多芯片聯(lián)合藥物靶點(diǎn)基因探討骨關(guān)節(jié)炎患者滑膜中生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)

陳莉華　曾平　陳財(cái)　黃悅　陸冠宇　熊波　劉金富

【摘 要】目的：探索骨關(guān)節(jié)炎滑膜組織中的差異基因和相關(guān)通路，尋找骨關(guān)節(jié)炎的關(guān)鍵基因，闡明骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制。方法：從GEO數(shù)據(jù)庫(kù)中收集4個(gè)相關(guān)數(shù)據(jù)集，分別是GSE1919、GSE32317、GSE41038和GSE82107，包括37個(gè)骨關(guān)節(jié)炎滑膜組織樣本和16個(gè)正常滑膜組織樣本，鑒定出差異表達(dá)基因（DEGs）。對(duì)這些DEGs進(jìn)行GO功能富集分析和KEGG通路富集分析，使用Cytoscape軟件構(gòu)建DEGs的蛋白質(zhì)相互作用（PPI）網(wǎng)絡(luò)，篩選Degree前10位的基因。通過(guò)Drugbank數(shù)據(jù)庫(kù)篩選獲準(zhǔn)的用于治療骨關(guān)節(jié)炎的藥物，Drug Gene Interaction數(shù)據(jù)庫(kù)挖掘這些藥物的靶基因。利用微生信在線作圖工具將藥物靶基因和PPI Degree前10位的基因取交集，獲得藥物靶基因與PPI Degree前10位基因相同的基因靶點(diǎn)。最后，再利用定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（qRT-PCR）對(duì)臨床樣本檢測(cè)評(píng)估關(guān)鍵基因的基因表達(dá)量。結(jié)果：總共鑒定出68個(gè)DEGs，包括29個(gè)上調(diào)的DEGs（MRC2、CDH11、HK3等）和39個(gè)下調(diào)的DEGs（ADH1B、APOD、ADIPOQ等）。其功能主要富集在皮質(zhì)類固醇的反應(yīng)、血液循環(huán)、氧化還原酶活性和冷誘導(dǎo)產(chǎn)熱的正向調(diào)節(jié)過(guò)程，以及IL-17信號(hào)通路、PPAR信號(hào)通路、腫瘤壞死因子信號(hào)通路和糖酵解。PPI Degree前10位的基因分別是LEP、MMP-9、FOS、CXCL10、MMP-1、TNFSF11、ADIPOQ、FABP4、LPL和MMP-3。通過(guò)Drugbank數(shù)據(jù)庫(kù)和Drug Gene Interaction數(shù)據(jù)庫(kù)共挖掘出30種獲得批準(zhǔn)的治療骨關(guān)節(jié)炎藥物及對(duì)應(yīng)的284個(gè)靶基因。利用微生信在線作圖工具，獲得治療骨關(guān)節(jié)炎藥物靶基因與PPI Degree前10位的基因交集為MMP-9、LPL和MMP-1。定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)結(jié)果顯示，MMP-9在骨關(guān)節(jié)炎患者滑膜中呈高表達(dá)，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）；LPL在骨關(guān)節(jié)炎患者滑膜中呈低表達(dá)，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。結(jié)論：LPL和MMP-9是用于治療骨關(guān)節(jié)炎的有效分子靶標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】 骨關(guān)節(jié)炎；滑膜組織；微陣列芯片；生物標(biāo)志物；靶點(diǎn)基因

Study on Biomarkers and Therapeutic Targets in Synovium of Patients with Osteoarthritis by Multi Chip Combined with Drug Target GeneCHEN Li-hua，ZENG Ping，CHEN Cai，HUANG Yue，LU Guan-yu，XIONG Bo，LIU Jin-fu

