全 文 ：生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
第 20卷 第 2期
2008年 4月
Vol. 20, No. 2
Apr., 2008
氨基酸转运载体 LAT1研究进展
吴 信1,2，褚武英1，石常友1，耿梅梅1，印遇龙1*
(1中国科学院亚热带农业生态研究所，长沙 410125；2 中国科学院研究生院，北京 100049)
摘　要： 哺乳动物氨基酸的跨膜运输由多种氨基酸转运载体蛋白介导，其中 L型氨基酸转运载体 1
(LAT1)属于 L系统，主要转运大分子支链氨基酸和芳香族中性氨基酸。研究表明，LAT1广泛存在于
哺乳动物肝脏、骨髓、大脑、胎盘、心脏和睾丸组织中，LA T1 在恶性肿瘤中大量表达，对其不断
的增殖起着重要的作用。目前国内对氨基酸转运载体 LAT1的研究仍是空白，鉴于 LAT1的研究在医
学、营养等生命科学领域的研究意义，本文就氨基酸转运载体蛋白 LAT1的表达、调节及其相关研究
进展作一综述。
关键词：氨基酸转运载体；L 型氨基酸转运载体 1；癌细胞
中图分类号：Q279; Q730.231.3 　　文献标识码： A
Progress on L-type amino acid transporter-1
WU Xin1,2, CHU Wu-ying1, SHI Chang-you1, GENG Mei-mei1, YIN Yu-long1*
(1Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, China; 2 Graduate School of
Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Abstract: Amino acid transport in mammals is mediated by many kinds of amino acid transporters. L-type amino
acid transporter-1 (LAT1) is a member of the sodium-independent amino acid transport system L and transports
large branched-chain and aromatic neutral amino acids. LAT1 is normally expressed in fetal liver, bone marrow,
brain, placenta, and testes. LAT1 has also been reported to be highly expressed in cultured cells and malignant
tumors, and is important in allowing continuous growth. To date, little research is reported about LAT1 in our
country. Due to the importance of LAT1 in physics and nutrition science, this paper reviews its expression,
regulation, and research progress.
Key words: amino acid transporters; L-type amino acid transporter-1; cancer cells
文章编号 ：1004-0374(2008)02-0253-05
氨基酸是构成蛋白质的基本元件，同时参与细
胞内许多重要的代谢途径。氨基酸的转运异常会导
致严重的氨基酸吸收和代谢障碍性疾病，而且氨基
酸的转运也具有重要的病理学意义。近些年来，众
多研究发现，哺乳动物氨基酸的跨膜运输由多种氨
基酸转运载体蛋白介导，转运氨基酸的载体蛋白称
为氨基酸转运载体。自从1990年利用分子生物技术
首次克隆到氨基酸转运载体蛋白阳离子氨基酸转运
载体(cationic amino acid transporters, CAT家族，
SLC7A 1-4)后，迄今已经分离了二十多种哺乳动物
氨基酸转运载体蛋白。在这些载体中，L型氨基酸
转运载体 1(LAT1)是Na＋非依赖型的，主要转运大
分子中性氨基酸[1]。LAT1在大脑、肝脏、骨髓等
