靶向线粒体谷氨酰胺转运蛋白SLC1A5_var的首个变构抑制剂iMQT_020：癌症代谢治疗新策略

《Nature Communications》：Targeting cancer glutamine dependency with a first-in-class inhibitor of the mitochondrial glutamine transporter SLC1A5_var

本研究针对癌症细胞谷氨酰胺依赖性代谢的关键弱点，开发了首个靶向线粒体谷氨酰胺转运蛋白SLC1A5_var的变构抑制剂iMQT_020。该化合物通过破坏SLC1A5_var三聚体组装，选择性抑制线粒体谷氨酰胺摄取，诱导癌细胞代谢危机和铁死亡/凋亡双重死亡，同时表观遗传上调PD-L1表达，增强抗PD-L1免疫治疗的协同疗效。

　　

癌症细胞因其异常增殖需求，表现出独特的代谢特征，其中对谷氨酰胺的高度依赖尤为突出。这种被称为"谷氨酰胺成瘾"的现象，使癌细胞需要通过大量摄取谷氨酰胺来维持能量供应、氧化还原平衡和生物合成。然而，针对这一代谢弱点的治疗策略开发却面临重重挑战：既往的谷氨酰胺酶抑制剂如CB-839在临床试验中未能取得成功，而靶向细胞膜谷氨酰胺转运蛋白的V-9302等化合物也因选择性不足和易被替代代谢途径补偿而效果有限。

在这一背景下，研究人员将目光投向了线粒体谷氨酰胺转运蛋白SLC1A5_var。该蛋白在多种癌症中高表达，与患者不良预后密切相关，负责将谷氨酰胺转运至线粒体内部进行谷氨酰胺分解代谢。尽管遗传学研究表明抑制SLC1A5_var能有效抑制肿瘤生长，但长期以来缺乏高效、特异的药理抑制剂。

发表在《Nature Communications》的这项研究，成功开发了首个靶向SLC1A5_var的变构抑制剂iMQT_020。研究人员通过结构生物学分析首次揭示SLC1A5_var以同源三聚体形式发挥作用，并鉴定出关键的三聚体相互作用界面（F97、I104、L105等残基）。基于这一结构洞察，他们通过计算机虚拟筛选和体外功能验证，从120万个小分子化合物中筛选出iMQT_020，该化合物能特异性结合三聚体界面，破坏蛋白组装，从而抑制线粒体谷氨酰胺转运功能。

关键技术方法包括：基于AlphaFold和RoseTTAFold的蛋白质结构预测、计算机虚拟筛选、线粒体氨基酸摄取检测、微量热泳动分析、圆二色谱分析、尺寸排阻色谱、代谢通量分析（使用¹³C和¹⁵N标记的代谢物）、患者来源胰腺癌类器官模型等。

iMQT_020是线粒体SLC1A5_var的变构抑制剂

研究人员通过交联实验和免疫共沉淀证实SLC1A5_var形成同源三聚体，并发现TM3结构域对维持三聚体结构至关重要。利用计算生物学方法预测的三聚体结构显示，F97、I104和L105等残基构成关键的相互作用界面。iMQT_020正是靶向这一界面，通过破坏三聚体组装来抑制SLC1A5_var功能。结合实验证实iMQT_020直接结合SLC1A5_var，解离常数（K_d）为4.473μM，并诱导蛋白构象变化。

线粒体SLC1A5_var抑制损害胰腺癌细胞的谷氨酰胺回补和氧化还原平衡

使用¹³C₅标记谷氨酰胺的代谢流分析显示，iMQT_020处理显著降低谷氨酰胺衍生的TCA循环代谢物（谷氨酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、富马酸、苹果酸、草酰乙酸、柠檬酸）和下游产物（谷胱甘肽、脯氨酸、棕榈酸）水平。这种代谢抑制导致活性氧（ROS）积累、ATP生成减少和谷胱甘肽耗竭，而补充二甲酰-α-酮戊二酸（DM-αKG）可逆转这些效应。

线粒体SLC1A5_var抑制重编程胰腺癌细胞的代谢重编程

iMQT_020处理显著降低癌细胞耗氧率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR），表明氧化磷酸化和糖酵解均受抑制。这种代谢重编程在SLC1A5_var过表达的细胞中尤为明显，且可被DM-αKG逆转。此外，iMQT_020还影响葡萄糖代谢，抑制磷酸戊糖途径，但增强己糖胺生物合成途径。

线粒体SLC1A5_var抑制导致体外癌细胞死亡

iMQT_020对表达高水平SLC1A5_var的癌细胞表现出显著选择性毒性，而对正常细胞影响较小。其抗癌机制涉及诱导细胞周期停滞、铁死亡和凋亡。联合使用铁死亡抑制剂（Fer-1）和凋亡抑制剂（Z-VAD-FMK）可协同挽救细胞活力。

线粒体SLC1A5_var抑制在体内抑制肿瘤生长

在多种癌症异种移植模型（胰腺癌、肺癌、结肠癌）中，iMQT_020治疗显著抑制肿瘤生长，且与抗PD-L1抗体联用表现出协同抗肿瘤效果。这种协同作用与肿瘤微环境中细胞毒性CD8⁺ T细胞浸润增加、免疫抑制性细胞减少相关。

线粒体SLC1A5_var抑制上调PD-L1

研究发现iMQT_020通过影响组蛋白修饰（增加PD-L1启动子区H3K4me3水平）表观遗传上调PD-L1表达，这为与免疫检查点抑制剂的联合治疗提供了理论依据。在动物模型中，iMQT_020与抗PD-L1抗体联用显著增强抗肿瘤免疫反应。

这项研究不仅首次开发出靶向线粒体谷氨酰胺转运蛋白的高选择性变构抑制剂，还深入揭示了其在癌症代谢重编程和免疫调节中的双重作用。iMQT_020通过诱导代谢危机和免疫微环境重塑，为克服当前癌症治疗中代谢靶向和免疫治疗的局限性提供了新策略。特别是在免疫治疗耐受的胰腺癌模型中展现出的显著疗效，为这类难治性肿瘤的治疗带来了新的希望。该研究标志着癌症代谢治疗领域的重要进展，为开发针对谷氨酰胺依赖性癌症的精准治疗策略奠定了坚实基础。