【ABSTRACT】Objective：To explore the differential genes and related pathways in the synovium of osteoarthritis，find the key genes of osteoarthritis，and clarify the pathogenesis of osteoarthritis.Methods：Four related data sets were collected from GEO database，namely GSE1919，GSE32317，GSE41038 and GSE82107，including 37 synovial tissue samples of osteoarthritis and 16 normal synovial tissue samples，and differential expression genes（DEGs）were identified.GO function enrichment analysis and KEGG pathway enrichment analysis were carried out for these DEGs，and protein interaction（PPI）network of DEGs was constructed using software Cytoscape to screen the top 10 genes of Degree.The Drugbank database was used to screen approved drugs for the treatment of osteoarthritis，and the Drug Gene Interaction database was used to mine the target genes of these drugs.The drug target gene and the top 10 genes of PPI Degree were intersected by using the online mapping tool of Bioinformatics to obtain the same gene target of the drug target gene and the top 10 genes of PPI Degree.Finally，quantitative reverse transcription polymerase chain reaction（qRT-PCR）was used to detect and evaluate the gene expression of key genes in clinical samples.Results：A total of 68 DEGs were identified，including 29 up regulated DEGs（MRC2，CDH11 and HK3）and 39 down regulated DEGs（ADH1B，APOD and ADIPOQ）.Their functions are mainly concentrated in the positive regulation process of corticosteroid response，blood circulation，oxidoreductase activity and cold induced thermogenesis，as well as IL-17 signal pathway，PPAR signal pathway，tumor necrosis factor signal pathway and glycolysis.The first 10 genes of PPI Degree are respectively LEP，MMP-9，F(xiàn)OS，CXCL10，MMP-1，TNFSF11，ADIPOQ，F(xiàn)ABP4，LPL and MMP-3.Through the Drugbank database and the Drug Gene Interaction database，a total of 30 approved drugs for the treatment of osteoarthritis and their corresponding 284 target genes were mined.Using the online mapping tool of Bioinformatics，the intersection（MMP-9，LPL and MMP-1）of the drug target gene for osteoarthritis and the top 10 genes of PPI Degree were obtained.Quantitative reverse transcription polymerase chain reaction showed that MMP-9 was highly expressed in synovium of patients with osteoarthritis，and the difference was statistically significant（P < 0.01）;LPL was expressed low in synovium of patients with osteoarthritis，and the difference was statistically significant（P < 0.05）.Conclusion：LPL and MMP-9 are effective molecular targets for the treatment of osteoarthritis.

【Keywords】 osteoarthritis;synovial tissue;microarray chip;biomarkers;target gene

骨關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis，OA）是一種常見(jiàn)的與年齡相關(guān)的致殘性疾病，通常涉及關(guān)節(jié)軟骨、滑膜、軟骨下骨、韌帶、包膜和關(guān)節(jié)周圍肌肉的結(jié)構(gòu)改變［1］。隨著病情的發(fā)展，患者最終會(huì)出現(xiàn)關(guān)節(jié)疼痛、腫脹、僵硬和行動(dòng)受限，目前臨床治療只能對(duì)癥處理，尚無(wú)有效的早期干預(yù)措施阻止病情發(fā)展［2］，因此，尋找OA的關(guān)鍵基因，闡明其發(fā)病機(jī)制是迫切需要的。

滑膜是覆蓋關(guān)節(jié)囊表面的一種疏松結(jié)締組織，最近研究發(fā)現(xiàn)，滑膜與OA的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)［3-5］。研究人員認(rèn)為，滑膜促炎介質(zhì)是誘導(dǎo)OA發(fā)病的重要因素［6］，可能通過(guò)促進(jìn)軟骨退化發(fā)生作用［7］。

通過(guò)整合、分析來(lái)自不同平臺(tái)的基因表達(dá)譜，有助于擴(kuò)大樣本量，從而更準(zhǔn)確地探索OA的發(fā)病機(jī)制和關(guān)鍵基因。本研究從基因表達(dá)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)（GEO）下載了4個(gè)系列矩陣文件（包括GSE1919、GSE32317、GSE41038和GSE82107），其中有37個(gè)OA滑膜組織樣本和16個(gè)健康對(duì)照者的滑膜組織樣本。鑒定OA和健康對(duì)照者之間的差異表達(dá)基因（DEGs），并對(duì)DEGs進(jìn)行基因本體論（GO）和京都基因與基因組百科全書（KEGG）通路富集分析。然后構(gòu)建蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用（PPI）網(wǎng)絡(luò)，將治療OA的藥物靶基因和PPI Degree前10位的基因取交集，獲得治療OA藥物靶基因與PPI Degree前10位基因相同的基因靶點(diǎn)。最后，利用定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（qRT-PCR）對(duì)臨床樣本檢測(cè)評(píng)估關(guān)鍵基因的基因表達(dá)量。本研究試圖獲得對(duì)OA分子通路的更多見(jiàn)解，并為OA治療確定更多潛在的靶基因。

