前言
2026年6月30日，南京医科大学附属第一医院吕凌教授、北京协和医院赵海涛教授、南京医科大学附属第一医院倪鸣教授、南京医科大学附属第一医院王皓教授作为共同通讯作者在Cell Metabolism (IF=37)上发表了题为“AARS1 promotes tumor progression and immune evasion via ATF6 lactylation-mediated tryptophan metabolism in hepatocellular carcinoma”的研究论文，揭示了AARS1作为乳酸感知蛋白通过乳酸化修饰激活内质网应激蛋白ATF6从而桥接乳酸代谢和色氨酸代谢，促进肝细胞癌（HCC）发生发展及免疫逃逸。
发表期刊：Cell Metabolism
影响因子：37
涉及的欧易生物服务产品：单细胞转录组测序
研究背景
肝细胞癌临床免疫治疗获益有限，肿瘤有氧糖酵解与乳酸修饰是其核心恶性特征，但二者联动调控免疫逃逸的分子机制尚不清晰；现有研究多聚焦组蛋白乳酸化，对非组蛋白乳酸转移酶及其下游通路缺乏系统的理解，同时肿瘤糖酵解如何诱导调节性T细胞（Treg）的累积、色氨酸代谢与乳酸化的关联尚未阐明，也缺少可用于增敏免疫治疗的代谢靶点。本研究针对上述空白，依托多组学、细胞/动物模型与临床样本，明确AARS1介导的ATF6乳酸化调控色氨酸代谢、建立肿瘤与Treg的代谢正反馈回路，阐明肝癌免疫抑制全新调控逻辑，不仅填补糖酵解-乳酸化-免疫轴的机制缺口，还证实β-丙氨酸可靶向AARS1提升免疫检查点抑制剂疗效，为肝癌预后标志物筛选、代谢联合免疫新方案开发提供坚实理论与实验支撑。
研究思路
研究结果
Result 1 AARS1在高糖酵解肝癌中高表达且提示不良预后
作者首先通过公共数据库的多组学数据进行交集分析（糖酵解评分、肿瘤vs癌旁、免疫治疗应答vs无应答）筛选连接糖酵解与乳酸化的关键基因，确定了五个关键基因（Fig1A–C）。单细胞及流式分选证实AARS1主要表达于恶性细胞（Fig1C–E），同时AARS1高表达与不良预后（Fig1F）、晚期分期及转移相关（Fig1O–Q）。18F-FDG、PET/CT显示高SUVmax肿瘤中AARS1表达升高（Fig1J–L）。空间转录组证实AARS1高表达于免疫治疗无应答肿瘤中（Fig1R–S）。这些结果表明AARS1在糖酵解活性高的HCC中上调，提示其可作为预后标志物及免疫耐药相关因子。
图1. 多组学分析肝癌患者样本发现AARS1是高糖酵解HCC中的关键调节因子，其表达与预后不良相关
Result 2 AARS1在体内外实验中均能促进HCC细胞的生长与侵袭能力
通过细胞、多种基因编辑小鼠肝癌模型继续探究AARS1对肿瘤生长及肿瘤免疫微环境的影响，发现AARS1敲低抑制，过表达则促进Huh7和Hep3B细胞的增殖、迁移和侵袭；皮下、原位及尾静脉转移模型均显示AARS1促进肿瘤生长和转移；肝细胞特异性Aars1敲除小鼠在DEN/CCl₄模型中肿瘤负荷减少、生存延长，而过表达则相反（Fig2A-F）；HTV诱导模型亦证实Aars1敲除抑制肿瘤发生（Fig2G-I），表明AARS1在HCC发生和发展中的促进作用。对Aars1fl/fl和Aars1Alb−/−小鼠肝癌分离出的CD45+免疫细胞进行单细胞转录组测序与CyTOF，结果显示Aars1敲除后Treg比例降低，而NK、CD4+T等细胞增加（Fig2J-L），Treg表达免疫检查点（Pdcd1, Ctla4等）和活化标志也下降（Fig2M）。体外共培养证实敲除Aars1的HCC细胞诱导的iTreg抑制功能减弱（Fig2P-S）。排除迁移、增殖和凋亡无差异后，scRNA-seq伪时间分析显示Aars1敲除小鼠中的Treg分化受阻（Fig2V-W）；共培养实验证实AARS1促进初始CD4+T向Treg分化（Fig2X-Y）。人标本scRNA-seq数据也显示AARS1高表达的肿瘤样本中Treg比例更高且分化更末端（Fig2Z-AB）。多色免疫荧光（mIF）显示，AARS1high HCC患者的CD4和FOXP3强度更高（图2AB）。这些结果表明，HCC细胞内在的AARS1促进Treg分化和功能，从而介导免疫逃逸。
