《Frontiers in Immunology》：Immunometabolism in rheumatoid arthritis: mechanisms, biomarkers, and the path to precision medicine
2 类风湿关节炎中细胞类型特异性的免疫代谢失调
在RA中，发炎的滑膜不仅仅是一个免疫细胞浸润的部位，它更是一个独特的、存在代谢竞争的生态位。这个微环境具有慢性缺氧、病理性血管生成和激烈的资源竞争等特点，驱动着免疫和基质细胞发生适应不良、自我延续的免疫代谢重编程。这导致了细胞类型特异性的代谢“病变”，这些病变是RA发病机制的核心，并将其与普通的炎症反应区分开来，为疾病特异性的治疗提供了可能。
尽管基本的免疫代谢原则（例如调节性T细胞（Treg）依赖氧化磷酸化（OXPHOS），而促炎性T细胞依赖糖酵解）依然适用，但RA滑膜施加了特定的限制并建立了特殊的相互依赖关系。例如，慢性缺氧稳定了缺氧诱导因子-1α（HIF-1α），这直接导致辅助性T细胞17（Th17）与Treg之间的平衡失调，增加成纤维细胞的侵袭性，并促进糖酵解。此外，RA中的代谢重编程常导致特定的信号代谢物（如柠檬酸和琥珀酸）积聚，这些代谢物在此环境中是组织损伤和炎症的强大诱导剂，形成了正向反馈循环。
代谢组学分析证实，RA存在全身性和局部性的代谢紊乱，与疾病活动性相关的糖酵解、三羧酸（TCA）循环和氨基酸代谢均发生改变。然而，关键的病理生理学见解来自于分析滑膜中不同的细胞类型（巨噬细胞、T细胞、B细胞、FLS、树突状细胞）如何在这个恶劣环境中改变其代谢以生存和发展。这些适应性改变并非孤立事件，而是构成了一个代谢共生与竞争的网络。例如，糖酵解的巨噬细胞产生的乳酸可以为FLS的氧化代谢提供燃料，而FLS来源的物质则维持巨噬细胞的存活。这种细胞类型特异性的重编程最终决定了其致病功能，促进了组织侵袭、骨吸收、自身抗体产生和细胞因子过度生成。
2.1 T细胞及其在类风湿关节炎中的免疫代谢
T淋巴细胞是RA发病机制的主要驱动因素之一。在滑膜内，转录特征不同的T细胞亚群（如致病性外周辅助T细胞和Th17细胞）与巨噬细胞、滑膜成纤维细胞以及B细胞发生复杂的相互作用，释放白细胞介素-17（IL-17）、IL-21等细胞因子，刺激骨保护素配体（RANKL）表达，导致破骨细胞介导的骨破坏。调节性T细胞（Treg）通过免疫抑制过程对抗这一过程，但在RA关节中，其活性通常被压制。此外，CD8+T细胞在RA，特别是抗瓜氨酸化蛋白抗体（ACPA）阳性患者中也显示出致病意义。
RA T细胞表现出一个深刻且特异的代谢病变，其核心是线粒体功能障碍。与健康活化的T细胞上调糖酵解以支持效应功能不同，RA T细胞的线粒体OXPHOS受损。这导致三磷酸腺苷（ATP）生成减少、TCA循环活性降低以及柠檬酸等代谢物积聚。受损的苹果酸-天冬氨酸穿梭和内质网应激导致肿瘤坏死因子-α（TNF-α）信使RNA病理性积聚，将这些细胞转变为“TNF超级生产者”。这种线粒体衰竭与有缺陷的线粒体DNA修复有关。柠檬酸的积累促进细胞骨架过度乙酰化，增强T细胞迁移和组织侵袭性。这些代谢改变被上游的磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）和HIF-1α信号轴控制，将RA T细胞锁定在一种高度炎症、破坏组织的状态。
2.2 单核细胞/巨噬细胞及其在类风湿关节炎中的免疫代谢
在RA中，单核细胞和巨噬细胞是导致炎症和关节破坏的主要效应细胞。滑膜中的CD68+巨噬细胞产生炎症细胞因子、趋化因子和基质金属蛋白酶（MMP），其数量与影像学进展和疾病活动度高度相关。重要的是，滑膜下层巨噬细胞的减少是治疗成功的可靠指标。
