《Frontiers in Immunology》：Chemical cartography identifies potential mechanistic, diagnostic, and therapeutic opportunities in RAG deficiency
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背景：重组激活基因（recombination-activating genes, RAG1和RAG2）突变可导致人类一类症状模式不连续的免疫缺陷。既往多组学（multi-omic）研究识别了定义RAG亚型的免疫细胞类型和细胞因子，但其机制仍待建立。目的：利用
背景：重组激活基因（recombination-activating genes, RAG1和RAG2）突变可导致人类一类症状模式不连续的免疫缺陷。既往多组学（multi-omic）研究识别了定义RAG亚型的免疫细胞类型和细胞因子，但其机制仍待建立。目的：利用循环代谢与脂质组学模式进一步解析症状异质性的驱动因素，并为RAG突变患者提出替代治疗靶点。方法：采用化学制图（chemical cartography）方法分析两个队列中RAG突变患者与健康对照的血浆，该方法通过一系列叠加的免疫代谢（immunometabolic）和免疫脂质组学（immunolipidomic）分析广泛靶向氧化、菌群失调、能量和神经免疫模式。结果：色氨酸（tryptophan, Trp）代谢、嘌呤（purine）代谢、脂质应激分子和12-脂氧合酶（12-lipoxygenase, 12-LOX）的氧化脂质（oxylipin）产物模式区分疾病亚型，并呈现RAG疾病病理中的潜在靶点。嘌呤代谢和某些脂质氧化表型在造血干细胞移植（hematopoietic stem cell transplantation, HSCT）后加重，提示治疗后仍存在病理。结论：该研究揭示了人类RAG缺陷疾病异质性的潜在可靶向免疫相关代谢和脂质组学关联。
RAG缺陷由重组激活基因（recombination-activating genes, RAG1/RAG2）双等位基因功能完全或部分丧失引起，临床谱包括严重联合免疫缺陷（severe combined immune deficiency, SCID）、奥门综合征（Omenn syndrome, OS）和部分RAG缺陷（partial RAG deficiency, pRD）。其症状异质性给诊断和治疗带来挑战；既往多组学研究虽识别了定义RAG亚型的免疫细胞和细胞因子，但机制仍未建立，化学层面的免疫代谢与免疫脂质组学特征能否解析亚型并提示靶点尚不明确。因此，研究人员开展化学制图（chemical cartography）分析，以循环代谢和脂质组学模式解析症状异质性驱动因素并提出替代治疗靶点。研究结论为RAG缺陷存在潜在可靶向的免疫相关代谢与脂质组学关联，HSCT后部分化学病理逆转、部分加重，提示治疗后残留免疫代谢失调；其意义在于为诊断分型、机制研究和治疗靶点提供假设。
关键技术方法：研究纳入NCT03394053和NCT03610802方案中的RAG突变患者主队列与可重复性队列，共69例（37例pRD、12例OS、14例SCID、6例无症状；4例重复入组），采集血浆；采用广谱靶向液相色谱-串联质谱（liquid chromatography tandem mass spectrometry, LC-MS/MS）分别进行极性代谢组、脂质组和氧化脂质介质（lipid mediators, LM）分析，并以化学制图整合免疫代谢与免疫脂质组学靶点；统计采用Kruskal-Wallis、Mann-Whitney、Benjamini-Hochberg 10% FDR校正及相关网络分析，并以儿科对照评估稳健性；11例pRD有HSCT前后样本。
研究结果：
队列细节与分析策略：通过主队列与可重复性队列血浆靶向LC-MS/MS分析，主队列鉴定180种代谢物、66种LM和681种脂质，可重复性队列鉴定139种代谢物和56种LM；因样本衰减，儿科对照未纳入统计但用于稳健性评估。研究得出pRD年龄跨度大、SCID/OS年龄小，三组可溶性生物标志物和症状分布不同，支持后续分层比较。
色氨酸和嘌呤代谢呈现OS主导的代谢病理：通过代谢组比较，Trp三个主要分支即犬尿氨酸（kynurenine, Kyn）、5-羟色胺（serotonin, 5-HT）和Indole通路及黄嘌呤氧化还原酶（xanthine oxidoreductase, XOR）代谢物区分亚型；OS/SCID的5-HT及indole代谢物降低，pRD呈下降趋势，OS有特定Kyn代谢物趋势升高；XOR的xanthine和hypoxanthine在pRD趋势升高，在SCID/OS明显且OS最高，urate未见升高；与儿科对照比较，OS/SCID的Trp和XOR模式稳健，可重复性队列重现。结论为Trp和嘌呤降解/XOR模式是OS/SCID主导的代谢病理。
