Th1/Th2细胞因子差异调控特应性皮炎患者单核/巨噬细胞中5-脂氧合酶与白三烯C4合酶表达的机制研究

《Inflammation Research》：Differential regulation of 5-lipoxygenase and leukotriene-C4-synthase expression by IFNγ, IL-4 and IL-13 in human monocytes and macrophages from patients with atopic dermatitis

本研究针对特应性皮炎（AD）病变中半胱氨酰白三烯（CysLTs）生成调控机制不明的科学问题，通过单细胞RNA测序和体外实验，首次系统揭示了IFNγ通过上调5-LO/ALOX5促进CysLT合成上游途径，而IL-13通过上调LTC4S驱动下游通路的关键机制。研究发现AD患者单核细胞存在基线表达亢进现象，为阐明急慢性AD病变中巨噬细胞驱动CysLT产生的细胞分子机制提供了新视角，为靶向治疗策略开发奠定了理论基础。

　　

在慢性炎症性皮肤疾病特应性皮炎（Atopic Dermatitis, AD）的复杂发病机制中，免疫细胞的异常活化与炎症介质的过量产生构成了恶性循环。特别是急性期以Th2细胞因子（如IL-4、IL-13）主导、慢性期叠加Th1细胞因子（如IFNγ）浸润的炎症微环境，如何精确调控关键致炎因子半胱氨酰白三烯（Cysteinyl Leukotrienes, CysLTs）的生成，一直是领域内亟待破解的谜题。CysLTs（包括LTC4、LTD4、LTE4）是已知的强效致炎、致痒介质，在AD患者皮肤中水平显著升高，但其细胞来源与调控开关却模糊不清。巨噬细胞作为炎症浸润的主力军，是否以及如何响应不同炎症时相的细胞因子信号，编程自身的CysLTs合成通路，从而推动AD病理进程？这个问题吸引了汉诺威医学院Susanne Mommert团队的目光，他们的研究成果发表在《Inflammation Research》上，为我们揭开了这一精准调控机制的神秘面纱。

研究人员综合运用单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术、体外细胞模型与分子生物学技术展开探索。他们首先对已发表的AD患者炎症皮肤scRNA-seq数据进行深度挖掘，重点关注CysLTs合成通路中的两个关键酶——5-脂氧合酶（5-Lipoxygenase, 5-LO/ALOX5）和白三烯C4合酶（Leukotriene-C4-synthase, LTC4S）的表达分布。为验证测序发现并阐明调控机制，他们从健康志愿者（HVs）和AD患者外周血分离单核细胞，分别用GM-CSF（诱导M1样表型）或M-CSF（诱导M2样表型）诱导分化为巨噬细胞，并用IFNγ、IL-4、IL-13进行刺激，通过q-PCR检测mRNA表达，免疫细胞化学法检测蛋白表达。样本来源于汉诺威医学院招募的AD患者和健康志愿者，以及匿名献血者。

单细胞RNA测序揭示5-LO/ALOX5和LTC4S mRNA在人类单核细胞和巨噬细胞中表达最为显著

对AD皮损scRNA-seq数据的再分析显示，在多种皮肤细胞群体中，单核/巨噬细胞集群（Mono/Mf）呈现出最高的5-LO/ALOX5和LTC4S转录本表达水平。进一步对髓系亚群分析发现，GM-CSF分化的M1样巨噬细胞（Mac.1）高表达5-LO/ALOX5 mRNA，而M-CSF分化的M2样巨噬细胞（Mac.2）和Mac.4亚群则高表达LTC4S mRNA，提示不同功能状态的巨噬细胞在CysLTs合成通路中可能存在分工。

单核细胞和巨噬细胞在GM-CSF或M-CSF培养下5-LO/ALOX5和LTC4S mRNA的差异表达及AD患者单核细胞中升高的基线表达水平

体外实验验证了测序结果：GM-CSF分化的巨噬细胞（Mac.1）5-LO/ALOX5 mRNA表达显著高于M-CSF分化的巨噬细胞（Mac.2）和单核细胞，而LTC4S mRNA则在单核细胞和Mac.2中表达更高。更重要的是，与健康志愿者相比，AD患者来源的单核细胞基线表达5-LO/ALOX5 mRNA有升高趋势，LTC4S mRNA基线表达则显著升高，但这种差异在M-CSF分化的巨噬细胞中消失，提示AD患者体内环境可能预先改变了单核细胞的状态。

5-脂氧合酶（5-LO/ALOX5）mRNA表达在AD患者的人单核细胞和巨噬细胞中被IFNγ上调，被IL-4和IL-13下调

细胞因子刺激实验揭示了关键调控模式：IFNγ显著上调AD患者来源单核细胞和巨噬细胞中5-LO/ALOX5的mRNA表达。相反，IL-13和IL-4则下调其表达，这种抑制效应在健康志愿者来源的细胞中更为明显。这提示在富含IFNγ的慢性AD病变中，巨噬细胞的5-LO/ALOX5催化步骤可能被强化。

5-脂氧合酶（5-LO/ALOX5）蛋白表达在人单核细胞和巨噬细胞中被IFNγ上调

在蛋白水平上，免疫细胞化学实验证实IFNγ能显著上调匿名献血者来源的单核细胞和巨噬细胞内5-LO/ALOX5蛋白的表达，与mRNA水平的变化趋势在AD患者细胞中一致，表明IFNγ在转录和翻译水平均能促进5-LO/ALOX5的表达。

白三烯C4合酶（LTC4S）mRNA表达在健康志愿者（HVs）的人单核细胞中被IL-13上调

对于CysLTs合成的下游关键酶LTC4S，其调控模式与5-LO/ALOX5相反：IFNγ下调其mRNA表达，而IL-13则显著上调健康志愿者单核细胞中的LTC4S mRNA表达（在AD患者细胞中呈上调趋势），IL-4无显著影响。这表明在IL-13主导的急性AD病变中，巨噬细胞可能更倾向于通过上调LTC4S来促进CysLTs的生成。

研究的结论与讨论部分深刻阐述了其科学意义。本研究发现Th1细胞因子IFNγ和Th2细胞因子IL-13对CysLTs合成通路的两大关键酶实施了“分工明确”的差异化调控：IFNγ主攻上游的5-LO/ALOX5，而IL-13主攻下游的LTC4S。这种调控模式与AD的病理分期高度契合：慢性期富含IFNγ，可能通过上调巨噬细胞的5-LO/ALOX5，促进产生如5-HETE等趋化因子，加剧嗜酸性粒细胞浸润；急性期富含IL-13，则可能通过上调单核/巨噬细胞的LTC4S，直接促进强效致痒介质LTC4的产生。此外，AD患者单核细胞固有的LTC4S高基线表达，使其即便在没有强烈外源刺激的情况下，也处于一种“预激活”状态，更容易响应IL-13等信号产生CysLTs。这不仅解释了AD皮损中CysLTs水平升高的细胞来源，也揭示了不同炎症阶段微环境调控CysLTs生成的精细分子开关。尽管目前靶向白细胞三烯通路的疗法在AD中效果不一，但此项研究清晰地指出了巨噬细胞中由特定细胞因子调控的酶分子作为潜在治疗靶点，为未来开发更具针对性的AD治疗策略，特别是针对不同疾病病期或特定病理特征（如严重瘙痒）的干预措施，提供了重要的理论依据和新的思路。