图2. scRNA-seq和CyTOF分析表明，肝细胞特异性敲除AARS1抑制了肿瘤进展并减少了Treg分化
Result 3 AARS1直接结合并催化ATF6 K424位点乳酸化
为了探索AARS1驱动的Treg积累和Treg介导的糖酵解调节机制，利用转录组、 IP-MS、互作实验、位点突变等实验，鉴定AARS1下游非组蛋白乳酸化底物及修饰位点。RNA-seq和蛋白质组分析显示ATF6为AARS1调控的关键下游分子（Fig3A-F），Co-IP和GST pull-down证实AARS1直接结合ATF6，且乳酸增强结合（Fig3G-I），结构域分析显示AARS1 aa647-968与ATF6 aa369-670介导结合（Fig3J-K），IP-MS鉴定出K160、K349、K424、K585四个候选位点（Fig3M），点突变显示K424突变大幅降低乳酸化（Fig 3N-O）,同时K424也高度保守（Fig3P）。自制特异性抗体证实ATF6 K424乳酸化（ATF6K424lac）受AARS1调控（Fig 3Q-R），表明AARS1作为乳酸转移酶，特异性介导ATF6 K424乳酸化修饰。
图3.AARS1与ATF6结合，并介导其在K424位点的乳酸化修饰
Result 4 K424乳酸化竞争抑制ATF6泛素化以稳定蛋白
继续探究K424乳酸化对ATF6蛋白稳定性的影响，蛋白质组显示乳酸增加ATF6蛋白水平（Fig4A），分子动力学模拟表明K424乳酸化增强ATF6结构稳定性（Fig4B-C），AARS1敲低逆转乳酸诱导的ATF6上调，而过表达抑制ATF6降解（Fig4D-E），表明K424乳酸化通过抑制降解而稳定ATF6蛋白。进一步实验发现MG132（蛋白酶体抑制剂）可恢复AARS1敲低后的ATF6水平，而氯喹无效（Fig4F），AARS1敲低增加ATF6泛素化，过表达则减少，且特异抑制K48连接的多聚泛素化（Fig4G-J），K424突变显著降低ATF6泛素化（Fig4N）。各数据库均预测K424为靠前的泛素化位点（Fig4L-M），表明AARS1介导的ATF6 K424 乳酸化通过拮抗泛素修饰提升ATF6蛋白稳定性，从而介导肝癌恶性表型。
图4.K424位点的乳酸化通过竞争性拮抗K48连接的泛素化修饰，从而保护ATF6免于降解
Result 5 AARS1-ATF6轴转录激活 TDO2，上调色氨酸代谢产生犬尿氨酸
为确定AARS1/ATF6下游代谢通路及靶基因，作者假设AARS1/ATF6轴通过特定代谢物调节Treg分化和功能，代谢组学显示AARS1/ATF6调控色氨酸代谢，尤其L-犬尿氨酸（Fig5A-F），CUT&Tag和RNA-seq整合分析鉴定TDO2为ATF6的直接靶基因（Fig5M），ATF6结合于TDO2启动子的HBS1位点，并通过ChIP-qPCR进行了验证（Fig5P-R）。同时，TDO2表达受AARS1/ATF6调控（Fig5S）。肝细胞Tdo2敲除可抑制肿瘤及Treg，过表达则相反；并且Tdo2可挽救Aars1/Atf6缺失表型（Fig5S-W），这确立了TDO2作为AARS1/ATF6轴的下游关键效应子。人标本中AARS1、ATF6K424lac、TDO2与Treg比例正相关也强化了AARS1/ATF6K424lac/TDO2轴在HCC TME中的免疫调节作用（Fig5X）。
