成纖維樣滑膜細(xì)胞能量代謝異常關(guān)鍵分子在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎中的研究進(jìn)展

賈成艷，常 艷，魏 偉

(安徽醫(yī)科大學(xué)臨床藥理研究所，抗炎免疫藥物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，抗炎免疫藥物安徽省協(xié)同創(chuàng)新中心，安徽 合肥 230032)

類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA)是一種全身性自身免疫病，主要累及關(guān)節(jié)滑膜，產(chǎn)生慢性滑膜炎癥，最終導(dǎo)致關(guān)節(jié)破壞和功能喪失。該病的病理機(jī)制涉及多種類型細(xì)胞之間的相互作用，其中成纖維樣滑膜細(xì)胞(fibroblast-like synoviocytes，F(xiàn)LS)起關(guān)鍵作用，表現(xiàn)出一種侵襲性表型，產(chǎn)生炎癥介質(zhì)導(dǎo)致滑膜炎癥，造成軟骨、骨損傷。隨著代謝組學(xué)的發(fā)展，細(xì)胞代謝研究為RA的治療提供了潛在新靶點(diǎn)。雖然，目前對(duì)于RA的治療已經(jīng)取得一定的進(jìn)展，但缺乏直接針對(duì)FLS代謝異常的藥物。越來越多的證據(jù)表明，干擾RA-FLS代謝途徑中的某些分子，可以緩解RA疾病嚴(yán)重程度，一些關(guān)鍵的轉(zhuǎn)運(yùn)體和代謝酶成為潛在的藥物治療靶點(diǎn)。

1 FLS能量代謝異常介導(dǎo)了RA的病理機(jī)制和發(fā)生發(fā)展

FLS是滑膜組織的主要組成細(xì)胞，具有分泌炎性細(xì)胞因子及趨化因子促進(jìn)炎癥反應(yīng)、分泌基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)降解軟骨、刺激破骨細(xì)胞分化導(dǎo)致骨侵蝕等功能。此外，由于表面標(biāo)記物(Tab 1)的表達(dá)差異，不同功能FLS表型的發(fā)現(xiàn)[1-2]，進(jìn)一步闡明了FLS在RA病理機(jī)制中的作用。

近年來，對(duì)RA代謝途徑的研究改變了對(duì)自身抗原識(shí)別引發(fā)自身免疫的早期觀點(diǎn)。RA患者血清中糖酵解產(chǎn)物和氨基酸代謝產(chǎn)物增加，且脂質(zhì)代謝產(chǎn)物與C-反應(yīng)蛋白水平相關(guān)，提示RA患者能量代謝發(fā)生異常[3]。RA患者的原始T細(xì)胞代謝紊亂，戊糖磷酸途徑活性增強(qiáng)，產(chǎn)生高水平的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸和生物合成前體，降低了細(xì)胞內(nèi)活性氧水平，促進(jìn)Th1和Th17的分化。葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體1(glucose transporter 1，GLUT1)表達(dá)增強(qiáng)，增加葡萄糖攝取及糖酵解通量，提供細(xì)胞所需能量，增強(qiáng)M1巨噬細(xì)胞及B細(xì)胞活性；線粒體脂質(zhì)氧化途徑可以刺激M2巨噬細(xì)胞及記憶B細(xì)胞功能[4]。RA-FLS異?；罨哂星忠u性，介導(dǎo)炎癥和關(guān)節(jié)破壞，代謝需求高。研究表明RA-FLS中糖酵解途徑高度激活，脂質(zhì)(如膽堿、花生四烯酸)及氨基酸(如色氨酸、谷氨酰胺)的代謝發(fā)生改變，這些代謝變化參與了FLS的異?；罨突ぱ装Y。

Tab 1 Surface markers of FLS

Fig 1 The metabolic pathway of RA-FLS

臨床上用于治療RA的藥物可以通過影響代謝發(fā)揮治療作用。甲氨蝶呤(methotrexate，MTX)作為治療RA患者的一線藥物，影響葉酸代謝，抑制DNA的生物合成及FLS增殖。并且，MTX能顯著降低RA-FLS中己糖激酶II(hexokinases 2，HK2)的表達(dá)，調(diào)控FLS糖酵解活性。甾體抗炎藥糖皮質(zhì)激素能調(diào)節(jié)許多與糖酵解和雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)通路相關(guān)的代謝酶的基因轉(zhuǎn)錄，從而發(fā)揮治療RA的作用[5]。以上結(jié)果提示，調(diào)控RA異常代謝恢復(fù)其正常免疫穩(wěn)態(tài)可能是治療RA的潛在新策略。

