ARG1 异常羟基丁酰化修饰驱动精an酸代谢重编程，促进结直肠癌进展

Adv. Sci.｜ARG1 异常羟基丁酰化修饰驱动精an酸代谢重编程，促进结直肠癌进展

朋友们，今天要带大家探索一篇杂志《Advanced Science》

期刊全称：Advanced Science

期刊简称：Adv. Sci.

发表年份：2025

当期影响因子（IF）：14.1

JCR 分区：Q1

一、 研究背景

结直肠癌（colorectal cancer，CRC）为全Q第二大常见恶性肿瘤，癌症相关死亡率居第四位。手术联合化疗、放疗是当前主要治疗方式，但过去数十年间 CRC 患者的 5 年生存率未获得明显改善。

精A酸是细胞内代谢活跃度较高的氨基酸，既为蛋白质合成的底物，也是多胺、肌酸及一氧化氮的合成前体，并可通过激活 mTORC1 促进细胞生长。既往研究显示，CRC 中精A酸代谢通路明显活化：精A酸酶（ARG）、内皮型一氧化氮合酶（eNOS）、鸟A酸脱羧酶（ODC）等关键酶及精A酸转运体 CAT-1、SLC6A14 表达上调，胞内精A酸水平升高，为肿瘤细胞增殖提供代谢支持。其中精A酸酶 1（ARG1）在 CRC 组织中表达升高幅度最为显著，并与晚期分期、淋巴结转移及不良预后相关。

蛋白翻译后修饰是调节蛋白功能、稳定性与相互作用的重要生化机制。β-羟基丁酰化（Kbhb）是由 β-羟基丁酸（BHB）诱导的赖氨酸修饰，可直接调控代谢酶活性及上下游代谢产物水平。本课题组前期质谱分析提示 ARG1 可能存在 Kbhb 修饰，然而其在 CRC 中的功能及调控机制尚不明确。

基于上述背景，该篇文章旨在探究 ARG1 的 Kbhb 修饰在 CRC 精A酸代谢重编程中的作用，解析其是否存在不依赖催化活性的非经典功能，并评估 BHB 联合 ARG1 抑制剂在 CRC 治疗中的潜在转化价值。

二、 研究结果

1、 CRC 中精A酸水平升高且 ARG1 高表达，提示预后不良

研究人员通过代谢检测发现 CRC 组织中精A酸水平显著高于癌旁组织；整合 23 例患者单细胞测序数据（GSE132465）经 GSEA/GO 分析，检测到 ARG1 表达上调且精A酸代谢通路在癌细胞中富集；Western blot 与免疫组化检测到 ARG1 蛋白高表达，Kaplan-Meier 生存分析显示其高表达者 OS 缩短。上述结果提示，CRC 中精A酸代谢活跃，ARG1 是关键驱动因子且提示预后不良。

2、 ARG1 促进 CRC 细胞增殖、迁移和侵袭

研究人员通过 CCK-8、EdU 与克隆形成实验检测细胞增殖，Transwell 实验检测迁移与侵袭。结果表明，在 HCT116 和 RKO 细胞中敲低 ARG1，三项能力均下降；过表达 ARG1 则相反增强。研究结果说明，ARG1 在 CRC 中发挥癌基因作用。

3、 ARG1 的促癌功能不依赖其催化活性

研究人员通过精A酸酶活性检测确认抑制剂 ARG1-i1 有效降低了 ARG1 催化活性；随后用 CCK-8、EdU、克隆形成及 Transwell 检测细胞表型，发现抑制酶活性并未影响 CRC 细胞的增殖、迁移和侵袭能力。研究结果说明，ARG1 促癌不依赖其经典催化活性，提示存在非经典机制。

4、 CRC 中 ARG1 的 Kbhb 修饰水平低下，BHB 可诱导并抑制 CRC

研究人员通过 Western blot 检测四种赖氨酸酰化修饰，发现 CRC 组织中整体 Kbhb 水平显著低于癌旁，而乙酰化（Kac）、乳酸化（Kla）和 O-GlcNAc 仅轻微变化；免疫沉淀进一步检测到 ARG1 特异性 Kbhb 在 CRC 组织和细胞系中均降低。研究结果说明，ARG1 蛋白虽高表达，真正促癌的是其 Kbhb 修饰的缺失。通过 BHB 处理联合 LC-MS 质谱检测，鉴定 ARG1 为 Kbhb 修饰靶蛋白（氨基酸序列覆盖 41%）；免疫沉淀检测到 BHB 提升了 ARG1 Kbhb 水平且不改变蛋白总量；CCK-8、克隆形成、EdU 及 Transwell 检测显示 BHB 呈浓度依赖抑制增殖、迁移和侵袭。上述结果说明，BHB 可诱导 ARG1 Kbhb 并抑制 CRC 进展。

