Nature Immunology | 张亚峰/肖涟波/姚伟团队揭示BCAT2驱动类风湿关节炎慢性炎症

类风湿关节炎是一种累及全球数百万人的慢性自身免疫性疾病，即便在甲氨蝶呤等标准治疗下，仍有相当比例的患者无法达到疾病缓解或出现复发，提示关节炎症的持续维持背后存在尚未被充分认识的核心机制。2026年7月31日，南京中医药大学无锡附属医院张亚峰/孟晓辉团队、美国加州大学姚蔚教授、上海中医药大学肖涟波教授团队合作完成了题为《BCAT2 links branched-chain amino acids metabolism to interferon signaling to sustain macrophage inflammation》（BCAT2通过连接支链氨基酸代谢与干扰素信号通路维持巨噬细胞炎症）的研究，该工作揭示了支链氨基酸分解代谢酶BCAT2在类风湿关节炎滑膜巨噬细胞中异常高表达，并通过线粒体活性氧调控干扰素信号通路的持续激活，进而驱动关节慢性炎症。

研究团队首先对接受甲氨蝶呤治疗的类风湿关节炎患者进行了系统的临床队列分析，他们发现处于疾病活动期的患者外周血中支链氨基酸（包括缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸）及其代谢中间产物支链酮酸的浓度显著低于达到持续缓解的患者和健康对照者，血清中这些代谢物的水平与反映疾病活动度的DAS28-ESR评分以及血沉、C反应蛋白等炎症指标呈显著的负相关关系。然而在关节滑液中，活动期患者的支链氨基酸浓度与缓解期患者并无明显差异，但支链酮酸却出现了显著累积，这一矛盾现象提示关节局部可能存在活跃的支链氨基酸分解代谢。通过整合单细胞转录组测序数据和滑膜组织的免疫组化染色，研究团队发现编码支链氨基酸转氨酶2的基因BCAT2在活动期患者的滑膜巨噬细胞中表达显著升高，而这种高表达的BCAT2蛋白与巨噬细胞标志物CD68和CD14存在明确的共定位关系，与成纤维细胞标志物则无明显共定位，说明滑膜巨噬细胞是关节局部BCAT2异常高表达的主要细胞来源。

在明确BCAT2与疾病活动度的临床关联之后，研究团队进一步解析了BCAT2调控巨噬细胞炎症反应的具体分子路径。他们对活动期和缓解期患者的滑膜巨噬细胞进行单细胞转录组测序，无监督聚类分析鉴定出六个巨噬细胞亚群，其中ISG15阳性巨噬细胞亚群在活动期患者中显著富集，并且这个亚群中BCAA分解代谢通路的活性评分远高于缓解期患者。转录调控网络分析将干扰素调节因子1（IRF1）鉴定为BCAT2的潜在上游转录因子，后续实验验证表明干扰素γ能够通过IRF1依赖的方式诱导BCAT2的转录表达，而干扰素α则不具备这一能力。研究团队利用人外周血单核细胞来源的巨噬细胞开展了一系列功能实验，BCAT2的基因敲低显著降低了脂多糖联合干扰素γ刺激后巨噬细胞分泌肿瘤坏死因子α和白介素1β的能力，而过表达BCAT2则增强了这些炎症因子的分泌。蛋白质组学分析显示BCAT2敲低后下调的蛋白质中富含干扰素诱导基因编码蛋白，免疫印迹实验进一步证实BCAT2的缺失导致STAT1和STAT2的磷酸化水平降低以及ISG15表达下降，而补充BCAT2酶促反应的直接产物支链酮酸则可以恢复这些信号分子的磷酸化状态。

研究团队随后深入探究了BCAT2增强干扰素信号的分子机制，他们通过免疫共沉淀偶联质谱分析发现BCAT2与多种线粒体代谢相关蛋白存在相互作用，代谢组学和同位素示踪实验则显示BCAT2过表达改变了线粒体三羧酸循环中间代谢物的丰度和同位素标记模式，表明BCAT2驱动的支链氨基酸分解代谢影响了线粒体代谢状态。海马代谢分析仪检测结果显示BCAT2过表达的巨噬细胞基础呼吸和最大呼吸能力均明显下降，但细胞外酸化速率升高，提示线粒体功能发生了重编程。研究团队发现BCAT2过表达导致线粒体活性氧水平显著升高，而BCAT2敲低则降低线粒体活性氧水平，补充支链酮酸或使用线粒体活性氧诱导剂鱼藤酮可以恢复BCAT2敲低细胞中降低的活性氧水平。由于线粒体活性氧能够氧化修饰并使蛋白酪氨酸磷酸酶失活，而含Src同源区2结构域的磷酸酶1（SHP-1）正是STAT信号通路的负调控因子，研究团队通过生物素标记的自由巯基捕获实验发现BCAT2敲低的巨噬细胞中活性形式的SHP-1蛋白显著增多，而使用SHP-1抑制剂处理能够恢复STAT1和STAT2的磷酸化水平以及炎症因子的分泌能力，这些实验共同揭示了BCAT2通过促进线粒体活性氧产生来抑制SHP-1活性，从而解除对STAT1和STAT2磷酸化的抑制效应。

在动物模型层面，研究团队构建了髓系细胞特异性敲除Bcat2的小鼠并诱导了胶原抗体诱导性关节炎模型，他们发现与对照小鼠相比，Bcat2敲除小鼠的关节炎评分降低了23.4%，关节的滑膜炎症、软骨破坏和骨侵蚀等组织病理学改变明显减轻，微型计算机断层扫描显示骨表面体积比降低意味着骨侵蚀减少。单细胞转录组测序分析显示Bcat2敲除小鼠关节和骨髓中的Isg15阳性巨噬细胞亚群的炎症反应、肿瘤坏死因子信号通路和白介素6-JAK-STAT3信号通路等炎症程序的活性评分明显低于对照小鼠，流式细胞术也证实关节浸润巨噬细胞中ISG15阳性细胞比例和磷酸化STAT1阳性细胞比例显著减少。研究团队还发现已上市的降压药替米沙坦能够直接与BCAT2蛋白结合并抑制其活性，在胶原抗体诱导性关节炎小鼠模型中替米沙坦治疗同样减轻了关节炎严重程度，但在Bcat2敲除小鼠中替米沙坦未能进一步增加保护效果，说明其抗炎作用确实依赖于对BCAT2的抑制。在甲氨蝶呤治疗后仍存在持续性炎症的小鼠模型中，替米沙坦联合治疗进一步降低了关节炎评分并减少了关节巨噬细胞中ISG15阳性细胞比例和线粒体活性氧水平，探索性的回顾性临床队列分析也提示使用替米沙坦的类风湿关节炎患者具有更长的缓解维持时间。该研究将支链氨基酸代谢、干扰素信号和线粒体氧化应激这三个重要生物学过程联系在了一起，为理解类风湿关节炎慢性炎症的维持机制提供了新的视角，也为开发针对难治性患者的治疗策略指明了潜在的药物靶点。

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