骨关节炎特征性基因及靶向药食同源中药预测:生信分析及动力学模拟鉴定OA

背景:由于缺乏高度特异性的生物标志物,骨关节炎的早期诊断与治疗仍面临重大挑战。目的:旨在筛选骨关节炎特征性基因,预测潜在药食同源中药及其核心成分,并通过分子对接和分子动力学模拟验证其治疗潜力。方法:基于GEO数据库(美国国家生物技术信息中心维护的公共数据库,收录大量的基因表达及相关高通量实验数据)中的3个数据集(GSE55235、GSE169077,GSE55457,共包含25例正常样本和26例骨关节炎样本),结合eQTL数据库(由国际多中心研究团队合作构建公开的全基因组数据库)提取的基因作为暴露因素,以及IEUopenGWAS数据库(英国布里斯托大学MRC综合流行病学单位公开的大规模资源库)提取骨关节炎的数据作为结局因素(包含407746例样本),运用最小绝对收缩和选择算子回归、随机森林和支持向量机算法确定核心生物标志物。随后进行CIBERSORT评估免疫浸润特征和单基因的基因集功能富集分析。基于CoremineMedical(由PubGene科技公司开发的生物医学数据库)和HERB数据库(中国多个顶尖高校共同建立的中医药数据库)预测潜在中药,筛选药食同源中药及其核心成分,并进一步进行分子对接和分子动力学模拟验证。结果与结论:①鉴定葡萄糖转运蛋白3和非典型趋化因子受体1两个基因作为骨关节炎特征基因,它们在骨关节炎中具有良好的诊断效能,同时涉及代谢调控、细胞信号传导及炎症反应过程,与葡萄糖代谢、免疫调控和炎症信号通路密切相关;②通过药物预测筛选出茱萸、紫苏子、灵芝、天麻、苦杏仁、丁香、生地黄等7味药食同源中药,核心成分为β-谷甾醇和豆甾醇,分子对接和分子动力学模拟结果显示豆甾醇与葡萄糖转运蛋白3具有最佳亲和力,且复合物表现出较高稳定性;③此次研究系统揭示了葡萄糖转运蛋白3与非典型趋化因子受体1在骨关节炎发病机制中的关键作用,初步验证药食同源中药可通过多靶点、多通路干预骨关节炎病理过程的可能性;研究结果不仅为骨关节炎的早期诊断与靶向治疗提供了新的分子依据,也为骨关节炎的防治策略提供了理论支持;该研究从中医药与现代分子生物学的视角出发,可为后续中医药在骨关节炎临床应用提供一定的参考。