树突状细胞在类风湿性关节炎免疫代谢中的作用研究进展

Abstract

Objective

To review the role of dendritic cells (DC) in immune metabolism of rheumatoid arthritis (RA).

Methods

Literature on the role of DC in the immune metabolism of RA was extensively reviewed in recent years, and the metabolic characteristics of RA, the role of DC in RA, the correlation between the immune metabolism of DC and pathogenesis of RA, and the treatment were summarized and analyzed.

Results

DC promotes the progression of RA under hypoxia, increased glycolysis, inhibition of oxidative phosphorylation, and decreased lipid metabolism. Moreover, many DCs (especially conventional DC and monocyte-derived DC) have different functions and phenotypic characteristics in RA, which are closely related to the occurrence and development of RA.

Conclusion

DC plays an important role in the immune metabolism of RA, and immunometabolism therapy based on DC can provide targeted therapy for the treatment of RA.

类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis，RA）是一种慢性自身免疫性疾病，其特征是系统性滑膜炎，有时伴进行性骨破坏^[1]。RA发病机制复杂是其治疗困难的主要原因，涉及遗传和环境引起的自身免疫系统耐受性降低。树突状细胞（dendritic cells，DC）是骨髓谱系一个亚型，可能与RA临床治疗反应有关。有研究发现RA患者外周血中前体DC比例与治疗耐药性密切相关^[2]，并且与抗瓜氨酸肽抗体和疾病持续时间等既定临床参数相比，其基因标记能更好地预测患者对治疗药物的耐药性。因此，了解 DC在RA免疫代谢中的作用对阐明该病发病机制和研究新的治疗策略至关重要。现对近年国内外相关研究进展作一综述，以期为RA研究提供参考。

1. RA关节代谢特征

RA关节微环境中存在代谢改变。RA患者血清代谢物特征及代谢酶活性均与正常人群不同，研究发现其关节滑膜细胞中甘油醛3-磷酸脱氢酶和乳酸脱氢酶活性高于创伤患者^[3-4]。血清代谢物与RA疾病活动度有关。RA患者关节滑液中的乳酸、葡萄糖含量均高于强直性脊柱炎和银屑病关节炎患者，并且与关节症状相关；三羧酸循环代谢物和脂质代谢物与其他关节炎疾病（强直性脊柱炎、白塞病和痛风）患者相比也具有不同特征，其中三羧酸循环代谢物增加、脂质代谢物减少^[5]。此外，RA关节微环境变化产生了特殊代谢特征。例如，患者滑膜可能因长期暴露于缺氧环境中，缺氧诱导因子α（hypoxia-induced α，HIF-α）水平高于正常人群^[6]。HIF-α通过增加参与糖酵解途径的酶和转运蛋白的表达来促进糖酵解，糖酵解途径代谢物进一步激活免疫细胞释放炎症因子、诱导炎症反应，最终促进关节炎症和骨破坏。

除糖酵解外，RA还具有与线粒体功能障碍相关的其他代谢变化，例如三羧酸循环紊乱、琥珀酸积累和线粒体DNA突变等变化。研究表明，RA关节缺氧状态导致了三羧酸循环紊乱、琥珀酸积累以及诱导活性氧的产生，导致滑液具有更高水平的活性氧和线粒体DNA突变，而活性氧水平和线粒体突变程度又与炎症和TNF-α水平相关^[7]。体外研究显示缺氧状态导致RA滑膜细胞中的糖酵解酶水平升高、线粒体功能障碍增加，但上述两种改变可通过TNF-α抑制剂改善。此外，RA滑膜中参与线粒体裂变的基因也上调，线粒体裂变导致糖酵解增强，使滑膜氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）低于正常人群。

除上述两方面代谢影响RA外，脂质代谢对RA的影响目前研究较少。有研究描述了RA的脂质代谢特征，发生RA高风险患者的血清脂质组谱与活动性RA患者相似^[8]。该研究针对RA高风险患者滑膜组织的转录组学检测显示，患者涉及脂质代谢的基因表达降低。此外，RA患者和RA高风险患者滑膜中，三羧酸循环中脂质利用所必需的线粒体脂肪酸氧化表达基因均显著降低。因此，脂质代谢可能参与了RA发病机制。RA患者关节中这些代谢特征可能会影响免疫细胞功能。

