脑癌，由于其肿瘤发生部位的特殊性，BBB系统的天然屏障，至今仍然是极恶的癌种之一。针对脑癌，虽然已经有药物获批上市，但尚无突破性治疗药物诞生，故极具潜力的“靶点&作用机制&药物”的寻找，从未停滞，且是临床试验常常“外挂”的题目之一。今天，就向大家介绍下脑癌领域的潜力靶点LAT1，其明确的作用机制虽然使药物设计思路明确，但同时也存在难以突破的技术特点。

01LAT1靶点介绍

LAT（L-type amino transporters），即L型氨基酸转运体，主要功能为中性氨基酸包括必须氨基酸的转运，亚型按照时间发现顺序依次为LAT1、LAT2、LAT3、LAT4，其中LAT1的研究相对最多。

LAT1：结构上，有512个氨基酸，主要表达于细胞膜表面；功能上，需要与单次穿透细胞膜的蛋白CD98以二硫键共价结合，从而发挥其转运氨基酸的功能，因此CD98被认为是LAT的功能蛋白；分布上，人类LAT1在人体多种组织中均有表达，但仅在大脑、乳腺、肺、睾丸、子宫、卵巢、胎盘和视网膜等少数组织中高表达，而在成人其它正常组织中很少被检测到。

图1.1 LAT1-CD98hc复合物结构

图源：Nature Structural & Molecular Biology

目前认为LAT1的存在与肿瘤细胞吸收和重吸收氨基酸有关，LAT1的过度表达对恶性肿瘤细胞的不断增殖起重要作用，它与肿瘤分期、肿瘤组织血管生成及肿瘤患者的预后密切相关。

图1.2 肿瘤相关的氨基酸转运体

图源：Asian Journal of Pharmaceutical Sciences

02LAT1于BBB系统的特点

BBB作为CNS与血液中物质交换的屏障结构，主动摄取CNS所需的营养物质，并外排或阻挡有损CNS的物质进入，以保障CNS的生理稳态。BBB的这一屏障功能同样也阻碍了大部分“治脑”药物进入脑组织，严重影响CNS疾病的治疗。如何转运药物“入脑”，并富集于脑组织作用靶点以发挥药效，是近年来脑病学者所关注的热点、难点。

如上所述，LAT1在BBB中有重要作用，能够促进营养素及药物进入CNS，这些能进入CNS的药物被发现与LAT1的内源性底物具有高度的结构相似性，通过降解修饰后可由LAT1转运入脑。如抗癫痫药物加巴喷丁可经其转运进入CNS。此外，在癌症中也发现其高度上调，其特征在于对生长和增殖的氨基酸的强烈需求。所以，在所有的内流转运体中，LAT1是非常理想的脑靶向给药载体，因此，LAT1被认为是癌症治疗的重要药物靶标。

图2.1 LAT1在BBB中的转运过程

图源：European journal of pharmaceutical sciences

03经LAT1转运的药物

LAT1的底物需要同时包含带正电荷的氨基和带负电荷的羧基的结构，以及中心氢键受体旁边的疏水或芳香结构，故氨基酸类似物，无疑是LAT1最理想的转运底物。

图3.1 LAT1抑制剂转运过程举例

图源：Journal of Medicinal Chemistry

如早年上市的左旋多巴、甲状腺激素（T3和T4）、美法仑、巴氯芬和加巴喷丁，通过血脑屏障，均存在一定的转运能力（Vmax≈40–60nmol/min/g）和结合亲和力(Km≈10-200μM)。另研究还发现，氨基酸类似物的羧酸酯和异羟肟酸衍生物也是LAT1的首选底物。

通过计算，LAT1和LAT2与底物的相关理化性质如下图所示，这些因素包括pKa、logP、logDpH7.4、极性表面积(PSA)和氢键供体基团(HBD)数量。通过下图的分析，尽管LAT底物在其物理化学参数（例如logDpH7.4）方面表现出多样性，但核心信息仍为结构必须类似于氨基酸，由于这种极其苛刻的结构限制，当前只有不到10种临床使用的药物是LAT1或LAT2的底物。