循环脂质组学突出RAG相关应激表型：通过脂质组学发现亚型间脂质类别模式不同，中性脂质模式以pRD为主，OS/SCID的lysophospholipids和sphingolipids增加，磷脂酰胆碱（phosphatidylcholine, PC）和磷脂酰甘油（phosphatidylglycerol, PG）呈复杂亚型模式；PC按推定sn-2酰基重排后，OS/SCID显示不饱和酰基包括多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids, PUFA）丢失，pRD相同脂质不变或升高，pRD含C20:4和C22:4的PC升高而OS/SCID缺失；lysophospholipids和ceramides在SCID最高，某些lyso模式pRD较OS更明确；与儿科对照比较，PUFA和ceramide模式稳健，lyso升高在SCID/OS对儿科对照不可解析，但pRD对成人对照的升高稳健。结论为循环脂质组揭示RAG相关PUFA和脂质应激表型。
氧化免疫脂质介质提示12-LOX活性与RAG缺陷相关：通过LM分析，游离PUFA在pRD降低而OS/SCID不降低；5-脂氧合酶（5-lipoxygenase, 5-LOX）、15-脂氧合酶（15-lipoxygenase, 15-LOX）、环氧合酶（cyclooxygenase, COX）和细胞色素P450（cytochrome P450, CYP450）产生的LM及通路标志物在pRD最明显，12-LOX的LM及通路标志物在SCID/OS最升高；与儿科对照比较，SCID/OS的12-LOX模式稳健；可重复性队列重现pRD所有LM升高但SCID/OS也共享，12-LOX升高但不专属于该LM家族。结论为pRD呈广泛脂质氧化病理，而SCID/OS与12-LOX特定化学病理相关。
T细胞数、抗干扰素免疫球蛋白、IL-7和IL-8与可分离化学病理相关：通过代谢组与LM的多组学相关网络，识别出以sarcosine、alanine、5-oxoproline等为代表的代谢物簇，以及邻近的COX/CYP450 LM簇并连接XOR代谢物，锚定于白细胞介素（interleukin, IL）-7/IL-8并包含CCL3和干扰素（interferon, IFN）-γ；另一组12-LOX LM及taurine、creatinine、serine、sialic acid连接IL-7/IL-8枢纽，并相关IL-6、抗IFN-ω、抗IFN-α和IL-1b。脂质组网络显示PC主导簇和多类别簇：多类别簇含lyso、PG、三酰甘油（triacylglycerol, TAG），连接T细胞数（CD3、CD4、CD8）、IL-8和抗IFN-α，TAG富集omega-3 DHA（C22:6）；PC簇富集含C20:4、C22:5、C22:4 PUFA的标准和醚连PC，与IFN-γ、IL-6和抗IFN-ω相关。可重复性队列显示Trp代谢物与抗IFN免疫球蛋白强关联，T细胞数关联位于主簇外周。结论为这些免疫指标与可分离的代谢和脂质化学病理相关。
pRD患者HSCT逆转某些代谢和脂质组病理但加重XOR激活和脂质氧化：通过比较pRD患者HSCT前后血浆代谢组、脂质组和LM，HSCT降低5-oxoproline、增加中性脂质和PC、降低应激相关lyso和ceramide、降低COX产生的LM包括prostaglandins；Trp代谢物未显著但趋近健康对照。HSCT后XOR代谢物进一步升高，DHA单羟基化产物增加；按移植后时间分箱未发现代谢物或LM特征达显著标准，hypoxanthine趋势最小，7-HDHA随时间继续上升趋势。结论为HSCT部分逆转pRD化学病理，但残留并可能加重XOR和脂质氧化病理。
讨论部分总结：讨论指出，该研究扩展了既往多组学分析，将Trp代谢、XOR、应激相关脂质和12-LOX LM列为OS/SCID完全或近完全RAG活性丧失的指标；pRD表现为含PUFA磷脂、中性脂质及所有LM通路升高的复合脂质/LM化学病理；HSCT后pRD仍存在残留化学病理，包括免疫驱动活性氧（reactive oxygen species, ROS）的代谢物和LM标志物加重。讨论强调Trp三支与免疫、神经和微生物组互作，Kyn通路可由IFN-γ等免疫信号触发，但本队列Kyn标志物与常规刺激不一致，Indole和5-HT变化更明显并随残余RAG活性，循环耗竭及次级胆汁酸下降支持肠道菌群失调；XOR在炎症条件下倾向生成ROS/活性氮（reactive nitrogen species, RNS），其代谢物与疾病细胞因子/细胞标记最相关。讨论还提出SCID/OS共享12-LOX特异模式，12-LOX单羟基化LM升高、下游Maresin-1/-2降低，并与多种免疫指标及XOR代谢物相关；作者提出12-LOX可能参与疾病，但需细胞定位和功能实验。局限性包括感染、自身免疫和免疫抑制混杂，HSCT样本少且间隔广、预处理和免疫重建等未评估，年龄和样本储存时间影响对照比较，两队列LM模式不完全一致。研究结论翻译：该研究揭示了人类RAG缺陷疾病异质性的潜在可靶向免疫相关代谢与脂质组学关联。这些模式可作为进一步研究诊断和RAG疾病异质性机制假设的依据。
