复旦大学附属浦东医院朱敏敏教授团队利用野生型与AARS1杂合缺失（AARS1+/–）小鼠构建DN模型，结合转录组、脂质组及分子生物学手段，揭示AARS1通过两条途径激活肾细胞铁死亡：①AARS1作为乳酰转移酶，直接催化H3K18la及STAT1乳酸化，促进脂肪酸延长酶ELOVL5的转录，导致脂质过氧化；②AARS1与STAT1形成复合物协同增强ELOVL5表达。抑制AARS1（基因减半或β-丙氨酸干预）或阻断STAT1（氟达拉滨）均可减轻铁死亡、延缓DN进展，从而为DN提供“乳酰化-铁死亡”新靶点。该文章于2025年9月23日以《ARS1-mediated lactylation of H3K18 and STAT1 promotes ferroptosis in diabetic nephropathy》为题发表于《Cell Death Differ》（DOI： 10.1038/s41418-025-01587-4）。

Scheme 1 外科辅助水凝胶(AG-gel)通过清创术后局部给药抑制异常补体激活以增强TBI后神经保护的示意图

本研究首次证实丙氨酰-tRNA合成酶1（AARS1）是一种乳酰转移酶，在DN肾组织中高表达；通过构建AARS1杂合缺失（AARS1+/–）DN小鼠并结合转录组、脂质组及分子生物学手段，发现AARS1催化H3K18la及非组蛋白STAT1乳酸化，协同STAT1上调ELOVL5转录，促进PUFA脂质过氧化与铁死亡，导致肾功能障碍和细胞死亡。抑制AARS1（基因减半或β-丙氨酸）或阻断STAT1（氟达拉滨）均可减轻铁死亡、延缓DN进展，从而为DN提供“乳酰化-铁死亡”新靶点与干预策略。

(1) 在DN患者和模型中，AARS1和H3K18la的表达均升高

DN患者及模型肾组织AARS1、总乳酸化及H3K18la水平随病程升高（图1A–D）。HE与Masson染色显示胶原沉积和纤维化随分期递增，TUNEL示肾小管与肾小球细胞死亡同步增加（图1A）。高糖刺激使HGEC与HK-2细胞AARS1、乳酸化、H3K18la及死亡均升高，甘露醇对照无影响。

图1 AARS1-乳酸化-H3K18la轴在DN肾组织中随病程升高。 A 人肾穿连续切片（HE、Masson、TUNEL）及AARS1、pan-Kla、H3K18la IHC示DN分期愈高则结构损伤、纤维化与细胞死亡愈重，乳酸化信号同步增强（bar=50 μm）；B 模型小鼠肾同源染色复现上述变化；C Western blot与D qPCR证实DN鼠肾AARS1蛋白、pan-Kla、H3K18la及mRNA均显著上调（*P<0.05–****P<0.0001）

（2）AARS1的上调参与了DN的发生

AARS1+/- DN小鼠肾组织损伤、纤维化及细胞死亡减轻，AARS1、乳酸化与H3K18la水平下降，肾功能指标改善（图2A–C）。高糖条件下敲低AARS1或给予抑制剂Gln-AMS，均同步降低AARS1与H3K18la并减少HGEC和HK-2细胞死亡（图2D–F）。

图2 AARS1杂合缺失减轻DN肾损伤与乳酰化。（a）HE、Masson、TUNEL及IHC示AARS1+/–DN组结构损伤、纤维化和细胞死亡减少，AARS1、乳酰化、H3K18la同步下调（标尺50 μm）；（b）Western blot示肾组织AARS1、H3K18la蛋白降低；（c）qPCR示AARS1 mRNA减少；（d）高糖升高AARS1与H3K18la，被si-AARS1逆转；（e）高糖诱导AARS1 mRNA上升，敲低后恢复；（f）PI染色示高糖致细胞死亡增加，AARS1沉默抑制（标尺100 μm）

