椎间盘退变相关焦亡基因的综合分析

作者：谢越; 翟伟峰; 郭际; 贾永伟^*

来源：中国组织工程研究, 2024, 28(21): 3438-3444.

• 椎间盘
• 细胞焦亡
• 椎间盘退变
• 免疫浸润
• 诊断
• 富集分析

背景：椎间盘退变早期诊断和治疗尤为重要，髓核细胞焦亡在早期椎间盘退变过程中发挥着重要作用，但髓核细胞焦亡相关分子在早期椎间盘退变中发挥的作用及相关分子标志物仍不明确。目的：探讨焦亡相关差异表达基因在椎间盘退变过程中的诊断及治疗价值。方法：整合GEO数据库椎间盘退变的公开数据集进行差异分析，与之前报道的33个焦亡基因取交集；使用基因本体论、京都基因和基因组百科全书对椎间盘退变焦亡相关基因进行通路富集分析，并使用基因集富集分析对椎间盘退变数据集进行富集分析；构建椎间盘退变样本中的免疫细胞谱，并将差异表达的细胞焦亡相关基因与免疫细胞进行相关性分析；构建蛋白质互作网络，筛选Hub基因以鉴定蛋白质相互作用网络中与椎间盘退变相关的关键基因；整合数据集绘制差异表达焦亡基因的受试者工作特征曲线，计算曲线下面积，探索目标基因的临床诊断价值；qRT-PCR验证正常人髓核细胞与椎间盘退变人髓核细胞之间焦亡相关基因的表达差异。结果与结论：(1)获得4 426个与椎间盘退变相关的差异表达基因，交集后获得14个差异表达的焦亡相关基因；(2)基因本体论、京都基因和基因组百科全书分析揭示了重要的富集途径，主要与炎症、细胞周期、感染和NOD样受体通路相关；基因集富集分析显示氨基酸代谢、P53转录调节等通路在椎间盘退变患者中显著富集；免疫浸润分析提示椎间盘退变的发生发展与免疫细胞密切相关；(3)共筛选出5个Hub基因，分别为IL-1β、Caspase-1、AIM2、Caspase-5、NLRC4;(4)椎间盘退变关键生物标志物的获取及鉴定：将GEO两个数据集与焦亡基因取交集后发现NLRP3具有显著表达差异，受试者工作特征曲线显示NLRP3具有临床诊断意义；(5)qRT-PCR显示IL-1β、Caspase-5和NLRC4等Hub基因在椎间盘退变的髓核细胞中表达显著增加(P <0.05),Caspase-1、AIM2以及NLRP3表达无差异(P> 0.05);(6)提示细胞焦亡在椎间盘退变发生发展过程中发挥重要作用，其中焦亡相关基因NLRP3、IL1-β、Caspase-5、NLRC4具有早期诊断和治疗价值。

• 出版日期2024
• 单位上海中医药大学; 上海市长宁区光华中西医结合医院