《Letters in Drug Design & Discovery》：Bioinformatics-based prediction and in vitro validation of quercetin’s potential targets in congenital spinal deformity: An exploratory study on its role in osteogenic differentiation
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AURKB被研究人员确定为QUE治疗CSDs的关键靶点。QUE对AURKB蛋白表现出强结合亲和力，并促进其在人骨髓间充质干细胞(hMSCs)中的表达。QUE增强了碱性磷酸酶(ALP)活性，增加了矿化结节形成，并上调了成骨标志物的蛋白表达。沉默AURKB显著抵消
AURKB被研究人员确定为QUE治疗CSDs的关键靶点。QUE对AURKB蛋白表现出强结合亲和力，并促进其在人骨髓间充质干细胞(hMSCs)中的表达。QUE增强了碱性磷酸酶(ALP)活性，增加了矿化结节形成，并上调了成骨标志物的蛋白表达。沉默AURKB显著抵消了QUE对成骨分化的促进作用。
先天性脊柱畸形（congenital spinal deformities, CSDs）是胚胎期椎骨发育异常导致的严重疾病，表现为脊柱侧凸、后凸和前凸等畸形，发病率约1.77‰，且缺乏有效药物早期干预手段。成骨细胞分化是脊柱骨骼正常发育的核心过程，其缺陷或功能失调可导致多种CSDs。槲皮素（quercetin, QUE）作为一种天然膳食黄酮，具有抗炎、抗氧化、抗癌及抗凋亡活性，近期研究证实其能通过调控多种信号通路（如TrkB-ERK1/2、microRNA-6089/E2F转录因子2轴）促进成骨分化，但具体分子机制尚不明确。因此，本研究旨在利用生物信息学方法筛选QUE治疗CSDs的关键靶点，并通过体外实验验证其调控成骨分化的作用，为CSDs的产后治疗提供理论依据。论文发表在《Letters in Drug Design》。
研究人员开展的研究：通过整合转录组差异表达分析、加权基因共表达网络分析（WGCNA）和三种机器学习算法（LASSO逻辑回归、SVM-RFE、随机森林），从GEO数据库GSE252552数据集（包含9例正常胎儿和12例孤立性脊柱裂胎儿胎盘组织）中筛选出关键靶点AURKB。随后，利用分子对接分析QUE与AURKB的结合能力，并在人骨髓间充质干细胞（hMSCs）成骨分化模型中，通过细胞转染（shRNA敲低AURKB）、qRT-PCR、Western blot、碱性磷酸酶（ALP）活性检测和茜素红S（ARS）染色等方法，验证QUE对AURKB表达及成骨分化的影响。
研究结果：
**Target analysis of QUE in CSDs**：通过差异表达分析（DEG）发现5835个差异基因，其中2963个上调、2872个下调。从SwissTargetPrediction获取100个QUE靶蛋白，与DEGs取交集获得31个共同靶点。GO和KEGG富集分析显示，这些靶点主要富集于PI3K/AKT信号转导、MAPK级联、细胞周期等通路。
**Hub gene identification through the WGCNA**：通过WGCNA构建共表达网络，在软阈值β=8时满足无尺度网络特征，筛选出11个显著相关模块，共获得1485个核心基因。与31个交集基因取交集后得到10个枢纽基因。
**AURKB was identified as a hub protein through three machine learning algorithms**：LASSO回归筛选出MMP2、PIM1、AURKB、TOP2A；SVM-RFE筛选出AURKB、CDK1、TOP2A、PIM1、INSR、MMP2、AHR；随机森林筛选出PYGL、AURKB、CDK1。三者取交集，唯一关键蛋白为AURKB。
**QUE treatment promoted AURKB protein expression in hMSCs**：数据库分析显示AURKB在脊柱裂胎儿胎盘中表达上调，且具有良好诊断效能（AUC=0.8611）。在hMSCs成骨分化过程中，AURKB表达随时间递增。分子对接表明QUE与AURKB蛋白结合能低（-8.4 kcal/mol），通过氢键和疏水作用稳定结合。CCK-8实验显示4 μM QUE处理48 h可显著提高hMSCs活力，且QUE剂量依赖性地促进AURKB蛋白表达。
**QUE promoted osteogenic differentiation by regulating AURKB expression**：转染sh-AURKB后，QUE上调AURKB蛋白的作用被减弱。QUE处理增加了ALP活性和矿化结节形成，并上调BMP2和RUNX2蛋白表达，但AURKB敲低后这些效应均被显著抑制。
讨论部分：研究人员指出，CSDs患者常伴有骨密度降低和骨代谢异常，hMSCs作为成骨祖细胞来源是研究异常成骨疾病的理想模型。本研究首次发现QUE通过上调AURKB促进成骨分化，与以往报道的QUE激活AMPK/SIRT1或H19/miR-625-5p等通路不同，揭示了AURKB作为新效应分子。AURKB作为染色体乘客复合物（CPC）催化亚基，在维持有丝分裂和基因组稳定性中起关键作用，其上调可能是CSDs组织中的代偿性反应，而QUE增强该代偿通路。但研究仅限于体外，缺乏体内验证，且所用数据集来自脊柱裂胎盘组织，可能不完全代表所有CSDs亚型，未来需构建动物模型并分析不同椎骨组织转录组数据。
研究结论部分翻译：综上所述，本研究通过整合生物信息学分析、机器学习筛选和体外实验验证，成功鉴定AURKB为QUE产后治疗CSDs的关键下游蛋白。研究结果表明，QUE通过上调AURKB表达发挥促成骨作用。这些结果揭示了驱动CSDs发展和成骨分化过程的分子新通路。在临床应用方面，本研究强调了QUE作为CSDs产后治疗选择的潜力，从而为制定针对此类缺陷的靶向治疗干预措施奠定了科学基础。