组织和癌细胞中大量表达[2]。研究表明，LAT1对
恶性肿瘤的不断增殖起着重要的作用[1,3]。目前在国
内对氨基酸转运载体 LAT1的研究仍是空白，鉴于
收稿日期：2007-08-16；修回日期：2007-12-05
基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目
(Kscx2-Yw-N-022，Kscx2-Yw-N-051) ；国家“973”
项目( 2 0 0 4 C B 1 1 7 5 0 2 ) ；国家自然科学基金项目
(30771558，30528006) ；中国科学院研究生科学与社
会实践资助专项(创新研究类)
*通讯作者：E-mail: yinyulong@isa.ac.cn
254 生命科学 第20卷
LAT1的研究将对今后医学、营养等生命科学研究
具有重要的意义，本文就氨基酸转运载体蛋白
LAT1的表达、调节及其相关研究进展作一分析与
综述。
1　LAT及其分类和作用
1998年，首次证明L系统由糖蛋白轻链与重链
(4F2)聚合形成，即氨基酸转运载体 LAT(L-type
amino acid transporter, LAT)家族[4]。L系统对底物
的选择多样化，主要转运支链氨基酸和芳香族氨基
酸、中性氨基酸和一些必需氨基酸[5]。
LAT家族包括 LAT1、LAT2、LAT3和最近发
现的LAT4 [6]，其中LAT1的功能和性质研究较多(表
1)。人类LAT1(SLC7A5)是一个由 507个氨基酸组成
的相对分子质量大约为55 000的膜蛋白，由SLC7A5
基因编码，有 12个跨膜单元，其基因定位于人的
16号染色体[4,7]。LAT1对含有支链和苯环侧链大分
子支链氨基酸的亲和力较强，例如亮氨酸、异亮氨
酸、缬氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、组氨酸和蛋氨
酸等等[4 ,8 ]。
2　LAT1的表达
LAT1是非糖基化的膜蛋白质，但是其功能的
表达需要一种 II型糖基化的膜蛋白—— 4F2hc(亦被
认为是 CD98hc)重链的结合(图 1)，只有在与 4F2hc
结合的时候，LAT1才具有转运活性[4,5,9,10]。在 Xe-
nopus 卵细胞中表达的人类LAT1蛋白可广泛转运大
分子支链氨基酸，表明其应属于 L家族[5]。
应用Western blot检测和免疫荧光细胞染色分析
技术已经证实 LAT1广泛存在于哺乳动物肝脏、骨
髓、空肠、脾脏、心脏和肌肉组织中。人类的
L A T 1 蛋白在乳腺、小肠、肝脏、胰腺、骨髓、
气管、肺脏、胎盘、睾丸以及脑和心脏组织中均
有表达，但是其表达水平根据组织部位及细胞类型
的不同而不同。在各种增生组织、肿瘤细胞系以及
主要人类肿瘤中表达量高；除了大脑、睾丸、视网
膜和胎盘外，在成人的组织中极少被检测到[2,11,12]，
但是应用Northern blot技术证实 LAT1的mRNA仅
仅在有限的组织中表达，例如脑、脾脏、胎盘和
睾丸等等[1,4]。LAT1在各自组织、细胞中的存在可
能与吸收和重吸收氨基酸的功能有关。
表1 氨基酸转运载体LAT1的重要特性
蛋白名称 基因名称 表达此蛋白的组织 人类染色体 氨基酸底物 功能
肾脏、脑、脾脏、肝脏、LAT1 SLC7A5
小肠、胎盘、白细胞、肺、
16q24.3
骨骼肌、和心血管组织细胞等
图1　细胞膜表面LAT1与4F2hc示意图
3 LAT1活性的调节
LAT1转运能力的调节不依赖于Na+或 Cl-，其
特异性抑制物为 2- 氨基二环( 2 , 2 )庚二羧酸(2 -
aminobicyclo-(2,2,1)-heptane-2-carboxylic acid，
BCH)[1,4]。一些抗肿瘤的药物亦可以抑制LAT1转运
活性[1,5,13]。在 Xenopus 卵细胞中研究发现，只有在
4F2hc存在时 LAT1才在细胞膜表面表达[5,8,14]。因
此，理论上来说，通过调节 4F2hc或者 LAT-1以
及转运底物均可以影响 LAT1转运能力，而且在鼠
纤维细胞系中，L系统的转运活性的提高确实需要
LAT1和4F2hc两者的共同表达，但在肝实质细胞系
中仅仅过量表达LAT1就可以显著提高其L系统的转
运活性 [ 3 ]。
此外，一些研究也表明，游离氨基酸也可以
调节 LAT1的转运活性。精氨酸提高了 LAT1转录
活性，而对4F2hc影响不显著，而谷氨酸则对LAT1
没影响[15,16]。而精氨酸却不是 LAT1底物，这表明
