精準癌癥治療手段

在運輸體水平靶向谷氨酰胺代謝

ACST2 蛋白是谷氨酰胺進入癌細胞的主要轉運蛋白。在肺癌、乳腺癌、結腸癌等癌癥中，ACST2 蛋白水平的上調與患者存活率有關。當抑制 ACST2 基因表達時，會顯著抑制癌細胞生長。ASCT2 水平升高與多種癌癥的生存率降低有關，而使癌細胞ACST2 基因沉默的遺傳研究具有顯著的抗腫瘤作用。

研究人員首次發現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胞饑餓并阻止其生長。研究團隊更進一步開發了這種可以針對谷氨酰胺運輸體的強效小分子抑制劑 V-9302。V-9302 有效地選擇性靶向氨基酸轉運蛋白 ASCT2（SLC1A5）。通過 V-9302 抑制體外及小鼠模型中生長的腫瘤細胞表達 ACST2 可以顯著減緩癌細胞生長及增殖，增加氧化應激損傷及癌細胞死亡。同時，用 V-9302 對 ASCT2 進行藥理學阻斷，可減少癌細胞生長和增殖，增強細胞死亡和氧化應激，這共同促進了體外和體內的抗腫瘤反應。

然而，當使用這一新型抑制劑治療谷氨酰胺依賴型腫瘤時，需要驗證相應的生物標志物。這是因為 V-9302 響應與否，很大程度上取決于 ACST2 轉運體的活性，而不是 ACST2 蛋白的表達。但是，幸運的是，可以開發新型 PET 探針，通過檢測腫瘤細胞與正常細胞谷氨酰胺代謝速度來檢測腫瘤。目前研究人員正在進行五項臨床試驗，以試驗一種新型 PET 探針——18F-FSPG，其具有將肺、肝、卵巢和結腸腫瘤進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射型計算機斷層顯像技術（PET）與這一小分子抑制劑結合起來——通過將一種成像同位素黏附于 V-9302 藥物上，實現“V-9302 是否能夠靶向谷氨酰胺快速代謝的腫瘤”的實時監測。這些療法針對的是可以通過正電子發射斷層顯像(PET)進行非侵入性監測的癌癥細胞代謝。

PET 的發明是醫學影像學的又一次革命

浙江大學核醫學與分子影像研究所教授張宏團隊 2019 年 4 月成功研制出國內首套具有自主知識產權的 PET 分子影像探針系統。這項分子影像探針合成研究成果，不僅極大拓展了個體化、精準醫療的 PET 臨床應用，還可為相關新藥研發發揮重要支撐作用。

正電子發射型計算機斷層顯像（Positron EmissionTomography，簡稱PET）是國際上先進的分子影像學檢查技術。PET 指分子經過特定波長的電磁波（可視光，紫外光等）照射后發生的分子內部電子轉移現象。作為 PET 和核醫學的關鍵，分子影像探針是一種特異性的顯像劑，其中發揮信號作用的是放射性核素。這些放射性核素就像“偵察兵”，能為醫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定的核素經處理變成放射性核素。放射性核素 18F 是用穩定核素 18O 經質子轟擊而產生的。質子帶正電，產生的 18F 缺中子，其在衰變過程中釋放出一個正電子或俘虜一個軌道上的電子形成穩定核素。

V-9302：針對谷氨酰胺運輸體的強力小分子抑制劑

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

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

圖2.使用 V-9302 對結腸癌細胞進行復篩

為了找到 V-9302 體外應答的決定因素，研究人員在人乳腺鱗狀癌細胞 HCC1806 細胞中進行了 ASCT2 的 shRNAknockdown 實驗，以便與靶基因沉默進行最直接比較。在 HCC1806 細胞中 ASCT2 基因沉默和 V-9302 處理都產生了類似的下游效應，包括顯著降低 p-S6 水平，及適度降低 p-ERK 水平。同時，在 V-9302 處理的結腸癌 HT29 細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) 處理同樣程度降低 pS6 和 pERK.

最后，研究人員評估了 V-9302 的體內性能，首先確定在給藥后 4 小時達到穩態血藥濃度，在健康小鼠中半衰期約為 6 小時。還在健康小鼠中評估了急性和慢性 V-9302 處理對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）后，血漿葡萄糖水平與對照組沒有顯著差異，但與對照組相比，V-9302 處理小鼠的血漿中谷氨酰胺水平升高了約 50％。V-9302 長期處理的實驗組與空白對照組的小鼠相比，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。為了更進一步評估 V-9302 對腫瘤中谷氨酰胺水平的影響，我們采用[18F]-4F-谷氨酰胺進行非侵入性PET成像。在單劑量的 V-9302（75 mg/kg）處理4小時后，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 HCC1806 細胞移植瘤的小鼠進行單次

V-9302 (75 mg/kg) 處理之前和之后4小時的藥效學分析

小M 的小思考：

本實驗不僅開發了強效靶向 ACST2 蛋白的小分子抑制劑——V-9302，并證實V-9302 能夠阻斷 ACST2 蛋白的表達，從而導致癌細胞擴增減少、氧化損傷增加，最終引發死亡。ASCT2 的活性可以使用谷氨酰胺攝取的 PET 成像進行定量評估。對我們研究腫瘤標志物又提供了一種新型有力的工具。我們可以更進一部設想，如果能夠借助某一特定藥物實現腫瘤可視化監測，那么我們將進入癌癥的精準醫療時代。