文献题目：Tofacitinib repairs inflammation and mitochondrial dysregulation in GM-CSF-reprogrammed RA macrophages

发表期刊：Cellular & Molecular Immunology

发表时间：26.3.4

影响因子：19.8（中科院1区）

通讯作者/单位：Shiva Shahrara @ 伊利诺伊大学芝加哥分校

一句话总结：本研究揭示了GM-CSF如何通过重塑线粒体代谢诱导RA巨噬细胞致病，并证明托法替布能通过STAT5轴逆转这一过程，效果优于传统生物制剂。

中文摘要：

类风湿性关节炎（RA）表现出异质性内型，这使得治疗策略变得复杂。GM-CSF和GM-CSFRα在RA滑膜CD68⁺巨噬细胞（MΦs）中富集，并与急性和慢性病程相关。由于抗TNFi和抗IL6R治疗未能有效抑制GM-CSF/GM-CSFRα的表达或GM-CSF相关的特征，我们探索了替代治疗策略，以靶向GM-CSF功能，使用RA血液、滑膜组织和临床前模型。我们证明了在RA血液和滑膜组织中重编程的GM-CSF-MΦs具有独特的IL1β⁺S100A⁺HIF1⁺IL10ˡᵒNFIL3/6ˡᵒ表达谱，表现为线粒体氧化应激和碎片化。为了纠正GM-CSF-MΦs的代谢失衡，细胞接受了复合体I抑制剂（i）或葡萄糖摄取阻滞剂的治疗。复合体II未能广泛改变炎症或代谢网络，也未影响GM-CSF-MΦs重塑的线粒体动态。尽管葡萄糖摄取抑制剂（HK2i）减少了糖酵解产生的ATP，但在限制炎症特征或恢复GM-CSF-MΦs中的TCA酶方面效果有限。相反，托法替尼通过下调GM-CSFRα表达和抑制STAT5信号通路实现了广泛的效果。此外，托法替尼将RA血液和滑膜中IL1β⁺S100A⁺HIF1⁺IL10ˡᵒNFIL3/6ˡᵒMΦs重定向为调节表型，逆转了氧化应激和线粒体碎片化。在临床前模型中，局部GM-CSF过表达诱导了MΦ介导的关节炎症和代谢失调。一致地，托法替尼通过阻碍STAT5信号通路逆转了GM-CSF分化的小鼠IL1β⁺HBEGF⁺HIF1⁺MΦs，纠正了代谢失调，并修复了线粒体碎片化。总之，抗TNFi、抗IL6R和代谢靶向治疗在改变GM-CSF-MΦ病理方面大多无效。相反，托法替尼通过恢复调节标志物和重新平衡RA样本和/或临床前模型中的氧化磷酸化，减弱了GM-CSF-MΦ诱发的炎症和线粒体功能障碍。

英文摘要：

Rheumatoid arthritis (RA) exhibits heterogeneous endotypes, complicating treatment strategies. GM-CSF and GM-CSFRα are enriched in RA synovial CD68⁺macrophages (MΦs), and are implicated in acute and chronic disease stages. Since anti-TNFi and anti-IL6R therapies did not effectively suppress GM-CSF/GM-CSFRα expression or the GM-CSF-associated landscape, we explored alternative therapeutic strategies to target GM-CSF function using RA blood, synovial tissues, and preclinical models. We demonstrate that GM-CSF-MΦs reprogrammed in RA blood and synovial tissue share a distinct IL1β⁺S100A⁺HIF1⁺IL10ˡᵒNFIL3/6ˡᵒ expression profile, manifested by mitochondrial oxidative stress and fragmentation. To correct the metabolic imbalance of GM-CSF-MΦs, cells were treated with a complex I inhibitor (i) or a glucose uptake blocker. Complex Ii did not broadly alter the inflammatory or metabolic networks or affect the mitochondrial dynamics remodeled by GM-CSF-MΦs. While the glucose uptake inhibitor (HK2i) reduced glycolysis-derived ATP, it had limited efficacy in restricting the inflammatory signature or restoring TCA enzymes in GM-CSF-MΦs. In contrast, tofacitinib achieved broad-spectrum effects by downregulating GM-CSFRα expression and inhibiting STAT5 signaling. Moreover, tofacitinib redirected RA blood and synovial IL1β⁺S100A⁺HIF1⁺IL10ˡᵒNFIL3/6ˡᵒMΦs into a regulatory phenotype, reversing oxidative stress and mitochondrial fragmentation. In preclinical models, local GM-CSF overexpression induced MΦ-directed joint inflammation and metabolic dysregulation. Consistently, Tofacitinib reversed GM-CSF-differentiated murine IL1β⁺HBEGF⁺HIF1⁺MΦs by impeding STAT5 signaling, correcting metabolic dysregulation, and repairing mitochondrial fragmentation. In conclusion, anti-TNFi, anti-IL6R, and metabolic-targeted therapies were largely ineffective in modifying GM-CSF-MΦ pathology. Conversely, tofacitinib deactivation of STAT5 attenuates GM-CSF-MΦ-triggered inflammation and mitochondrial malfunction by restoring regulatory markers and rebalancing oxidative phosphorylation in RA specimens and/or preclinical models.