（3）AARS1上调通过引发铁下垂参与DN的发病机制

RNA-seq显示DN肾组织富集不饱和脂肪酸合成、延长及脂肪酸代谢通路（图3A）。随DN分期进展，4-HNE、MDA、ACSL4升高，GPX4降低（图3B）。Fer-1缓解DN小鼠肾损伤，抑制ACSL4并恢复GPX4，减轻线粒体皱缩、MDA、LPO沉积及Fe²⁺积聚，改善肾功能；在高糖细胞中，Fer-1浓度-时间依赖性减少死亡、脂质过氧化、MMP崩溃、MDA及Fe²⁺与线粒体超氧阴离子。AARS1+/- DN小鼠肾内ACSL4下调、GPX4上调，TEM示线粒体损伤减轻，MDA、LPO、Fe²⁺含量下降（图3C-G）。敲减AARS1或Gln-AMS逆转高糖诱导的 ferroptosis 标志变化。AARS1-H3K18la轴通过触发铁死亡参与DN。

图3 AARS1缺失抑制DN铁死亡。（a）KEGG差异基因分子功能；（b）DN患者肾活检4-HNE、MDA、ACSL4递增，GPX4递减（50 μm）；（c）AARS1+/– DN小鼠较DN组ACSL4降、GPX4升，线粒体嵴与体积恢复（IHC 50 μm，TEM 500 nm）；（d）Western blot示肾组织ACSL4下调、GPX4上调；（e–g）MDA、LPO、Fe²⁺含量均降低

（4）AARS1 诱导的 H3K18la 通过调节 ELOVL5 转录参与糖尿病肾病模型中的铁死亡

AARS1催化H3K18乳酸化后，选择性占据ELOVL5启动子P3区并上调其转录。ELOVL5表达随DN分期升高，定位内质网，通过增加PUFA（如花生四烯酸）合成驱动肾小管上皮细胞铁死亡；敲低ELOVL5或补充AA可逆转这一进程。AARS1过表达依赖ELOVL5增强铁死亡，抑制AARS1则降低ELOVL5水平并减轻DN模型肾损伤。

图4 AARS1-ELOVL5轴调控铁死亡机制。（a）Western blot示AARS1过表达升高H3K18la、ELOVL5、ACSL4并降低GPX4，si-ELOVL5逆转该变化；（b）qPCR验证AARS1与ELOVL5转录水平；（c）C11-BODIPY 581/591探针显示AARS1过表达加剧脂质过氧化，ELOVL5敲低抑制该效应；（d）JC-1探针示AARS1过表达致线粒体膜电位下降，si-ELOVL5恢复红色聚合物荧光；（e）MDA水平随AARS1过表达升高，被ELOVL5沉默逆转；（f）FeRhoNox-1探针检测Fe²⁺含量，AARS1组荧光增强，si-ELOVL5减弱信号；（g）MitoSOX示AARS1过表达增加线粒体超氧化物，ELOVL5敲低降低红色荧光；（h）PI染色显示AARS1过表达促进细胞死亡，ELOVL5沉默减少死亡；标尺均为100 μm

（5）AARS1在体内和体外均与信号换能器和转录激活因子1（STAT1）直接相互作用

质谱鉴定STAT1为AARS1互作转录因子，Co-IP、免疫荧光和GST pull-down在HGECs与HK-2细胞中验证其直接结合；DN患者肾活检、模型小鼠肾及高糖细胞中STAT1蛋白随疾病分期升高，结果见于图5A–J。

图5 STAT1与AARS1互作及表达上调。（a）质谱筛查潜在结合；（b）Co-IP验证二者相互作用；（c）免疫荧光共定位（标尺100 μm）；（d）GST pull-down确认直接结合；（e）DN患者肾活检STAT1随分期递增（标尺50 μm）；（f）Western blot示DN小鼠肾STAT1蛋白升高；（g）IHC验证DN小鼠肾STAT1上调（标尺50 μm）；（h）qPCR示DN小鼠肾STAT1 mRNA增加；（i）高糖细胞STAT1 mRNA上升；（j）高糖细胞STAT1蛋白上升