在缺氧、营养匮乏的滑膜环境中，巨噬细胞（关键的效应细胞）通过显著的代谢转变来驱动炎症和组织死亡。为了满足其促炎（M1）状态的生物能量和代谢需求，巨噬细胞从OXPHOS转向有氧糖酵解。HIF-1α通过上调葡萄糖转运蛋白和糖酵解酶来控制这种糖酵解转换。此外，线粒体功能障碍（如线粒体自噬受损和线粒体活性氧（mtROS）积聚）通过增加核因子-κB（NF-κB）介导的TNF-α和IL-1β的产生，加强了这种转换。
重要的是，某些免疫代谢物协调着这个炎症级联反应。TCA循环的中断导致琥珀酸和衣康酸盐积聚，从而稳定HIF-1α并刺激IL-1β表达，而柠檬酸积累则促进磷脂和NO的产生。抗炎（M2）巨噬细胞则依赖于脂肪酸氧化（FAO）和OXPHOS。此外，RA巨噬细胞中胆碱磷酸化和摄取的增加促进了膜生物合成和细胞因子产生。这些代谢适应（糖酵解促进M1极化，FAO/OXPHOS维持M2功能）通过信号转导和转录激活因子3（STAT3）依赖性信号整合，使得巨噬细胞IM成为RA中重极化的可行治疗靶点。
2.3 B细胞、滤泡辅助性T细胞及其在类风湿关节炎中的免疫代谢
滤泡辅助性T（Tfh）细胞通过促进B细胞发育和自身抗体产生，在RA发病机制中起着至关重要的作用。循环Tfh（cTfh）细胞在RA患者中增加并与疾病活动性相关，其功能由HIF1α介导的糖酵解支持。类似地，外周辅助T（Tph）细胞也在RA中增殖，并在炎症组织中为B细胞提供帮助，但它们主要产生细胞毒介质。研究发现，这两种细胞在代谢和功能上存在差异：cTfh细胞具有较高的B细胞辅助潜能，与糖酵解增加相关；而Tph细胞具有细胞毒性特征，与线粒体活性氧（mtROS）生成增加相关。
抗环瓜氨酸肽（CCP）抗体和类风湿因子（RF）是RA的重要血清学标志物。Tfh细胞帮助B细胞产生这些自身抗体，突显了其关键的致病功能。研究表明，RA患者血清IL-21水平升高，cTfh样细胞频率增加，且与抗CCP抗体和疾病活动度评分（DAS28）相关。功能研究表明，IL-21刺激可显著增强B细胞活化、增殖、分化为浆母细胞以及免疫球蛋白G（IgG）/免疫球蛋白M（IgM）的产生，而IL-21受体（IL-21R）阻断可逆转这些效应。
尽管对RA B细胞的免疫代谢了解不如T细胞深入，但它们的活化、增殖和分化为抗体产生性浆母细胞是高度耗能的过程，依赖于糖酵解、谷氨酰胺分解和脂肪酸合成。自身反应性B细胞的代谢需求很可能由滑膜异位淋巴结构内的Tfh细胞支持。理解B细胞轴的代谢依赖性为利妥昔单抗等B细胞耗竭疗法的疗效提供了理论依据，并表明代谢抑制剂可能与这类靶向疗法产生协同作用。
2.4 成纤维样滑膜细胞及其在类风湿关节炎中的免疫代谢
FLS是构成侵袭性滑膜的关键部分，在破坏性关节炎症的发展和维持中起着重要作用。RA-FLS转变为具有侵袭性、抗凋亡的细胞，驱动血管翳形成和软骨破坏。多方面代谢重编程支持了这种侵袭性表型。RA FLS表现出“假性缺氧”状态，即使在常氧条件下糖酵解也增加，这部分是由HIF-1α和促炎细胞因子驱动的。值得注意的是，胆碱和甘油磷脂代谢被强烈激活。胆碱激酶（Chokα）将胆碱转化为磷脂酰胆碱，激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）/PI3K/Akt通路，促进增殖、MMP表达和侵袭。FLS还与巨噬细胞进行代谢共生：FLS可以摄取糖酵解巨噬细胞产生的乳酸，为其自身代谢提供燃料，而FLS来源的因子则促进巨噬细胞存活和活化，从而形成一个恶性的、自我维持的炎症循环。
2.5 树突状细胞及其在类风湿关节炎中的免疫代谢
