髋关节滑膜细胞组成及代谢差异生物信息学分析

目的 利用基因表达综合(GEO)数据库中的肥胖及正常体重的髋关节炎滑膜组织的单细胞核糖核酸(RNA)测序结果(GSE152815),分析两者中细胞组成及功能的差异,探讨其代谢重编程及微环境稳态失衡的变化,以期为相关领域的研究者提供参考.方法 利用GE O数据库中的GSE152815数据,通过质控、无监督聚类、轨迹分析、基因富集分析、基因调控网络分析等方法,采用Wilcoxon秩和检验和Kruskal-Wallis秩和检验等确定基因表达差异之间的统计学意义.结果 通过质控、无监督聚类,并根据各个亚群的标志分子,可以将滑膜组织分为4群,分别为滑膜成纤维祖细胞(SFPCs),滑膜肥大软骨细胞(SHTCs),滑膜成纤维细胞(SFBs)和滑膜纤维软骨细胞(SFCs).轨迹分析发现SFPCs可向SHTCs、SFBs及SFCs分化,在分化过程中,脂肪酸代谢相关的基因,载脂蛋白E(APOE)以及ATP结合盒转运体A1(ABCA1)等基因的表达量逐渐上升(Z=25.17、17.89,均为P<0.05),而葡萄糖代谢的相关基因的表达量则逐渐下降(Z=15.32,P<0.05).单细胞基因调控网络分析发现转录因子SOX4和MITF可以通过联合调控APOE和ABCA1等分子来调控细胞的脂肪酸代谢功能.结论 肥胖患者及正常体重患者的滑膜的微环境紊乱,可能会导致部分滑膜细胞的代谢紊乱,由原来的葡萄糖代谢重编程为脂肪酸代谢,而这可能与转录因子SRY盒转录因子4(SOX4)和小眼畸形转录因子(MITF)调控的APOE、ABCA1等基因密切相关.明确代谢重编程在这些细胞中的变化,有助于研究不同代谢重编程对细胞功能的影响,为研究骨关节炎等疾病的代谢重编程提供思路以及新途径.