1 資料和方法

1.1 資料來(lái)源 使用關(guān)鍵詞“osteoarthritis”，從公共數(shù)據(jù)庫(kù)GEO（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/）上搜索微陣列數(shù)據(jù)集，下載OA滑膜相關(guān)芯片數(shù)據(jù)集GSE1919、GSE32317、GSE41038和GSE82107，見(jiàn)表1。共計(jì)納入OA滑膜組織（OA組）37例，正?；そM織（正常組）16例。

1.2 分析方法

1.2.1 數(shù)據(jù)處理 利用R語(yǔ)言軟件（版本3.4.3，http：//www.r-project.org/）中的Perl軟件（https：//www.perl.org/）將從GEO數(shù)據(jù)集下載的原始數(shù)據(jù)的探針名轉(zhuǎn)換成基因名，獲得整合的基因表達(dá)矩陣。然后再利用實(shí)驗(yàn)室Limma軟件包（http：//www.bioconductor.org/packages/release/bioc/html/limma.html）和Sva包（http：//bioconductor.org/packages/release/bioc/html/sva.html）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.2.2 DEGs篩選 R語(yǔ)言軟件中Limma包是為檢查DEGs而設(shè)計(jì)。設(shè)定P < 0.05和|log₂FC（fold change）|≥1作為閾值。差異結(jié)果用熱圖及火山圖進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。

1.2.3 GO和KEGG功能富集分析 GO是高通量基因組或轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的一種常用方法，用于識(shí)別基因表達(dá)調(diào)控系統(tǒng)的特征生物學(xué)功能。生物過(guò)程（BP）、細(xì)胞成分（CC）和分子功能（MF）是GO分析的三大組成部分。KEGG是一個(gè)系統(tǒng)分析基因功能的知識(shí)庫(kù)，將基因組信息與高階功能信息聯(lián)系起來(lái)。在實(shí)驗(yàn)中，基于g：Profiler工具進(jìn)行了GO富集分析和KEGG途徑富集分析。篩選條件設(shè)定g：SCS < 0.05作為閾值。

1.2.4 PPI網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及關(guān)鍵基因篩選 蛋白質(zhì)之間的功能相互作用可以為細(xì)胞加工的分子機(jī)制提供背景。STRING在線數(shù)據(jù)庫(kù)（https：//string-db.org/）是檢索相互作用基因的搜索工具，其可以構(gòu)建DEGs的PPI網(wǎng)絡(luò)［12］。在本研究中，使用STRING在線數(shù)據(jù)庫(kù)，導(dǎo)出最低可信度“combined score > 0.7”的分析結(jié)果。之后將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過(guò)Cytoscape繪制差異基因的PPI網(wǎng)絡(luò)模型。利用CytoHubba插件計(jì)算PPI網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的Degree值。Degree值大的蛋白被認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵蛋白。

1.2.5 治療OA藥物和靶基因的鑒定 Drugbank（https：//www.drugbank.ca/）是一個(gè)提供有關(guān)藥物、藥物靶標(biāo)、藥物作用和藥物相互作用詳細(xì)信息的在線網(wǎng)站。以“osteoarthritis”為關(guān)鍵詞，收集治療OA的獲得批準(zhǔn)的藥物。在Drug Gene Interaction數(shù)據(jù)庫(kù)（http：//www.dgidb.org/）中確定了所選藥物的靶標(biāo)。然后將治療OA的藥物靶基因與PPI Degree前10位的基因利用微生信（http：//www.bioinformatics.com.cn/）在線作圖工具取交集，獲得治療OA的藥物靶基因與PPI Degree前10位的基因相同的基因靶點(diǎn)。

1.2.6 定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（qRT-PCR）驗(yàn)證 為了證實(shí)生物信息學(xué)分析的結(jié)果，收集4例OA患者和4例無(wú)OA患者的滑膜組織用于qRT-PCR驗(yàn)證。該研究方案經(jīng)廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書。采用TRIzol試劑提取滑膜組織中的總RNA，將來(lái)自總RNA的RNA樣品反轉(zhuǎn)錄為cDNA，然后采用Revert Aid First Strand cDNA Synthesis Kit（Fermentas，美國(guó)）進(jìn)行qRT-PCR，GAPDH作為內(nèi)參。使用2-ΔΔCt方法計(jì)算相對(duì)mRNA表達(dá)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素方差分析。以P < 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 差異基因鑒定 根據(jù)矯正后的P < 0.05和|log₂FC（fold change）|≥1作為標(biāo)準(zhǔn)，與正常組相比，從OA組中總共獲得68個(gè)DEGs，包括29個(gè)上調(diào)的DEGs和39個(gè)下調(diào)的DEGs。差異結(jié)果采用熱圖及火山圖進(jìn)行可視化表達(dá)，見(jiàn)圖1。

