L-型氨基酸转运体1在肿瘤诊断和治疗中的研究进展

董艳，武卫党，慈小燕，高晶，曾勇，伊秀林△

综述

L-型氨基酸转运体1在肿瘤诊断和治疗中的研究进展

董艳1，2，武卫党2，慈小燕2，高晶2，曾勇2，伊秀林2△

L-型氨基酸转运体1（LAT1）是L-型氨基酸转运蛋白家族的一个成员，它是由两条多肽链通过二硫键形成的异二聚体，也是异二聚体氨基酸转运体SLC7亚家族的重要成员。LAT1的主要功能是介导一些分子中含有苯环或者支链的、分子质量较大的、体液环境中酸碱性呈中性的氨基酸（L-亮氨酸、L-甲硫氨酸和L-苯丙氨酸等）及其类似物（美法仑、多巴和甲状腺素等）的跨膜转运，其跨膜转运方式为不依赖Na+和ATP的协助扩散。LAT1转运体在许多肿瘤细胞中有特异性的高表达，且其表达程度与临床上肿瘤的分期情况及治疗预后有密切的联系。LAT1不仅被证明在肿瘤诊断中具有重要意义，也是一个潜在的肿瘤治疗靶点。本文对LAT1的结构和转运特点进行了阐述，并总结了LAT1在肿瘤诊断和治疗中的最新研究进展。

氨基酸转运系统；肿瘤；综述；L-型氨基酸转运体1；肿瘤诊断；肿瘤治疗

L-型氨基酸转运体1（Large-type amino acid transporter 1，LAT1）是L-型氨基酸转运体家族中的一员，是一种不依赖于Na+、以转运分子质量较大的中性氨基酸为主的转运蛋白，它对相对分子质量较大，且体液环境中呈中性的氨基酸如亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、缬氨酸、组氨酸、色氨酸和苯丙氨酸等具有较强的亲和力（Km=12.7～50 μmol/L）［1］。研究表明，LAT1广泛分布于哺乳动物大脑、心脏、肝脏、空肠、脾脏、肌肉、胎盘和骨髓等组织中。人的LAT1蛋白除了在骨髓、大脑、前列腺、乳腺等组织中有较少量的表达外，在其他正常组织和正常细胞中几乎不表达，而在一些原发性肿瘤组织及肿瘤细胞中则有异常高的表达，其原因可能与LAT1能够为不断增殖的肿瘤细胞提供所需要的氨基酸有关［2-3］。近些年的研究发现，LAT1的表达情况不仅与肿瘤患者的性别、疾病分期、淋巴结转移情况和血管侵袭情况有密切关系，还与血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、抑癌基因p53以及细胞表面磷酸化糖蛋白（CD34）的表达情况密切相关［3-5］。另外，LAT1的表达与其他肿瘤标志物Ki-67、CD34有重要关联，是胆道癌的一个重要指标［5］。越来越多的研究表明LAT1有望成为肿瘤治疗的新靶点，为肿瘤的早期诊断、治疗提供了新的探索途径。本文就LAT1在肿瘤诊断和治疗中发挥的作用综述如下。

1 LAT1的分子结构及其底物

LAT1由位于人16号染色体上的SLC7A5基因编码，由507个氨基酸组成，相对分子质量约55 000的非糖基化膜蛋白，包含12个跨膜区［6］。LAT1主要功能是以一种不依赖Na+

和ATP的方式介导一些相对分子质量较大、正常生理环境中呈中性的支链氨基酸和芳香族氨基酸如甲硫氨酸、缬氨酸、酪氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、亮氨酸和组氨酸等的跨膜转运［1］。除此之外，LAT1还能够识别并转运一些氨基酸的结构类似的化合物，这些类似物包括α-甲基酪氨酸（alpha-methyltyrosine）、L-多巴（L-DOPA）、巴氯芬（baclofen）、甲基多巴（3-O-methyldopa）、加巴喷丁（gabapentin）、普瑞巴林（pregabalin）、美法仑（melphalan）、α-甲基多巴（alphamethyldopa）和甲状腺激素（thyroxine）等。

