基于单细胞与功能代谢分析揭示类风湿关节炎中巨噬细胞可塑性缺陷驱动慢性炎症与骨侵蚀的机制研究

《Frontiers in Immunology》：Defective macrophage plasticity exacerbates progression of inflammation in patients with rheumatoid arthritis

**背景**：类风湿关节炎（Rheumatoid Arthritis，RA）影响全球超过1%的人口。目前疗法无法治愈该病，仅20%的患者能达到长期无药物缓解。近期研究强调滑膜巨噬细胞具有双重作用，包含促炎亚群和缓解相关亚群。然而，巨噬细胞可塑性及代谢编程如何驱动RA发病机制仍知之甚少。本研究探讨巨噬细胞亚群的表型及功能转变如何促进慢性关节炎症和骨侵蚀。

**方法**：从RA患者和健康对照（HC）外周血分离CD14⁺单核细胞，并分化为M1、M2a、M2b、M2c和M2d巨噬细胞亚群。为模拟发炎关节，细胞分别在常氧和低氧条件下培养。采用RT-qPCR和多参数流式细胞术评估表型及趋化因子受体谱，标志物包括CD14、CD11c、CD38、CD86、CD163、CD206、CD209、MerTK、IRF4、CCR1、CCR2、CCR4、CCR5和CCR8。通过流式细胞术评估蛋白质合成进行代谢特征分析。为在体内验证这些表型，对RA和HC个体的滑膜组织巨噬细胞进行了scRNA-seq分析（GSE200815）。最后，评估各巨噬细胞亚型分化为骨吸收破骨细胞的功能能力。

**结果**：scRNA-seq数据在HC和RA滑膜组织中鉴定出M1、M2a、M2b、M2c和M2d簇，其频率相当。然而，RA巨噬细胞亚群表现出明显的促炎转变，以CD86和VEGF表达增加、MerTK表达降低为特征。体外实验中，RA来源巨噬细胞表现出代谢活性改变和类似的致病表型，其中M2c亚群与HC相比尤为显著。低氧显著加剧了RA M2c巨噬细胞的这些表型差异。功能实验表明，除M2c外，所有巨噬细胞亚群均成功分化为破骨细胞，且RA来源细胞产生显著更多的致病性破骨细胞。

**结论**：巨噬细胞表型、代谢和功能可塑性的失调导致RA巨噬细胞呈现中间型致病表型。这些改变可能损害组织修复、增强破骨细胞生成，并维持关节炎关节的慢性炎症。

类风湿关节炎中巨噬细胞可塑性缺陷加剧炎症进展：机制研究与临床启示

研究人员围绕类风湿关节炎（Rheumatoid Arthritis，RA）中巨噬细胞可塑性失调与慢性炎症及骨破坏之间的关系开展了一项系统研究。RA是一种影响全球超过1%人口的慢性自身免疫性疾病，以进行性关节炎症和骨质侵蚀为主要特征，若未及时治疗可导致关节功能丧失。当前治疗策略无法根治RA，仅有约20%的患者能够实现持续两年以上的无药物缓解。近年研究已揭示滑膜巨噬细胞在RA中兼具促炎与促缓解的双重角色，但巨噬细胞亚群的可塑性及其代谢重编程如何具体驱动RA发病机制，尤其是不同M2亚群在病理条件下的表型转变和功能改变，仍然缺乏系统性认识。既往研究多集中于M1/M2二分类框架，然而巨噬细胞实际呈现高度异质性和可塑性，在微环境信号刺激下可动态转换功能表型。因此，研究人员提出假设：巨噬细胞极化异常和可塑性缺陷是驱动RA病程进展的关键检查点，并系统性地对RA患者外周血单核细胞来源的全部已知巨噬细胞亚群进行平行诱导与特征分析，以阐明其在慢性滑膜炎症中的集体作用。