2 FLS能量代謝途徑及異常關(guān)鍵分子

葡萄糖、脂質(zhì)、氨基酸代謝途徑中異?；罨霓D(zhuǎn)運(yùn)體及代謝酶，導(dǎo)致FLS能量代謝異常，可能是靶向能量代謝異常細(xì)胞的關(guān)鍵分子(Tab 2)。抑制FLS代謝途徑中異常關(guān)鍵分子的活化，具有潛在的治療關(guān)節(jié)炎的作用，對(duì)RA藥物的開發(fā)具有重要作用。

Tab 2 The key molecule of abnormal energy metabolism in RA-FLS

2.1 糖酵解代謝途徑

2.1.1糖酵解代謝途徑轉(zhuǎn)運(yùn)體 研究表明[6]，RA-FLS中GLUT1表達(dá)增加，并且與HK2、MMP-3表達(dá)水平相關(guān)。將RA患者CD4+T細(xì)胞與RA-FLS體外共培養(yǎng)后，CD4+T細(xì)胞分泌促炎因子的能力增強(qiáng)，RA-FLS中GLUT1、GLUT3、MMP-3、MMP-9表達(dá)增加，導(dǎo)致RA-FLS侵襲性及糖酵解活性增強(qiáng)，糖酵解抑制劑2-DG可逆轉(zhuǎn)RA-FLS上述反應(yīng)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，K/BxN關(guān)節(jié)炎小鼠FLS中GLUT1表達(dá)增加并促進(jìn)FLS遷移及分泌MMP-3的能力，糖酵解抑制劑BrPa降低GLUT1的表達(dá)，緩解小鼠關(guān)節(jié)炎癥[7]。

2.1.2糖酵解途徑代謝酶 糖酵解過程中有幾種關(guān)鍵的限速酶參與了FLS侵襲性表型，第一種酶是HK2。與骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)患者FLS相比，HK2在RA-FLS中表達(dá)增加，且脂多糖等炎癥介質(zhì)能促進(jìn)RA-FLS表達(dá)HK2，導(dǎo)致其遷移和增殖能力明顯增強(qiáng)，HK2基因沉默后，RA-FLS遷移和增殖能力降低。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，向K/BxN關(guān)節(jié)炎小鼠關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射HK2可增強(qiáng)FLS增殖和遷移能力，HK2敲除小鼠關(guān)節(jié)炎癥狀能得到明顯改善[8]。第二種酶是雙功能6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-雙磷酸酶3(6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-biphosphatase3，PFKFB3)。RA患者滑膜組織中PFKFB3表達(dá)高于OA，PFKFB3小分子抑制劑PFK15可降低葡萄糖攝取和利用，抑制糖酵解途徑，顯著降低RA-FLS遷移、侵襲及產(chǎn)生炎癥介質(zhì)的能力，減輕膠原誘導(dǎo)型關(guān)節(jié)炎小鼠關(guān)節(jié)炎的嚴(yán)重程度[9]。此外，RA患者CD4+T細(xì)胞PFKFB3缺乏活性，影響糖代謝途徑，ATP產(chǎn)生不足，容易導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。第三種酶是丙酮酸激酶2(pyruvate kinase2，PKM2)。與OA相比，RA患者滑膜中PKM2的表達(dá)明顯增加，低氧環(huán)境下RA-FLS中PKM2表達(dá)升高，而通過PKM2抑制糖酵解途徑，可以逆轉(zhuǎn)RA-FLS侵襲、遷移及分泌功能[10]。

2.2 脂質(zhì)代謝途徑

2.2.1脂質(zhì)代謝途徑轉(zhuǎn)運(yùn)體 磷脂酰膽堿是磷脂的主要成分之一，由膽堿合成。Seki等[11]發(fā)現(xiàn)膽堿類轉(zhuǎn)運(yùn)體1(choline transporter-like 1，CTL1)(高親和力)和CTL2(低親和力)均在RA-FLS中高表達(dá)，與OA-FLS相比，RA-FLS膽堿攝取顯著增加。氟西汀等陽離子藥物可抑制膽堿攝取，顯著降低RA-FLS活力、增加細(xì)胞凋亡蛋白-3/7活性，可促進(jìn)RA-FLS凋亡。此外，膽堿代謝與巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)有關(guān)，M1巨噬細(xì)胞中CTL1表達(dá)增強(qiáng)，增加了膽堿攝取，進(jìn)而促進(jìn)磷脂酰膽堿生物合成，增加細(xì)胞因子分泌，促進(jìn)巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥免疫反應(yīng)[12]。