LAT1是一种非糖基化的膜蛋白质，其功能的发挥有赖于与另一种单跨膜的糖蛋白4F2hc的（亦称为CD98）共价结合，两者通过二硫键形成一类异源二聚体LAT1/4F2hc，4F2hc是异源二聚体的重链部分，它与LAT1在细胞膜上的准确定位密切相关，两者形成一种稳定的跨膜结构从而发挥功能，见图1［7］。研究发现，LAT1在一些肿瘤组织和肿瘤细胞中有较高的表达，虽然目前LAT1在肿瘤发生发展中的作用机制尚不清楚，但是LAT1的表达与哺乳动物雷帕霉素靶点（mammalian target of rapamycin，mTOR）信号通路以及抑癌基因的缺失存在着一定的联系［8-9］。mTOR信号通路是调控细胞生长与增殖的一个关键通路，研究显示只有在细胞质中氨基酸浓度增加的情况下才能激活mTOR途径，进而使目标蛋白磷酸化而激活；目前大多数研究者认为LAT1通过调节胞内相关氨基酸的浓度，实现对mTOR信号通路的调控［8］。p53是人体一个重要的抑癌基因，p53基因的失活对肿瘤形成起重要作用，p53基因缺失的肿瘤细胞中LAT1的表达量一般都比较高［5］。

Fig.1The structure of LAT1/4F2hc compound图1 异源二聚体LAT1/4F2hc复合物

2 LAT1的表达与肿瘤诊断

LAT1的过量表达与肿瘤细胞的增殖和转移密切相关，它不仅为肿瘤细胞的增殖提供了必需的氨基酸，还对肿瘤细胞特有的一些代谢通路发挥了一定的调节作用。Nawashiro等［9］通过免疫化学分析方法检测了60例星形胶质瘤患者肿瘤部位LAT1表达情况，结果显示LAT1以及其发挥功能所必需的共表达重链4F2hc均有较高表达。Isoda等［10］以100例确诊为多发性骨髓瘤（multiple myeloma）的患者作为研究对象，检测了骨髓瘤细胞中LAT1和CD98的表达情况，结果显示有56%患者体内过量表达LAT1，其中有45%的患者存在LAT1和CD98的共同表达，且5年内经治疗生存率也相对较低，这表明LAT1的过量表达与多发性骨髓瘤患者的不良预后有关。另外，LAT1在多发性骨髓瘤患者中的表达水平与肿瘤细胞的增殖速度也具有明显的正相关性，细胞中LAT1的表达量越高，骨髓瘤细胞增殖速度也越快，由此可见LAT1有望成为多发性骨髓瘤的一个重要病理标志［10］。

甄海宁等［11］采用免疫组化方法检测了LAT1和4F2hc在62例人脑胶质瘤（human brain gliomas）组织中的表达情况，并分析了两者的表达水平与胶质瘤病理级别、恶性程度的关系，结果表明LAT1和4F2hc免疫染色强度均随胶质瘤病理级别的升高而明显增强，恶性程度高的胶质瘤患者中LAT1和4F2hc表达也均明显强于恶性程度低的胶质瘤患者，这表明LAT1和4F2hc与胶质瘤的病理学特征之间密切相关，两者可能在胶质瘤的发生和发展过程中发挥重要作用。

Fukumoto等［12-13］为探究LAT1能否作为诊断乳腺癌的一个分子标志，采用反转录酶-聚合酶链反应（RT-PCR）和免疫印迹技术测定犬的乳腺癌组织和正常组织中LAT1的表达，并以人类乳腺癌细胞为阳性对照，比较LAT1 mRNA在正常组织细胞、肿瘤细胞中的表达，结果表明，乳腺癌组织中LAT1 mRNA的表达水平比正常乳腺组织高20倍。Ichinoe等［14］在对一些胃癌患者进行了LAT1表达情况的研究发现，LAT1的过量表达与胃癌淋巴结转移有较高的相关性。Kaira等［15］在对97例肝癌患者的一项研究中也发现，LAT1的过量表达与肿瘤组织内血管形成相关因子金属蛋白酶诱导因子（CD147）的关系密切；CD147不仅在肿瘤血管表皮形成过程中有着较高的表达，而且同LAT1及其重链4F2hc形成了一种较为紧密的复合物，并以该复合物的形式在肿瘤表皮血管的形成过程中共同发挥作用。