5、 P300 催化 ARG1 的 Kbhb 修饰，并促进 ARG1 与 SLC3A2 相互作用

研究人员通过外源、半内源及内源 Co-IP 检测到 ARG1 与 P300 存在相互作用；过表达 P300 检测到 ARG1 Kbhb 升高，而用 P300 抑制剂 A485 或 siRNA 敲降则使其降低，并逆转 BHB 对增殖的抑制效应。结论：P300 是催化 ARG1 Kbhb 修饰的"写入酶"。通过免疫沉淀联合 LC-MS 筛选互作蛋白，鉴定到 SLC3A2（CD98hc）；GST pull-down 检测到二者直接结合，免疫荧光显示共定位于细胞膜，Co-IP 检测到 BHB 显著增强该互作而不影响 SLC3A2 表达；分子对接与截断体实验定位 SLC3A2 胞内域及 ARG1 的 1-240aa 为结合关键区域。上述结果表明，ARG1 Kbhb 促进了其与 SLC3A2 的结合。

6、 ARG1 Kbhb 通过增强 SLC3A2 结合驱动精A酸代谢重编程

研究人员通过检测胞内外精A酸水平，发现 BHB 处理后胞内精A酸降低、胞外升高；用 A485 阻断 ARG1 Kbhb 则该效应逆转，而用 ARG1-i1 抑制催化活性则无影响。结果表明，ARG1 Kbhb 通过 SLC3A2 促进精A酸外排，此代谢重编程独立于催化活性。

7、 K313 是 ARG1 Kbhb 调控 SLC3A2 结合与精A酸代谢的关键位点

研究人员通过分子对接预测出 K39 与 K313 两个潜在位点，构建 K→R 突变体后经免疫沉淀检测，确认 K313 为真实的 Kbhb 位点（而非 K39）；Co-IP、精A酸水平检测与增殖实验显示，K313R 突变体丧失了 SLC3A2 结合增强、精A酸外排及增殖抑制效应，而 K39R 与野生型表现一致。结论：K313 是 ARG1 Kbhb 调控代谢与增殖的核心位点。

8、 BHB 联合 ARG1 抑制剂在体内协同抑制 CRC 肿瘤生长

最后研究人员通过裸鼠移植瘤实验，检测体重与主要脏器病理确认无明显毒性；肿瘤生长曲线、活体荧光成像与 Ki67 染色显示，BHB 或 ARG1-i1 单药均可抑瘤，联合给药显著优于单药；瘤组织 Co-IP 检测到 BHB 提升了 ARG1 Kbhb 及其与 SLC3A2 的结合。结论：同时靶向 ARG1 的催化活性与非酶代谢功能可实现协同抗肿瘤。

三、 研究结论

1、 研究创新价值：

该篇文章s次证明 ARG1 的 Kbhb 修饰具有不依赖其催化活性的非经典代谢调控作用，并据此将翻译后修饰、代谢重编程与肿瘤进展三个环节串联为一条完整机制链。ARG1-Kbhb/P300/SLC3A2 信号轴的发现，为 CRC 提供了新的靶点组合；BHB 与 ARG1 抑制剂联用可同时作用于 ARG1 的酶活性位点和非酶代谢功能，具备临床转化的可能。

2、 结论：

在 CRC 中，ARG1 表达上调而 Kbhb 修饰水平下降，两者共同造成精A酸代谢重编程和胞内精A酸蓄积，促进肿瘤进展。BHB 经 P300 催化，使 ARG1 在 K313 位点发生 Kbhb 修饰，增强 ARG1 与 SLC3A2 的相互作用，促进精A酸外排并降低胞内精A酸水平，该作用不依赖 ARG1 的催化活性，可抑制 CRC 增殖。BHB 联合 ARG1 抑制剂同时作用于 ARG1 的非酶代谢功能与经典酶活性，在动物模型中表现出协同抗肿瘤效果。