血漿磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(plasma phospholipid transfer protein，PLTP)是真核生物中普遍存在的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，PLTP可以通過其活性形式轉(zhuǎn)運(yùn)脂質(zhì)，也可以與ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白A1(ATP-binding cassette transporter A1，ABCA1)等受體結(jié)合產(chǎn)生作用。研究表明，PLTP和ABCA1在RA-FLS中表達(dá)程度高，且RA-FLS中PLTP活性明顯高于OA，PLTP通過增加脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)及與ABCA1結(jié)合激活STAT3 途徑，促進(jìn)了RA-FLS增殖及分泌白介素8(interleukin-8，IL-8)、IL-6、MMP-3和血管內(nèi)皮生長因子的能力，參與RA發(fā)病機(jī)制[13]。

2.2.2脂質(zhì)代謝途徑代謝酶 磷脂酶A2(phospholipase A2，PLA2)可將花生四烯酸(arachidonic acid，AA)從細(xì)胞膜磷脂中游離出來，AA可通過環(huán)氧合酶(cyclooxygenase，COX)代謝成前列腺素，通過脂氧合酶(lipoxygenase，LOX)代謝成白三烯，這兩種代謝物均在體內(nèi)充當(dāng)炎性介質(zhì)，介導(dǎo)RA患者關(guān)節(jié)炎癥的發(fā)生發(fā)展。PLA2、COX、LOX在RA患者滑膜中表達(dá)增高，提示AA代謝途徑的激活[14]。研究表明，LOX抑制劑能減少腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)誘導(dǎo)RA-FLS釋放炎癥因子，緩解關(guān)節(jié)炎小鼠的足爪腫脹[15]；抑制PLA2可顯著降低TNF-α誘導(dǎo)FLS釋放AA、PGE2、IL-8和MMP-3[16]；抑制COX的非甾體抗炎藥能有效地減輕RA患者臨床癥狀和體征，消除關(guān)節(jié)局部炎癥反應(yīng)。

膽堿激酶α(choline kinase α，Chokα)是一種重要的磷脂酰膽堿合成酶，是細(xì)胞增殖的必需酶。研究表明，TNF-α和血小板源性生長因子可誘導(dǎo)RA-FLS中Chokα表達(dá)增加，使磷酸化膽堿水平升高。Chokα抑制劑MN58b緩解K/BxN關(guān)節(jié)炎小鼠炎癥反應(yīng)程度，體外可抑制RA-FLS遷移并促進(jìn)其凋亡[17]。磷脂酶D(phospholipase D，PLD)為磷脂酰膽堿的特異性切割酶，PLD1基因干擾和PLD1、PLD2小分子抑制劑均能顯著減少RA-FLS分泌IL-6、IL-8和趨化因子[18]。

2.3 氨基酸代謝途徑

2.3.1氨基酸代謝途徑轉(zhuǎn)運(yùn)體 L型氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(L-type amino acid transporter 1，LAT1)是普遍存在的L型氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族成員之一，亮氨酸、異亮氨酸、色氨酸等均通過細(xì)胞LAT1轉(zhuǎn)運(yùn)。研究發(fā)現(xiàn)LAT1在RA患者滑膜中表達(dá)增加，LAT1抑制劑BCH可降低mTOR及其下游靶基因4EBP1磷酸化、亮氨酸攝取和RA-FLS遷移[19]。Ozaki等[20]發(fā)現(xiàn)LAT1基因敲除的小鼠破骨細(xì)胞生成減少，體外研究發(fā)現(xiàn)LAT1通過mTOR復(fù)合體1通路調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞形成，維持骨內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。

谷氨酰胺主要通過Na+依賴性丙氨酸-絲氨酸-半胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體2(alanine-serine-cysteine transporter 2，ASCT2)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，該轉(zhuǎn)運(yùn)體參與T細(xì)胞與巨噬細(xì)胞活化，抑制ASCT2可以減少RA等自身免疫病中T細(xì)胞增殖和過度活化[21]。

