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为探究椎间盘退变（IVDD）发病机制，研究人员整合单细胞和 bulk 测序，鉴定出 CTH、DPH5 和 SELENOF 为关键基因，具治疗潜力。
在人体的脊柱中，椎间盘（IVD）就像一个个小小的 “缓冲垫”，承担着支撑体重、保证脊柱灵活活动的重要使命。然而，随着年龄增长、身体受伤或受到一些病理因素影响，这些 “缓冲垫” 会逐渐受损，引发椎间盘退变（IVDD）。这一病症常常伴随着腰痛（LBP），给患者的生活带来极大困扰。据统计，全球约 9% 的人口饱受腰痛折磨，仅美国每年用于治疗腰痛的直接医疗费用就高达约 900 亿美元。目前，无论是保守治疗还是手术干预，都无法让退变的椎间盘恢复如初。尽管已经发现了许多与椎间盘退变相关的风险因素，如衰老、细胞外基质（ECM）退变、机械异常、细胞凋亡和炎症等，但它的确切病因仍然是个谜。因此，深入研究椎间盘退变的发病机制，寻找潜在的治疗靶点，成为了医学领域亟待解决的重要问题。
为了攻克这一难题，苏州大学附属第一医院等机构的研究人员展开了一项极具意义的研究。他们的研究成果发表在《European Journal of Medical Research》上。这项研究通过整合单细胞和 bulk RNA 测序技术，试图找出退变的髓核（NP）组织中的潜在基因，进而阐明椎间盘退变的发病机制。
研究人员运用了多种先进的技术方法。首先，从 GEO 数据库获取单细胞测序数据（CNP0002664、GSE199866、GSE205535）和 bulk 测序数据（GSE70362）。利用 Cell Ranger 软件和 Seurat 包对单细胞数据进行初步处理，包括质量控制、去除批次效应和数据归一化等操作。之后，通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）、拟时序分析等方法对数据进行深入挖掘。此外，还运用支持向量机递归特征消除（SVM–RFE）和随机森林两种机器学习算法筛选关键基因，并构建大鼠椎间盘退变模型，结合细胞培养、RT-PCR、组织学观察、Western blot 分析、X-ray 和磁共振成像（MRI）等实验进行验证。
研究结果如下：
- 单细胞测序数据分析：对 9 名患者的单细胞测序样本进行处理，获得 12 个细胞簇。通过多种注释方法确定了细胞类型，发现正常和退变髓核组织的细胞分布相似，表明数据整合效果良好。
- WGCNA 分析：聚焦于髓核细胞（NPCs），确定 “14” 为构建单细胞共表达网络的最佳软阈值，筛选出模块 1、7 和 9 与椎间盘退变最为相关，这些模块中的基因与椎间盘退变过程及 NPCs 的变化密切相关。
- 拟时序分析：运用 Monocle3 包进行拟时序分析，确定了髓核细胞分化和发育轨迹上的关键基因，这些基因在髓核退变过程中可能发挥重要作用。
- 关键基因筛选与验证：通过单因素逻辑回归、SVM–RFE 和随机森林算法，从多种分析得到的基因中筛选出 CTH、DPH5 和 SELENOF 三个与椎间盘退变相关的关键基因。ROC 分析显示，这三个基因在识别椎间盘退变方面具有较强的诊断性能。
- 体内外验证：在大鼠体内实验中，X-ray 和 MRI 结果表明，退变组的椎间盘高度指数（DHI）和信号强度明显降低，组织学染色显示髓核组织形态发生改变。体外实验中，用脂多糖（LPS）诱导髓核细胞退变，RT-PCR 结果显示，与对照组相比，LPS 组中 CTH 和 DPH5 的表达下降，SELENOF 的表达上升，体内实验结果与之相符。
在研究结论与讨论部分，研究人员指出，通过综合分析，确定了 CTH、DPH5 和 SELENOF 三个与椎间盘退变相关的基因，它们有望成为治疗椎间盘退变的潜在靶点。研究还发现了退变髓核组织中的 p53 和 PPAR 信号通路，其中 p53 信号通路可刺激 NPCs 衰老，而 PPAR-γ 通路的作用与以往研究有所不同。此外，研究首次将 RNA-Seq 数据库与 bulk 测序数据库相结合，对比非退变和退变的人类椎间盘组织，发现了新的差异调节致病基因。但该研究也存在一定局限性，如使用大鼠模型模拟人类创伤，且仅在单一时间点进行研究，未来还需在不同术后时间点进行更多实验验证。
总的来说，这项研究为椎间盘退变的治疗提供了新的方向和潜在靶点，为后续深入研究椎间盘退变的发病机制和开发新的治疗方法奠定了重要基础，具有重要的临床意义和研究价值。