浆细胞样树突状细胞（pDC）和常规树突状细胞（cDC）在RA病理生理学中具有不同功能。cDC，特别是富含于RA滑液中的CD1c+cDC2亚群，具有增强的抗原呈递和共刺激能力，促进CD4+T细胞活化和促炎细胞因子产生。而pDC可能具有保护作用。在缺氧和促炎信号作用下，RA滑膜中的cDC显示出糖酵解活性增加，这支持了其增强的抗原呈递和T细胞活化能力。这种代谢重编程促进了促炎表型，有助于免疫耐受的丧失。相反，单核细胞来源的树突状细胞（moDC）可能通过促进OXPHOS进入耐受状态。因此，靶向DC的IM（例如通过调节其糖酵通量）是恢复免疫平衡和减少RA滑膜炎症的潜在治疗策略。
3 RA患者分层的生物标志物：滑膜病理分型与血液标志物
尽管基于自身抗体（如RF和ACPA）的血清阳性/阴性二分法为RA提供了基本的临床和预后分层，但对于指导现代靶向治疗的选择作用有限。许多血清阳性和阴性患者对同一生物制剂或靶向合成DMARD表现出不同反应，这凸显了迫切需要对反映潜在功能生物学（如免疫代谢状态和滑膜病理学）的生物标志物的需求。
3.1 滑膜组织活检（洞察病理生物学和反应分层的临床工具）
滑膜组织是炎性关节炎的主要病变部位。滑膜活检的分子分析进展揭示了显著的异质性，为病理生理学理解和治疗定制提供了重要新见解。通过高通量组学识别治疗前和治疗后的滑膜生物标志物，滑膜组织分析有可能指导靶向药物选择、预测反应并推进精准医学，但这取决于能否将常规滑膜活检和分析纳入临床护理标准。
具有里程碑意义的研究通过分子和组织学定义了滑膜病理分型，包括淋巴-髓系型、少免疫型/纤维化型，代表了不同的细胞浸润和通路活性。研究验证了超声（US）引导下微创滑膜活检方法的可靠性。关键的R4RA研究表明，基于更精确的RNA测序（RNA-seq）分子特征重新分类患者后发现，那些分子定义为B细胞贫乏滑膜的患者对托珠单抗（抗IL-6受体）的反应显著优于利妥昔单抗（抗CD20）。这证明滑膜组织的RNA-seq分层在指导生物制剂选择方面比单纯组织学具有更强的预测能力。此外，少免疫/纤维化病理分型与对两种药物反应均不佳相关，表明这是一种治疗抵抗的内型。
机器学习模型利用滑膜RNA测序数据，可以准确预测个体患者对依那西普、托珠单抗和利妥昔单抗的反应。尽管概念已得到成功验证，但将其转化为常规临床实践仍面临重大限制，包括预测准确性中等、活检的有创性本质上限制了可扩展性、以及需要专业的多学科团队进行活检处理、复杂的组学分析和生物信息学解读。
3.2 血液组学（从代谢到分子分层）
为了克服组织活检的限制，大量工作集中于寻找能反映滑膜生物学和疾病活动性的系统性血液生物标志物。RA患者血液的代谢组学分析推进了用于疾病分层、预后和治疗预测的生物标志物的识别。例如，多生物标志物疾病活动性评分，源自12种优先蛋白，与临床疾病活动度指数紧密相关。在免疫参与者中，B细胞尤为重要。
通过核磁共振、气相色谱-质谱、液相色谱-质谱等高通量分析，已定义了RA患者与健康对照者不同的代谢指纹图谱，其特征是糖酵解、TCA循环、氨基酸和脂质代谢的改变。这些标志物与疾病活动度评分相关。更重要的是，基线代谢谱可能预测治疗反应。例如，使用核磁共振和质谱的代谢组学分析在预测RA治疗反应方面显示出前景。研究表明，治疗前血浆代谢物的差异可区分未来对特定生物制剂有反应或无反应的患者。
转录组学分析提供了比DNA方法更动态、组织特异性的疾病视图。研究表明，与健康对照相比，RA滑膜、血细胞和骨髓的转录组显示出疾病特异性表达模式。虽然微阵列提供了初步见解，但RNA-seq现在能够实现无偏倚的全基因组转录本检测。对循环CD14+单核细胞免疫代谢谱的研究揭示了RA中一种症状前的炎症表型。RA患者的单核细胞表现出炎症反应增强，包括细胞因子/趋化因子产生过度和迁移能力增强。在代谢水平上，这些细胞表现出线粒体过度活化和向糖酵解的明显转变，这由HIF1α、己糖激酶2和6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酶3表达增加驱动，并依赖于葡萄糖摄取。STAT3调节这种促炎性糖酵解重编程。
