血清代谢组学分析鉴定牛磺石胆酸作为屋尘螨皮下免疫治疗反应预测因子在过敏性鼻炎中的研究：临床发现与实验验证

《Frontiers in Immunology》：Serum metabolomic profiling identifies taurolithocholic acid as a predictor of HDM-SCIT response in allergic rhinitis: clinical discovery and experimental validation

　　

背景：皮下免疫治疗（SCIT）是针对屋尘螨（HDM）诱导的过敏性鼻炎（AR）的一种临床有效且可改变疾病进程的治疗方法。尽管SCIT可为大多数患者提供长期的症状改善，但部分患者仍表现出临床反应不足。导致治疗效果异质性的潜在因素尚不清楚，且目前仍缺乏能够预测SCIT结果的可靠生物标志物。 目的：本研究旨在评估一年期HDM-SCIT的临床疗效，并鉴定与治疗反应相关的血清生物标志物，以提升对AR患者SCIT结果的预测能力。 方法：从两家医疗中心（北京协和医院和青岛大学附属医院）前瞻性纳入符合条件的HDM诱导的AR患者，并完成一年的HDM-SCIT治疗。在基线和治疗一年后，分别通过视觉模拟量表（VAS）和总鼻症状评分（TNSS）评估症状严重程度，并通过鼻结膜炎生活质量问卷（RQLQ）评估生活质量。临床缓解定义为VAS和RQLQ评分改善≥30%。此外，药物评分和TNSS也作为次要终点纳入，以支持反应的定义。采用基于液相色谱?质谱联用技术的非靶向代谢组学和靶向胆汁酸谱分析，对治疗前后收集的配对血清样本进行分析。为验证代谢组学发现，建立了HDM诱导的AR小鼠模型，并分别给予单纯SCIT或SCIT联合牛磺石胆酸（TLCA，一种胆汁酸）。评估了鼻腔组织病理学、脾脏T细胞亚群以及血清和鼻腔灌洗液中的细胞因子水平。 结果：在接受一年期HDM-SCIT的32名患者中，22名为反应者，10名为无反应者。两组在基线时的年龄、AR病程、合并症、总免疫球蛋白E（IgE）、VAS、TNSS或RQLQ方面均无差异。然而，反应者在治疗一年后VAS、TNSS和RQLQ的降低显著更大（p < 0.05）。非靶向代谢组学在治疗前组与治疗后组之间鉴定出956种差异代谢物（614种上调，342种下调），在反应者与无反应者基线时和基线后分别鉴定出1389种（582种上调，807种下调）和1574种（342种上调，1232种下调）差异代谢物。KEGG（京都基因与基因组百科全书）分析突出显示胆汁分泌是关键的差异通路。靶向胆汁酸代谢组学揭示TLCA是与HDM-SCIT疗效相关的潜在生物标志物。小鼠模型证实，HDM-SCIT联合TLCA（特别是高剂量）可减轻鼻腔黏膜炎症（减少上皮损伤、嗜酸性粒细胞），增加脾脏CD4+Foxp3+调节性T细胞，减少CD4+IL-4+辅助性T细胞2和血清IgG1，并剂量依赖性地降低血清/鼻腔灌洗液白细胞介素（IL）-5，同时增加血清IL-10/干扰素（IFN）-γ。 结论：血清TLCA水平与HDM-SCIT的临床反应相关。动物模型验证表明，TLCA可增强SCIT诱导的免疫耐受。这些发现支持TLCA可能作为一种潜在的基于代谢物的生物标志物和辅助靶点，用于改善变应原免疫治疗的疗效。

论文解读文章

研究背景、问题与研究动机

过敏性鼻炎（AR）是一种全球性的常见呼吸道疾病，其中屋尘螨（HDM）是主要的室内变应原。变应原免疫治疗（AIT），特别是皮下免疫治疗（SCIT），是目前唯一能够改变过敏性疾病自然进程的对因疗法，通过诱导对变应原的免疫耐受，实现长期症状缓解。然而，尽管多数患者能从HDM-SCIT中获益，仍有一部分患者表现为治疗无反应，其临床疗效存在显著的异质性。目前，导致这种治疗反应差异的生物学机制尚不明确，临床上也缺乏能够可靠预测SCIT疗效的生物标志物。因此，深入探索与SCIT疗效相关的分子机制，并寻找有效的预测标志物，对于实现过敏性鼻炎的精准医疗、优化治疗策略具有重要意义。本研究旨在通过整合临床代谢组学与动物实验验证，系统揭示HDM-SCIT疗效差异的代谢基础及相关免疫调节机制，相关成果发表在《Frontiers in Immunology》期刊上。

关键技术方法概述

本研究采用临床研究与基础实验相结合的整合策略。临床研究部分，从北京协和医院和青岛大学附属医院前瞻性招募了32名HDM单重致敏的成年AR患者，所有患者均接受为期一年的标准化HDM-SCIT（使用Alutard SQ）。通过视觉模拟量表、总鼻症状评分和鼻结膜炎生活质量问卷在治疗前后评估疗效，并将患者分为反应者和无反应者。在代谢组学分析方面，对患者治疗前后的血清样本进行了基于超高效液相色谱-轨道阱质谱的非靶向代谢组学分析，以及基于超高效液相色谱-串联质谱的靶向胆汁酸代谢组学分析。动物实验部分，建立了HDM诱导的BALB/c小鼠AR模型，将小鼠分为对照组、模型组、SCIT组、SCIT联合低剂量TLCA（5 mg/kg）组和SCIT联合高剂量TLCA（10 mg/kg）组。通过组织病理学染色、流式细胞术检测脾脏T细胞亚群、酶联免疫吸附试验检测血清抗体以及电化学发光法检测细胞因子等手段，评估TLCA对SCIT疗效的增强作用及潜在免疫机制。