2. DC在RA中的作用

DNA 修复缺陷、代谢途径失衡、自身免疫和组织炎症均可诱导正常DC转变为促炎DC，从而导致RA的发生。DC是具有特殊抗原呈递能力的细胞，在先天性和适应性免疫反应之间起到连接作用^[9]，主要包括带有特定标记物的常规DC（conventional DC，cDC）和表达CD123的浆细胞样DC（plasmacytoid DC，pDC）两个亚群。其中，cDC可进一步分为cDC1和cDC2^[3]。cDC1表达高水平CD141，并能通过 MHC-Ⅰ类分子交叉呈递激活 CD8⁺ T 淋巴细胞。cDC2高表达CD1c，并具有激活CD4⁺ T淋巴细胞的能力。研究指出cDC会促进RA关节炎症，通过短暂耗竭cDC减轻小鼠关节炎程度^[10]。人RA关节滑液中的cDC2表达高于外周血，它们增加了抗原呈递和共刺激分子的表达，并且与T淋巴细胞共培养后，可诱导T淋巴细胞增殖并分泌干扰素γ、IL-4、IL-17。

pDC 亚群能通过快速产生大量Ⅰ型干扰素和分泌细胞因子来应对病毒感染。但目前pDC在RA中的作用尚未完全明确。有研究提出pDC可用于早期治疗RA^[11]，在Balb/c小鼠RA模型中消耗pDC会增加关节炎严重程度^[12]。其次，对RA患者外周血的单细胞RNA测序可见pDC活化，但是其比例与疾病活动度无关^[13]。与活动性RA患者相比，非活动性RA患者 “健康转录组谱”pDC簇表达更高。研究发现在RA患者关节滑液中pDC 表现未成熟表型，其共刺激标志物CD40、CD80和CD83均为低表达，而滑液中cDC上述标志物表达更高^[14]。

除了上述两个主要亚群外，研究还发现了其他类型DC作用于RA。单核细胞衍生DC（monocyte-derived DC，moDC）是从体内单核细胞诱导且具有促炎功能的DC类型，单核细胞标志物CD14表达呈阳性^[15]，其作用与在局部发炎组织（包括RA滑膜）中观察到的“炎症性DC”相似。据报道，人moDC可诱导幼稚CD4⁺ T淋巴细胞分化为辅助性T17细胞并引起滑膜炎^[16]。与moDC相反，耐受性DC（tolerogenic DC，tolDC）是单核细胞暴露于生长因子、细胞因子或药物后产生，可通过调节幼稚CD4⁺ T淋巴细胞和诱导调节性T淋巴细胞扩增来治疗RA ^[17]。

DC对RA滑膜的影响不可忽视。一项针对抗环瓜氨酸肽抗体表达阳性RA患者滑膜的单细胞RNA测序分析，揭示了 DC 对RA滑膜的影响^[18]。研究共确定了14种DC亚群，包括3个 cDC 亚群、2个 pDC 亚群和CD5⁺亚群，滑膜DC中HLA-DR3、基质金属蛋白酶24、分泌性磷蛋白3、BRI13及CC趋化因子配体1、3、18表达上调。

研究表明免疫细胞代谢密切影响自身免疫性疾病的发生^[19]，RA也不例外。上述研究表明在 RA 中不同DC具有不同功能和表型特征，与RA的发生、发展息息相关。

3. DC 免疫代谢与 RA 发病机制相关性

合成代谢增加在DC激活中起重要作用，一般来说合成代谢增强免疫原性，而分解代谢诱导耐受性^[20]。在培养的鼠DC中，激活toll样受体（toll like receptor，TLR）使DC能量代谢从OXPHOS转变为糖酵解，立即获得炎症介质产生所需的能量及抗原呈递能力。OXPHOS和线粒体脂肪酸氧化受损以及缺氧性RA滑膜增强的糖酵解，可能导致合成代谢并增强滑膜DC的免疫原性^[19-21]。 研究表明^[21-22]，与外周血cDC1相比，RA滑膜中的cDC1缺氧标志物TREM-1基因表达更高，并诱导更高水平的T淋巴细胞活化，进而增强了促炎因子和活化滑膜成纤维细胞的分泌；与外周血cDC2相比，RA滑膜中的cDC2糖酵解途径基因表达上调；RA患者滑膜cDC2迁移能力增强，共刺激和共抑制标志物水平更高；经体外培养的RA滑液上清液处理的moDC也显示出糖酵解途径上调、IL-1和IL-12表达更高以及黏附和共刺激分子的表达。此外，DC也对琥珀酸盐作出反应且免疫原性被改变。琥珀酸盐是三羧酸循环中间代谢物，在RA滑膜中的水平高于其他类型炎症性关节炎。DC可以通过琥珀酸受体与TLR协同作用感知琥珀酸，以激活DC炎症功能。琥珀酸受体缺乏使DC的辅助性T17细胞扩增、小鼠关节炎症缓解。

