Integrated bioinformatics and clinical data identify three novel biomarkers for osteoarthritis diagnosis and synovial immune：新突破！发现骨关节炎诊断及滑膜免疫的新型生物标志物

为解决骨关节炎（OA）早期诊断难题，探究滑膜免疫紊乱（SID）相关基因作用，研究人员整合生物信息学与临床数据开展研究。结果发现 3 个 SID 相关枢纽基因可作 OA 诊断生物标志物，其与免疫细胞浸润和炎症因子有关，为 OA 诊断和治疗提供新方向。

　　骨关节炎（Osteoarthritis，OA）是一种常见的退行性关节疾病，就像关节的 “老化病”，全球有超 2.5 亿患者，给社会带来沉重负担。目前，早期 OA 治疗手段有限，且由于早期症状不明显，很多患者错过最佳干预时机。同时，以往研究的潜在早期诊断生物标志物获取样本困难，不适合常规筛查。而越来越多证据表明，OA 不仅是机械性疾病，还和免疫系统失调、炎症密切相关，滑膜免疫功能障碍在 OA 发病机制中起关键作用，但滑膜免疫相关基因的具体情况和临床意义却不明确。

为了解决这些问题，安徽医科大学附属合肥第一人民医院骨科的研究人员开展了相关研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为 OA 的诊断和治疗带来了新的希望。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：从 GEO 数据库下载 OA 患者的滑膜和外周血数据集；利用 Reactome 网站获取免疫相关基因，结合差异表达分析确定 SID 基因；运用随机森林、SVM-RFE 算法等筛选枢纽基因；通过实时荧光定量聚合酶链反应（RT-qPCR）验证基因表达；构建诊断模型评估基因诊断价值；借助 CIBERSORT 和 MCP-counter 分析基因与免疫微环境的相关性；采用共识聚类和加权基因共表达网络分析（WGCNA）探究基因模块与临床特征的关系。

下面来看具体的研究结果：

1. OA 中 32 种免疫紊乱基因的鉴定和富集分析：研究人员基于 OA 患者血液转录组谱，通过 Venn 分析鉴定出 32 个免疫紊乱相关基因。GO/KEGG 分析显示，这些基因在脂质代谢相关生物过程、“酰基转移酶活性” 分子功能以及 “磷脂酰肌醇信号系统” 等 KEGG 通路显著富集。在 OA 滑膜中，免疫紊乱相关基因整体表达下调，且鉴定出 13 个差异表达基因。
2. 三个 SID 相关枢纽基因可预测 OA 发生：运用随机森林分析和 SVM-RFE 算法对 32 个基因进行排序，经多变量逻辑回归分析和 Venn 分析，最终确定乙酰辅酶 A 乙酰转移酶 1（ACAT1）、鞘氨醇激酶（SPHK1）和乙酰辅酶 A 羧化酶 β（ACACB）为滑膜免疫紊乱（SID）的枢纽基因。RT-qPCR 定量分析发现，其中两个基因表达下调，一个基因表达上调。基于这三个枢纽基因构建的诊断模型，在训练集和测试集的 AUC 值分别为 0.939 和 0.960 ，校准曲线也证实了模型的可靠性。
3. SID 相关枢纽基因与 OA 滑膜免疫模式的相关性：通过 CIBERSORT 和 mcp-counter 分析发现，ACAT1 与 10 种免疫细胞浸润、5 种炎症细胞因子和 2 种免疫细胞群水平显著相关；SPHK1 与 5 种免疫细胞浸润、9 种炎症细胞因子和 2 种免疫细胞群水平显著相关；ACACB 与 2 种免疫细胞浸润、6 种炎症细胞因子显著相关，且与单核细胞丰度呈负相关。
4. 三组间年龄、性别和免疫特征的比较：基于三个枢纽基因的表达水平进行共识聚类分析，将 OA 患者分为三组。分析发现，三组间枢纽基因表达、性别、年龄和 OA 发生可能性存在显著差异。老年组（cluster 2）免疫细胞如 T 细胞、B 细胞、单核细胞和髓样树突状细胞减少，同时 CSF1 和 IFNG 上调，CD4、IL3、IL1A 和 TGFB3 下调。
5. 共表达网络的构建：对 40 个 OA 样本进行质量控制和 WGCNA 分析，构建共表达模块。结果显示，粉色模块与 cluster 1 最强正相关，绿色黄色模块与 cluster 2 正相关，绿色模块与 cluster 3 正相关。GO/KEGG 分析表明，不同模块的基因参与不同的生物过程和 KEGG 通路。

在研究结论和讨论部分，研究人员通过对 OA 滑膜中 SID 相关基因的综合分析，发现 ACAT1、ACACB 和 SPHK1 三个枢纽基因具有预测 OA 发生的潜力，且与 OA 滑膜免疫失调密切相关。同时，研究还发现 AMPK 信号通路与老年 OA 患者密切相关，老年患者中 ACACB 和 SPHK1 表达水平较低。不过，该研究也存在一些局限性，比如未探讨疾病持续时间和抗 OA 药物对炎症基因表达的影响，也未研究枢纽基因的翻译水平和 OA 发展的潜在机制。但总体而言，这项研究为探索 OA 的新型生物标志物提供了有价值的见解，推动了该领域未来的研究发展。