关键词:
椎间盘退行性变
线粒体
基因表达
基因组学
摘要:
目的采用加权基因共表达网络分析(WGCNA)和机器学习筛选椎间盘退行性变(IDD)中的标志线粒体基因。方法从基因表达汇编(GEO)数据库下载椎间盘相关芯片数据,采用WGCNA对芯片GSE70362数据集中IDD的相关基因模块与线粒体基因取交集,联合机器学习[支持向量机递归特征消除(SVM-RFE)、最小绝对收缩和选择算子(LASSO)回归和随机森林(RF)算法]进一步筛选IDD标志线粒体基因,采用受试者工作特征(ROC)曲线验证标志线粒体基因的有效性。下载GSE15227数据集对标志线粒体基因进行外部验证。利用Cibersort算法评估IDD标志线粒体基因与免疫浸润的生物信息学关联。结果通过WGCNA联合机器学习算法共筛选出4个IDD标志线粒体基因,分别为BNIP3、ISCU、MCUB及SPTLC2。ROC曲线显示BNIP3、ISCU、MCUB、SPTLC2的曲线下面积(AUC)分别为0.562,0.780,0.766,0.702。通过外部数据集验证发现只有BNIP3的表达差异具有统计学意义(P<0.05)。免疫细胞差异分析显示,与正常对照组相比,IDD患者的单核细胞数量较少,差异具有统计学意义(P<0.05)。BNIP3与调节性T细胞(Tregs)呈正相关(r=0.43),与滤泡辅助性T细胞呈负相关(r=-0.40)。结论线粒体基因BNIP3、ISCU、MCUB和SPTLC2可作为新型生物标志物,BNIP3可能通过调控免疫细胞参与IDD的发生。以上基因可作为基于线粒体稳态策略治疗IDD的潜在靶点。