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第四军医大学西京医院研究：M2型巨噬细胞铁死亡易感性加剧类风湿性关节炎病理损伤
Highlights
1.在关节炎环境中，M2巨噬细胞比M1巨噬细胞更容易发生铁死亡。
2.铁死亡的M2巨噬细胞释放的HMGB1通过TLR4激活M1巨噬细胞的STAT3信号，增加炎症因子分泌。
3. 铁死亡抑制剂或增强GPX4表达可保护M2巨噬细胞，减轻关节炎症状。
近日，“Redox Biology”（IF=10.7）上发表了一篇题为“Inhibition of ferroptosis rescues M2 macrophages and alleviates arthritis by suppressing the HMGB1/TLR4/STAT3 axis in M1 macrophages”的文章。这篇文章研究了铁死亡在类风湿性关节炎中的作用，特别是M2型巨噬细胞在其中的影响。
研究背景介绍
类风湿性关节炎（RA）是一种慢性自身免疫性疾病，以关节炎症和损伤为特征，影响患者生活质量。
M1/M2型巨噬细胞：巨噬细胞的两种极化状态，M1型促炎，M2型抗炎，它们在调节炎症反应和组织修复中起关键作用。
HMGB1是一种损伤相关分子模式分子，由细胞在受到压力或损伤时释放，可促进炎症反应。
研究思路分析
研究技术路线图
01巨噬细胞在RA中的富集与功能
①建立RA小鼠模型—CIA模型。研究发现，CIA模型小鼠增生的滑膜中NF-κB配体受体激活因子（RANKL）和巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）这两种关键细胞因子的水平较高，表明增生的滑膜中破骨细胞生成增加。多重免疫组化染色显示，RA患者和胶原抗体诱导的关节炎小鼠增生的滑膜中富含CD68+或F4/80+巨噬细胞。
②RNA测序发现，在巨噬细胞亚群中，铁死亡途径显著富集。而M2巨噬细胞群在铁死亡途径上富集，且高表达氧化磷酸化、脂肪酸生物合成和细胞因子-细胞因子受体相互作用相关基因。铁死亡的关键介质TFRC和ACSL4基因在M2巨噬细胞中上调。
③免疫组化确认了关节炎发展中滑膜组织内M1和M2巨噬细胞的异质性和变化。CIA模型小鼠增生滑膜中M1巨噬细胞（CD16）数量增加，M1/M2比例失衡是促进破骨细胞数量增加的重要因素。
02M2型巨噬细胞对铁死亡的敏感性
①研究发现，RSL-3（GPX4抑制剂）诱导的细胞死亡和脂质过氧化在M2巨噬细胞中比M1巨噬细胞中更为显著，且这些效应能被铁死亡抑制剂ferrostatin-1（Fer-1）消除。
②此外，与M1巨噬细胞相比，M2巨噬细胞在RSL-3作用下显示出更高的细胞内ROS生成和铁水平。且RSL-3还增加了M2巨噬细胞中TFRC和铁死亡标记物PTGS2的表达以及HMGB1的释放增加。
03铁死亡诱导的炎症反应及治疗策略
①在M1巨噬细胞在与铁死亡M2巨噬细胞上清液共培养后，发现STAT3的磷酸化水平升高，尤其是丝氨酸727位。TLR4在M1巨噬细胞中的表达上调，而TLR2无变化。铁死亡M2巨噬细胞释放的HMGB1通过TLR4激活M1巨噬细胞中的STAT3信号，进而促进IL-1β、IL-6和IL-17A等炎症因子的表达。
②在CIA小鼠中使用Lip-1来抑制铁死亡，发现Lip-1处理的小鼠细胞显示出较低的脂质过氧化水平，并且Lip-1治疗能预防关节炎症和关节破坏的发展。此外，通过向特定小鼠关节注射过表达GPX4的腺相关病毒（AAV-DIO-Gpx4），发现GPX4的过表达可以减轻关节炎症和骨破坏。
③Lip-1或AAV-DIO-Gpx4治疗导致的关节炎症状减轻，伴随着滑膜中M2巨噬细胞（CD163）比例的增加和M1巨噬细胞（CD16）比例的减少。且关节炎小鼠增生滑膜中TLR4和p-STAT3S727的水平显著降低，而M2巨噬细胞中GPX4的表达水平增加。
④此外，IL-1β和IL-6在经Lip-1或AAV-DIO-Gpx4治疗的关节炎小鼠滑膜中的表达水平降低，与CIA和CAIA小鼠模型中的TRAP染色形态学结果一致。表明，Lip-1预处理或AAV-DIO-Gpx4治疗可以保护M2巨噬细胞免受铁死亡，并抑制M1巨噬细胞产生炎症细胞因子，从而减轻破骨细胞的形成和关节炎的发展。
图1. RA患者和关节炎小鼠滑膜中巨噬细胞的富集
图2. 根据生物分析，CD16lowCD64lowCD163highMRC1high巨噬细胞亚群可能在 RA 的进展中发生铁死亡
图3. 与从THP-1细胞极化的M1巨噬细胞相比，M2巨噬细胞对铁死亡的敏感性更高
图4. RSL-3刺激的M2巨噬细胞分泌的HMGB1促进了M1巨噬细胞中炎性细胞因子的产生
图5. GPX4过表达或铁死亡抑制剂Lip-1治疗在症状前阶段开始，缓解了CIA小鼠的关节炎症状
图6. GPX4过表达或铁死亡抑制剂Lip-1治疗通过保护M2巨噬细胞免受铁死亡和降低 IL-1β 和 IL-6 的水平来改善关节炎进展
结论与讨论
本文研究发现，M2型巨噬细胞在类风湿性关节炎的滑膜微环境中更易受到铁死亡的影响，导致M1/M2型巨噬细胞比例失衡。铁死亡诱导的M2型巨噬细胞释放的HMGB1通过TLR4激活M1型巨噬细胞的STAT3信号，加剧炎症反应。使用铁死亡抑制剂Lip-1或过表达GPX4能显著保护M2型巨噬细胞，减轻关节炎症和破坏，为RA治疗提供了新的策略。
文章讨论指出，未来研究需进一步探索铁死亡在RA中的具体机制，包括M1和M2型巨噬细胞与铁死亡交互作用的详细过程。此外，研究者提出应评估铁死亡抑制剂在不同RA疾病阶段的治疗效果，以及这些抑制剂对人类RA患者的安全性和有效性。这将有助于开发新的治疗药物，优化现有治疗方案，提高RA患者的治疗效果和生活质量。