鉴于LAT1在口腔鳞状肿瘤增殖和扩散中的重要作用以及在肿瘤细胞中的广泛存在，Yu等［16］在分析了LAT1底物的结构特点后，开发出一种造影剂L-［3-18F］-α–methyltyrosine（18F-FAMT PET），这种造影剂对LAT1阳性恶性肿瘤诊断的灵敏度、特异度和准确度分别能够达到68%、99%和97%，显著优于目前经常用到的诊断造影剂18F-FDG；根据18F-FAMT PET诊断试剂显影结果，还能够较为准确地区分出多种肿瘤患者的肿瘤分期情况，这些肿瘤类型包括脑肿瘤、肝癌、肺癌、口腔癌、多发性骨髓癌、肌肉骨骼肿瘤和食管癌等；18F-FAMT PET在肿瘤部位的吸收情况取决于LAT1的表达情况，因此在LAT1阳性肿瘤的诊断上，它是18F-FDG的一种有效替代品。由以上报道不难发现，LAT1在多种肿瘤细胞形成的过程中都发挥着重要的作用，对脑胶质瘤、多发性骨髓瘤、乳腺癌、肝癌和胃癌等患者的前期诊断有着重要的应用价值，是一个潜在的诊断标志物。

3 LAT1在恶性肿瘤治疗中的作用

LAT1不仅可以作为一种重要的肿瘤诊断标志，也是潜在的治疗靶标。Wu等［17］用不同的氨基酸对传统抗肿瘤药物阿霉素进行了结构上的修饰，通过LAT1过表达肿瘤细胞株筛选出一个药物活性分子Asp-DOX，并对化合物的组织分布和抗肿瘤效果进行了研究，结果发现Asp-DOX在LAT1阳性肿瘤组织（HCT116和HepG2）中蓄积量比原型药提高了2.2～6.1倍，而在其正常组织中积累量却显著低于原型药，不仅如此，体内药效学结果也显示Asp-DOX对过表达LAT1

的肿瘤HepG2表现出了较强的生长抑制作用。

LAT1抑制剂2-氨基二环（2，2）庚二羧酸（BCH）在治疗脑胶质瘤的过程中发挥了重要的作用。研究者用雄性Wistar裸鼠建立了原位脑胶质瘤模型，并给以脑部注射230 mmol·L-1·kg-1剂量的BCH，连续给药8 d后，肿瘤生长速度和体积均明显低于空白对照组肿瘤的生长情况；不仅如此，裸鼠生存实验结果也显示，经BCH注射治疗的裸鼠的存活时间也明显延长［18］。Kaira等［19］以氚标记的3H-leucine为底物，以过表达LAT1的胆管癌细胞株HuCCT1为体外吸收模型，研究BCH对亮氨酸吸收的抑制作用，不仅验证了BCH对亮氨酸吸收具有强烈的抑制作用，而且这种抑制作用还呈现出浓度依赖的特点，即高浓度的BCH能够完全抑制LAT1对氨基酸的转运，并抑制肿瘤细胞的增殖和生长，体外药效学实验表明，10 mmol/L的BCH与其他抗肿瘤药物如吉西他滨（gemcitabine）和5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil）联合应用，能够明显改善抗肿瘤药物的效果；另外，胆管癌（HuCCT1）裸鼠每天给以200 mg/kg剂量的BCH，连续给药14 d，能够明显延缓肿瘤增殖的速度。Yamauchi等［20］也用BCH对过表达LAT1的肝癌细胞进行了抑制作用的研究，通过给以一定剂量的BCH以抑制LAT1癌细胞对氨基酸的吸收，从而达到抑制肝癌细胞Hep-2生长和增殖的目的；他们还将BCH和顺铂进行了联合用药实验，并检测了其对mTOR、p70S6K和4EBP1等蛋白的磷酸化作用的影响，结果显示联合用药后BCH能够显著降低mTOR、p70S6K和4EBP1等蛋白的磷酸化作用，并通过抑制肝癌细胞中的mTOR通路明显增强顺铂的抗肝癌效果。此外，BCH和顺铂联合用药可显著抑制人卵巢癌SKOV3细胞增殖，表现出了显著的协同作用，两者的联合治疗既能提高肿瘤细胞对顺铂的敏感性，又可通过降低顺铂的使用剂量而减少其不良反应，这为卵巢癌的临床化疗开辟了新途径［21］。BCH联合5-氟尿嘧啶治疗胰腺癌，可增加5-氟尿嘧啶对胰腺癌SW-1990细胞的毒性；BCH通过抑制胰腺癌SW-1990细胞的LAT1及TS蛋白表达而实现对癌细胞增殖抑制和诱导凋亡的作用［22］。Imai等［23］在人肺癌细胞H1395的研究中也得到相似的结果。

