椎间盘退变中代谢重编程相关核心基因与免疫微环境变化的分子标志物研究

《Scientific Reports》：Identification of AHR, UACA, GCLM, and GSTZ1 as candidate genes associated with metabolic alterations in intervertebral disc degeneration

摘要

椎间盘退变（IVDD）是慢性腰痛的主要病理原因，但用于评估退变严重程度的可靠分子指标仍然稀缺。在 IVDD 发病机制中，代谢重编程（MR）与免疫微环境之间的相互作用尚未得到充分阐明。在此，我们结合生物信息学分析和实验验证，研究了 IVDD 中与 MR 相关的分子改变和免疫微环境变化。从 GSE70362 数据集中，我们鉴定了 553 个差异表达基因（DEGs），其中 65 个通过交集分析被归类为 MR 相关 DEGs。加权基因共表达网络分析（WGCNA）鉴定了一个与 IVDD 严重程度显著相关的基因模块。结合 LASSO 惩罚回归和随机森林算法，我们筛选出四个与 IVDD 严重程度相关的核心候选基因：AHR、UACA、GCLM 和 GSTZ1。基于这些基因的列线图显示出对退变严重程度的强大鉴别能力（表观 AUC = 0.907）；嵌套交叉验证和自助法乐观校正证实了可靠的泛化能力（校正后 AUC = 0.787），并在独立的 GSE176205 RNA-seq 队列中实现了部分外部验证。重度椎间盘退变（SDD）组的代谢重编程评分显著高于轻中度椎间盘退变（MDD）组，并与细胞外基质代谢和抗氧化反应通路的富集以及氧化磷酸化的抑制相关。单细胞转录组分析，结合人工标记验证和患者水平伪批量统计，揭示了退变椎间盘中免疫和基质细胞比例的改变；髓核细胞中的核心基因表达模式与整体转录组发现一致。我们构建了 miRNA–转录因子–mRNA 调控网络，并通过实时荧光定量 PCR 在原代人髓核细胞中验证了核心基因失调。

总之，这四个基因与髓核细胞中的代谢重编程和免疫微环境改变有关，为 IVDD 严重程度评估提供了候选分子指标，并为未来的机制研究提供了见解。