TRIM29通过PI3K/AKT/mTOR通路缓解椎间盘退变的机制研究

本研究针对椎间盘退变(IDD)这一导致腰痛的常见脊柱疾病，通过单细胞转录组分析和机器学习方法，发现TRIM29基因在IDD进程中显著下调。研究人员结合临床样本和动物模型验证，证实TRIM29通过激活PI3K/AKT/mTOR信号通路，维持髓核细胞(NPCs)稳态并抑制炎症反应，为IDD治疗提供了新靶点。该成果发表于《Scientific Reports》，为理解IDD分子机制提供了重要依据。

　　

腰痛已成为全球性疾病负担的重要来源，其中椎间盘退变(IDD)是最主要的病理基础。随着人口老龄化加剧，IDD导致的脊柱退行性疾病如腰椎间盘突出、椎管狭窄等发病率持续攀升。目前临床治疗以缓解症状为主，手术干预后部分患者仍存在疼痛复发问题，究其根本在于对IDD分子机制认识不足。传统研究多聚焦于细胞外基质(ECM)代谢失衡和炎症反应，但近年来单细胞技术的突破为揭示IDD的细胞异质性提供了新视角。

广西医科大学第一附属医院脊柱外科的研究团队在《Scientific Reports》发表重要成果，通过整合多组学分析和功能实验，首次阐明TRIM29通过PI3K/AKT/mTOR通路调控IDD进程的分子机制。研究采用单细胞RNA测序(scRNA-seq)解析髓核细胞(NPCs)亚群特征，结合机器学习筛选关键基因，最终发现TRIM29的表达水平与IDD严重程度呈显著负相关。动物模型和细胞实验证实，TRIM29过表达可抑制IL-1β诱导的炎症反应，促进COL2合成，为开发靶向治疗策略提供了理论依据。

研究主要采用四大技术方法：(1)单细胞转录组分析GSE244889数据集，通过hdWGCNA算法构建基因共表达网络；(2)整合GSE23130等5个bulk RNA-seq数据集，采用LASSO回归和随机森林算法筛选标志物；(3)建立针穿刺诱导的IDD大鼠模型，通过组织学染色和免疫组化验证靶点；(4)原代培养人髓核细胞，利用CCK-8、EdU和Western blot等技术解析TRIM29功能机制。

NPCs亚群比例在IDD中的变化
通过UMAP分析鉴定出7种细胞类型，其中NPCs可进一步分为5个功能亚群：纤维化型(Fibro-NPCs)、整合调节型(IR-NPCs)、代谢型(Met-NPCs)、黏附型(Adh-NPCs)和应激响应型(SR-NPCs)。差异表达分析显示Adh-NPCs与IDD进展密切相关。

hdWGCNA算法筛选NPCs相关共表达基因模块
在软阈值为9时构建的基因网络中，紫色和黄色模块与Adh-NPCs显著相关，包含486个枢纽基因。功能富集分析揭示这些基因主要参与PI3K/AKT信号通路、细胞衰老等生物学过程。

关键基因筛选与机器学习模型比较
LASSO回归鉴定出6个IDD相关基因，其中随机森林(ranger)模型表现最优(AUC=0.889)。跨数据集验证显示TRIM29在重度IDD组表达显著降低，诊断价值最为突出。

临床样本和IDD动物模型中关键基因验证
qPCR和Western blot证实人IDD组织中TRIM29 mRNA和蛋白水平均下降。大鼠模型通过H&E和Safranin O染色显示典型退变特征，免疫组化显示TRIM29表达与Thompson评分呈负相关。

TRIM29通过PI3K/AKT/mTOR通路改善IDD
过表达TRIM29的NPCs经IL-1β处理后：CCK-8显示细胞活力提升58%，EdU阳性率增加2.3倍；qPCR检测到MMP13和IL-6表达下调40%，COL2上调65%；Western blot证实p-PI3K/PI3K、p-AKT/AKT和p-mTOR/mTOR比值均显著恢复。

该研究创新性地揭示了TRIM29在IDD中的保护作用：通过维持PI3K/AKT/mTOR通路活性，拮抗炎症因子对NPCs的破坏作用，延缓ECM降解进程。尽管存在临床样本获取难度大、动物模型与人类病理差异等局限，但研究首次将单细胞分析、机器学习与湿实验验证相结合，为IDD的早期诊断和靶向治疗提供了新思路。未来研究可进一步探索TRIM29调控网络的多靶点协同作用，开发基于纳米载体的精准递送系统，推动从基础研究向临床应用的转化。