2.2 DEGs的GO、KEGG富集分析 GO富集分析表明，在MF中，DEGs在乙醇脫氫酶活性、視黃醇脫氫酶活性、氧化還原酶活性，膠原結(jié)合、環(huán)磷酸腺苷依賴性蛋白激酶調(diào)節(jié)劑活性豐富。在BP中DEGs主要參與對(duì)皮質(zhì)類固醇的反應(yīng)、血液循環(huán)、氧化還原酶活性和冷誘導(dǎo)產(chǎn)熱的正向調(diào)節(jié)過(guò)程。此外，CC中的DEGs主要富集細(xì)胞外區(qū)域、細(xì)胞外空間、細(xì)胞外小泡和細(xì)胞外細(xì)胞器。KEGG通路富集結(jié)果表明，DEGs富集在IL-17信號(hào)通路、PPAR信號(hào)通路、腫瘤壞死因子信號(hào)通路和糖酵解。見(jiàn)圖2。

2.3 DEGs的PPI網(wǎng)絡(luò)分析 本次實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的PPI網(wǎng)絡(luò)由26個(gè)節(jié)點(diǎn)和35條線組成，見(jiàn)圖3（1）。度中心性定義為相鄰鏈接的數(shù)量，也就是將一種蛋白質(zhì)與其相鄰蛋白質(zhì)相互作用的次數(shù)，是網(wǎng)絡(luò)理論中的基本參數(shù)，用于評(píng)估網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，DEGs的Degree得分如圖3（2）所示，瘦素（LEP，Degree = 14），基質(zhì)金屬蛋白酶-9（MMP-9，Degree = 14），核磷蛋白（FOS，Degree = 12），C-X-C基序趨化因子-10（CXCL10，Degree = 8），基質(zhì)金屬蛋白酶-1（MMP-1，Degree = 8），脂肪壞死因子配體超家族成員11（TNFSF11，Degree = 8），脂聯(lián)蛋白（ADIPOQ，Degree = 6），脂肪酸結(jié)合蛋白酶4（FABP4，Degree = 6），脂蛋白酯酶（LPL，Degree = 6）和基質(zhì)金屬蛋白酶-3（MMP-3，Degree = 6）是該網(wǎng)絡(luò)中排名前10的關(guān)鍵基因。

2.4 治療OA藥物和相關(guān)靶基因的挖掘 通過(guò)Drugbank數(shù)據(jù)庫(kù)篩選出30種獲得批準(zhǔn)的治療OA的藥物，在Drug Gene Interaction數(shù)據(jù)庫(kù)共挖掘出這些藥物對(duì)應(yīng)的284個(gè)靶基因，見(jiàn)表3。治療OA的藥物及其靶標(biāo)基因的網(wǎng)絡(luò)圖見(jiàn)圖4。MMP-9、LPL和MMP-1是治療OA相關(guān)藥物的靶基因和DEGs PPI Degree前10位基因的交集基因，見(jiàn)圖5。

2.5 關(guān)鍵基因的驗(yàn)證 為了驗(yàn)證微陣列的結(jié)果，用qRT-PCR系統(tǒng)檢測(cè)相同基因的表達(dá)水平。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，OA組中LPL下調(diào)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）；MMP-9上調(diào)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）。見(jiàn)圖6。

