铜死亡在牙周炎中作用的生物信息学分析及牙周炎模型大鼠验证OA

背景:通过分析铜死亡相关基因在牙周炎组织中的表达,探索牙周炎发展过程中铜死亡相关生物标志物对于牙周炎的诊断与治疗具有重要意义。目的:通过生物信息学分析及动物实验验证探索牙周炎中铜死亡相关基因的表达及潜在的作用机制。方法:基于基因表达综合数据库获取牙周炎转录组数据集GSE10334和GSE156993,经消除批次效应后整合为元队列。利用最小绝对收缩和选择算子、支持向量机-递归特征消除和韦恩分析筛选鉴定出关键基因,随后基于受试者工作特征曲线、功能富集分析、免疫细胞浸润、单细胞分析(数据集GSE171213)、基因-药物网络分析、列线模型构建和共识聚类等综合分析关键特征基因在牙周炎中的分布与作用,并进一步在SD大鼠牙周炎模型中进行验证。结果与结论:(1)使用机器学习算法筛选出NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3、二氢硫辛酰琥珀酰转移酶和谷氨酰胺合成酶为牙周炎中3个铜死亡关键特征基因,在牙周炎组织中这3个铜死亡关键特征基因表达显著上调,且NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(曲线下面积=0.828)、谷氨酰胺合成酶(曲线下面积=0.830)具有良好的诊断价值,可作为牙周炎的潜在诊断标志物;(2)二氢硫辛酰琥珀酰转移酶通过调控三羧酸循环与硫辛酸代谢诱导线粒体功能紊乱,NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3通过激活炎症小体放大炎症反应,谷氨酰胺合成酶通过增强谷氨酰胺代谢支持免疫细胞功能,三者协同调控铜死亡推动牙周炎进展;(3)在SD大鼠牙周炎模型中NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3、二氢硫辛酰琥珀酰转移酶和谷氨酰胺合成酶表达上调,且与牙槽骨吸收量呈正相关,为机制假说提供体内证据。结果表明,NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3、二氢硫辛酰琥珀酰转移酶和谷氨酰胺合成酶作为铜死亡关键特征基因,在牙周炎的发生发展中起重要作用,具有潜在的诊断价值。