EMBO丨尹玉新团队揭示中性氨基酸转运蛋白LAT4转运机制并发现其天然产物抑制剂Tubeimoside-1的抗肿瘤作用

蛋氨酸是人体必需氨基酸，参与蛋白质合成、谷胱甘肽生成及一碳代谢，其代谢产物S-腺苷甲硫氨酸（SAM）是DNA和组蛋白甲基化的重要甲基供体【1】。近年来，蛋氨酸限制（methionine restriction,MR）被认为是一种具有潜力的肿瘤代谢干预策略，可抑制肿瘤生长并增强抗肿瘤治疗效果【2, 3】。由于多种肿瘤细胞对外源蛋氨酸高度依赖，限制其摄取成为肿瘤治疗的新方向。

LAT4是由 SLC43A2 编码的L型中性氨基酸转运蛋白，可转运蛋氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸等中性氨基酸【4】。LAT4参与小肠蛋氨酸吸收和肾脏蛋氨酸重吸收，是维持全身蛋氨酸稳态的重要转运蛋白【5】。已有研究表明，肿瘤细胞可通过LAT4增强蛋氨酸摄取，并与T细胞竞争蛋氨酸，从而影响抗肿瘤免疫【6, 7】。然而，LAT4的底物识别和转运机制此前仍缺乏结构基础，也缺少高效抑制剂。

近日，香港中文大学（深圳）医学院、北京大学深圳医院、北京大学医学部基础医学院尹玉新课题组在The EMBO Journal发表题为Structures of the neutral amino acid transporter LAT4 provide insights into antitumor effects of its inhibitor tubeimoside-1的研究论文。该研究利用冷冻电镜解析了人源LAT4及同家族转运蛋白ENBT1的高分辨率结构，并结合分子动力学模拟、底物摄取实验、天然产物筛选和乳腺癌小鼠模型，揭示LAT4底物识别与构象转运机制，发现天然皂苷类化合物 Tubeimoside-1（TBM-1，土贝母苷甲）是一种高效LAT4抑制剂，可通过蛋氨酸限制抑制乳腺癌进展。

图1：结构指导发现LAT4抑制剂Tubeimoside-1及其抑制蛋氨酸转运机制。

该研究解析了LAT4的多种状态结构，LAT4具有典型的主要易化子超家族（MFS）折叠，由12个跨膜螺旋组成，分为N端和C端两个结构域。LAT4 apo结构呈向内开放构象，中央空腔从胞质侧开放，LAT4–苯丙氨酸复合物结构显示，苯丙氨酸结合于中央转运通道末端的底物结合口袋中。S100、Q335等残基可与底物形成氢键，Y187和H465参与稳定底物侧链，M159、F163、L166和I184形成的疏水环境有助于识别疏水性中性氨基酸。蛋氨酸与苯丙氨酸结合位点相似，其稳定结合依赖S100、Y187、H465、Q335和S489等关键残基。该研究解析了同属SLC43家族的ENBT1向外开放构象，并与LAT4向内开放构象比较，显示LAT4胞外和胞质处门控残基的氢键及疏水相互作用共同稳定LAT4不同构象状态，并调控底物转运。

研究发现digitonin可结合于LAT4中央空腔，其甾体骨架伸入底物转运通道，并与F163、L166、I180、I184和F481等残基形成疏水相互作用。该结合位点与底物识别口袋部分重叠，提示其可通过占据底物通路并限制跨膜螺旋重排来抑制LAT4功能。基于这一发现，研究筛选了多种天然皂苷类化合物，最终发现TBM-1对LAT4具有最强抑制作用。TBM-1在卵母细胞体系中抑制LAT4介导的蛋氨酸摄取，IC50约为 8.83 μM，比已知抑制剂BCH强约1000倍；在B16F10肿瘤细胞中，TBM-1同样显著降低蛋氨酸摄取。TBM-1处理MMTV-PyVT自发性乳腺癌小鼠模型显示，乳腺肿瘤体积和重量均显著下降，肿瘤细胞中蛋氨酸代谢、DNA甲基化、组蛋白甲基化和氧化应激抵抗相关基因表达下降，而凋亡相关通路增强。

综上，该研究揭示了LAT4识别和转运中性氨基酸的结构机制，并发现TBM-1可通过靶向LAT4诱导蛋氨酸限制，从而发挥抗肿瘤作用，为开发LAT4靶向药物提供了重要基础。

香港中文大学（深圳）医学院、北京大学深圳医院、北京大学医学部基础医学院尹玉新教授为本文通讯作者。香港中文大学（深圳）医学院助理教授丁典、北京大学医学部基础医学院博后吕祎硕、杨婧祎博士和博士研究生陈竑屹为本文共同第一作者。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s44318-026-00786-0

制版人： 十一

参考文献

1Mastrototaro, L., Sponder, G., Saremi, B. & Aschenbach, J. R. Gastrointestinal methionine shuttle: Priority handling of precious goods.IUBMB Life68, 924-934, doi:10.1002/iub.1571 (2016).

2Gao, X. et al. Dietary methionine influences therapy in mouse cancer models and alters human metabolism.Nature572, 397-401, doi:10.1038/s41586-019-1437-3 (2019).

3Wanders, D., Hobson, K. & Ji, X. Methionine Restriction and Cancer Biology.Nutrients12, doi:10.3390/nu12030684 (2020).

4Bodoy, S. et al. Identification of LAT4, a novel amino acid transporter with system L activity.J Biol Chem280, 12002-12011, doi:10.1074/jbc.M408638200 (2005).

5Guetg, A. et al. Essential amino acid transporter Lat4 (Slc43a2) is required for mouse development.J Physiol593, 1273-1289, doi:10.1113/jphysiol.2014.283960 (2015).

6Bian, Y. et al. Cancer SLC43A2 alters T cell methionine metabolism and histone methylation.Nature585, 277-282, doi:10.1038/s41586-020-2682-1 (2020).

7Pandit, M. et al. Methionine consumption by cancer cells drives a progressive upregulation of PD-1 expression in CD4 T cells.Nat Commun14, 2593, doi:10.1038/s41467-023-38316-9 (2023).

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