CD14+CXCL10+ 单核细胞与系统性幼年特发性关节炎患者的外周免疫网络异常有关：来自多个研究中心的研究结果

《General and Comparative Endocrinology》：CD14+CXCL10+ monocytes are associated with peripheral immune network alterations in systemic juvenile idiopathic arthritis: From multiple centers

本研究通过多中心单细胞转录组测序，发现系统性幼年 idiopathic 关节炎（sJIA）患者外周血单核细胞中存在特异性CD14+CXCL10+亚群，其表达特征与疾病活动度显著相关。功能分析揭示该亚群通过激活NLR通路及代谢重编程驱动炎症，并证实UBE2D1基因作为关键调控因子，其敲除小鼠模型显示显著抗炎效果。研究首次构建sJIA特异性单细胞图谱，为疾病监测和靶向治疗提供新靶点。

　　系统性幼年特发性关节炎（sJIA）是一种以全身性免疫失调为特征的自身炎症性疾病，其病程具有高度的不可预测性，这给临床治疗带来了挑战。目前，缺乏可靠的生物标志物来准确预测疾病进展、识别即将发生复发的患者或指导药物减量的时机。因此，识别与疾病进展相关的免疫细胞亚群和分子驱动因素对于改善预后和开发靶向治疗策略至关重要。本研究通过整合五个临床中心的单细胞转录组数据，深入探讨了sJIA的分子机制和细胞异质性，识别出特定的细胞亚群和分子标志物，揭示了其与sJIA特征之间的关系。同时，通过纵向随访评估了这些细胞亚群和分子标志物的临床价值，并结合胶原抗体诱导关节炎（CAIA）小鼠模型和跨疾病单细胞参考图谱，验证了其特异性及潜在的转化应用价值。基于先前的研究，我们还探讨了UBE2D1作为假设驱动候选分子在这一框架下的作用，评估其活性关联和亚型特异性。

在sJIA中，免疫细胞的异常活化是疾病发生和发展的核心。单细胞RNA测序（scRNA-seq）揭示了sJIA患者外周血单个核细胞（PBMCs）中单核细胞的显著扩增和免疫失衡。通过严格的质量过滤和批次效应校正，研究共分析了273,671个细胞，将其聚类为54个簇，这些簇基于已知的标志基因进行了定义。这些细胞簇被归类为主要的免疫细胞类型，包括单核细胞、NK细胞、B细胞、浆细胞、巨核细胞、树突状细胞和T细胞。结果表明，单核细胞的比例在sJIA患者中显著高于健康对照组，并且在IL-6抑制剂治疗后明显下降，这一发现进一步支持了单核细胞在疾病活动中的关键作用。

研究进一步识别出一种未被注意的CD14+CXCL10+单核细胞亚群，该亚群在sJIA中表现出独特的转录组特征，其基因表达富集于免疫调节相关基因。通过纵向随访的去卷积分析，发现这一亚群在疾病活动期显著扩增，在缓解期则明显减少，且与疾病活动性有强相关性。流式细胞术确认了该亚群在sJIA患者中的动态变化，并且体外炎症刺激能够促进单核细胞向CXCL10阳性表型分化。为了验证这些观察结果，研究使用了UBE2D1敲除小鼠，这些小鼠表现出CXCL10诱导受损和关节炎严重程度降低，这表明UBE2D1在驱动这一炎症程序中起着关键作用。此外，跨疾病的单细胞参考图谱显示，这一单核细胞亚群在sJIA中的表达特征与其他JIA亚型及炎症相关疾病显著不同，进一步强调了其特异性。

研究还发现，sJIA患者的单核细胞在不同疾病阶段表现出不同的丰度。例如，在新发和复发阶段，CD14+CXCL10+单核细胞的比例显著升高，而在缓解期则明显降低。这提示该亚群可能与持续的疾病活动有关。同时，该亚群与多种炎症和免疫相关标志物，如C反应蛋白（CRP）、IL-1β和IFN-γ，存在显著的正相关关系，进一步支持其在sJIA中的重要性。通过KEGG通路富集分析，发现与sJIA相关的通路，如Toll样受体信号通路、TNF信号通路和NOD样受体（NLR）信号通路，主要在单核细胞中富集，而这些通路在其他细胞类型中未见显著富集。GO富集分析表明，单核细胞与多种关键生物功能密切相关，包括基于免疫球蛋白超家族域的适应性免疫反应、B细胞受体信号通路、外源性肽抗原的抗原加工和呈递、与MHC II蛋白复合物相关的肽抗原组装以及MHC II蛋白复合物的组装。