（6）在DN模型中，STAT1通过调节ELOVL5的转录参与铁下垂

STAT1直接结合ELOVL5启动子区两处位点并激活其转录，敲低STAT1下调ELOVL5并抑制高糖HGEC/HK-2细胞铁死亡，过表达STAT1则相反且该效应可被si-ELOVL5阻断；Re-ChIP显示STAT1与AARS1共占位。STAT1抑制剂fludarabine呈浓度-时间依赖性降低STAT1及ELOVL5表达，阻断细胞铁死亡；DN小鼠腹腔注射fludarabine同步下调肾内STAT1/ELOVL5，减轻铁死亡、肾损伤并改善肾功能。

图6 STAT1抑制剂缓解DN肾损伤与铁死亡。（a）HE、Masson、TUNEL、IHC及TEM示DN+Flu组肾损伤、纤维化与细胞死亡减轻，STAT1、ELOVL5、ACSL4下调，GPX4回升，线粒体嵴与体积恢复（HE等标尺50 μm，TEM 500 nm）；（b）Western blot示DN+Flu肾组织STAT1、ELOVL5、ACSL4降低，GPX4升高；（c）qPCR示STAT1与ELOVL5 mRNA同步下调；（d–f）DN+Flu组肾MDA、LPO及Fe²⁺含量均显著减少

(7) AARS1调节STAT1和H3K18的乳酸化，从而调节ELOVL5的转录并触发铁凋亡

进一步通过检测血脑屏障相关指标、外源性及内源性C3表达水平，验证了AG-gel能够显著抑制C3表达。通过分子对接、SPR技术更进一步证实了AG-gel与C3直接结合能力。

AARS1依赖其乳酰转移酶活性催化STAT1-K193位点乳酰化，促进STAT1磷酸化及核转位，并增强STAT1与ELOVL5启动子结合；酶失活突变体AARS15M丧失上述功能。体外重组实验显示AARS1以乳酸浓度依赖方式实现STAT1乳酰化，高糖细胞内过表达AARS1同步升高STAT1乳酰化、H3K18la及ELOVL5水平并驱动铁死亡，而突变STAT1-K193阻断这些效应。相关数据见图7A–。

图7 AARS1乳酰化STAT1增强其转录活性。（a）免疫荧光示AARS1过表达驱动STAT1核转位，AARS15M无效（标尺100 μm）；（b）Western blot示AARS1提升STAT1磷酸化，AARS15M无此作用；（c）ChIP‒qPCR示AARS1增强STAT1与ELOVL5启动子结合，AARS15M无此效应；（d）体外重组证实AARS1以乳酸依赖方式乳酰化STAT1；（e）Co-IP示AARS1诱导细胞内STAT1乳酰化并上调STAT1、H3K18la及ELOVL5，AARS15M均无效

（8）β-丙氨酸通过抑制aars1诱导的乳酸化，减轻DN模型小鼠和高血糖细胞的铁下垂

丙氨酸与乳酸竞争结合AARS1，呈浓度-时间依赖性抑制高糖细胞内AARS1介导的STAT1与H3K18乳酰化，下调AARS1-STAT1-H3K18la-ELOVL5轴并阻断铁死亡；DN小鼠给予β-丙氨酸后肾组织同步降低上述蛋白表达，减轻铁死亡与肾损伤，肾功能改善。

图8 β-丙氨酸抑制AARS1乳酰化减轻DN肾损伤。（a）HE、Masson、TUNEL、IHC及TEM示DN+β-丙氨酸组肾损伤、纤维化与细胞死亡减少，AARS1、H3K18la、STAT1、ELOVL5、ACSL4下调，GPX4回升，线粒体嵴与体积增加（HE等标尺50 μm，TEM 500 nm）；（b）Western blot示肾组织AARS1、H3K18la、STAT1、ELOVL5、ACSL4降低，GPX4升高；（c）qPCR示AARS1、STAT1、ELOVL5 mRNA下调；（d–f）肾内MDA、LPO及Fe²⁺含量均减少