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研究人员为寻骨关节炎（OA）新靶点，研究乳酸化相关基因（LRGs），构建诊断模型并发现潜在药物，意义重大。
骨关节炎（Osteoarthritis，OA），这一 “老年关节杀手”，正随着人口老龄化的加剧，越来越频繁地出现在人们的视野中。它是一种退行性关节疾病，发病机制复杂，涉及遗传、生物和生物力学等多个因素。目前，关节置换手术虽能在一定程度上解决问题，但并非适用于所有患者；药物治疗也仅能缓解炎症和疼痛症状，无法从根本上治愈疾病。由于 OA 的病因和发病机制尚不明确，寻找高效、合适的生物标志物，用于 OA 的诊断、预后评估、药物研发和治疗，成为了医学领域亟待攻克的难题。
在这样的背景下，山东大学基础医学院和青岛市市立医院脊柱外科的研究人员开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。研究人员聚焦于乳酸化这一新兴的研究领域，试图挖掘乳酸化相关基因（Lactylation-related genes，LRGs）在 OA 中的潜在价值，为 OA 的诊疗开辟新道路。
为了深入探究 LRGs 与 OA 的关系，研究人员运用了多种关键技术方法。他们从公共 GEO 数据库获取 8 个基因表达阵列数据集，涵盖对照组和 OA 患者数据。利用 “limma” 包进行差异分析，结合 14 种机器学习算法构建模型，筛选出关键 LRGs。通过免疫浸润分析、单细胞分析等，研究免疫细胞与 OA 的关联以及细胞间的相互作用。运用分子对接技术预测潜在治疗药物，并借助孟德尔随机化研究基因变异与 OA 的因果关系。最后，通过细胞培养、实时定量聚合酶链反应（RT-qPCR）和细胞计数试剂盒 - 8（CCK-8）实验对生物信息学分析结果进行验证。
研究结果
- 乳酸化差异基因分析：从 GEO Merge No.1 数据集筛选出 1514 个差异表达的乳酸化相关基因（Differentially expressed lactylation-related genes，DELRGs），与已知 LRGs 相交得到 22 个 DELRGs。基因本体（Gene Ontology，GO）和京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）富集分析显示，这些基因涉及 RNA 结合、蛋白质结构域特异性结合、对饥饿的反应等多个分子功能（Molecular Function，MF）、生物学过程（Biological Process，BP）和细胞组成（Cellular Component，CC），还参与剪接体等 KEGG 通路。
- 整合各类机器学习：在 279 种机器学习组合中，“ENR ? CV:10-fold (cutoff: 0.5, alpha: 0.5)” 模型准确性最高。基于此模型，研究人员得到 7 个关键 LRGs（BRD4、CEBPZ、CRABP2、HIST1H2BL、HLTF、HNRNPA1 和 MNDA），它们在多个数据集上均展现出良好的预测性能，有望成为治疗 OA 的潜在靶点。
- 共识聚类和免疫分析：将样本分为两个亚组（C1 和 C2）后发现，多数患病个体集中在 C2 亚组。C2 亚组中树突状细胞（Dendritic cells，DCs）数量显著增多，而自然杀伤 T 细胞（Natural killer T cells，NKT）和 CD8+幼稚细胞数量明显减少。此外，在两个亚组中，免疫细胞之间存在复杂的相关性。
- 单细胞分析：对 OA 患者软骨和半月板的单细胞 RNA 测序（single-cell RNA sequencing，scRNA-seq）数据进行分析，细胞被分类注释为 10 种细胞类型。除红细胞外，其他细胞的乳酸化评分显著增加，成纤维细胞中多种基因表达水平较高。细胞通讯结果表明，成纤维细胞与巨噬细胞之间的相互作用最为频繁，提示成纤维细胞可能是参与 OA 发病机制的关键细胞，且与乳酸化密切相关。
- 药物预测：通过 7 个关键 LRGs 筛选，得到与 LRGs 具有良好亲和力的阿扎胞苷（Azacitidine）。分子对接结果显示，阿扎胞苷与各关键 LRGs 的结合分数均小于 -5 kcal/mol，表明其可能用于 OA 的治疗。
- 孟德尔随机化：孟德尔随机化结果表明，HLTF、BRD4、CRABP2 和 MNDA 是 OA 的危险因素，而 CEBPZ 是 OA 的保护因素。
- 实验结果：RT-qPCR 结果显示，与正常软骨细胞相比，OA 细胞中 CRABP2、HIST1H2BL、HLTF 和 MNDA 的相对表达水平显著升高，与生物信息学分析结果一致。CCK-8 实验表明，阿扎胞苷对 OA 细胞的增殖具有显著抑制作用，且在较高浓度下抑制效果更明显。
研究结论与讨论
研究人员通过多种机器学习方法构建了 OA 诊断模型，并确定了 7 个与乳酸化相关的关键基因，这些基因对 OA 具有较高的诊断特异性。免疫浸润和单细胞分析揭示了乳酸化相关基因可能通过调节免疫反应影响 OA 的发展。阿扎胞苷作为潜在治疗药物，为 OA 的治疗提供了新方向。
然而，该研究也存在一些局限性。样本量虽超过 100，但验证集样本较少，影响了 ROC 曲线结果的准确性。OA 中乳酸化相关机制尚不清楚，且模型的预测和诊断准确性还需大规模临床试验验证。尽管如此，这项研究为 OA 的诊疗研究提供了重要的理论基础和新的研究思路，有望推动 OA 诊疗领域的进一步发展。
