烟酰胺代谢相关基因与骨关节炎的关系探索

作     者：邓青松 张长青 陶诗聪 DENG Qingsong;ZHANG Changqing;TAO Shicong

作者机构：上海交通大学医学院附属第六人民医院骨科上海200233 上海交通大学医学院附属第六人民医院临床医学院上海200233 上海交通大学医学院附属第六人民医院上海市四肢显微外科研究所上海200233 

出 版 物：《上海交通大学学报（医学版）》 (Journal of Shanghai Jiao tong University:Medical Science)

年 卷 期：2024年第44卷第2期

页      面：145-160页

核心收录：

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 1002[医学-临床医学] 100210[医学-外科学(含：普外、骨外、泌尿外、胸心外、神外、整形、烧伤、野战外)] 08[工学] 0836[工学-生物工程] 10[医学] 

基　　金：国家自然科学基金(81802226,81871834,82072530,82372566) 上海市浦江人才计划(2019PJD038) 上海市“医苑新星”青年医学人才培养资助计划 上海交通大学医学院“双百人”项目(20220017) 上海市第六人民医院优秀人才培育项目(ynyq202101) 

主　　题：骨关节炎 烟酰胺代谢 生物信息学 诊断模型 列线图 

摘      要：目的·利用生物信息学方法探索骨关节炎与烟酰胺代谢相关基因之间的关系,找到具有诊断价值和治疗潜力的关键基因。方法·以“Osteoarthritis为检索词,在GEO数据库中获取GSE12021、GSE55235和GSE55457数据集,将GSE55457作为验证集。去除GSE12021和GSE55235数据集的批次效应后,得到标准化的合并数据集,将其作为训练集,并在训练集中筛选出差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)。在GeneCards数据库和MSigDB数据库中获取所有烟酰胺代谢相关基因(nicotinamide metabolism-related genes,NMRGs)。将DEGs与NMRGs取交集,得到烟酰胺代谢相关差异表达基因(nicotinamide metabolism-related differentially expressed genes,NMRDEGs)。对训练集进行基因集富集分析(gene set enrichment analysis,GSEA),对NMRDEGs进行基因本体(Gene Ontology,GO)、京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)分析。通过LASSO(least absolute shrinkage and selection operator)和支持向量机(support vector machine,SVM)分析筛选出NMRDEGs关键基因,构建骨关节炎诊断模型,并用验证集GSE55457进行验证。通过单样本基因集富集分析(single sample gene set enrichment analysis,ssGSEA)分析免疫细胞的浸润类型。通过DGIdb数据库、ENCORI数据库和CHIPBase数据库对关键基因的mRNA进行相互作用网络和药物小分子预测。通过干扰小RNA(small interfering RNA,siRNA)敲降软骨细胞内NMRDEGs关键基因,用实时荧光定量聚合酶链反应(real-time fluorogenic quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)检测关键基因敲降对软骨形成相关基因表达的影响。结果·发现了NAMPT、TIPARP等7个NMRDEGs。GO和KEGG分析富集到核因子κB信号通路和正向调节白细胞介素-1介导的信号通路等。GSEA富集到缺氧诱导因子-1转录因子通路(Hif1 Tfpathway)和多配体蛋白聚糖1(syndecan 1)通路等信号通路。LASSO分析和SVM分析共同筛选得到NPAS2、TIPARP和NAMPT关键基因并构建了骨关节炎诊断模型,验证集检验提示诊断模型诊断效果具有高准确度。ssGSEA免疫浸润分析的结果显示,巨噬细胞等15种免疫细胞存在显著差异(均P19的RNA结合蛋白。RT-qPCR结果显示,关键基因敲降会降低软骨形成相关基因的表达。结论·NPAS2、TIPARP和NAMPT为烟酰胺代谢相关的关键基因,可据此构建骨关节炎诊断模型。