Rosilio等［6］开发出一种对LAT1特异性较好的抑制剂JPH203，JPH203通过干扰mTOR/C1和Akt的组成性激活，下调c-myc的表达，从而引发由内质网源性转录因子（CHOP）介导的未折叠蛋白反应性细胞凋亡；后来，他们将其应用于白血病的治疗，结果发现其能够有效降低白血病细胞的活力和增殖能力，并能诱导细胞通过白血病细胞的瞬态自噬从而使癌细胞凋亡，而且对白血病细胞以外的正常周边血液淋巴细胞无毒性，这说明LAT1抑制剂可以作为一些抗肿瘤药物如雷帕霉素（rapamycin）、地塞米松（dexamethasone）、多柔比星（doxorubicin）、硼替佐米（velcade）以及L型门冬酰胺酶（L-asparaginase）的佐剂和增效剂，同时也说明LAT1靶向抗肿瘤药物在淋巴癌的治疗上有着十分广阔的应用前景。

4 展望

多种肿瘤细胞中均伴随着LAT1的大量表达，这有助于肿瘤的早期临床诊断，通过对编码LAT1的基因SLC7A5进行基因治疗有望成为肿瘤治疗的新方法。LAT1的异常表达可能是肿瘤细胞不断增殖的因素之一，因此，LAT1将是一个潜在的肿瘤临床诊断和治疗靶点。然而，由于LAT1是一种存在于细胞膜表面的非糖基化蛋白，其结构特点的阐明还存在一定的困难。随着研究的深入和LAT1转运机制的进一步明晰，LAT1将在肿瘤的治疗和诊断方面发挥更大的作用。由于大脑、胎盘和骨髓等正常组织中同样存在LAT1的表达，如何提高抗肿瘤药物对肿瘤细胞的选择毒性，也是今后在LAT1-靶向药物的研发过程中值得考虑的问题。

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（2015-05-18收稿 2015-06-30修回）

（本文编辑 李国琪）

Current research of L-amino acid transporter 1 in tumor diagnosis and treatment

DONG Yan1，2，WU Weidang2，CI Xiaoyan2，GAO Jing2，ZENG Yong2，YI Xiulin2△
1 College of Pharmacy，Tianjin Medical University，Tianjin 300070，China；2 State Key Laboratory of Drug Delivery Technology and Pharmacokinetics，Tianjin Institute of Pharmaceutical Research△Reviser and Corresponding AuthorE-mail:yixl@tjipr.com

L-amino acid transporter 1（LAT1）is a member of L-amino transporter family and an important heterodimeric amino acid transporter that belongs to subfamily of SLC7.LAT1 mainly mediates trans-membrane transportation of those neutral amino acids that had cyclobenzene or long side chains with high molecular mass such as L-Leu，L-Met and LPhe as well as some amino acid analogues such as melphalan，L-DOPA and thyroxine in a Na+and ATP-independent diffusion.As LAT1 was abnormally overexpressed in various transformed cell lines，it might be related with tumor stage and prognosis.It is not only a biomarker that specifically expressed in some tumor cells but also plays an important role in tumor diagnosis and therapy.Here we demonstrate the structure of LAT1 and its mechanism in transport peculiarity.We also reviewed the development of LAT1 in tumor diagnosis and treatment.

amino acid transport systems；neoplasms；review；L-type amino acid transporter；tumor diogonsis；tumor therapy

R730

A DOI：10.11958/j.issn.0253-9896.2015.12.030

�.

10.3936/j.issn.1002-0152.2013.02.006.

国家“重大新药创制”科技重大专项“新药临床前药物代谢动力学技术平台建设”（2012ZX09304002）

1天津医科大学药学院（邮编300070）；2天津药物研究院有限公司释药技术与药代动力学国家重点实验室

董艳（1990），女，硕士在读，主要从事药物代谢动力学研究

△审校者和通讯作者E-mail:yixl@tjipr.com