肝细胞癌（HCC）是全球范围内致死率居前的恶性肿瘤，现有免疫检查点阻断疗法的临床获益人群有限，肿瘤有氧糖酵解重编程是HCC的核心特征，其产生的大量乳酸可通过蛋白乳酰化修饰调控肿瘤进展与免疫微环境重塑，但目前介导非组蛋白乳酰化的酶功能仍有大量空白，乳酰化如何串联糖酵解信号与免疫逃逸的机制在HCC中尚未阐明。传统认知里丙氨酰-tRNA合成酶1（AARS1）仅参与蛋白质翻译的tRNA加载过程，近期才被鉴定为具有乳酰转移酶活性，但其在HCC中的作用完全未被探索。
调节性T细胞（Treg）是HCC肿瘤微环境中主导免疫抑制的核心细胞群，也是免疫治疗耐药的关键驱动因素，其中色氨酸-犬尿氨酸代谢轴是公认的促Treg分化、维持其抑制功能的重要通路，但该通路上游如何响应肿瘤糖酵解信号、是否存在代谢-免疫互作的正反馈环路仍不明确。本研究旨在解析AARS1在HCC进展与免疫逃逸中的调控作用及靶向治疗潜力。
该研究发现肝细胞癌中AARS1作为乳酸转移酶催化ATF6第424位赖氨酸发生乳酰化，稳定ATF6并转录激活TDO2，从而增强色氨酸代谢产生犬尿氨酸，促进调节性T细胞分化和免疫逃逸。同时，Treg来源的eNAMPT通过增强肿瘤糖酵解形成正反馈环路，而β-丙氨酸抑制AARS1可增敏PD-1/PD-L1免疫治疗。
一、多组学联合筛选锁定AARS1为HCC中连接糖酵解与免疫逃逸的关键枢纽
研究者整合了四个独立队列的bulk RNA-seq数据，根据KEGG糖酵解基因集进行ssGSEA（单样本基因集富集分析），将患者分为高糖酵解活性组与低糖酵解活性组，再取与肿瘤进展、免疫治疗应答差异相关的基因交集，最终筛出AARS1。随后利用四个公开的scRNA-seq（单细胞RNA测序）数据集证实AARS1主要在恶性细胞中高表达，而非其他候选基因。结合18F-FDG PET/CT 影像数据，发现AARS1表达水平与肿瘤SUVmax（最大标准化摄取值，反映糖酵解活性）呈显著正相关，且在80例HCC患者的组织芯片中验证了AARS1高表达与晚期分期、转移及较差总生存期之间的关联。
二、AARS1通过催化ATF6第424位赖氨酸乳酰化，竞争性抑制该位点泛素化，从而稳定ATF6蛋白
通过RNA-seq与GO/KEGG富集分析发现AARS1过表达显著上调内质网应激通路。进一步采用IP-MS（免疫沉淀联合质谱） 分别以抗AARS1抗体和抗泛乳酰化赖氨酸抗体捕获互作蛋白，并结合乳酸处理后的定量蛋白质组学，共同鉴定出ATF6为AARS1的直接结合底物。Co-IP（免疫共沉淀）和GST pull-down确认两者存在直接物理结合，且乳酸刺激能增强这一相互作用。通过定点突变和乳酰化位点特异性质谱分析，精确定位ATF6第424位赖氨酸（K424） 是AARS1催化的主要乳酰化位点。分子动力学模拟显示K424乳酰化增强了ATF6的结构稳定性。机制上，MG132（蛋白酶体抑制剂）而非氯喹（自噬抑制剂）能恢复AARS1敲低导致的ATF6下降，提示其为泛素-蛋白酶体依赖途径；进一步的泛素化实验证明K424乳酰化通过占据该位点阻止K48连接的多聚泛素链装配，从而抑制ATF6降解。
三、AARS1/ATF6轴转录激活TDO2，重塑色氨酸代谢产生犬尿氨酸，进而驱动Treg分化与免疫抑制功能
在DEN/CCl4诱导的原发性肝癌模型中，肝细胞特异性Aars1敲除小鼠的肿瘤负荷显著降低，同时瘤内Treg比例明显下降。scRNA-seq结合CyTOF分析证实Aars1缺失导致CD4+ T细胞向Treg方向的分化轨迹受阻，且Treg表面免疫检查点分子（Pdcd1、Ctla4等）表达下调，体外抑制功能减弱。非靶向代谢组学在Aars1/Atf6敲除与过表达的体内外样本中一致指向色氨酸代谢通路为唯一共享的下游代谢变化，其中关键代谢物L-犬尿氨酸浓度随AARS1/ATF6水平同步改变。CUT&Tag联合RNA-seq发现ATF6直接结合TDO2（色氨酸2,3-双加氧酶） 启动子区的特定顺式元件（HBS1，位于−633至−646 bp），荧光素酶报告基因和ChIP-qPCR进一步确认了这一转录调控关系。Tdo2敲除可逆转Aars1或Atf6过表达所致的肿瘤增大和Treg富集，表明TDO2是该轴的关键下游效应器。
四、Treg通过L-犬尿氨酸/AHR/NAMPT通路形成正反馈环路，增强肿瘤糖酵解并放大AARS1催化的乳酰化
CellChat分析显示Treg与AARS1高表达恶性细胞之间存在最强的VISFATIN信号通路，对应配体eNAMPT（细胞外烟酰胺磷酸核糖转移酶）与受体INSR（胰岛素受体）。对L-犬尿氨酸刺激后的Treg进行RNA-seq和CUT&Tag，鉴定出AHR（芳香烃受体） 直接结合NAMPT启动子并驱动其转录，促进eNAMPT分泌。在Foxp3-DTR（白喉毒素受体）小鼠的体内实验中，Treg耗竭后补充重组eNAMPT能部分恢复肿瘤生长，但这一效应在AARS1敲低的肿瘤中被消除，说明eNAMPT的功能依赖于AARS1的存在。体外酶活测定显示eNAMPT并不直接改变AARS1的乳酰转移酶催化活性或蛋白表达量，而是通过激活肿瘤细胞的糖酵解——表现为ECAR（细胞外酸化速率）升高、葡萄糖消耗和乳酸产量增加——提高细胞内乳酸可用度，从而剂量依赖性地增强AARS1对ATF6 K424的乳酰化效率（米氏常数Km=0.8060 mM）。
五、靶向AARS1的β-丙氨酸可与PD-1/PD-L1阻断协同增效，在多种模型中展现治疗前景
β-丙氨酸作为一种天然代谢中间产物，通过竞争性占据AARS1的乳酸结合口袋选择性抑制其乳酰转移酶活性，而不影响其经典的tRNA装载功能。在DEN/CCl4诱导的小鼠原位肝癌模型中，β-丙氨酸单独给药即可抑制肿瘤生长，与抗PD-1抗体联用时抑瘤效果进一步增强，同时瘤内Treg浸润减少。在依据AARS1表达高低分层构建的PDX（患者来源异种移植）和人源化免疫系统（HIS）小鼠模型中，β-丙氨酸在AARS1高表达肿瘤中展现出显著的抗肿瘤活性并与atezolizumab/bevacizumab（阿替利珠单抗/贝伐珠单抗）、nivolumab（纳武利尤单抗）以及pembrolizumab/lenvatinib（帕博利珠单抗/仑伐替尼）等方案协同增效，而在AARS1低表达肿瘤中效果有限。一项纳入20例接受免疫治疗的HCC患者的回顾性队列也证实，肿瘤AARS1低表达者治疗应答率显著优于高表达者。
https://doi.org/10.1016/j.cmet.2026.06.003
