潰瘍性結腸炎（UC）是一種慢性特發性炎癥性腸?。↖BD）,其特征是結腸粘膜彌漫性炎癥，經常復發，導致生活質量下降以及結腸炎相關結直腸癌的風險增加。UC已成為一項全球性的健康挑戰，給患者和醫療保健系統帶來了沉重負擔。由于UC的發展是由多種因素的復雜相互作用驅動的，其治療仍然是一項重大挑戰。
2025年7月30日，中國藥科大學周偉等研究團隊在期刊Nature Communications上發表了題為“Metabolomics and proteomics reveal blocking argininosuccinate synthetase 1 alleviates colitis in mice”的研究文章。本文采用非靶向代謝組在發現隊列中確定健康對照和UC參與者之間的差異代謝特征以及富集通路，隨后使用其他隊列進行了靶向代謝組驗證，并與來自結腸組織的蛋白質組學數據進行了交叉驗證。最后，采用體內和體外實驗來探索潛在機制。
01、技術路線圖
02、研究結果
1. 建立人類潰瘍性結腸炎（UC）多中心隊列
在中國的三家醫院建立了多中心UC 隊列：（1）發現隊列：131名UC患者和127名健康對照，（2）驗證隊列一：141名UC患者和136名健康對照，（3）驗證隊列二和三：30名UC患者和30名健康對照。以上隊列的年齡和性別均匹配，發現隊列采集血清、結腸粘膜組織和糞便，驗證隊列采集血清。
圖1. 建立多中心人類UC隊列
2.多組學數據顯示UC患者的精氨酸和限速生物合成酶 （ASS1） 升高
非靶向代謝組學發現，與健康對照相比，發現隊列的UC患者血清樣本中mTOR信號通路顯著富集。Pearson相關性分析表明，血清中精氨酸和亮氨酸（mTOR通路的組成部分）與Mayo評分（UC患者的嚴重程度）顯著正相關。靶向代謝組學驗證，三個驗證隊列中血清精氨酸水平均顯著升高，與發現隊列的結果一致。此外，發現隊列中UC患者糞便樣本中的精氨酸水平也升高。無標記定量蛋白質組學發現，與健康對照相比，UC患者的結腸組織中ASS1（精氨酸琥珀酸合成酶1）蛋白顯著上調，這也通過蛋白質印跡，qRT-PCR和免疫組織化學進一步證實。
圖2. 對照組和UC參與者之間不同的代謝譜
圖3. 人類UC患者精氨酸和ASS1水平升高
3. 外源性精氨酸加劇了UC小鼠臨床癥狀
與對照小鼠相比，UC小鼠顯示出體重顯著快速減輕，疾病活動指數（DAI）增加，結腸長度減少。靶向代謝組表明，UC小鼠血清和結腸組織中的精氨酸水平顯著升高。組織病理學分析表明，UC小鼠中的炎癥細胞浸潤和粘膜損傷增加。ELISA檢測表明，UC小鼠結腸組織中髓過氧化物酶（MPO）水平和促炎細胞因子（包括IL-6和IL-1β）顯著升高。Western檢測顯示，UC小鼠結腸組織中磷酸化mTOR、STAT3和S6，以及ASS1和COX-2蛋白的表達增加。糞便16S rDNA測序分析，產生丁酸鹽的clostridium和oscillibacter的豐度顯著降低。以上臨床癥狀在補充精氨酸的UC小鼠中更為明顯。
圖4. 外源性精氨酸加劇了UC小鼠臨床癥狀
4.ASS1/精氨酸軸通過激活mTOR通路在UC的發展中起著至關重要的作用
在UC小鼠結腸組織中，ASS1過表達也會加劇了UC小鼠臨床癥狀，而ASS1基因敲低以及使用ASS1抑制劑（α-甲基-dl-天冬氨酸，MDLA）則表現出相反的癥狀。體外實驗：在人結腸粘膜上皮細胞系（NCM460 細胞）、原代腸上皮細胞以及人類的腸道類器官中，與MDLA預孵育或ASS1基因敲低提供了保護作用，減少了IL-6誘導的mTOR通路激活和IL-1β釋放。
圖5. 精氨酸合成的調控顯著影響UC小鼠的臨床癥狀
5.ASS1在IL-6刺激的結腸上皮細胞中的表觀遺傳激活
利用IL-6刺激NCM460細胞誘導UC，qRT-PCR檢測發現IIL-6刺激上調了ASS1的mRNA水平。染色質免疫沉淀（ChIP）測定表明，IIL-6刺激導致ASS1啟動子區發生的表觀遺傳變化（如乙?；疕3和三甲基化H3K4水平升高、二甲基化H3K9水平降低）。轉錄因子c-Myc（位于ASS1的啟動子）敲低會阻止 IL-6 誘導的 ASS1 mRNA 表達，并且逆轉了 IL-6 誘導的表觀遺傳激活。免疫共沉淀（Co-IP）發現，c-Myc可與p300（組蛋白乙酰轉移酶）以及KDM3A（H3K9去甲基化酶）形成復合物，從而驅動了ASS1的轉錄激活。
圖5. ASS1在暴露于IL-6的NCM460細胞中的表觀遺傳激活
6.篩選確定C-01是ASS1的抑制劑
通過虛擬篩選、分子動力學模擬和細胞實驗驗證，發現化合物C-01可有效抑制受IL-6刺激的NCM460 細胞的STAT3磷酸化。表面等離子體共振（SPR）表明，C-01可以直接有效地與ASS1結合。C-01治療有效降低了結腸炎小鼠的DAI評分，減輕了結腸縮短，改善了結腸組織病理學，并降低了促炎細胞因子的水平。C-01處理抑制了DSS小鼠COX-2、P-mTOR、P-STAT3和P-S6的蛋白水平。此外，在C-01處理的小鼠中觀察到結腸組織和血液中精氨酸水平的下調。藥代動力學表明，具有良好藥代動力學特征的C-01是UC治療的潛在候選藥物。
圖6. 篩選確定C-01是ASS1的抑制劑
03、研究小結
本研究重新定義了精氨基琥珀酸合成酶ASS1/精氨酸在潰瘍性結腸炎（UC）病理過程中的作用，以及精氨酸在潰瘍性結腸炎發生發展中的雙重性。表明ASS1/精氨酸軸通過激活mTOR通路在UC的發展中起著至關重要的作用。C-01對ASS1的治療靶向可能是治療UC的有價值的候選者，其臨床轉化有待進一步研究。
參考文獻
Liu S, et al. Metabolomics and proteomics reveal blocking argininosuccinate synthetase 1 alleviates colitis in mice. Nat Commun. 2025
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