因为RA滑膜环境抑制OXPHOS并增强糖酵解，所以cDC和moDC具有促炎作用，而pDC在RA中的影响较小^[23]。TLR7/8激活后，人cDC2和pDC依赖不同代谢途径作为能量来源。例如，cDC2表达与线粒体裂变和糖酵解相关基因，而pDC表达与线粒体融合和OXPHOS相关基因。同样，与tolDC 相比，人moDC包括线粒体脂肪酸氧化和 OXPHOS 在内的分解代谢途径相关的基因表达水平较低。以上研究结果表明RA主要受cDC和moDC影响。

4. DC免疫代谢作为RA治疗靶点

各种治疗剂可以阻断参与RA炎症途径的化学信号或蛋白质，例如IL-6受体抑制剂、Janus激酶抑制剂、抗CD20药物和共刺激分子（CD80/86）抑制剂，然而仅10%～50%患者对RA药物有效^[24]。由于RA药物的不良反应和合并症，部分RA患者治疗选择有限。对于转换治疗后RA仍未达到低疾病活动度或缓解的患者群体，临床称为“难以治疗RA”。

针对RA的免疫靶向药物研究提示治疗反应与免疫代谢之间具有相关性^[25]。最近，一项研究观察了托珠单抗或利妥昔单抗治疗TNF抑制剂耐药性 RA 的临床反应。在托珠单抗或利妥昔单抗应答者中，参与脂质代谢的PPARγ信号通路与骨髓细胞细胞因子模块均增强^[25]。另一项研究表明托法替尼是一种Janus激酶抑制剂，其通过减少滑膜中活化的STAT-3表达，增强线粒体OXPHOS并抑制糖酵解途径，促进DC成熟，降低人moDC在体外T淋巴细胞刺激能力，最终缓解RA^[26]。此外，该研究还发现托法替尼可以诱导tolDC治疗RA。因此，免疫代谢在RA进展中起重要作用，并可能成为RA的新治疗靶点。

糖酵解对于激活促炎 DC至关重要。有研究在易患关节炎小鼠模型中注射具有抑制糖酵解的己糖激酶2后，通过脂多糖刺激TLR抑制DC活化，从而抑制T淋巴细胞分化为辅助性T17细胞，并随着Treg扩增最终缓解进展期关节炎，表明抑制糖酵解可以增强分解代谢，促进tolDC表达，进而治疗RA^[27]。二甲双胍是临床常用的治疗糖尿病药物，一项研究发现其通过 AMPK 途径诱导DC进入分解代谢状态，促进tolDC形成治疗RA；与安慰剂相比，二甲双胍治疗RA患者后其基于C反应蛋白水平的28个关节疾病活动度评分（DAS28-CRP）显著降低^[27]。另一项研究发现维生素D可通过激活AMPK途径抑制糖酵解，并诱导DC进入分解代谢，促进tolDC形成治疗RA^[28]。该研究同时发现，活性形式维生素D缺乏与系统性红斑狼疮的疾病活动度相关，通过补充维生素D可改善疾病活动度，提示补充该类维生素对RA可产生有益影响。

其他影响RA因素，例如发病年龄、合并症、关节外器官受累、类风湿因子或抗瓜氨酸肽自身抗体血清阳性限制了“难以治疗RA”的治疗选择^[29]。不同于RA中的外周血或其他类型炎症性关节炎，RA关节滑膜具有独特代谢特征，促进分解代谢，以缓解疾病的发展。此外，抑制合成代谢可以促进分解代谢的产生。

5. 小结

DC在RA 发病机制中起着至关重要作用^[30]。正常DC受缺氧环境、糖酵解增加、OXPHOS水平和脂质代谢水平降低影响后会转化成促炎DC，最终导致RA。RA患者滑膜中促炎DC会过度表达，针对该代谢特征为RA免疫治疗提供了新思路。

DC免疫代谢疗法是一种个性化疗法，目前尚处于动物实验阶段，相关研究显示DC可通过抑制合成代谢、促进分解代谢治疗RA，并取得积极结果，其应用可行性及有效性有待进一步临床试验明确^[31-33]。随着对DC免疫代谢治疗研究的逐步深入，上述问题有望迎刃而解。

利益冲突　在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突；经费支持没有影响文章观点及其报道

作者贡献声明　康鹏德：综述设计、构思及修改；韩广弢：收集资料、查阅文献和撰写文章；孙朔、王钦：查阅文献

Funding Statement

国家自然科学基金资助项目（8217090607）

National Natural Science Foundation of China (8217090607)