2.3.2氨基酸代謝途徑代謝酶 色氨酸是機(jī)體必需氨基酸之一，RA等自身免疫病患者的血清和尿液中色氨酸水平降低、其分解代謝物水平升高[22]。色氨酸主要通過犬尿氨酸途徑進(jìn)行分解代謝，吲哚胺-2,3-雙加氧酶1(indoleamine-2,3-dioxygenase 1，IDO1)、吲哚胺-2,3-雙加氧酶2(indoleamine-2, 3-dioxygenase2，IDO2)、色氨酸-2,3-雙加氧酶(tryptophan-2,3-dioxygenase 2，TDO2)是犬尿氨酸代謝途徑關(guān)鍵的限速酶。IDO1 抑制劑1-MT，可降低早期K/BxN關(guān)節(jié)炎小鼠B 細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子和抗體的水平，從而減輕關(guān)節(jié)炎小鼠足爪腫脹程度。1-MT和MTX 聯(lián)合給藥，能更有效地緩解K/BxN小鼠關(guān)節(jié)炎癥[23]。IDO2是IDO1的同工酶，兩者具有43%的基因同源性，但I(xiàn)DO2酶解效率明顯低于IDO1。近年來研究發(fā)現(xiàn)，IDO2可能通過調(diào)控B 細(xì)胞和T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，也參與了自身免疫性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生發(fā)展[22]。TDO2參與多種疾病發(fā)病，其在多種腫瘤組織中表達(dá)程度較高，且參與腫瘤的免疫反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)[24]，神經(jīng)膠質(zhì)瘤患者中TDO2表達(dá)程度較高，而在TDO2表達(dá)高的部位中浸潤的CD8+T細(xì)胞水平大大降低；膠質(zhì)瘤小鼠的T細(xì)胞TDO2表達(dá)增強(qiáng)，導(dǎo)致分泌的INF-γ水平明顯降低。此外，敲除TDO2基因的實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)小鼠，緩解脊髓神經(jīng)元的損傷，提示抑制TDO2可能成為多發(fā)性硬化癥等自身免疫病的新策略[25]。

Takahashi等[26]在2017年首次報(bào)道了谷氨酰胺在RA發(fā)病中的作用。谷氨酰胺酶1(glutaminase1，GLS1)是谷氨酰胺代謝途徑關(guān)鍵分子。研究發(fā)現(xiàn)，GLS1在RA-FLS中高表達(dá)，GLS1抑制劑化合物968可抑制RA-FLS生長，化合物968給藥后可減少自發(fā)性關(guān)節(jié)炎小鼠(SKG小鼠)關(guān)節(jié)炎評(píng)分及FLS數(shù)量，提示GLS 1在調(diào)節(jié)RA-FLS增殖中起重要作用。此外，BPTES能改善系統(tǒng)性紅斑狼瘡和EAE模型小鼠病理狀況，減少Th17細(xì)胞中低氧誘導(dǎo)因子1α表達(dá)，從而影響糖酵解途徑[27]。

3 小結(jié)

目前還沒有較好的治療RA的藥物，傳統(tǒng)藥物起效慢，副作用大，新型生物制劑也存在胃腸道反應(yīng)、骨髓抑制等諸多不良反應(yīng)[28]。對(duì)RA代謝內(nèi)容的不斷認(rèn)識(shí)與深入研究，不僅有助于理解該病的病理機(jī)制，更有望為RA臨床診斷提供新指標(biāo)、為RA的治療提供新靶點(diǎn)和新方向。葡萄糖、脂質(zhì)、氨基酸代謝途徑中轉(zhuǎn)運(yùn)體及代謝酶等分子異常活化，導(dǎo)致RA-FLS代謝異常，參與RA發(fā)生發(fā)展。通過調(diào)節(jié)異常活化分子的活性，可改善能量代謝異常細(xì)胞的功能，從而達(dá)到緩解關(guān)節(jié)炎癥的效果。靶向FLS能量代謝異常關(guān)鍵分子，只針對(duì)功能異常細(xì)胞，使過度活化的細(xì)胞功能恢復(fù)至正常水平，在發(fā)揮治療作用的同時(shí)盡可能的降低不良反應(yīng)，即達(dá)到“炎癥免疫反應(yīng)軟調(diào)節(jié)”[29]目的，對(duì)未來RA藥物的開發(fā)具有重要意義。因此，全面、系統(tǒng)地闡述FLS代謝的變化，將為RA病理機(jī)制研究和藥物新靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)提供重要理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。