将计算分析、转录组数据和蛋白质微阵列结合，研究人员已开发并完善了定量方法，以识别和验证RA的血液蛋白质生物标志物。关键成果是创建了基于12种优先生物标志物的精确血清多生物标志物疾病活动性评分，该评分与临床疾病活动度稳健相关并将其分为低、中、高水平。这个经过验证的算法方法提供了RA疾病活动度的客观分子测量，增强了传统的临床评估。
未来的预测模型需要将多组学数据与机器学习整合。研究已成功整合血液代谢组和脂质组模式，以高准确度对疾病活动度进行分类和诊断血清阴性RA。生物标志物必须在从发现到临床效用的连续谱上进行评估。
4 靶向免疫代谢治疗类风湿关节炎
失调的免疫代谢网络驱动RA的长期滑膜炎和骨丢失。炎性滑膜细胞和免疫细胞发生显著的代谢重编程，转向糖酵解、改变脂质代谢、并积聚乳酸和琥珀酸等免疫代谢物，从而维持炎症、破骨细胞活化和组织损伤。由于超过40%的患者对当前生物制剂和常规治疗反应不足，这种内在失调是治疗抵抗的重要原因。
在RA滑膜中发现失调的酶、转录因子、代谢物和整个代谢通路，为潜在的治疗靶点开辟了新途径。临床前研究证实，通过靶向特定通路（如阻断糖酵通量或调节琥珀酸等代谢物）可以有效减轻滑膜炎。
4.1 二甲双胍：在类风湿关节炎中重新利用的代谢调节剂
由于其通过腺苷酸活化蛋白激酶介导的对关键炎症通路的抑制，二甲双胍（一种一线糖尿病药物）正被重新用于治疗RA和骨关节炎。AMPK激活可调节mTOR和下游促炎通路，导致糖酵解减少、T细胞分化改变、破骨细胞生成抑制以及巨噬细胞和FLS的细胞因子产生减少。临床前研究表明，它能保护软骨、减轻滑膜炎并改变T细胞平衡。其使用在临床上与RA发病率降低和进展减缓相关，一项在RA患者中使用甲氨蝶呤的初步随机对照试验显示更高的ACR20反应率。然而，在建议广泛临床使用之前，需要大规模、确证性研究来验证其有效性并确定其在风湿病治疗算法中的地位。
在66名中重度疾病活动度的RA患者中进行的一项前瞻性随机对照研究检查了在标准治疗基础上加用二甲双胍的安全性和有效性。与安慰剂组相比，二甲双胍组在6个月后显示出疾病活动度和炎症的显著降低。生活质量早在3个月时就有显著改善。另一项随机临床试验显示，辅助性二甲双胍显著改善了RA患者的治疗结果。12周后，二甲双胍组80.8%的患者达到ACR20反应，而安慰剂组为54.7%。二甲双胍组在疾病活动度方面也表现出统计学显著且持续的改善，研究终点时DAS缓解率显著更高。该疗法耐受性良好，无显著不良反应。
尽管有积极迹象，但二甲双胍在RA治疗中的应用仍处于研究阶段。目前的临床证据基于中小样本量的研究。在缺乏针对RA特定人群的大规模、确证性3期随机对照试验的情况下，其有效性和在治疗算法中的最佳定位仍不确定。
4.2 类风湿关节炎中的新型代谢抑制剂
临床前研究积极关注直接药理学抑制失调的代谢酶。这些策略旨在切断致病细胞的燃料供应。双重代谢抑制是一个关键策略，靶向滑膜成纤维细胞中糖酵解和谷氨酰胺分解的协同失调。例如，c28MS旨在同时抑制谷氨酰胺分解中的谷氨酰胺酶和糖酵解中的己糖激酶2。临床前模型中，c28MS显著降低了关节炎严重程度和成纤维细胞的侵袭性。
4.2.1 糖酵解抑制
直接抑制糖酵解是RA中活性免疫和基质细胞的特征，是一种可行的临床前方法。糖酵解抑制剂2-脱氧-D-葡萄糖通过抑制致病性T细胞和B细胞反应，减轻了小鼠模型的关节炎严重程度。正在研究更先进的纳米递送技术以提高选择性和减少广泛糖酵解抑制的全身毒性。例如，负载地塞米松的pH/MMP响应性聚合物体可以靶向酸性、蛋白酶丰富的滑膜环境，提供靶向代谢和抗炎益处。这些方法仍处于临床前阶段；保持靶细胞选择性、控制对非目标组织的代谢影响以及证明长期安全性是重要的转化问题。
