四川大学华西医院风湿免疫科罗玉斌教授团队于2026年1月在Arthritis & Rheumatology 在线发表研究论文“Gut Microbiota-Derived Tryptophan Indole Metabolites Ameliorate Collagen-Induced Arthritis in Mice Via Aryl Hydrocarbon Receptor Activation” (扫描二维码阅读原文)。本研究绘制了临床前类风湿关节炎高风险人群(PreRAs)及类风湿关节炎(RA)患者的代谢物图谱,深入阐明了色氨酸吲哚代谢产物在调控Treg细胞分化以及肠道屏障功能中的重要作用及分子机制,为基于肠道黏膜免疫调节改善RA的新型策略提供了重要理论支撑。
探究免疫耐受的破坏机制并寻找潜在治疗靶点,是当前RA研究领域亟待解决的核心科学问题。肠道菌群失衡在RA发病中扮演关键角色。除分子模拟机制外,菌群代谢产物作为调控宿主免疫的重要媒介,其在自身免疫病中的具体类型与功能仍远未阐明。色氨酸代谢与炎症反应及肠道菌群稳态密切相关。团队前期研究已证实,临床前PreRAs中普遍存在肠道屏障完整性下降及黏膜免疫紊乱。基于此,我们推测色氨酸代谢,尤其是菌群依赖的吲哚代谢途径,可能是连接肠道菌群与RA发病的关键环节之一。
本研究纳入了38例健康人群(HC)、53例PreRAs及30例RA患者血清样本,整合了非靶向、脂质组以及色氨酸靶向代谢组检测,分别对人群样本以及菌群移植小鼠样本的代谢产物进行了系统分析。研究团队发现色氨酸三大类代谢途径失衡,主要表现为色氨酸代谢更倾向于向犬尿氨酸代谢途径偏移,而血清素和吲哚代谢途径受到了抑制,且该变化与疾病活动度、血沉、DAS28等关键临床指标呈负相关(图1)。
进一步结合菌群移植联合关节炎(FMT-CIA)小鼠模型深入探究了肠道菌群改变与色氨酸代谢之间的因果关联,证实了PreRAs及RA人群的肠道菌群可诱发相似的色氨酸吲哚代谢紊乱及关节炎症状;而补充吲哚代谢产物ILA和IAA则可降低炎症因子水平、促进Treg细胞增殖,并修复肠道屏障功能从而显著缓解关节炎症状(图2),明确了色氨酸吲哚代谢产物在调控RA进展中的关键作用。
在分子机制层面,整合了流式细胞术,免疫荧光,荧光素酶报告基因分析等技术,证实了ILA主要通过激活AhR受体,上调肠上皮细胞紧密连接蛋白Zo-1及occludin的表达;在动物模型中,ILA亦可显著改善由RA患者菌群移植诱导的肠道通透性增加。另一方面,ILA与IAA均能激活AhR-ARNT-XRE信号通路,从而促进Treg细胞分化及功能。在CIA小鼠模型中,使用AhR抑制剂均可逆转上述细胞表型,并显著阻断ILA和IAA对关节炎进展的缓解作用,进一步证实了AhR通路在此调控过程中的关键作用。
综上,色氨酸吲哚代谢产物对RA发病机制具有负向调控作用,其中ILA和IAA作为补充剂可通过增强Treg细胞分化和肠道屏障功能抑制RA进展。
图1 不同RA阶段的色氨酸代谢情况
图2 ILA//IAA通过增强肠道屏障功能和促进Treg细胞,有效减少小鼠关节炎症状
参考文献
1. Pan Y, Meng X, Yuan B, et al. Indobufen versus aspirin in patients with acute ischaemic stroke in China (insure): A randomised, double-blind, double-dummy, active control, non-inferiority trial. The Lancet Neurolog, 2023, 22: 485-493.
2. Luo Y, Tong Y, Wu L, et al. Alteration of gut microbiota in individuals at high-risk for rheumatoid arthritis associated with disturbed metabolome and the initiation of arthritis through the triggering of mucosal immunity imbalance. Arthritis Rheumatol, 2023,75(10):1736–1748.
