骨关节炎关节液外泌体中软骨退变相关基因筛选及细胞学验证

马维邦; 徐哲; 喻乔; 欧阳东; 张如国; 罗伟; 谢阳江; 刘琛

doi:10.12307/2025.562

摘要：背景:已有研究证实外泌体与骨关节炎软骨退变密切相关.然而,外泌体来源基因在骨关节炎软骨退变中的作用及机制尚未被完全阐明. 目的:通过生物信息技术筛选骨关节炎患者关节液外泌体中与软骨退变相关的基因,确定其生物学功能和信号通路,进而为延缓骨关节炎软骨退变提供新的治疗靶点. 方法:首先,从基因表达综合(gene expression omnibus,GEO)数据库中下载骨关节炎相关外泌体数据集GSE185059和软骨退变数据集GSE114007,筛选外泌体来源软骨退变相关基因.然后对筛选的外泌体来源软骨退变相关基因进行GO功能及KEGG通路富集分析,绘制蛋白质-蛋白质相互作用网络以及IPA分析,筛选获得外泌体来源软骨退变相关的关键基因.最后,采用qRT-PCR实验验证骨关节炎软骨组织以及白细胞介素1β刺激软骨细胞模型中关键基因的表达情况. 结果与结论:①GSE185059数据集中共有831个差异表达基因,GSE114007数据集中共有5 323个差异表达基因.两者取交集后共筛选获得94个外泌体来源软骨退变相关基因,其中51个基因表达下调,43个基因表达上调.②GO功能富集分析表明,上调的基因主要参与细胞-细胞黏附的正向调节、T细胞活化的正调控以及慢性炎症反应等生物学过程,下调的基因主要参与细胞聚集、软骨分化发育以及骨骼系统形态发生等生物学过程.③KEGG通路富集分析发现,外泌体来源软骨退变相关基因主要参与富集色氨酸代谢、维生素B6代谢以及白细胞跨内皮迁移等信号通路.④构建的蛋白质-蛋白质相互作用网络证实,外泌体来源软骨退变相关基因之间存在多个相互作用关系.结合CytoHubba插件中的5种算法进一步筛选获得了4个关键外泌体来源软骨退变相关基因,分别为THY1、CYP1A1、NFKB2、COL6A3.⑤qRT-PCR结果证实,相比于正常软骨组织,骨关节炎软骨组织中THY1、COL6A3表达升高,而CYP1A1、NFKB2表达降低;同样,相比于未刺激组,白细胞介素1β刺激组软骨细胞中THY1、COL6A3表达升高,而CYP1A1、NFKB2表达降低.⑥以上结果表明,THY1、CYP1A1、NFKB2和COL6A3是骨关节炎关节液外泌体中与软骨退变相关的基因,可能通过调控蛋白酪氨酸激酶活性以及脂质代谢等生物学过程以及核因子KB信号通路、黏着斑信号通路等参与骨关节炎疾病进程.然而,这些关键基因在软骨退变中的具体调控作用和分子机制有待进一步实验验证.