氨基酸之间及其转运载体之间的相互作用比较复
杂。因此，LAT1转运活性的调节比较复杂，迄今
为止还没有定论。
4　LAT1在生命科学中的研究进展
4.1　LAT1与癌细胞　T细胞是人体免疫系统的重要
角色，T细胞能合成和释放一些细胞因子，细胞因
子与靶细胞膜上的受体结合后，具有破坏肿瘤细胞
的作用，而在 T细胞激活过程中，LAT1和 4F2hc
H, M, L, I, V,
F, Y, W, Q
转运大分子
支链氨基酸
255第2期 吴 信，等：氨基酸转运载体 LAT1 研究进展
的聚合物大量表达[17]。同时 LAT1在肿瘤细胞中大
量表达，可能是其提供给这些细胞快速增殖所需要
的必需氨基酸[1]。因此，LAT1的高表达可能是导
致肿瘤细胞快速生长的原因之一[3]。本实验室初步
研究亦发现，食道癌细胞中的 LAT1表达量显著高
于一般组织样品。
肿瘤发生对于氧气和营养有严格要求，肺非典
型的瘤和肺癌细胞中代谢活动的上调和细胞的增殖
与 LAT1表达量升高有关[18]。研究表明，特异性抑
制肿瘤细胞中的LAT1活性而使其缺乏必需氨基酸，
可以抑制肿瘤细胞的生长，而不影响正常细胞的生
长和增殖，因为在正常细胞中LAT2可以替代LAT1
转运一定的必需氨基酸[19,20]。
在 Xenopus 卵母细胞表达系统中，100µmol/L
左旋溶肉瘤素(抗肿瘤药)可以抑制50％由LAT1转
运的 1 4 C 标记的苯丙氨酸 [ 2 1 ]。研究发现，用 5
mmol/L BCH处理食道癌细胞，降低了其对 5µmol/
L左旋溶肉瘤素的敏感性，总细胞数和活细胞与死
细胞之比显著高于对照组[13]。在左旋溶肉瘤素处理
的食管鳞状上皮细胞和食管腺癌细胞系中，随着左
旋溶肉瘤素从 5µmol/L增加到 25µmol/L，LAT1表
达变化较大，活细胞与死细胞之比也显著降低[13]。
通过抑制肿瘤细胞中的 LAT1活性，进而阻断
氨基酸的转运，从而抑制癌细胞的快速生长和增
殖，这将是一个合理的抗癌新途径[20,22-25]。
4.2　LAT1与药物设计　目前心脑血管病、与肾脏
相关的代谢病等已成为危害人类的身体健康和生命
的主要疾病。最近世界卫生组织的一份统计调查表
明脑血管病中，仅是青年人的发病率就达到(4 8
－ 240)/10万。但是，由于脑毛细血管内皮细胞组
成的血脑屏障(blood brain barrier，BBB)，故限制
了许多有效的生物活性肽、蛋白及药物进入脑组织。
由于LAT1在大脑[12,26,27]、视网膜[11,28]和肾脏[29,30]
等有血管屏障的特殊部位和神经系统相关的部位大
量表达，如中枢神经系统中的毛细血管中、下丘脑
等等，其在转运和维持大分子氨基酸和神经传递素
中起着重要作用[12, 26, 27]。因此，设计蛋白及肽类大
分子药物经LAT1载体跨膜转运的途径为通过BBB、
血 -视网膜和血 -睾屏障提供了一条有效的途径[12,31]。
此外，LAT1在胎盘中的大量表达，这与胎儿
的营养需求和发育相关，特别是重要氨基酸(如丝
氨酸) [ 32 ]、激素(如甲状腺激素) [ 33 ]的转运依赖于
LAT1。
4.3　LAT1与蛋白质的合成　大分子的支链氨基酸、
中性氨基酸和一些必需氨基酸主要通过LAT1转运，
而这些支链氨基酸(特别是亮氨酸和异亮氨酸)和必需
氨基酸对蛋白质的合成有促进作用，支链氨基酸
(亮氨酸、异亮氨酸与缬氨酸)作为人体必需氨基
酸，不仅是合成机体蛋白质的原料，而且具有特殊
生理、生物学功能。同时哺乳动物雷帕霉素蛋白激
酶靶位点( mTO R )信号化对亮氨酸更加敏感。在
Xenopus卵母细胞中利用氨基酸显微注射系统和L转
运载体过量表达技术的结合系统，L转运载体通过
mTOR路径的活化作用被上调表达，增加了必需氨
基酸供应以维持细胞生长，这也利于细胞增长的调
控[34]。我们已经证明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[35]。因此，LAT1
的表达可影响机体组织蛋白质的合成。
本实验室研究还表明，膳食中不同的蛋白质水
平影响 LAT1的表达。我们应用RT-PCR和Western
Blot方法测定了以高、中、低蛋白质水平以及添加
精氨酸饲料喂养的猪的大脑和肾脏中的LAT1表达情
况及其活性，发现精氨酸提高了这些组织中 LAT1
总RNA和蛋白质的表达量，这提示蛋白质可能会影
响动物体内相关基因的表达，表明饮食成分可能存
在着某种调控体内重要器官蛋白质合成的机制，进
