精氨酸是一种氨基酸，支持全身许多重要功能。它帮助细胞构建可执行广泛生物过程的蛋白质。身体自然产生精氨酸，人们也通过许多富含蛋白质的食物获得它。异常低的精氨酸水平与几种疾病相关，包括结肠癌。索哈尔·塔瓦兹（Sohail Tavazoie）主导着洛克菲勒大学伊丽莎白和文森特·梅耶癌症生物学系统实验室，研究了这种联系多年。在2023年，他的团队报告称，剥夺结肠癌细胞的精氨酸会导致它们积累更多的突变。他们的最新研究表明，精氨酸缺乏也可能削弱免疫系统。当精氨酸稀缺时，细胞在生产MHC-1（一种帮助免疫系统警觉突变细胞和入侵病毒的蛋白质）方面困难重重。精氨酸可能恢复关键免疫信号，研究人员还发现，适量的精氨酸，大约等于几片非处方药的量，可能恢复参与MHC-1生产的基因表达。这些发现发表在《Cell》上。“我们的工作揭示了精氨酸缺乏如何干扰免疫系统，并且建议增加精氨酸摄入可能是有益的，”第一作者、实验室的博士后吴秋爽说。“也许这意味着它可以与其他疗法结合使用来治疗癌症和病毒感染。”塔瓦兹建议：“精氨酸补充剂可以很容易地在接受免疫治疗的患者中进行测试，或提供给暴露于病毒病原体的高风险人群。” “考虑到精氨酸便宜且易于获取，我们希望能够尽快开展治疗和预防研究。”密码子如何引导蛋白质生产氨基酸通常被描述为蛋白质的构建模块。它们的生产是由密码子指导的，密码子是一组三个DNA碱基，提供细胞制造单一氨基酸的指令。有六种不同的密码子编码精氨酸，突显了它在蛋白质生产中的广泛重要性。科学家们已经知道氨基酸的可用性变化会影响细胞代谢和信号传递。关于这些变化是否可以直接影响基因表达的理解则少得多。在新的研究中，吴检查了饮食或疾病引起的精氨酸水平变化是否会改变基因表达。这项工作部分得到了洛克菲勒大学斯塔夫罗斯·尼阿赫罗斯基金会（SNF）全球传染病研究所和韦尔癌症东中心的支持。研究人员研究了几种疾病模型，包括结肠癌、流感和SARS-CoV-2。这些状况以前都与不同氨基酸的不寻常水平有关。“出现的最戏剧性的模式之一是，精氨酸在所有这些疾病中都是最缺乏的氨基酸，”她说。低精氨酸干扰免疫识别吴使用细胞培养来识别受下降的精氨酸水平影响的基因和蛋白质。她发现414种蛋白质的水平异常低。大多数是由与精氨酸的既定分子功能相关的基因生产的。一个更意外的结果涉及三种负责生产MHC-1（主要组织相容性复合体I类）蛋白的HLA基因。MHC-1蛋白出现在全身的细胞表面。它们向T细胞展示外来或异常的蛋白质，然后招募其他免疫细胞以应对威胁。MHC-1包含许多必须在生产过程中加入精氨酸的位点，因此研究人员怀疑，精氨酸稀缺干扰了该过程。进一步的实验揭示了生产中断的确切位置。当细胞被剥夺精氨酸时，负责组装蛋白质的细胞机器——核糖体，在尝试生产MHC-1时停滞不前。没有足够的精氨酸，它们无法完成蛋白质。因此，细胞显示出更少的信号，无法警告T细胞到与癌症相关或病毒蛋白。这使得潜在的危险细胞更容易逃脱免疫检测。“这些发现令人兴奋，因为它们揭示了特定氨基酸的消费可以通过增加富含该氨基酸的蛋白质的生产直接调节生物体的基因表达，”塔瓦兹说。“我们相信，通过饮食干预在基因表达中选择性地调节翻译，可能会扩展到许多其他蛋白质和氨基酸。”小鼠中较少的结肠肿瘤吴接着测试了不同数量的膳食精氨酸对小鼠的影响。食用低精氨酸饮食的动物发展出更多的结肠癌肿瘤。摄入更多精氨酸的小鼠则发展出更少的结肠肿瘤。与查尔斯·赖斯（Charles Rice）的病毒学与传染病实验室的研究助理教授海因茨·海因里希·霍夫曼合作，吴重复了营养研究，使用小鼠模型进行验证。