类风湿关节炎（RA）是一种慢性自身免疫性疾病，其特征是持续性滑膜炎和侵袭性关节炎，其发病是一个多阶段、多因素的过程，始于一些风险因素（包括基因和环境暴露），逐渐导致免疫失衡的启动和扩大，其中辅助性T细胞17(Th17)/调节性T细胞（Treg）和滤泡辅助性T细胞(Tfh)/滤泡调节性T细胞（Tfr）免疫失衡发挥重要致病作用。探究导致Th17/Treg和Tfh/Tfr免疫失衡的上游因素是RA研究领域的热点。新兴证据表明，代谢改变通过调节免疫反应参与RA发病，其中色氨酸（Tryptophan, Trp）在调节免疫耐受方面发挥关键作用，其代谢异常为RA发病机制中的重要环节。然而，Trp代谢物作为RA疾病相关生物标志物的潜力及其与RA免疫失衡的关系仍未确定。

本研究纳入于2023年10月至2024年1月在山西医科大学第二医院就诊的符合2010年ACR/EULAR分类和诊断标准的新发RA患者29例作为RA队列，以及同期19例健康志愿者作为健康对照（HC）。通过Trp代谢组学定量分析，探讨RA的Trp代谢特征，并通过机器学习算法识别RA相关疾病生物标志物，构建分类模型，分析其与RA免疫失衡的关系。

➤ 基线特征

RA和HC之间的人口统计学数据相似。所有患者均为血清学阳性。RA患者的外周免疫表型显示Tfh细胞增加[11.00(5.56-19.00)vs.6.00(3.50-10.26), P=0.021]、Tfr细胞减少[4.00(2.26-7.00) vs.6.16(3.07-8.50), P=0.040），导致Tfh/Tfr细胞失衡[2.91(1.74-4.97) vs.1.11(0.83-1.30), P<0.001]。

➤ RA患者血清Trp代谢途径及其代谢产物改变

本研究团队首先通过靶向Trp定量代谢组学技术检测并分析初诊RA患者和HC血清中Trp代谢产物，系统性描绘了RA患者血清Trp代谢特征。结果显示RA患者Trp代谢异常，其中以犬尿氨酸（Kyn）代谢途径异常为著（图1A），而Trp-吲哚和Trp-5羟色胺途径在RA和HC间无差异（图1B-C）。基于不同代谢途径水平下Trp代谢物的相对丰度的分布热图表明RA和HC之间的血清Trp代谢物不同（图1D）。将单变量和多变量统计分析相结合，以识别差异Trp代谢物（定义为VIP>1，P值<0.05，FC≥1.2或≤0.8）。根据Trp差异代谢产物的条件，鉴定了7种差异血清Trp代谢产物，包括Trp、Kyn、犬尿酸（KynA）、黄尿酸（XA）、朱砂酸（CA）、烟酸（N-Acid）和吲哚-3-甲醛（ICAld）。采用火山图展示差异代谢物，这7种差异代谢物均下调（图1E）。这些代谢产物与疾病活动以及抗体产生相关，明确了Trp代谢在RA发病中可能扮演重要角色。

图1 血清色氨酸代谢产物的靶向定量分析结果

➤ 从Trp代谢产物中识别RA相关疾病生物标志物并构建RA-HC分类模型

进一步对差异代谢物进行机器学习算法筛选核心代谢物。首先，单变量logistic回归分析显示7种下调的Trp代谢产物均与RA相关（图2A）。然后，采用随机森林算法对特征重要性进行评估，选取平均下降准确度（MDA）得分高且P值<0.05的特征，最终选取4个特征即Trp（MDA=20.766, P=0.009），XA（MDA=17.956, P=0.009），CA（MDA=12.041, P=0.019）和KynA（MDA=5.961, P=0.040）为RA相关疾病的生物标志物，均来自Trp-Kyn通路（图2B）。在此基础上构建了一个包含以上4种差异代谢物的RA-HC代谢诊断分类模型，ROC分析结果显示该分类模型相较于单个代谢物表现出更好的区分度[AUC=0.951，95%置信区间（CI）=0.897-1.000）]（图2C-D），并且具有良好的性能（准确度=0.813，精密度=1）。用5倍交叉验证训练的基于随机森林的模型具有100%的准确度（图2E，AUC=1.00）。此外，通过该模型中的代谢物水平可以对RA患者的疾病活动程度进行精准分层（轻、中、重）。

➤ Trp-Kyn通路代谢产物与类风湿关节炎外周免疫表型的关系

Trp-Kyn代谢的改变可能参与RA的发病机制。我们强调了Trp-Kyn代谢途径与RA免疫失衡的关系及其在临床实践中的潜在价值。

作为全球影响超4000万人的慢性疾病，RA的发病机制一直被视为医学难题，其发病如同一个复杂的“多米诺骨牌”，始于遗传、环境等因素，逐渐导致调节免疫平衡的关键免疫细胞Tfh/Tfr失衡，最终促进疾病发生发展。长久以来，科学家们一直在寻找触发这种“免疫内战”的上游开关，近年来，代谢异常在RA中的作用逐渐浮出水面。其中，人体必需氨基酸——Trp及其代谢产物，被发现在调控免疫耐受方面扮演着关键“信使”的角色。Trp代谢异常是否就是RA免疫失衡的“钥匙”，Trp代谢物作为RA疾病相关生物标志物的潜力及其与RA免疫失衡的关系如何仍未确定。

本研究首次利用RA潜在的Trp-Kyn代谢物构建分类模型，成功区分RA并对疾病活动性进行分层，这一模型的建立具有一定的临床实用价值。一方面，它可能是实现早期诊断的有价值的工具，将Trp-Kyn代谢产物与抗CCP和RF等已建立的标记物整合可以提高诊断的敏感性和特异性，这种综合方法在高危人群或有亚临床症状的个体中尤其有价值。另一方面，鉴于Trp-Kyn代谢产物与疾病活动指标之间的显著相关性，该模型可用于RA疾病活动的动态监测，定期评估血清Trp-Kyn代谢物水平可能为临床医生提供一种可靠的方法来评估疾病进展和治疗效果。总的来说，Trp-Kyn代谢分类模型的建立为理解和管理RA提供了一种新方法。

此外，还发现Trp-Kyn代谢途径产物改变与Th17/Treg和Tfh/Tfr细胞失衡有关，为Trp-Kyn代谢与RA免疫失衡之间的串扰的潜在作用提供了见解，首次在代谢异常与免疫紊乱之间架起科学桥梁。据此，我们假设Trp-Kyn代谢途径可能通过影响免疫失衡在RA的发病机制中发挥关键作用，这揭示了一个新的RA致病机制，也为RA诊疗领域提供了新的新路。从Trp-Kyn代谢途径入手干预免疫失衡，有望为更有效和更有针对性的RA管理策略铺平道路，缓解RA疾病活动，实现靶向治疗，甚至通过应对当前的挑战和将研究扩展到相关机制来实现未来RA的预防和治疗，这不仅为饱受RA困扰的患者带来了新的希望，也标志着我们向攻克这一顽疾又迈进了坚实的一步。

随着后续研究的深入，人类有望通过调控Trp代谢网络，实现RA的早期预警、精准分层治疗乃至疾病预防，彻底改写这一“不死癌症”的诊疗格局，期待后续研究能尽快将这一发现转化为惠及患者的临床实践！