而影响机体的生长发育。细胞的生长和增殖伴随着
蛋白质的合成，因此，在该过程中，LAT1表达与
活性可能对其营养的代谢和支持有一定的影响[30,36]，
这需要进一步研究。
5　研究展望
目前，已经有实验通过RNA干扰研究LAT1的
功能[37,38]，进一步通过定点突变，放射性氨基酸标
记及细胞转染等技术来确定LAT1蛋白在氨基酸转运
过程中的作用及结构，从而从根本上了解 LAT1蛋
白转运氨基酸的机理将具有重要的意义；通过体外
研究氨基酸转运载体的转运动能和动力学的方法对
LAT1转运氨基酸的抑制剂及其底物的必需结构进行
研究，设计和开发能被机体组织高效转运的新型药
物是未来氨基酸营养研究热点之一；某些细胞中
LAT1介导的氨基酸转运对于蛋白质的合成和细胞的
生长增殖等非常重要，有必要对LAT蛋白活性调节
因子进行深入研究；细胞水平上对癌变细胞和正常
细胞定量分析 LAT1的变化也将具有极大的意义。
[参　考　文　献]
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肠道菌群与人体健康关系研究获重要进展
来自上海交通大学系统生物医学研究院、浙江大学第一附属医院、英国帝国理工大学、国家人类基
因组南方研究中心和中科院武汉物理与数学研究所5个科研和医疗机构的科学家组成多学科交叉研究团队，
经过近 3年的联合攻关，在肠道菌群与人体健康关系的研究中取得了重要进展。
研究人员对一个四世同堂的中国家庭 7位成员的肠道微生物组成和人体代谢特征进行了详细分析，鉴
定出肠道内参与了人体代谢过程的一些重要的细菌。其研究成果日前发表在美国《国家科学院院刊》
(PNAS)上。
生活在人体肠道内数以万计的细菌被统称为肠道菌群，它们和人体有着密不可分的互利共生关系。肠
道菌群的组成影响着每个人的健康。经研究发现，肠道菌群结构紊乱与许多诸如糖尿病、肥胖症等疾病
有关。不同的人具有不同的肠道菌群组成结构，饮食、药物以及环境因素可以影响个体肠道菌群的组成。
因此，科学家们认为可以通过发明一些以肠道细菌为靶点的药物，纠正紊乱的菌群结构从而达到治疗各种
疾病的目的。
肠道菌群能够参与机体内很多代谢过程，但是在数以万计的细菌中究竟是哪些在发挥重要作用，并且
具体影响哪些代谢通路，人们对此了解得还不够深入。之所以有这样的认识局限，是因为在一个活的人
体内观察人体与菌群之间细微的相互作用十分困难。一方面，肠道菌群不仅数量巨大、种类繁多，而且
其中的绝大部分都尚未被人类培养；另一方面，对于反映人体代谢变化的尿液中大量代谢物的定量检测也
是一个技术难题。近年来，从基因组到代谢组技术的发展，为解决上述难题提供了新的手段。
该项目的研究人员利用细菌DNA指纹图谱和基因组标记测序等基因组技术，全面深入地刻画了这7位
中国成员肠道菌群的组成结构，发现他们尽管属于同一个家庭，遗传背景彼此相关、生活环境相似，但
每一个个体仍然具有特有的肠道菌群结构特征。研究还发现，中国人的肠道菌群结构在种的水平和以往报
道的美国人有明显差异，这也提示人们在比较两个国家各种疾病发生的风险时，除了考虑遗传差异，还
必须考虑肠道菌群的差异。
同时，研究人员利用基于核磁共振的代谢组技术分析志愿者尿液中代谢物的组成，用以反映人体的整
体代谢状况。通过比较志愿者肠道菌群组成变化与他们的代谢特性变化的关系，初步发现了肠道内某些特
定细菌与人体尿液中的某些代谢物呈显著的相关关系，提示这些肠道细菌对人体健康特别重要。例如，研
究者发现人体肠道内共有的一种属于厚壁菌门(Firmicutes)梭菌科(Clostridiaceae)的“友好”细菌，与 8种
人体的代谢物质有统计相关性；提示这种细菌在参与宿主多种代谢过程中有着很重要的作用。
这种将微生物基因组技术与代谢组技术相结合，通过分析人体的代谢谱来解析肠道菌群组成和功能的
新的研究体系，能够更准确地刻画出细菌与宿主代谢之间互作关系的蓝图，使人们有可能利用这些代谢信
息确定一个人肠道微生物的组成和功能；这项新的研究成果，向将来充分认识不同的肠道细菌如何影响机
体代谢过程，譬如如何将食物转化成能量、如何维持细胞存活等问题迈进了一大步。反之，也可以利用
肠道菌群结构的分子标记，诊断人类代谢是否正常或偏差的程度，进而以这些特定的肠道细菌为靶点，通
过改变它们与宿主之间的相互作用来开发治疗疾病的新方法。
摘自 http://www.cas.ac.cn
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