背景：类风湿关节炎（RA）是一种自身免疫性疾病，滑膜巨噬细胞是炎症细胞因子的主要来源。粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）在RA滑膜液和血液中显著升高，与临床病理密切相关。

痛点：尽管生物制剂（如抗TNF、抗IL-6R）已广泛应用，但仍有部分RA患者反应不佳。研究发现，这些传统制剂无法有效抑制GM-CSF及其受体的表达，也无法逆转受其驱动的巨噬细胞代谢病理，导致疾病持续发展。

策略：作者采用了“从临床到实验室再到动物模型”的全方位策略，重点研究GM-CSF如何调控RA巨噬细胞的免疫代谢。

逻辑：首先，利用单细胞测序（scRNAseq）和免疫组织化学（IF）分析RA患者滑膜组织中GM-CSFR的表达；其次，体外诱导GM-CSF重编程的巨噬细胞（GM-MOs），并使用Seahorse代谢分析和Confocal成像检测线粒体功能；最后，建立腺病毒介导的GM-CSF诱导小鼠关节炎模型，评估托法替布的治疗潜力。

[A-C]：单细胞测序证实GM-CSFRαβ特异性簇集在巨噬细胞中，刺激后迅速激活ERK、p38及关键的STAT5通路，而STAT1/3则无反应。

[D-G]：RNAseq显示GM-MOs展现出促炎基因（如IL1β、IL6）的显著上调及修复基因的下调，并伴随趋化因子CCL1、CCL17及CCL24的特异性爆发。

[H-K]：验证发现GM-MOs分泌大量IL-1β和CCL2，且该特征基因群（如S100A12、HIF1α）在RA病情活动期的血液标本中同样显著升高。

[L-N]：雷达图综合分析显示GM-MOs处于高度致病状态：炎症因子极高（HBEGF+、S100A+），而调节性分子（MERTK、IL-10、NFIL3/6）被全面抑制。

[6A-D]：托法替布精准切断STAT5信号磷酸化，并显著抑制了促炎性单核细胞的重构。

[6E-J]：与代谢药物不同，托法替布实现了“地毯式”修复：大幅下调IL1β、HBEGF、S100A12和趋化因子群，同时强力上调了MERTK、IL-10和NFIL3/6等调节性基因。

[6K-M]：代谢机能被纠偏，细胞能量由糖解重新导向氧化磷酸化，TCA酶（IDH、SDHA）活性得以恢复，并成功抑制了乳酸和HIF1α的累积。

[6N-Q]：托法替布成功修复了线粒体动力学，显著降低了细胞内的ROS水平及线粒体碎片化程度。

发现点6：托法替布在RA滑膜组织水平展现出比代谢抑制剂更广泛的修复能力

[7A-B]：Pathotyping分析所选取的RA滑膜组织为“髓系富集型”，其中CD68+巨噬细胞占比高达50%。

[7C-E]：糖解抑制剂（HK2i）在组织中能抑制IL1B和CCL2并提升NFIL6，但对核心靶点GM-CSFR以及关键炎症因子IL-6、S100A9几乎无效。

[7F-J]：托法替布显著下调了GM-CSFR的表达，还全面抑制了促炎基因（IL1B, IL6, S100A8/9）、糖解基因（HK2, LDHA）及缺氧因子HIF1a。同时挽救了被GM-CSF减低的IL-10、NFIL3/6等调节基因及OGDH、SDHA等氧化磷酸化关键酶。

[7K-L]：单细胞测序回顾性分析与免疫荧光验证一致显示，GM-CSFR、pSTAT5、HIF1a富集在RA滑膜的M1(IL1β)和M4(IFN)巨噬细胞亚群中，明确了托法替布在组织中的靶点。

[7M]：综合雷达图清晰地刻画了托法替布对滑膜组织的“重编程”效果：将组织状态从由GM-CSF驱动的促炎、高糖解模式，强力扭转为高修复、高氧磷的稳态模式。

发现点7：托法替布在滑膜组织及临床前模型中验证疗效

[8A-B]：在腺病毒驱动的GM-CSF诱导小鼠关节炎模型中，托法替布预防性治疗显著遏制了踝关节的肿胀进程。

[8C-E]：组织病理显示，托法替布能显著降低滑膜增厚、炎症细胞浸润以及致病性F4/80+HBEGF+巨噬细胞的频率。

[8F-G]：分子层面观察到促炎因子mRNA表达骤减，且GLUT1、HK2和HIF1α等糖解/缺氧标记物被同步抑制。

[8H-I]：托法替布通过降低pSTAT5水平，在组织原位修复了线粒体失调（减少TOM20+DRP1+细胞）。

[8J]：托法替布通过阻断GM-CSFR/STAT5轴，将高糖解的碎片化线粒体巨噬细胞，重编程为高氧磷的稳态巨噬细胞，从而控制关节炎症。

✨ 创新点

1、首次定义了GM-CSF驱动的IL1β⁺S100A⁺HIF1⁺IL10ˡᵒNFIL3/6ˡᵒ致病性巨噬细胞内型 。

2、证明了JAK抑制剂（托法替布）在修复代谢-线粒体失调方面的广谱优势，填补了传统生物制剂无法触及的治疗盲区。

✨ 科研启示

炎症不仅仅是细胞因子的过量，更深层的动因在于细胞内的“代谢紊乱”和“线粒体崩塌”。研究免疫代谢重编程是寻找RA新药的关键。

✨ 临床/应用价值

对于那些对传统抗TNF或IL-6R疗法不敏感的“难治性”RA患者，如果其关节表现为高GM-CSF/STAT5特征，及早转换使用JAK抑制剂（如托法替布、乌帕替尼）可能会有更好的代谢修复和临床收益。

研究主要聚焦于STAT5信号轴，可能忽略了其他JAK家族成员或其他通路的交互作用。虽然小鼠模型结果积极，但仍需在更多样化的RA临床样本中验证其长期代谢修复效果。虽然文章极力宣称抗TNF/IL-6R“无效”，但这更多是基于其对GM-CSF通路的调控层面。在临床实践中，这些制剂对非GM-CSF驱动型RA依然有效。