己糖激酶2在RA滑膜成纤维细胞的糖酵解重编程中起关键作用，增加其增殖、侵袭性和抗凋亡能力。由于其在T细胞中表达有限，靶向己糖激酶2提供了一个有前景的、选择性的治疗途径。临床前疗法包括小分子抑制剂3-溴丙酮酸，可减轻小鼠关节炎，以及通过干扰素基因刺激蛋白或m6A甲基化靶向其调控的方法。临床上，己糖激酶2基因多态性与对Janus激酶抑制剂反应增加相关，而3-溴丙酮酸优先抑制患者活检组织中FLS的糖酵解。新方法如己糖激酶2-正电子发射断层扫描成像现在可以无创监测滑膜代谢活动。
4.2.2 靶向其他通路
在RA中，线粒体活性氧是关键的信号分子和潜在的免疫代谢靶点。治疗性调节活性氧可能产生矛盾的效果。其他有前景的代谢靶点包括缺氧关节环境中的基本驱动因子HIF-1α/HIF-2α，以及关键的糖酵解酶。尽管系统性抑制中枢碳代谢存在毒性担忧，但活化的炎症细胞对代谢的选择性依赖表明可能存在有利的治疗窗口。
甲氨蝶呤自20世纪80年代引入以来，仍是RA一线治疗的基石。其多方面作用机制包括抑制叶酸代谢、改变腺苷信号、调节细胞因子谱和影响多胺合成。虽然通常有效，但长期使用甲氨蝶呤与全身毒性相关。正在进行的研究旨在通过识别反应和毒性的遗传预测因子以及优化其与生物疗法的组合来完善其使用。
尽管在理解RA发病机制和开发靶向生物制剂方面取得了进展，但仍有相当大比例的患者对常规DMARDs、皮质类固醇和非甾体抗炎药反应不足。这种未满足的需求正在推动创新，超越传统小分子，转向新兴模式，包括基于细胞的疗法、RNA靶向治疗和植物大麻素，这些代表了追求更有效和个性化RA管理的下一个前沿。
4.3 具有明确免疫代谢靶点的天然化合物
尽管有潜力，但这些新抑制剂主要处于临床前阶段。实现细胞类型选择性、确保足够的治疗窗口以防止全身代谢毒性以及开发有效的滑膜递送机制是关键的转化挑战。未来的临床应用很可能依赖于与生物标志物方法的整合，以识别表现出这些药物旨在利用的特定代谢脆弱性的患者。
中药在治疗RA等难治性疾病方面历史悠久，提供了丰富的生物活性化合物来源。例如，已获批准的中药衍生生物碱青藤碱通过特异性抑制前列腺素E2产生酶微粒体前列腺素E合酶-1发挥其抗关节炎作用。新出现的证据表明，许多中药化合物的抗炎和免疫调节益处是通过靶向调节免疫代谢通路介导的，为其在RA中的治疗应用提供了新的、基于机制的理论依据。
天然生物碱小檗碱通过多靶点调节免疫代谢通路，具有强大的抗关节炎特性。它通过阻断AMPK/脂肪生成、溶血磷脂酸/细胞外信号调节激酶/p38 MAPK信号和活性氧-AMPK等关键通路，抑制RA-FLS的炎症性增殖。它还通过下调脂质代谢调节因子甾醇调节元件结合蛋白1来降低棕榈酸水平。此外，小檗碱通过激活AMPK来抵消糖酵解重编程，逆转CD4+T细胞中的促糖酵解转变，并抑制M1巨噬细胞中的mTORC1/HIF-1α信号。值得注意的是，小檗碱在临床剂量下具有良好的安全性。
白藜芦醇是一种天然植物激素，是RA的可行治疗选择，因为它激活沉默信息调节因子1。这种激活触发了一个广泛的调节级联，抑制NF-κB和MAPK等关键炎症通路，导致MMPs和促炎细胞因子产生减少。在细胞水平上，白藜芦醇调节巨噬细胞极化，保持线粒体氧化还原平衡，减少滑膜炎症、增生和软骨降解，并诱导过度活跃的滑膜成纤维细胞和炎症细胞凋亡。尽管有强有力的临床前证据，但其临床转化仍有待通过大规模、多中心试验和开发先进的递送系统来验证。
天然化合物有悠久的使用历史，但它们通常存在生物利用度差、缺乏标准化以及缺乏符合现代药物开发标准的严格大规模随机对照试验的问题。尽管有令人信服的临床前结果，但这类药物面临着一个艰巨的转化挑战：实现足够的治疗窗口。当系统性抑制中枢代谢通路时，脱靶毒性是一个重大风险。
4.4 使用生物标志物指导现有生物和靶向治疗
免疫代谢发现最直接的治疗应用是更智能地、以生物标志物为指导地使用现有疗法。最明显的例子是通过滑膜B细胞分子特征对患者进行分层；R4RA研究表明，缺乏
