Ученые выяснили, как аргинин помогает иммунитету бороться с раком и вирусами

Аргинин — аминокислота, содержащаяся в богатых белком продуктах и вырабатываемая организмом, может играть неожиданно важную роль в помощи иммунной системе распознавать рак и вирусные инфекции. Credit: Shutterstock

Аргинин — это аминокислота, поддерживающая множество жизненно важных функций организма. Она помогает клеткам создавать белки, выполняющие широкий спектр биологических процессов. Организм вырабатывает аргинин естественным образом, а также люди получают его из многих продуктов, богатых белком. Аномально низкий уровень аргинина связывают с рядом заболеваний, включая рак толстой кишки.

Сохаил Тавазои, возглавляющий лабораторию системной биологии рака Элизабет и Винсента Мейеров в Рокфеллеровском университете, годами изучал эту связь. В 2023 году его команда сообщила, что лишение клеток рака толстой кишки аргинина приводило к накоплению у них большего количества мутаций.

Их последнее исследование показывает, что дефицит аргинина может также ослаблять иммунную систему. Когда аргинина не хватает, клетки с трудом производят MHC-1 — белок, который помогает иммунной системе предупреждать об угрозах, таких как мутировавшие клетки и вторгающиеся вирусы.

Аргинин может восстановить ключевой иммунный сигнал

Исследователи также обнаружили, что умеренное количество аргинина, примерно эквивалентное количеству в паре безрецептурных таблеток, потенциально может восстановить экспрессию генов, участвующих в производстве MHC-1. Результаты были опубликованы в журнале Cell.

«Наша работа показывает, как недостаток аргинина нарушает работу иммунной системы, и предполагает, что увеличение потребления аргинина может оказаться полезным, — говорит первый автор Цюшуан У, постдок лаборатории. — Возможно, это означает, что его можно использовать в сочетании с другими методами лечения для борьбы как с раком, так и с вирусными инфекциями».

«Добавки аргинина можно легко протестировать на пациентах, получающих иммунотерапию, или давать группам высокого риска, подвергшимся воздействию вирусных патогенов, — предполагает Тавазои. — Учитывая, что аргинин недорог и легкодоступен, мы надеемся, что терапевтические и профилактические исследования могут быть начаты в ближайшее время».

Как кодоны направляют производство белков

Аминокислоты часто описывают как строительные блоки белков. Их производство направляется кодонами — группами из трех оснований ДНК, которые дают клеточные инструкции для создания отдельных аминокислот. Шесть различных кодонов кодируют аргинин, что подчеркивает его важность в производстве белков.

Ученым уже известно, что изменения в доступности аминокислот могут влиять на клеточный метаболизм и сигнализацию. Гораздо меньше известно о том, могут ли эти изменения напрямую влиять на экспрессию генов.

Для нового исследования У изучила, могут ли изменения уровня аргинина, вызванные диетой или болезнью, изменить экспрессию генов. Работа была частично поддержана Институтом глобальных исследований инфекционных заболеваний имени Ставроса Ниархоса (SNF) при Рокфеллеровском университете и центром Weill Cancer East Hub.

Исследователи изучили несколько моделей заболеваний, включая рак толстой кишки, грипп и SARS-CoV-2. Каждое из этих состояний ранее связывали с необычными уровнями различных аминокислот.

«Одной из самых ярких закономерностей стало то, что аргинин был наиболее истощенной аминокислотой при всех этих заболеваниях», — говорит она.

Низкий уровень аргинина нарушает иммунное распознавание

У использовала клеточные культуры для выявления генов и белков, на которые влияет снижение уровня аргинина. Она обнаружила, что 414 белков присутствовали на необычно низких уровнях. Большинство из них производились генами, связанными с установленными молекулярными функциями аргинина.

Более неожиданный результат касался трех генов HLA, отвечающих за производство белков MHC-1 (главный комплекс гистосовместимости класса I). Белки MHC-1 появляются на поверхностях клеток по всему телу. Они демонстрируют чужеродные или аномальные белки Т-клеткам, которые затем привлекают другие иммунные клетки для ответа на угрозу.

MHC-1 содержит много участков, где аргинин должен быть включен во время производства, поэтому исследователи предположили, что нехватка аргинина мешала этому процессу. Дальнейшие эксперименты выявили, где именно происходил сбой.

Когда клетки были лишены аргинина, рибосомы — клеточные машины, собирающие белки, — останавливались, пытаясь произвести MHC-1. Без достаточного количества аргинина они не могли завершить белок. В результате клетки демонстрировали меньше сигналов, способных предупредить Т-клетки о раковых или вирусных белках. Это позволяло потенциально опасным клеткам легче ускользать от иммунного обнаружения.

«Эти результаты захватывают, потому что они показывают, что потребление конкретной аминокислоты может напрямую регулировать экспрессию генов в организме, увеличивая производство белка, обогащенного этой аминокислотой, — говорит Тавазои. — Мы считаем, что такая избирательная трансляционная настройка экспрессии генов с помощью диетических манипуляций, вероятно, распространяется на многие другие белки и аминокислоты».

Меньше опухолей толстой кишки у мышей

Затем У проверила, как разное количество аргинина в рационе влияет на мышей. Животные, получавшие диету с низким содержанием аргинина, развивали больше опухолей рака толстой кишки. Мыши, получавшие больше аргинина, развивали меньше опухолей толстой кишки.

Работая с Хайнцем-Хайнрихом Хоффманом, научным сотрудником лаборатории вирусологии и инфекционных заболеваний Чарльза Райса, У повторила диетические исследования на мышиных моделях гриппа и SARS-CoV-2. Результаты следовали аналогичной схеме и привели к еще одному удивительному открытию.

«Не только мыши с диетой, богатой аргинином, имели более легкие симптомы вирусных инфекций, но и введение аргинина мышам после заражения гриппом улучшало их исходы, — отмечает У. — Это было очень удивительно. Из наших генетических моделей мы знали, что манипулирование уровнями аргинина оказывает сильное влияние на экспрессию генов, но мы не ожидали, что диетические манипуляции будут столь же эффективными».

Возможные последствия для старения и болезней

Полученные данные позволяют предположить, что падение уровня аргинина может помочь объяснить, почему плохое питание и старение связаны с большей уязвимостью к некоторым видам рака и вирусным инфекциям. Уровень аргинина естественным образом снижается с возрастом, что потенциально ослабляет способность иммунной системы распознавать аномальные или инфицированные клетки.

«Открытия Цюшуан проливают свет на то, как плохое питание и старение — в течение которых уровень аргинина естественным образом снижается — могут создать идеальный шторм для возникновения рака толстой кишки. Аналогично, возрастная потеря аргинина может частично способствовать более высокой смертности от респираторных вирусов, — говорит Тавазои. — Мы также исследуем, оказывают ли диетические изменения в других аминокислотах благотворное влияние в различных контекстах заболеваний. Несомненно, нас ждут новые открытия».

Источники:

Материалы предоставлены Рокфеллеровским университетом.

Qiushuang Wu, Lara M. Seydlitz, Vladislav Iakimov, Dennis J. Hsu, Parham Habibzadeh, H. Heinrich Hoffmann, Philip B. Paty, Charles M. Rice, Sohail F. Tavazoie. Dietary arginine drives codon-dependent MHC class I translation and improves immunity in colon tumorigenesis and respiratory viral infection. Cell, 2026; DOI: 10.1016/j.cell.2026.07.020