膝骨关节炎治疗靶点:生物信息学法识别OA

背景:膝骨关节炎的病因复杂、机制尚未完全明确,针对膝骨关节炎候选靶基因的研究将有利于进一步明确疾病的发病机制,为精准治疗提供依据。目的:通过基于汇总数据的孟德尔随机化联合生物信息学法识别膝骨关节炎的治疗靶点,并进行细胞验证。方法:从基因表达综合数据库中选择基因表达谱GSE46750、GSE55235、GSE82107以及GSE206848,基于log_(2) FC>0.585以及校正后的P<0.05为筛选条件,利用R语言软件获取差异基因。通过加权基因共表达网络分析算法获得相关性最高的模块基因,并与差异基因取交集,对交集基因进行GO和KEGG富集分析。在eQTLGen数据库中,利用基于汇总数据的孟德尔随机化分析获得与膝骨关节炎显著相关的遗传基因,同时将生物信息学法与基于汇总数据的孟德尔随机化分析共同鉴定的基因作为核心基因。通过分子对接和动力学模拟评估塞来昔布与核心基因的结合情况,通过CIBERSORT算法对核心基因进行免疫浸润分析。将人软骨细胞分为正常组与实验组(白细胞介素1β诱导骨关节炎细胞模型),qPCR检测肾上腺髓质素、人骨桥蛋白、溶酶体蛋白跨膜5 mRNA表达。结果与结论:①生物信息学法共筛选出229个差异基因,GO富集分析显示差异基因主要与炎症反应、对外界刺激反应的正向调节、细胞活化的调节、趋化作用等生物学功能相关,KEGG富集分析显示差异基因主要富集于吞噬体、破骨细胞分化、补体与凝血级联信号通路与白细胞介素17信号通路等上。基于汇总数据的孟德尔随机化分析共获得了76个显著相关的遗传基因(P<0.05,FDR<0.05,HEIDI检验P>0.05)。肾上腺髓质素、人骨桥蛋白、溶酶体蛋白跨膜5为核心基因,其中人骨桥蛋白、溶酶体蛋白跨膜5与膝骨关节炎的发展呈负相关,肾上腺髓质素与膝骨关节炎的发展呈正相关。分子对接与分子动力学模拟结果证实,核心基因与塞来昔布具有良好的构效关系。免疫浸润分析结果提示,肾上腺髓质素、人骨桥蛋白、溶酶体蛋白跨膜5均与多种免疫细胞存在相关性。qPCR检测显示,实验组细胞中人骨桥蛋白、溶酶体蛋白跨膜5 mRNA表达低于正常组(P<0.001),肾上腺髓质素mRNA表达高于正常组(P<0.001)。②结果表明,肾上腺髓质素、人骨桥蛋白、溶酶体蛋白跨膜5是膝骨关节炎发展的关键基因,有望成为防治膝骨关节炎的新靶点。