骨关节炎内质网应激关键基因的生物信息学筛选及实验验证

郝茂辰; 马超; 刘凯; 柳可心; 孟令婷; 王杏如; 王建忠

doi:10.12307/2025.628

摘要：背景:内质网应激和骨关节炎的发生、发展密切相关,但其关键基因及调控机制尚不明确. 目的:基于生物信息学筛选骨关节炎内质网应激关键基因,并加以细胞模型实验验证,以期从内质网应激角度为防治骨关节炎提供新策略. 方法:从GEO数据库下载骨关节炎相关数据集GSE55235,运用生物信息学分析方法筛选获取骨关节炎滑膜差异基因,与GeneCard数据库中内质网应激基因取交集得到骨关节炎内质网应激差异基因,随后对其进行GO/KEGG富集分析;构建蛋白-蛋白互作网络;在外部数据集验证其疾病预测效能.构建人原代关节滑膜成纤维细胞骨关节炎模型,对照组不作处理,实验组接受20 ng/mL脂多糖模拟骨关节炎滑膜细胞造模后进行实时荧光定量PCR实验验证各差异基因表达水平并进行免疫浸润分析. 结果与结论:①共获得骨关节炎内质网应激关键基因27个.②GO富集分析结果显示其主要富集在胶原蛋白代谢过程、趋化因子、抗原结合及免疫球蛋白受体结合等过程中.③KEGG分析表明其主要富集在类风湿性关节炎、松弛肽信号通路等通路中.④构建蛋白-蛋白互作网络,使用Cytoscape软件中Degree算法筛选得分最高的5个基因,包括基质金属蛋白酶1、肿瘤坏死因子配体超家族成员11(tumor necrosis factor ligand superfamily member 11,TNFSF11)、基质金属蛋白酶9、1 型胶原α1重组蛋白(collagen type 1 alpha 1,COL1A1)和趋化因子配体12(chemokine C-X-C motif ligand 12,CXCL12).⑤免疫浸润分析结果显示,免疫细胞主要分布于M2型巨噬细胞,CXCL12与静息的肥大细胞呈显著正相关(r=0.70,P＜0.001),与静息的记忆CD4+T细胞呈显著负相关(r=-0.72,P＜0.001);基质金属蛋白酶9与MO巨噬细胞呈显著正相关(r=0.94,P＜0.001);COL1A1与静息的NK细胞(r=0.77,P＜0.001)和MO巨噬细胞(r=0.76,P＜0.001)呈显著正相关.⑥外部数据集GSE77298和GSE1919中进行受试者工作曲线分析表明5个关键基因具有较好的疾病预测价值.⑦体外细胞实验证明,骨关节炎细胞模型组中基质金属蛋白酶1,TNFSF11,CXCL12及基质金属蛋白酶9表达水平相比于对照组有显著差异.⑧结果显示,骨关节炎内质网应激关键基因基质金属蛋白酶1,TNFSF11,CXCL12及基质金属蛋白酶9通过胶原蛋白降解和免疫调控等环节影响着骨关节炎的发生发展,有望为骨关节炎的靶向治疗提供新见解.