精氨酸是构成人体蛋白质的20种基本氨基酸之一。它既由人体自身合成，也存在于常见的高蛋白食物中。精氨酸水平低下与多种疾病有关，包括结肠癌。
洛克菲勒大学的研究团队此前发现，剥夺结肠癌细胞的精氨酸会导致其积累的突变数量增加。如今，他们又发现，缺乏精氨酸的饮食还会通过抑制MHC I类蛋白的产生来影响免疫系统。
有趣的是，他们还发现，通过饮食摄入适量的精氨酸可能有助于恢复MHC I类分子编码基因的表达。这项研究成果于7月30日发表在《Cell》杂志上。
第一作者、洛克菲勒大学的Qiushuang Wu博士表示：“我们的研究揭示了精氨酸缺乏如何干扰免疫系统，并表明增加精氨酸的摄入量可能有益。这或许意味着，精氨酸可与其他疗法联合使用，以治疗癌症和病毒感染。”
通讯作者、洛克菲勒大学的Sohail Tavazoie教授建议：“精氨酸补充疗法可在接受免疫治疗的患者或接触病毒的高危人群上进行测试。考虑到精氨酸价格低廉且易于获取，我们希望相关治疗和预防研究能尽快开展。”
氨基酸是蛋白质的基本组成单位，但它们本身也有自己的组成单位，即密码子。精氨酸对应的mRNA密码子为CGU、CGC、CGA、CGG、AGA和AGG。
在这项研究中，研究人员探究了由饮食或疾病引起的精氨酸水平变化，是否会改变多种疾病模型中的基因表达，这些模型包括结肠癌以及流感病毒和新冠病毒感染。
“让人印象最深刻的是，在这些疾病中，精氨酸都是消耗最严重的氨基酸，” Wu博士说。
通过细胞培养实验，研究人员追踪了哪些基因受到精氨酸水平降低的影响。他们发现有414种蛋白质的数量异常减少，其中大多数由与精氨酸已知功能相关的基因编码。
更令人惊讶的是，精氨酸缺乏阻碍了编码MHC I类蛋白的三个HLA基因的表达。MHC-1存在于全身细胞表面，负责将外来蛋白呈递给T细胞，而T细胞进而向其他免疫细胞发出信号以发动防御反应。
研究人员发现，精氨酸限制会抑制特定的精氨酸tRNA，从而直接抑制MHC I类分子的翻译以及抗原呈递。精氨酸对MHC I类分子的调控依赖于密码子使用频率，因为同义密码子突变可阻止MHC I类分子的调节。
“这些发现令人振奋，因为它们揭示了摄入特定氨基酸可通过增加富含该氨基酸的蛋白质产量，直接调节生物体内的基因表达，” Tavazoie谈道。“我们认为，这种基因表达的选择性翻译调节，很可能也适用于其他蛋白质和氨基酸。”
研究人员利用小鼠模型测试了不同水平的膳食精氨酸的影响。饮食中精氨酸含量较低的小鼠结肠癌肿瘤数量更多，而摄入量较高的小鼠肿瘤数量则较少。
随后，他们利用流感和SARS-CoV-2小鼠模型重复了这些饮食实验。这一规律依然成立，同时也揭示了一个出人意料的结果。
摄入富含精氨酸饮食的小鼠在病毒感染时的症状较轻，不仅如此，在流感病毒感染后给小鼠补充精氨酸也能改善其预后。
“这相当令人惊讶。从我们的遗传学模型中，我们知道调节精氨酸水平对基因表达有显著影响，但没想到饮食干预也会产生同等程度的影响，” Wu博士说。
“这项研究成果阐明了不良饮食和衰老（精氨酸水平下降）如何共同形成引发结肠癌的‘完美风暴’。同样，与年龄相关的精氨酸流失也可能导致呼吸道病毒引发的死亡率更高，”Tavazoie表示。
“我们还在研究调整其他氨基酸的摄入量是否能在其他疾病背景下产生有益的效果。毫无疑问，未来还会有更多发现。”
