二维炎症共培养模型揭示类风湿关节炎中滑膜成纤维细胞与巨噬细胞互作机制

本研究针对类风湿关节炎(RA)复杂微环境模拟的瓶颈问题，开发了可模拟急慢性病程的2D滑膜成纤维细胞(FLS)与M1巨噬细胞共培养系统。通过调控细胞比例成功再现了促炎因子(TNF-α/IL-1β/IL-6)和基质金属蛋白酶(MMPs)的级联激活，证实甲氨蝶呤(MTX)可抑制FLS侵袭，为RA机制研究和药物筛选提供了可扩展的高通量平台。

　　

类风湿关节炎(RA)作为困扰全球1%人口的自身免疫性疾病，其核心病理特征是滑膜组织中巨噬细胞与成纤维细胞的恶性互作。尽管现有治疗手段如甲氨蝶呤(MTX)和生物制剂已取得进展，但约30%患者仍面临治疗失效的困境。这主要源于传统模型难以模拟人类RA的细胞异质性——动物模型存在种属差异，而3D培养又面临通量低、重复性差的挑战。

针对这一难题，来自SASTRA大学的研究团队在《Scientific Reports》发表创新成果，通过建立简化而生理相关的2D共培养系统，首次实现了对RA滑膜内层关键细胞互作的可控模拟。该系统通过调节健康滑膜成纤维细胞(FLS)与M1极化巨噬细胞的比例，成功再现了从急性炎症到慢性损伤的全病程特征。研究证实，直接接触M1巨噬细胞可导致FLS显著活化，促炎因子TNF-α、IL-1β和IL-6分别上调1.57、6.30和4.94倍，而关节破坏关键介质MMP9表达暴增37.61倍。更引人注目的是，采用Transwell间接共培养时，FLS表现出更强的侵袭行为，完美模拟了临床观察到的"滑膜侵袭"现象。

研究团队主要运用了四大关键技术：THP-1单核细胞经PMA/LPS诱导分化为M1巨噬细胞；胶原酶消化法从大鼠膝关节分离原代FLS；通过伤口愈合和Transwell实验定量细胞迁移侵袭能力；结合qRT-PCR、ELISA和免疫荧光多维度验证分子表达特征。

关键发现如下：

1. 1.

   巨噬细胞极化特征：LPS刺激使M1巨噬细胞呈现典型阿米巴样形态，CD68阳性率100%，分泌TNF-α达163.84 pg/mL，IL-1β表达较THP-1细胞飙升149倍。

2. 2.

   FLS活化标志：细胞长宽比从2.44激增至14.22，黏附分子CD44和钙黏蛋白-11(cadherin-11)表达上调，这与临床RA滑膜组织特征高度一致。

3. 3.

   分子机制解析：共培养系统揭示M1巨噬细胞通过ROS爆发诱导FLS活化，缺氧诱导因子HIF-1α在活化FLS中显著高表达，形成促炎正反馈循环。

4. 4.

   治疗验证平台：2 μg/mL MTX处理可使FLS侵袭能力降低60%，证实该模型具备药物筛选潜力。

这项研究的突破性在于首次在2D条件下实现了RA滑膜关键细胞组分的动态互作模拟。相较于传统方法，该模型具有三大优势：精确控制细胞比例模拟疾病分期、保留生理相关性的高通量兼容性、可追踪单细胞行为的时间分辨率。特别是发现M1巨噬细胞通过CD44介导的细胞对话激活FLS，为开发靶向细胞互作的新型疗法提供了理论依据。

未来通过整合微流控技术，该平台有望进一步纳入T/B淋巴细胞等免疫组分，构建更完整的RA微环境模拟系统。这项成果不仅为理解RA发病机制提供了新视角，其模块化设计思路更为其他炎症性疾病模型开发提供了范式参考。