3 討 論

OA是全球致殘的主要原因之一，由于發(fā)病機(jī)制尚不清楚，對(duì)疾病預(yù)防和早期治療仍具挑戰(zhàn)性［13］。近年來(lái)，微陣列技術(shù)被廣泛用于預(yù)測(cè)OA的潛在診斷和治療靶點(diǎn)，有望成為早期診斷和探索疾病治療靶標(biāo)的有效工具［14］。在本研究中，基因表達(dá)譜GSE1919、GSE32317、GSE41038和GSE82107從GEO數(shù)據(jù)庫(kù)下載，包括37個(gè)OA滑膜樣品和16個(gè)正?；悠?。與正常組相比，在OA組的滑膜組織中鑒定出68個(gè)DEGs，包括29個(gè)上調(diào)的DEGs和39個(gè)下調(diào)的DEGs。這些DEGs可能與OA有關(guān)，并且可能用作潛在的藥物靶標(biāo)。通過(guò)GO和KEGG富集分析，進(jìn)一步了解它們的調(diào)控機(jī)制。使用STRING數(shù)據(jù)庫(kù)挖掘DEGs之間的相互關(guān)系，構(gòu)建PPI網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步研究DEGs在蛋白質(zhì)水平上的相互作用。Drugbank數(shù)據(jù)庫(kù)和Drug Gene Interaction數(shù)據(jù)庫(kù)共挖掘出30種獲得批準(zhǔn)的治療OA藥物及對(duì)應(yīng)的284個(gè)靶基因，其中MMP-9、LPL、MMP-1是治療OA藥物的靶基因和DEGs PPI Degree前10位基因相同的基因。為進(jìn)一步驗(yàn)證，筆者分別收集了4例OA患者和非OA患者滑膜組織進(jìn)行qRT-PCR驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)MMP-9在OA患者滑膜中呈高表達(dá)，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）；LPL在OA患者滑膜中呈低表達(dá)，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05），因此認(rèn)為，MMP-9與LPL很有可能成為OA診斷的生物標(biāo)志物。

本研究發(fā)現(xiàn)，DEGs主要參與對(duì)皮質(zhì)類固醇的反應(yīng)過(guò)程。皮質(zhì)類固醇是腎上腺皮質(zhì)產(chǎn)生的類固醇，類固醇引起的骨病與骨細(xì)胞數(shù)量減少有關(guān)［15-16］，WEINSTEIN等［17］的小鼠模型研究也證明骨細(xì)胞凋亡與皮質(zhì)類固醇的使用相關(guān)。骨細(xì)胞是負(fù)責(zé)骨骼生產(chǎn)和重塑的間質(zhì)衍生細(xì)胞，通過(guò)產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)蛋白調(diào)節(jié)骨骼結(jié)構(gòu)和骨基質(zhì)礦化，并通過(guò)產(chǎn)生細(xì)胞因子或直接細(xì)胞接觸誘導(dǎo)骨細(xì)胞生成。而OA的特征之一就是骨細(xì)胞的凋亡［18］。因此，DEGs可能通過(guò)影響骨細(xì)胞凋亡從而誘發(fā)OA。

在KEGG通路富集分析中，DEGs富集主要在IL-17信號(hào)通路、PPAR信號(hào)通路、腫瘤壞死因子信號(hào)通路和糖酵解參與反應(yīng)。IL-17家族包括IL-17A、IL-17B、IL-17C、IL-17D、IL-17E和IL-17F，它們可以調(diào)節(jié)宿主防御和慢性炎癥，導(dǎo)致組織損傷和自身免疫效應(yīng)，并與細(xì)胞和組織中表達(dá)的特定受體結(jié)合，有學(xué)者認(rèn)為，IL-17在OA的病理生理過(guò)程中起著重要的作用［19］。IL-17在OA患者的滑膜中過(guò)度表達(dá)，且IL-17在體外能刺激骨吸收和膠原破壞［20］。IL-17缺陷可以保護(hù)宿主免受膠原誘導(dǎo)小鼠關(guān)節(jié)炎的損害，IL-17基因治療可能導(dǎo)致進(jìn)一步惡化［21］。因此，OA中的IL-17可引起炎癥和骨破壞，抑制IL-17信號(hào)通路可能是治療OA的重要途經(jīng)。過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體（PPAR）是屬于類固醇激素受體超級(jí)家族的配體激活轉(zhuǎn)錄因子，包括3個(gè)主要成員：PPARα（也稱為NR1C1）、PPARβ/δ（也稱為NR1C2）和PPARγ（也稱為NR1C3）［22］。VASHEGHANI等［23］通過(guò)小鼠PPARγ敲除實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，被基因敲除的小鼠骨關(guān)節(jié)軟骨退化增加，軟骨細(xì)胞凋亡。研究表明，PPARγ的激活可以降低OA最相關(guān)的分解代謝和炎癥因子的表達(dá)和合成。這些因素包括炎性細(xì)胞因子（如IL-1β、腫瘤壞死因子-α和IL-6）和MMPs（如MMP-1和MMP-13）。最近研究發(fā)現(xiàn)，PPARγ激動(dòng)劑可以在半月板切除術(shù)誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎豚鼠模型中減少OA的進(jìn)展［24-26］。糖酵解是軟骨細(xì)胞代謝缺氧環(huán)境中的主要供能方式［27］。關(guān)節(jié)軟骨是一種特殊類型的結(jié)締組織，沒(méi)有血管，糖酵解供給維持軟骨合成代謝和分解代謝之間的微妙平衡。而這對(duì)于軟骨組織的長(zhǎng)期完整性和自我修復(fù)能力至關(guān)重要［28］。在OA病理過(guò)程中，促炎和分解代謝因子顯著增加，分解代謝加快，同時(shí)細(xì)胞糖酵解水平增加。糖酵解會(huì)促進(jìn)驅(qū)動(dòng)因子缺氧誘導(dǎo)因子-1（HIF-1）的產(chǎn)生，YUDOH等［29］發(fā)現(xiàn)，HIF-1的表達(dá)與軟骨退變過(guò)程密切相關(guān)，其數(shù)量隨著OA嚴(yán)重程度的增加而增加。

