2026-01-30 16:40:28, 麦特绘谱 麦特绘谱生物科技(上海)有限公司
溃疡性结肠炎(UC)是一种慢性特发性炎症性肠病(IBD),其特征是结肠粘膜弥漫性炎症,经常复发,导致生活质量下降以及结肠炎相关结直肠癌的风险增加。UC已成为一项全球性的健康挑战,给患者和医疗保健系统带来了沉重负担。由于UC的发展是由多种因素的复杂相互作用驱动的,其治疗仍然是一项重大挑战。
2025年7月30日,中国药科大学周伟等研究团队在期刊Nature Communications上发表了题为“Metabolomics and proteomics reveal blocking argininosuccinate synthetase 1 alleviates colitis in mice”的研究文章。本文采用非靶向代谢组在发现队列中确定健康对照和UC参与者之间的差异代谢特征以及富集通路,随后使用其他队列进行了靶向代谢组验证,并与来自结肠组织的蛋白质组学数据进行了交叉验证。最后,采用体内和体外实验来探索潜在机制。
01
技术路线图
02
研究结果
1. 建立人类溃疡性结肠炎(UC)多中心队列
在中国的三家医院建立了多中心UC 队列:(1)发现队列:131名UC患者和127名健康对照,(2)验证队列一:141名UC患者和136名健康对照,(3)验证队列二和三:30名UC患者和30名健康对照。以上队列的年龄和性别均匹配,发现队列采集血清、结肠粘膜组织和粪便,验证队列采集血清。
图1. 建立多中心人类UC队列
2.多组学数据显示UC患者的精氨酸和限速生物合成酶 (ASS1) 升高
非靶向代谢组学发现,与健康对照相比,发现队列的UC患者血清样本中mTOR信号通路显著富集。Pearson相关性分析表明,血清中精氨酸和亮氨酸(mTOR通路的组成部分)与Mayo评分(UC患者的严重程度)显著正相关。靶向代谢组学验证,三个验证队列中血清精氨酸水平均显著升高,与发现队列的结果一致。此外,发现队列中UC患者粪便样本中的精氨酸水平也升高。无标记定量蛋白质组学发现,与健康对照相比,UC患者的结肠组织中ASS1(精氨酸琥珀酸合成酶1)蛋白显著上调,这也通过蛋白质印迹,qRT-PCR和免疫组织化学进一步证实。
图2. 对照组和UC参与者之间不同的代谢谱
图3. 人类UC患者精氨酸和ASS1水平升高
3. 外源性精氨酸加剧了UC小鼠临床症状
与对照小鼠相比,UC小鼠显示出体重显著快速减轻,疾病活动指数(DAI)增加,结肠长度减少。靶向代谢组表明,UC小鼠血清和结肠组织中的精氨酸水平显著升高。组织病理学分析表明,UC小鼠中的炎症细胞浸润和粘膜损伤增加。ELISA检测表明,UC小鼠结肠组织中髓过氧化物酶(MPO)水平和促炎细胞因子(包括IL-6和IL-1β)显著升高。Western检测显示,UC小鼠结肠组织中磷酸化mTOR、STAT3和S6,以及ASS1和COX-2蛋白的表达增加。粪便16S rDNA测序分析,产生丁酸盐的clostridium和oscillibacter的丰度显著降低。以上临床症状在补充精氨酸的UC小鼠中更为明显。
图4. 外源性精氨酸加剧了UC小鼠临床症状
4.ASS1/精氨酸轴通过激活mTOR通路在UC的发展中起着至关重要的作用
在UC小鼠结肠组织中,ASS1过表达也会加剧了UC小鼠临床症状,而ASS1基因敲低以及使用ASS1抑制剂(α-甲基-dl-天冬氨酸,MDLA)则表现出相反的症状。体外实验:在人结肠粘膜上皮细胞系(NCM460 细胞)、原代肠上皮细胞以及人类的肠道类器官中,与MDLA预孵育或ASS1基因敲低提供了保护作用,减少了IL-6诱导的mTOR通路激活和IL-1β释放。
图5. 精氨酸合成的调控显著影响UC小鼠的临床症状
5.ASS1在IL-6刺激的结肠上皮细胞中的表观遗传激活
利用IL-6刺激NCM460细胞诱导UC,qRT-PCR检测发现IIL-6刺激上调了ASS1的mRNA水平。染色质免疫沉淀(ChIP)测定表明,IIL-6刺激导致ASS1启动子区发生的表观遗传变化(如乙酰化H3和三甲基化H3K4水平升高、二甲基化H3K9水平降低)。转录因子c-Myc(位于ASS1的启动子)敲低会阻止 IL-6 诱导的 ASS1 mRNA 表达,并且逆转了 IL-6 诱导的表观遗传激活。免疫共沉淀(Co-IP)发现,c-Myc可与p300(组蛋白乙酰转移酶)以及KDM3A(H3K9去甲基化酶)形成复合物,从而驱动了ASS1的转录激活。
图5. ASS1在暴露于IL-6的NCM460细胞中的表观遗传激活
6.筛选确定C-01是ASS1的抑制剂
通过虚拟筛选、分子动力学模拟和细胞实验验证,发现化合物C-01可有效抑制受IL-6刺激的NCM460 细胞的STAT3磷酸化。表面等离子体共振(SPR)表明,C-01可以直接有效地与ASS1结合。C-01治疗有效降低了结肠炎小鼠的DAI评分,减轻了结肠缩短,改善了结肠组织病理学,并降低了促炎细胞因子的水平。C-01处理抑制了DSS小鼠COX-2、P-mTOR、P-STAT3和P-S6的蛋白水平。此外,在C-01处理的小鼠中观察到结肠组织和血液中精氨酸水平的下调。药代动力学表明,具有良好药代动力学特征的C-01是UC治疗的潜在候选药物。
图6. 筛选确定C-01是ASS1的抑制剂
03
研究小结
本研究重新定义了精氨基琥珀酸合成酶ASS1/精氨酸在溃疡性结肠炎(UC)病理过程中的作用,以及精氨酸在溃疡性结肠炎发生发展中的双重性。表明ASS1/精氨酸轴通过激活mTOR通路在UC的发展中起着至关重要的作用。C-01对ASS1的治疗靶向可能是治疗UC的有价值的候选者,其临床转化有待进一步研究。
参考文献
Liu S, et al. Metabolomics and proteomics reveal blocking argininosuccinate synthetase 1 alleviates colitis in mice. Nat Commun. 2025
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