图5.AARS1和ATF6通过上调色氨酸代谢促进Treg分化和功能
Result 6 Treg分泌eNAMPT形成正向代谢反馈回路
进一步探究Treg对AARS1通路的反馈调节机制，CellChat分析显示Treg与 AARS1high恶性细胞间VISFATIN（eNAMPT-INSR）通讯最强（Fig6A）。L-犬尿氨酸刺激Treg后，RNA-seq和CUT&Tag鉴定NAMPT为AHR调控靶基因（Fig6B-E）。Foxp3-DTR小鼠中Treg耗竭抑制肿瘤，而eNAMPT补充可挽救，但AARS1敲除后挽救效应消失（Fig6F），表明L-犬尿氨酸通过AHR诱导Treg分泌eNAMPT，eNAMPT反馈增强AARS1驱动的肿瘤进展。但eNAMPT 不改变 AARS1 表达与酶活，仅提升细胞糖酵解、乳酸产量，进而增强 ATF6 K424 乳酸化（Fig6K–6M）；eNAMPT处理增加ATF6K424lac，且依赖AARS1（Fig6G-H）。体外酶活实验显示乳酸是AARS1乳酸化必需底物（Fig6Q-R），体内PET/CT则证实了eNAMPT可增加肿瘤SUVmax和乳酸水平，并增强ATF6乳酸化（Fig6N–6P），说明eNAMPT通过激活肿瘤糖酵解、增加乳酸供给，从而增强AARS1的乳酸转移酶活性，形成正反馈循环。
图6.Treg来源的eNAMPT通过增强糖酵解提高乳酸水平，进而促进AARS1介导的ATF6乳酸化
Result 7 靶向AARS1可增敏PD-1/PD-L1免疫治疗
为了评估靶向AARS1（尤其是乳酸结合域）联合免疫治疗的疗效，作者对4名有应答和3名无应答患者的术前肝活检样本进行了scRNA-seq，结果显示免疫治疗无应答患者肿瘤细胞中的AARS1、TDO2、Treg NAMPT 均显著升高（Fig7A-H）。β-丙氨酸（AARS1乳酸结合域抑制剂）在PDX和HIS模型中单独使用可抑制肿瘤生长，并与抗PD-1/PD-L1或T+A（阿替利珠+贝伐珠）协同增效（Fig7I-L），临床HCC患者活检显示AARS1表达与免疫治疗应答负相关（Fig7M-Q）。
研究结论
本研究厘清了肝癌糖酵解、乳酸化与免疫抑制间全新调控闭环，填补非组蛋白乳酸化介导肿瘤-免疫交互的机制空白，破解现有研究无法解释糖酵解驱动Treg累积、免疫治疗耐药的核心难题。理论层面，证实 AARS1 是衔接代谢重编程与免疫逃逸关键枢纽，完善乳酸作为信号分子的调控网络；临床层面，证实 AARS 可作为肝癌预后与免疫疗效预判标志物，证实 β-丙氨酸具备免疫增敏潜力，为肝癌代谢联合免疫新方案提供全新靶点与转化依据，也为其他实体瘤乳酸化相关免疫机制研究提供范式参考。
参考文献
Wang Y, Li F, Li J, Huang T, Huang T, Zhang N, Li Y, Xun Z, Zhu Z, Tan Q, Zhao X, Zou L, Piao M, Li C, Sun B, Ma J, Chen P, Gu J, Dai S, Wang H, Ni M, Zhao H, Lu L. AARS1 promotes tumor progression and immune evasion via ATF6 lactylation-mediated tryptophan metabolism in hepatocellular carcinoma. Cell Metab. 2026 Jun 30:S1550-4131(26)00229-9. doi: 10.1016/j.cmet.2026.06.003. Epub ahead of print. PMID: 42379172.