如美法仑，是一种中性氨基酸l-苯基丙氨酸的氮芥衍生物，是用于治疗多发性骨髓瘤、乳腺癌、卵巢癌的抗肿瘤药物。研究介绍，美法仑在大鼠BBB中对LAT转运蛋白显示出150μM的Km值；不过，虽然美法仑由LAT1转运，但其对载体的亲和力不高，且存在来自内源性大结构中性氨基酸的显着竞争。因此，对患者进行标准剂量给药可能无法在大脑中达到治疗浓度。

再如，巴氯芬和加巴喷丁，属GABA的结构类似物，可以通过BBB转运，用于癫痫和带状疱疹后遗神经痛的治疗。体外BBB模型中，巴氯芬可由中性氨基酸载体转运；但体内研究尚无相关LAT1转运系统的报道。而加巴喷丁是巴氯芬的类似物，同样证实了体内试验中BBB的转运特点，但当前尚无实验进一步证实LAT1在转运过程中的具体作用。

图3.2 部分经LAT1/2转运药物理化性质计算结果

图源：European journal of pharmaceutical sciences

04全球在研药物——最高II期

针对于LAT1这个靶点而设计开发的药物品种，全球最高阶段为临床II期，品种分别为R-OKY-034F、TX-101、JPH-203；临床I期的品种为NBQ72S。

R-OKY-034F，是由大阪大学和Japan Agency For Medical Research And Development开发的小分子LAT1抑制剂，临床适应症主要为胰腺癌；TX-101，开发公司为Telix Pharmaceuticals，临床主要开发作为诊断试剂使用；JPH-203，开发公司为J-Pharma，临床适应症主要为胆管癌；NBQ72S，开发公司为Quadriga BioSciences，临床适应症主要为脑癌。PS：上述药物所对应的已报道的化合物结构，均为氨基酸类似物。

05另一种设计思路——前药

通过使用前药方法，可以将药物分子转化为模拟氨基酸的底物，从而有可能利用LAT1介导，选择性递送到靶细胞中，从而穿过BBB。如天冬氨酸修饰的多柔比星(Asp-DOX)，可主动靶向HepG-2细胞（一种人类肝癌细胞，高表达LAT1的细胞系），且这种靶向特性还可以进一步促进了癌细胞对AspDOX的摄取。

另，LAT1还被用于促进外排转运蛋白抑制剂的积累，维持细胞毒药物的持续高浓度。如Probenecid（PRB，一种外排抑制剂），作为利用LAT1的前药之一，与多重耐药蛋白(MRP)、P-糖蛋白(P-gp)或乳腺癌耐药蛋白(BCRP)相互作用，从而增加细胞积累长春碱及其抗增殖功效。

此外，还设计了几种基于LAT1的前药来改善药物的代谢稳定性。如，吉西他滨-苏氨酸酰胺前药不仅在体外表现出较高的抗癌作用，而且比吉西他滨具有更好的药代动力学特征，存在一定的治疗胰腺癌的潜力。

图5.1 用于肿瘤靶向治疗的氨基酸转运蛋白介导的前药

图源：Asian Journal of Pharmaceutical Sciences

06小结

上述，即为靶点LAT1当前的研究状态。虽然，尚无里程碑事件发生，但其明确的作用机制，为药物的靶向释放，奠定了物质基础。而如何开发出更好的药物分子，就需要药物化学家更具功底的分子设计能力，以及成药性考究。与此同时，靶点的成药性问题，同时需要研究者进一步的确定，尤其是作为脑癌方向的基础研究信息，更需要深入的机制验证。脑部癌症药物的开发，较其他癌种存在明显的难度，故类似于LAT1这样的潜力靶点，就更需要好好的珍惜和研究！

参考文献：

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

3. European journal of pharmaceutical sciences 35 (2008) 161-174. Doi:10.1016/j.ejps.2008.06.015

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

5. 基于血脑屏障的药物转运体研究进展. CNKI

6. L-氨基酸转运体与肿瘤的关系. CNKI