革命性突破！基于分子分型的椎间盘退变治疗新策略

为解决椎间盘退变（IVDD）缺乏精准治疗方案的问题，海军军医大学附属长海医院的研究人员开展了 IVDD 分子分型的研究，构建了精准分层系统，发现吉非替尼对退变软骨细胞有保护作用，为 IVDD 个性化治疗提供新方向。

　　椎间盘退变（Intervertebral disc degeneration，IVDD）听起来有些陌生，但它引发的腰痛却折磨着无数人。随着老龄化社会的到来，IVDD 的发病率逐渐上升，成为全球致残的主要原因之一。想象一下，许多人因为腰痛无法正常工作，不仅降低了劳动生产力，还给公共卫生带来了沉重负担。目前，IVDD 的治疗手段十分有限，保守治疗对轻度患者效果尚可，严重时则需要手术，但手术存在并发症多、费用高的问题，且约 30% 的患者术后仍会腰痛。更糟糕的是，临床上缺乏有效的分子分类和精准治疗方法，医生难以准确判断病情和制定个性化治疗方案。因此，寻找新的治疗策略迫在眉睫。

为了攻克这一难题，海军军医大学附属长海医院的研究人员挺身而出。他们开展了一项极具创新性的研究，旨在为 IVDD 的治疗开辟新道路。最终，他们成功构建了基于软骨细胞分化的 IVDD 分子分型模型（Chondrocyte differentiation based IVDD classification，CDBIVDDC），并发现吉非替尼（Gefitinib）对退变软骨细胞具有保护作用，这一成果为 IVDD 的个性化治疗带来了新希望。

在研究过程中，研究人员运用了多种先进技术方法。首先，从公共数据库（Gene Expression Omnibus，GEO）获取单细胞测序数据和临床信息，这是研究的基础数据来源。接着，利用单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术对数据进行深入分析，识别细胞类型和基因表达特征。之后，通过主成分分析（Principal component analysis，PCA）构建分子分型模型，并使用免疫组化（Immunohistochemistry，IHC）技术对临床样本进行检测，验证分子分型的临床意义。最后，开展细胞实验，观察药物对退变软骨细胞的作用。

下面来详细看看研究结果：

1. 细胞类型注释与分析：对两个纤维环（Annulus fibrosus，AF）样本的 scRNA-seq 数据进行严格筛选和质量控制（Quality control，QC）后，获得 27,001 个符合要求的细胞。经无监督 UMAP 聚类分析，准确识别出 6 种细胞类型，其中软骨细胞数量最多。进一步分析发现，软骨细胞中 Sox9 高表达，其在软骨细胞的生成、生长和成熟过程中发挥重要作用。同时，研究人员还对细胞间通讯网络和配体 - 受体对进行研究，发现 uPAR 通路、整合素细胞表面相互作用等与软骨细胞的炎症反应、细胞外基质（Extracellular matrix，ECM）相互作用及 IVDD 进展相关。
2. 软骨细胞谱系特征：对 25,974 个软骨细胞进行 UMAP 降维分析，鉴定出 3 个主要细胞亚群。不同亚群中，如 II 型胶原基因（col2a1）、软骨连接蛋白（chad）等基因表达存在差异，这些基因与软骨细胞的功能和信号转导密切相关。通过 iTALK 细胞通讯分析，还确定了各亚群内潜在的配体 - 受体对，揭示了细胞间的通讯机制。
3. 软骨细胞分化轨迹与相关基因：运用 Monocle2 软件研究软骨细胞分化轨迹，确定了 3 个软骨细胞亚群的分化顺序。发现软骨细胞 3 可能具有干细胞样特征，软骨细胞 2 分化程度相对较高。通过比较不同细胞命运分支的差异表达基因（Differential expression gene，DEG），发现早期 Pdpn、Pnrc2 和 Stmn1 等基因表达升高，晚期 Eno1 和 Pla2g2a 等基因显著高表达，这些基因在细胞分化和 IVDD 进展中发挥重要作用。
4. 整合软骨细胞分化与预后相关基因：利用 DDRTress 算法鉴定出 1,058 个与软骨细胞分化轨迹相关的基因（Chondrocyte differentiation-related genes，CDGs），经单因素回归分析和 Venn 图交叉分析，得到 44 个与分化和预后相关的基因（Chondrocyte differentiation and prognosis related genes，CDPRGs）。这些基因与 IVDD 的严重程度和 Thompson 分级显著相关，如 Adcyap1 和 Pthlh 基因表达与较低的退变程度和 Thompson 分级相关，而 Mia 和 Tuba1c 基因则相反。
5. 构建 CDBIVDDC：通过非参数检验和 Pearson 相关性分析建立 CDPRGs 的共表达调控网络，发现这些基因在软骨细胞分化过程中存在显著共表达。运用 ConsensusClusterPlus 算法进行一致性聚类分析，将 IVDD 分为 3 个亚型（Cluster 1、Cluster 2 和 Cluster 3 ）。经分析，Cluster 2 中 CDPRGs 表达较高，且该组患者退变程度更严重，Thompson 分级更高，预后最差；Cluster 1 则相反，预后最好；Cluster 3 介于两者之间。根据软骨细胞评分和 CDPRGs 表达，将 3 个亚型分别命名为高软骨细胞评分分类（High chondrocyte scoring classification，HCSC）、低软骨细胞评分分类（Low chondrocyte scoring classification，LCSC）和中软骨细胞评分分类（Medium chondrocyte scoring classification，MCSC） ，并确定了各亚型的关键标记基因。
6. 临床样本的 IHC 分析：对 60 例 IVDD 患者的临床标本进行 IHC 染色，根据 6 种标记蛋白的表达情况将样本分为 HCSC、LCSC 和 MCSC 三组。单因素分析表明，年龄、性别、Pfirrmann 分级等因素与 Oswestry 残疾指数（Oswestry disability index，ODI）评分显著相关，LCSC 组患者 ODI 评分更高，Pfirrmann 分级也更高，提示其临床症状更严重，预后更差，这进一步验证了 CDBIVDDC 的临床意义。
7. 小分子靶向药物的预测与体外实验：利用 pRRophetic 软件预测各亚型对不同小分子靶向药物的敏感性，发现 LCSC 对吉非替尼敏感。体外实验中，与对照组相比，IL - 1β 刺激的软骨细胞增殖活性下降，而添加吉非替尼后，细胞增殖能力增强，形态得到恢复，COL2 和 SOX9 基因表达增加，MMP13 基因表达减少，表明吉非替尼可延缓软骨细胞退变。此外，吉非替尼还能调节 IVDD 分子分型标记基因的表达，促使 LCSC 向 HCSC 转化。

研究结论和讨论部分再次强调了这些发现的重要意义。该研究构建的 CDBIVDDC 能有效评估 IVDD 患者的病情严重程度，预测疾病预后，为临床医生进行风险评估和制定个性化治疗方案提供了有力工具。吉非替尼在体外实验中展现出的良好效果，为 IVDD 的治疗提供了新的潜在药物选择。不过，研究也存在一定局限性，如生物信息分析可能存在偏差，样本量有限，吉非替尼的临床应用还面临一些挑战等。但总体而言，这项研究为 IVDD 的诊断和治疗开辟了新方向，有望推动该领域的进一步发展，为广大 IVDD 患者带来新的希望。