3. Meng D, Sommella E, Salviati E, et al. Indole-3-lactic acid, a metabolite of tryptophan, secreted by Bifidobacterium longum subspecies infantis is anti-inflammatory in the immature intestine. Pediatr Res, 2020,88(2):209–217.5.
4. Gandhi R, Kumar D, Burns EJ, et al. Activation of the aryl hydrocarbon receptor induces human type 1 regulatory T cell-like and Foxp3(+) regulatory T cells. Nat Immunol, 2010,11(9):846–853.
专家点评
陈竹主任医师:自身免疫性疾病(AID)由遗传易感性与环境因素共同驱动,近年来发病率不断攀升,已成为新药研发的前沿热点。肠道菌群在其中的作用备受关注:除了经典的“分子模拟”机制,近年研究提示,菌群代谢调控可能也深度参与了AID的发生过程,但具体机制仍待阐明。类风湿关节炎(RA)作为一种以慢性进行性关节炎症为特征的复杂自身免疫病,其早期阶段的病理解析尤其值得关注。值得注意的是,在RA及系统性红斑狼疮等多种自身免疫病患者体内,色氨酸代谢产物的谱型分布存在显著异常。
该研究立足代谢组学技术,对PreRA及RA患者队列开展系统性代谢谱系分析,深入解析了色氨酸吲哚代谢物在RA早期进展中的动态变化及其调控机制,明确提出其与疾病进程密切相关,为RA的“窗口期”干预提供了全新视角。研究构建了一个从“肠道微生态失衡—代谢紊乱—肠道免疫稳态失调”的逻辑链条,揭示了肠道菌群紊乱通过特定代谢媒介影响RA发病的关键环节。特别是鉴定出色氨酸吲哚代谢物调控肠道免疫稳态及肠黏膜屏障功能的核心节点——芳香烃受体(AhR)。
AhR作为一种在多种免疫细胞中高表达的转录因子,是连接宿主与环境信号的重要枢纽。在RA进程中,内源性AhR激动剂不足介导的AhR信号活性下降,削弱了免疫耐受维持能力,助长炎症反应持续扩增。这一发现清晰界定了“色氨酸代谢–AhR信号轴”在RA免疫调控中的核心地位,赋予肠道菌群调控免疫的功能性内涵。
从临床转化角度而言,特异性色氨酸代谢物变化或可作为RA高风险人群疾病进展的预警生物标志物;而靶向激活AhR受体则有望成为调节免疫平衡、控制RA疾病活动的新策略。本研究为理解RA等复杂疾病的研究提供了扎实的实证依据,也为从代谢免疫交叉视角出发的精准干预开辟了新的路径。
陈竹,中国科学技术大学附属第一医院风湿免疫科主任,主任医师,免疫应答与免疫治疗全国重点实验室独立PI,安徽省教育厅领军人才特聘教授,博士生导师。现任中华医学会风湿病学分会青年委员,中国医师协会风湿免疫科医师分会委员。从事自身免疫病的基础和临床研究20余年,在全球首次开展了体内CAR-T细胞治疗系统性红斑狼疮和第4代CAR-T治疗类风湿关节炎的临床研究,主持国家自然科学基金3项,安徽省部级课题8项,获得国际会议青年研究者奖3次。代表性研究成果以第一/通讯作者发表在N Engl J Med, Cell Res, Nat Commun, Nat Rev Rheumatol, Ann Rheum Dis, Arthritis Rheumatol(3篇)。
作者心得
研究心得
课题组长期关注肠道菌群及免疫代谢在自身免疫性疾病的发病机制。本研究前期在PreRA及RA人群中观察到,色氨酸的吲哚代谢产物随疾病进展呈现梯度性演变。鉴于吲哚代谢途径具有“菌群依赖”特性,且肠道菌群异常已被证实可促进RA疾病进展,据此提出科学假说:菌群失调所引发的色氨酸代谢异常可能参与类风湿关节炎的发生发展。本研究在人群样本及菌群移植小鼠模型中,验证并鉴定出特定的色氨酸吲哚代谢产物,进一步明确了肠道菌群失调与色氨酸代谢的关联。结合体内外细胞和动物模型,基于流式细胞术、免疫荧光、荧光素酶报告基因等方法,逐步揭示了其激活的受体及分子机制。