研究结果

3.1 临床研究

3.1.1 临床特征与治疗疗效评估

32名患者中，22名为反应者，10名为无反应者。基线时两组在人口学特征、临床评分和总IgE水平上无统计学差异。然而，无反应者中合并特应性皮炎和共敏化草/树花粉的比例描述性分析显示更高。治疗后，反应者在VAS、TNSS和RQLQ评分的改善上均显著优于无反应者。

3.1.2 非靶向代谢组学分析表征了与HDM-SCIT相关的全局代谢变化和富集通路

比较治疗前后，共鉴定出956种差异代谢物。在基线时和治疗后，分别鉴定出反应者与无反应者之间存在1389种和1574种差异代谢物。正交偏最小二乘判别分析显示各组间存在一定程度的分离。KEGG通路富集分析在所有比较组中均显著富集到“胆汁分泌”通路。

3.1.3 靶向胆汁酸代谢组学进一步探索了与HDM-SCIT反应相关的潜在生物标志物

靶向分析了22种胆汁酸。结果显示，牛磺石胆酸在区分反应者和无反应者方面表现突出。尽管基线时TLCA水平在两组间无显著差异，但治疗一年后，反应者的血清TLCA水平显著低于无反应者。受试者工作特征曲线分析表明，TLCA具有优异的判别能力，曲线下面积达0.916。

3.2 小鼠模型实验

3.2.1 HDM-SCIT与TLCA联合应用有效减轻HDM诱导的AR相关鼻腔黏膜炎症

与模型组相比，SCIT治疗部分改善了鼻腔黏膜的病理损伤。SCIT联合TLCA（特别是高剂量）治疗进一步减轻了炎症，显著降低了组织病理学评分和鼻腔黏膜中的嗜酸性粒细胞密度。

3.2.2 TLCA补充改变了AR小鼠HDM-SCIT期间脾脏中Th1、Th2和Treg细胞的数量

流式细胞术分析显示，与模型组相比，SCIT联合高剂量TLCA处理的小鼠脾脏中CD4⁺Foxp3⁺调节性T细胞的比例显著增加，而CD4⁺IL-4⁺辅助性T细胞2的比例显著降低。CD4⁺IFN-γ⁺辅助性T细胞1的比例在各组间无显著差异。

3.2.3 TLCA补充联合HDM-SCIT对AR小鼠血清中IgE、IgG1、IgG2a的影响

酶联免疫吸附试验检测发现，SCIT联合高剂量TLCA显著降低了血清IgG1水平，但对血清IgE和IgG2a水平无显著影响。

3.2.4 TLCA补充联合HDM-SCIT对AR小鼠血清和鼻腔灌洗液中细胞因子的影响

电化学发光检测表明，SCIT联合高剂量TLCA能剂量依赖性地显著降低血清和鼻腔灌洗液中的IL-5水平，同时显著提升血清中的IL-10和IFN-γ水平。对血清IL-4和IL-13也有降低作用。

讨论与结论总结

在讨论部分，研究人员指出，本研究首次通过临床代谢组学结合动物实验，将TLCA与HDM-SCIT的治疗反应直接联系起来。在代谢层面，异常的胆汁酸代谢，特别是TLCA水平的差异，是区分SCIT疗效的关键因素。在细胞和免疫层面，TLCA可能通过其受体TGR5等信号通路，与SCIT协同作用，一方面促进调节性T细胞的增殖，增强免疫耐受；另一方面调控辅助性T细胞1/辅助性T细胞2免疫平衡，即抑制辅助性T细胞2/IL-5/嗜酸性粒细胞炎症通路，同时增强辅助性T细胞1/抗炎通路（提升IFN-γ和IL-10）。这共同导致了鼻腔炎症的减轻和疗效的增强。研究也指出了若干局限性，包括临床样本量有限、人与小鼠实验在变应原制剂和治疗周期上的差异、缺乏TLCA单独用药组以及其精确分子机制有待进一步阐明等。

结论翻译

总之，我们采用液相色谱-质谱联用技术表征了AR患者对HDM-SCIT的全局代谢反应。治疗前后血清样本的代谢组学分析揭示，TLCA水平与不同治疗反应患者的临床缓解显著相关。这些发现在HDM诱导的AR动物模型中得到了进一步验证。补充TLCA通过调节胆汁酸代谢和恢复辅助性T细胞1/辅助性T细胞2平衡，增强了HDM-SCIT对AR的治疗效果。然而，由于本研究样本量较小且缺乏验证队列，未来需要进一步研究以探索TLCA作为HDM-SCIT反应潜在预测生物标志物以及作为改善SCIT治疗结局有前景的辅助药物的可行性。