疑是LAT1最理想的轉(zhuǎn)運底物。

       圖3.1 LAT1抑制劑轉(zhuǎn)運過程舉例

       圖源：Journal of Medicinal Chemistry

       如早年上市的左旋多巴、甲狀腺激素（T3和T4）、美法侖、巴氯芬和加巴噴丁，通過血腦屏障，均存在一定的轉(zhuǎn)運能力（Vmax≈40–60nmol/min/g）和結(jié)合親和力(Km≈10-200μM)。另研究還發(fā)現(xiàn)，氨基酸類似物的羧酸酯和異羥肟酸衍生物也是LAT1的首選底物。

       通過計算，LAT1和LAT2與底物的相關(guān)理化性質(zhì)如下圖所示，這些因素包括pKa、logP、logDpH7.4、極性表面積(PSA)和氫鍵供體基團(HBD)數(shù)量。通過下圖的分析，盡管LAT底物在其物理化學(xué)參數(shù)（例如logDpH7.4）方面表現(xiàn)出多樣性，但核心信息仍為結(jié)構(gòu)必須類似于氨基酸，由于這種極其苛刻的結(jié)構(gòu)限制，當(dāng)前只有不到10種臨床使用的藥物是LAT1或LAT2的底物。

       如美法侖，是一種中性氨基酸l-苯基丙氨酸的**衍生物，是用于治療多發(fā)性骨髓瘤、乳腺癌、卵巢癌的抗腫瘤藥物。研究介紹，美法侖在大鼠BBB中對LAT轉(zhuǎn)運蛋白顯示出150μM的Km值；不過，雖然美法侖由LAT1轉(zhuǎn)運，但其對載體的親和力不高，且存在來自內(nèi)源性大結(jié)構(gòu)中性氨基酸的顯著競爭。因此，對患者進行標(biāo)準(zhǔn)劑量給藥可能無法在大腦中達(dá)到治療濃度。

       再如，巴氯芬和加巴噴丁，屬GABA的結(jié)構(gòu)類似物，可以通過BBB轉(zhuǎn)運，用于癲癇和帶狀皰疹后遺神經(jīng)痛的治療。體外BBB模型中，巴氯芬可由中性氨基酸載體轉(zhuǎn)運；但體內(nèi)研究尚無相關(guān)LAT1轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的報道。而加巴噴丁是巴氯芬的類似物，同樣證實了體內(nèi)試驗中BBB的轉(zhuǎn)運特點，但當(dāng)前尚無實驗進一步證實LAT1在轉(zhuǎn)運過程中的具體作用。

       圖3.2 部分經(jīng)LAT1/2轉(zhuǎn)運藥物理化性質(zhì)計算結(jié)果

       圖源：European journal of pharmaceutical sciences

       04全球在研藥物——最高II期

       針對于LAT1這個靶點而設(shè)計開發(fā)的藥物品種，全球最高階段為臨床II期，品種分別為R-OKY-034F、TX-101、JPH-203；臨床I期的品種為NBQ72S。

       R-OKY-034F，是由大阪大學(xué)和Japan Agency For Medical Research And Development開發(fā)的小分子LAT1抑制劑，臨床適應(yīng)癥主要為胰 腺癌；TX-101，開發(fā)公司為Telix Pharmaceuticals，臨床主要開發(fā)作為診斷試劑使用；JPH-203，開發(fā)公司為J-Pharma，臨床適應(yīng)癥主要為膽管癌；NBQ72S，開發(fā)公司為Quadriga BioSciences，臨床適應(yīng)癥主要為腦癌。PS：上述藥物所對應(yīng)的已報道的化合物結(jié)構(gòu)，均為氨基酸類似物。

       05另一種設(shè)計思路——前藥

       通過使用前藥方法，可以將藥物分子轉(zhuǎn)化為模擬氨基酸的底物，從而有可能利用LAT1介導(dǎo)，選擇性遞送到靶細(xì)胞中，從而穿過BBB。如天冬氨酸修飾的多柔比星(Asp-DOX)，可主動靶向HepG-2細(xì)胞（一種人類肝癌細(xì)胞，高表達(dá)LAT1的細(xì)胞系），且這種靶向特性還可以進一步促進了癌細(xì)胞對AspDOX的攝取。

       另，LAT1還被用于促進外排轉(zhuǎn)運蛋白抑制劑的積累，維持細(xì)胞毒 藥物的持續(xù)高濃度。如Probenecid（PRB，一種外排抑制劑），作為利用LAT1的前藥之一，與多重耐藥蛋白(MRP)、P-糖蛋白(P-gp)或乳腺癌耐藥蛋白(BCRP)相互作用，從而增加細(xì)胞積累長春堿及其抗增殖功效。

       此外，還設(shè)計了幾種基于LAT1的前藥來改善藥物的代謝穩(wěn)定性。如，吉西他濱-蘇氨酸酰胺前藥不僅在體外表現(xiàn)出較高的抗癌作用，而且比吉西他濱具有更好的藥代動力學(xué)特征，存在一定的治療胰 腺癌的潛力。

       圖5.1 用于腫瘤靶向治療的氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白介導(dǎo)的前藥

       圖源：Asian Journal of Pharmaceutical Sciences

       06小結(jié)

       上述，即為靶點LAT1當(dāng)前的研究狀態(tài)。雖然，尚無里程碑事件發(fā)生，但其明確的作用機制，為藥物的靶向釋放，奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。而如何開發(fā)出更好的藥物分子，就需要藥物化學(xué)家更具功底的分子設(shè)計能力，以及成藥性考究。與此同時，靶點的成藥性問題，同時需要研究者進一步的確定，尤其是作為腦癌方向的基礎(chǔ)研究信息，更需要深入的機制驗證。腦部癌癥藥物的開發(fā)，較其他癌種存在明顯的難度，故類似于LAT1這樣的潛力靶點，就更需要好好的珍惜和研究！

       參考文獻(xiàn)：

       1. Nature Structural & Molecular Biology. VOL 26 | JUNE 2019 | 391–396. Doi.org/10.1038/s41594-019-0240-z

       2. Asian Journal of Pharmaceutical Sciences 15 (2020) 192-206. Doi.org/10.1016/j.ajps.2019.12.002

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       4. Journal of Medicinal Chemistry.02 Jun 2016. DOI: 10.1021/acs.jmedchem.6b00190

       5. 基于血腦屏障的藥物轉(zhuǎn)運體研究進展. CNKI

       6. L-氨基酸轉(zhuǎn)運體與腫瘤的關(guān)系. CNKI