筆者將DEGs PPI Degree排名前10位的基因和治療OA藥物的靶基因取交集，得到了MMP-9、MMP-1和LPL。對(duì)這3個(gè)基因進(jìn)行qRT-PCR驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)MMP-9、LPL與DEGs篩選的結(jié)果一致，因此認(rèn)為，MMP-9與LPL很有可能成為OA診斷的生物標(biāo)志物。

LPL是絲氨酸酯酶家族的一員，是從乳糜微粒和極低密度脂蛋白中水解甘油三酯的限速酶［30］。DRAGOJEVI?等［31］實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，OA與健康對(duì)照組相比，因?yàn)橹敬x的減低，OA組織顯示較低的LPL、成骨細(xì)胞生成以及較高的破骨細(xì)胞生成。LPL能介導(dǎo)甘油三酯水解產(chǎn)生游離脂肪酸，在LPL生成較低的脂肪代謝中，小鼠骨髓培養(yǎng)物和大鼠細(xì)胞系中的破骨細(xì)胞生成增加從而造成骨組織的損害［32］。幾項(xiàng)體外研究也表明，由LPL組成的脂聯(lián)素通過(guò)抑制破骨細(xì)胞形成和活性，促進(jìn)成骨細(xì)胞分化和增殖，對(duì)骨產(chǎn)生消極影響［33-35］。LPL在OA中的低表達(dá)會(huì)促進(jìn)破骨細(xì)胞的生成，抑制成骨細(xì)胞分化從而影響軟骨下骨。而關(guān)節(jié)軟骨組織退化是造成OA的主要病理變化［36］。HEILPERN等［37］將小鼠MMP-9基因敲除后發(fā)現(xiàn)，OA動(dòng)物模型表型顯著減少。MMP-9能促進(jìn)Ⅳ型膠原蛋白水解活性，通過(guò)降解OA患者關(guān)節(jié)內(nèi)非膠原基質(zhì)成分，使關(guān)節(jié)內(nèi)結(jié)締組織遭到破壞［38］。在導(dǎo)致OA的潛在機(jī)制中，重要的是機(jī)械應(yīng)力，包括關(guān)節(jié)不穩(wěn)定和損傷，以及易患OA的因素，如衰老。這些因素導(dǎo)致軟骨細(xì)胞中生化途徑的激活，從而導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)被MMPs和聚集蛋白聚糖酶（ADAMTSs）降解［39］。此外，MMP-9在OA的早期階段主要通過(guò)降解細(xì)胞外基質(zhì)發(fā)揮作用。

與以往研究不同的是，我們新發(fā)現(xiàn)LPL在OA中的重要作用，這些關(guān)鍵基因可能會(huì)或?yàn)镺A的生物標(biāo)志物，以檢測(cè)疾病的發(fā)生、發(fā)展。同時(shí)發(fā)現(xiàn)IL-17信號(hào)通路、PPAR信號(hào)通路、腫瘤壞死因子信號(hào)通路和糖酵解的生物通路可能與OA發(fā)展有關(guān)，其具體機(jī)制尚需進(jìn)一步的研究驗(yàn)證。但本文尚存在不足之處，例如篩選差異表達(dá)基因來(lái)源的樣本量較少，且樣本源自于美國(guó)OA患者，與國(guó)內(nèi)OA患者存在一定的種族差異，今后需要獲取更多的國(guó)內(nèi)樣本進(jìn)行驗(yàn)證。

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收稿日期：2022-09-10；修回日期：2022-10-28