研究人员从Beaumont医院和Naas总医院招募了41例RA患者，同时从爱尔兰输血服务中心获取健康对照（Healthy Control，HC）的buffy coat。研究首先分离外周血CD14⁺单核细胞，经GM-CSF或M-CSF定向分化为巨噬细胞后，分别极化为M1、M2a、M2b、M2c和M2d五个亚群。为模拟RA患者关节内的低氧炎症微环境，极化过程在常氧（21% O₂）和低氧（2% O₂）两种条件下平行进行。研究人员综合运用RT-qPCR、多参数流式细胞术、基于流式的代谢分析、TRAP染色及破骨细胞分化实验，系统表征了各亚群的表型标志物、趋化因子受体谱、炎症因子分泌、代谢依赖模式及破骨细胞生成能力。此外，研究人员利用公共scRNA-seq数据集（GSE200815）对RA和HC滑膜组织巨噬细胞进行亚群鉴定和转录组差异分析，并通过KEGG通路富集分析揭示RA相关信号通路的改变，以验证体外极化模型的体内相关性。

研究结果分为五个部分。第一部分显示RA患者巨噬细胞极化存在缺陷：与HC相比，RA来源的M2亚群（尤其是M2c）显著上调CD163和CD206，M1巨噬细胞上调IL-10R和VEGF，炎症因子分泌谱发生改变，M1来源的IL-6、IL-12和IL-1β显著升高，M2b来源的IL-6亦上调；同时RA巨噬细胞中CD86表达升高、MerTK表达降低，提示其向促炎表型偏移。第二部分揭示趋化因子受体表达谱异常：RA巨噬细胞M2c和M2d的CCR1升高，M1和M2a/M2d的CCR2降低，M1的CCR4升高，所有亚群的CCR5均显著降低，而CCR8无明显差异，表明RA巨噬细胞的迁移和募集模式发生改变。第三部分发现代谢重编程：HC的M1以糖酵解为主，M2以线粒体氧化磷酸化为主；RA来源的M2a巨噬细胞代谢谱向M1样偏移，糖酵解能力显著升高而线粒体依赖性降低，提示M2a在炎症环境中获得中间型代谢表型。第四部分通过scRNA-seq证实滑膜组织巨噬细胞亚群分布与体外极化模型一致，RA与HC的各亚群频率无显著差异，但转录组存在广泛改变，包括CD206普遍下调、CD163上调、VEGF和CD86升高以及MerTK下降；通路富集分析显示RA的M2c巨噬细胞中NOD样受体、MAPK和PI3K-Akt信号通路高度富集，而MerTK等efferocytosis相关基因显著下调。第五部分发现低氧加剧RA与HC巨噬细胞间的表型差异：低氧条件下，RA M2c巨噬细胞的MerTK表达显著降低，CCR1也下降，而CCR5在M2a中升高，进一步损害组织修复并增强炎症细胞募集。最后，破骨细胞分化实验显示，除M2c外，所有RA来源巨噬细胞亚群均比HC形成更多、更大的破骨细胞，且M2c和M2d来源的破骨细胞中cJUN表达显著升高，提示RA巨噬细胞具备更强的致骨侵蚀能力。

讨论部分指出，本研究首次系统性地在RA中同时表征了所有已知巨噬细胞亚群。研究发现RA患者滑膜巨噬细胞亚群频率与HC相当，但各亚群内部呈现明显的促炎表型偏移，这与传统“M1/M2失衡”模型不同，强调巨噬细胞可塑性失调而非单纯亚群比例改变是疾病进展的核心特征。M2c亚群在HC中高表达MerTK、CD163和CD206，与Alivernini等人描述的维持缓解的滑膜巨噬细胞表型一致；但在RA中，尤其是低氧条件下，M2c的MerTK明显下调，可能损害其促消退功能。研究人员观察到M2a在RA中具有向M1样代谢转变的潜力，提示其双相可塑性。此外，M2c抵抗破骨细胞分化的特性可能与其抗炎表型相关，而RA中其他亚群形成更多致病性破骨细胞则促进了骨侵蚀。

研究结论为：巨噬细胞表型、代谢及功能可塑性的失调导致RA巨噬细胞获得中间型致病表型，这些改变可损害组织修复、增强破骨细胞生成并维持关节慢性炎症。靶向稳定M2c巨噬细胞、恢复其在炎症微环境中的稳态功能，或可作为RA治疗中促进炎症消退和关节再生的潜在策略。