精准癌症治疗手段
在运输体水平靶向谷氨酰胺代谢
ACST2 蛋白是谷氨酰胺进入癌细胞的主要转运蛋白。在肺癌、乳腺癌、结肠癌等癌症中，ACST2 蛋白水平的上调与患者存活率有关。当抑制 ACST2 基因表达时，会显著抑制癌细胞生长。ASCT2 水平升高与多种癌症的生存率降低有关，而使癌细胞ACST2 基因沉默的遗传研究具有显着的抗肿瘤作用。
研究人员首次发现一种可以抑制谷氨酰胺摄取的小分子抑制剂可以使肿瘤细胞饥饿并阻止其生长。研究团队更进一步开发了这种可以针对谷氨酰胺运输体的强效小分子抑制剂 V-9302。V-9302 有效地选择性靶向氨基酸转运蛋白 ASCT2（SLC1A5）。通过 V-9302 抑制体外及小鼠模型中生长的肿瘤细胞表达 ACST2 可以显著减缓癌细胞生长及增殖，增加氧化应激损伤及癌细胞死亡。同时，用 V-9302 对 ASCT2 进行药理学阻断，可减少癌细胞生长和增殖，增强细胞死亡和氧化应激，这共同促进了体外和体内的抗肿瘤反应。
然而，当使用这一新型抑制剂治疗谷氨酰胺依赖型肿瘤时，需要验证相应的生物标志物。这是因为 V-9302 响应与否，很大程度上取决于 ACST2 转运体的活性，而不是 ACST2 蛋白的表达。但是，幸运的是，可以开发新型 PET 探针，通过检测肿瘤细胞与正常细胞谷氨酰胺代谢速度来检测肿瘤。目前研究人员正在进行五项临床试验，以试验一种新型 PET 探针——18F-FSPG，其具有将肺、肝、卵巢和结肠肿瘤进行可视化的诊断潜力。通过将成像同位素附加到V-9302 上，研究人员还可以看到该药物是否到达有高谷氨酰胺代谢率的靶肿瘤。
更重要的是，他们将非侵入式的正电子发射型计算机断层显像技术（PET）与这一小分子抑制剂结合起来——通过将一种成像同位素黏附于 V-9302 药物上，实现“V-9302 是否能够靶向谷氨酰胺快速代谢的肿瘤”的实时监测。这些疗法针对的是可以通过正电子发射断层显像(PET)进行非侵入性监测的癌症细胞代谢。
PET 的发明是医学影像学的又一次革命
浙江大学核医学与分子影像研究所教授张宏团队 2019 年 4 月成功研制出国内首套具有自主知识产权的 PET 分子影像探针系统。这项分子影像探针合成研究成果，不仅极大拓展了个体化、精准医疗的 PET 临床应用，还可为相关新药研发发挥重要支撑作用。
正电子发射型计算机断层显像（Positron EmissionTomography，简称PET）是国际上先进的分子影像学检查技术。PET 指分子经过特定波长的电磁波（可视光，紫外光等）照射后发生的分子内部电子转移现象。作为 PET 和核医学的关键，分子影像探针是一种特异性的显像剂，其中发挥信号作用的是放射性核素。这些放射性核素就像“侦察兵”，能为医生和科研人员找到病灶的位置。正电子放射性核素通常是用稳定的核素经处理变成放射性核素。放射性核素 18F 是用稳定核素 18O 经质子轰击而产生的。质子带正电，产生的 18F 缺中子，其在衰变过程中释放出一个正电子或俘虏一个轨道上的电子形成稳定核素。
V-9302：针对谷氨酰胺运输体的强力小分子抑制剂
为了评估 V-9302 对人肿瘤细胞的影响，研究人员进行了跨越三种肿瘤类型的共 29种人肿瘤细胞系的体外功效筛选。初筛时，观察到 V-9302 处理后，超过一半细胞系的体外活力降低了至少 20％。随后，使用结肠直肠癌（CRC）细胞系进行第二次筛选，所选的结肠直肠癌细胞系在初筛时对 V-9302 表现出可变的敏感性。结果显示细胞活力显著降低和细胞死亡明显增加。
图1.使用 V-9302 (25 μM, 48 hours)对 29 种人类肿瘤细胞系进行初筛
图2.使用 V-9302 对结肠癌细胞进行复筛
为了找到 V-9302 体外应答的决定因素，研究人员在人乳腺鳞状癌细胞 HCC1806 细胞中进行了 ASCT2 的 shRNAknockdown 实验，以便与靶基因沉默进行最直接比较。在 HCC1806 细胞中 ASCT2 基因沉默和 V-9302 处理都产生了类似的下游效应，包括显著降低 p-S6 水平，及适度降低 p-ERK 水平。同时，在 V-9302 处理的结肠癌 HT29 细胞中也观察到类似的抑制特征。
图3.Silencing ASCT2 和 V-9302 (25 μM, 48 小时) 处理同样程度降低 pS6 和 pERK.
最后，研究人员评估了 V-9302 的体内性能，首先确定在给药后 4 小时达到稳态血药浓度，在健康小鼠中半衰期约为 6 小时。还在健康小鼠中评估了急性和慢性 V-9302 处理对血浆葡萄糖和谷氨酰胺水平的影响。单次急性 V-9302 处理（4小时）后，血浆葡萄糖水平与对照组没有显着差异，但与对照组相比，V-9302 处理小鼠的血浆中谷氨酰胺水平升高了约 50％。V-9302 长期处理的实验组与空白对照组的小鼠相比，血浆葡萄糖水平在 21 天中没有显着差异，而血浆谷氨酰胺水平略微降低。为了更进一步评估 V-9302 对肿瘤中谷氨酰胺水平的影响，我们采用[18F]-4F-谷氨酰胺进行非侵入性PET成像。在单剂量的 V-9302（75 mg/kg）处理4小时后，肿瘤中的[18F]-4F-谷氨酰胺摄取减少约50％。
图4.使用[18F]-4F-Gln PET成像分析，对 HCC1806 细胞移植瘤的小鼠进行单次
V-9302 (75 mg/kg) 处理之前和之后4小时的药效学分析
小M 的小思考：
本实验不仅开发了强效靶向 ACST2 蛋白的小分子抑制剂——V-9302，并证实V-9302 能够阻断 ACST2 蛋白的表达，从而导致癌细胞扩增减少、氧化损伤增加，最终引发死亡。ASCT2 的活性可以使用谷氨酰胺摄取的 PET 成像进行定量评估。对我们研究肿瘤标志物又提供了一种新型有力的工具。我们可以更进一部设想，如果能够借助某一特定药物实现肿瘤可视化监测，那么我们将进入癌症的精准医疗时代。