在研究过程中,由于PreRA人群占比仅为2%,团队前期投入大量精力建立了临床前PreRA人群队列。同时,为排除药物对代谢的影响,入组过程始终坚持严格的筛选标准,确保PreRA组未接受任何药物,为后续代谢谱分析奠定了可靠基础。
投稿心得
Arthritis & Rheumatology 是美国风湿病学会(ACR)旗下的国际一流学术期刊,在风湿病学领域享有广泛认可。本研究内容契合该刊范畴,且临床相关性突出,故选择投稿于此。
稿件于2024年7月初投,一个月后收到两位审稿人的详细意见。审稿人高度重视图表的展示方式、临床资料的完整性、统计学方法以及体内干预机制。我们针对意见补充了相应的试验,对审稿意见逐一进行了认真回复。修回稿件后,经过另外两轮内容和格式修订,最终于次年8月26号获得编辑部正式接收。我们深切体会到,在高水平期刊发表论文,离不开研究本身的学术价值、引人入胜的科学叙事、严谨求实的科研态度、持之以恒的意志力,以及对审稿意见耐心、高效、专业的回应。
通信作者
罗玉斌,四川大学华西医院风湿免疫科研究员,博士生导师。入选“天府峨眉计划”,四川省干细胞协会自体免疫与风湿病分会副会长,四川省免疫学会理事,四川省医学科技创新研究会风湿免疫病学协同创新分会常务委员,担任Arthritis Rheumatol, J Autoimmun 等期刊审稿人。先后主持国家面上项目3项、省市级项目5项,参与国家重点研发计划项目2项。以第一/通讯作者身份在Cell Metab, Arthritis Rheumatol(4篇),Gut Microbes, J Autoimmun,Autoimmun Rev,JCI Insight 等期刊发表SCI论文40余篇,部分入选ESI高被引论文和封面文章,共同编写临床共识1部。获得2020年度欧洲风湿学会最佳基础研究奖, 申请国家发明专利8项。
第一作者
吴亮,四川大学华西医院风湿免疫科硕士研究生,风湿免疫研究室助理研究员。从事自身免疫病相关研究,主要研究方向类风湿关节炎与肠道菌群,参与多项国家级、省部级项目。在Arthritis Rheumatol,Front Microbiol,Clin Immunol 等期刊和EULAR,ACR等多项国际会议发表研究成果。
共同第一作者
张秋平,四川大学华西医院风湿免疫研究室实验师,从事自身免疫病相关研究,参与多项国家级、省部级项目。在Arthritis Rheumatol,Biochem Pharmacol,Clin Immunol 等期刊发表研究成果。
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编辑:姜维嘉
排版:陈红梅
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华西期刊社简介
四川大学华西医院华西期刊社成立于2006年,出版有14种医学科技期刊(9种中文和5种英文),其中SCI收录期刊2种,ESCI收录期刊3种,EI收录期刊1种、MEDLINE收录期刊4种、CSCD收录期刊7种、北大中文核心期刊要目总览收录期刊5种。华西期刊屡获“中国出版政府奖期刊奖”、“中国百种杰出学术期刊”、“中国精品科技期刊”、“中国最具国际影响力学术期刊”等殊荣。1种期刊入选“中国科技期刊卓越行动计划——领军期刊”项目,2种期刊入选“中国科技期刊国际影响力提升计划——D类(现:中国科技期刊卓越行动计划——高起点新刊)”项目。在国家双一流建设背景下华西期刊社加快推进英文期刊建设,目前已与Nature、Wiley-Blackwell、Oxford University Press、BMC等国际一流出版集团建立了合作关系。