在进一步的分析中，研究发现CD14+CXCL10+单核细胞在sJIA中表现出显著的组织偏好性，其Ro/e值大于1，而在治疗后和对照组中则低于1。这一结果表明，该亚群在sJIA患者中被选择性扩增，而在健康个体中则较少见。此外，CD14+CXCL10+单核细胞与其他JIA亚型相比，其丰度在sJIA患者中更高，这一发现进一步支持了其在sJIA中的特异性。通过计算OR值，研究发现该亚群在sJIA内部队列和外部队列中均显著富集，而在治疗后显著减少。这些数据表明，CD14+CXCL10+单核细胞可能是sJIA活动性的一个有效生物标志物，其丰度变化与疾病活动性密切相关。

为了探索CD14+CXCL10+单核细胞与免疫细胞之间的相互作用，研究使用了CellChat和NicheNet等工具，构建了细胞间通信网络。结果显示，CD14+CXCL10+单核细胞通过多种免疫调节信号通路参与塑造sJIA的全身性炎症微环境。例如，该亚群在CD45、SEMA4、SN、GRN、BAFF和APP信号轴中表现出增强的传出活动，这些通路与白细胞激活、细胞因子产生和免疫细胞分化密切相关。同时，该亚群在CD22、CCL、ADGRE5和GRN等信号轴中表现出广泛的但选择性的传入反应，这些通路涉及抗原呈递、细胞粘附、炎症调节和组织修复，表明CD14+CXCL10+单核细胞能够整合多种炎症和免疫调节信号。

通过伪时间轨迹分析，研究揭示了单核细胞向CD14+CXCL10+表型的促炎分化过程。轨迹分析显示，单核细胞从干细胞相关的FCGR3A+HSPA7+亚群开始，经过中间亚群如CD14+CXCL10+，最终分化为高度炎症的S100A12+CD63+单核细胞。这一分化过程涉及多种生物学相关通路的动态富集，包括抗原呈递、先天免疫信号激活和病原体识别，表明该亚群处于高度的免疫监视和反应状态。此外，伪时间轨迹分析还显示，NLR信号通路的活动随着轨迹的推进而增强，这与该亚群在sJIA中的促炎特性一致。研究进一步发现，该亚群的表达与多种促炎细胞因子和炎症相关基因显著相关，如CXCL10、CXCL2、IL1B、CXCL8、JUNB和NFKBIA，同时与NFKBIA表现出负相关，这提示了CD14+CXCL10+单核细胞在促炎反应中的关键作用。

研究还发现，UBE2D1在CD14+CXCL10+单核细胞中具有显著的表达特征，并且其表达水平在sJIA患者中明显高于其他JIA亚型。Western blot分析进一步确认了这一发现，表明sJIA患者中UBE2D1的表达显著增强。通过bulk RNA测序和基因集富集分析（GSEA），研究发现UBE2D1高表达的单核细胞显著富集于多个免疫和炎症相关通路，包括NLR通路、细胞因子-细胞因子受体相互作用和干扰素信号通路。这些通路的激活表明，UBE2D1可能通过增强NLR炎性体信号和细胞因子驱动的炎症反应，放大先天免疫激活。

此外，研究还探讨了UBE2D1在sJIA中的潜在作用机制。通过体外实验，研究发现LPS、IL-1β和TNF-α等促炎刺激物能够显著上调THP-1单核细胞中UBE2D1的表达，这进一步验证了其对促炎信号的响应能力。在CAIA小鼠模型中，UBE2D1敲除小鼠表现出显著降低的关节炎评分和骨侵蚀减少，提示UBE2D1在驱动炎症反应中的重要性。这些结果支持了UBE2D1可能作为调节炎症信号的关键分子，其表达水平与sJIA的疾病活动性密切相关。

综上所述，本研究通过整合单细胞和功能分析，揭示了CD14+CXCL10+单核细胞在sJIA发病机制中的核心作用。该亚群不仅在疾病活动期显著扩增，而且在缓解期明显减少，与疾病活动性具有强相关性。同时，研究发现UBE2D1在驱动这一炎症程序中起着关键作用，其表达水平与多种促炎信号通路和细胞因子显著相关。这些发现为sJIA的生物标志物和治疗靶点提供了新的视角，并为未来的个性化治疗和精准医学研究奠定了基础。然而，研究也指出了一些局限性，例如某些患者亚群的样本量有限，可能影响对转录组异质性和临床特征之间关系的全面理解。此外，尽管多层面的验证，包括scRNA-seq、体外刺激和UBE2D1敲除小鼠模型，提供了强有力的机制支持，但CD14+CXCL10+单核细胞在人类sJIA发病机制中的功能仍需在前瞻性纵向队列和更多组织层面进行进一步验证。未来的研究可以结合bulk和单细胞转录组去卷积与多疾病背景下的空间免疫分析，以更全面地理解这一炎症轴的生物学意义。