原发性骨性关节炎膝关节软骨细胞差异表达circRNA、miRNA筛选和生物学功能及其相互作用分析

目的筛选原发性骨性关节炎(OA)膝关节软骨细胞中差异表达的环状RNA(circRNA)及miRNA,并分析其生物学功能、相关代谢通路及相互作用。方法首先用Gene Spring software V13. 0软件筛选出5例OA及5例正常对照的膝关节软骨细胞差异表达的CircRNA,然后对差异表达的CircRNA进行基因本体论(GO)及代谢通路分析(采用KEGG通路数据库);将OA和正常对照膝软骨细胞的miRNA原始数据(下载自Array Express,获取号为:EMTAB-3514)进行对数转换,然后使用Quantile方法对数据进行标准化处理,以P <0. 05,OA和正常对照膝软骨细胞的miRNA差异倍数≥2或≤0. 5为筛选条件,用R包limma中的经验贝叶斯模型(e Bayes)筛选差异表达的miRNA;用miRror工具进行差异miRNA的靶基因预测,使用KOBAS软件对找到的靶基因进行GO及代谢通路注释富集分析。用miRanda软件对0A膝软骨细胞差异表达的miRNA进行miRNA-circRNA相互作用预测分析。结果与正常软骨细胞比较,OA膝关节软骨细胞中共筛选出1 380个表达差异的circRNA,其中215个差异circRNA表达上调,1 165个表达下调。分子功能层面,差异表达的circRNA主要影响GTP酶激活剂活性、腺苷核糖核苷酸结合、钙通道调节剂活性;细胞组成层面,差异表达的circRNA主要影响细胞外基质成分、带状胶原纤维、纤维状胶原蛋白三聚体;生物学过程层面,差异表达的circRNA主要影响细胞成分形态发生、软骨细胞发育和肢体发育。差异表达的circRNA相关代谢通路与糖原生物合成、补体和凝血级联、PDGF信号途径、胶原纤维组装和其他多聚体结构有关。与正常软骨细胞比较,OA膝关节软骨细胞中共筛选出差异表达miRNA 24个,其中上调表达及下调表达的miRNA各12个。生物学过程层面,差异表达的miRNA主要参与含核碱基的化合物生物合成过程、细胞质翻译终止、神经生长和细胞发育。细胞组成层面,主要影响细胞内部分、翻译释放因子复合体、膜结合的细胞器、核转录抑制因子复合物;在细胞组成层面,差异表达的miRNA主要影响有机环状化合物结合、核酸结合和杂环化合物结合;差异表达的miRNA主要与蛋白质泛素化、白细胞跨内皮迁移、泛素蛋白酶体途径、基因表达和蛋白质代谢有关。与has-miR-762相关的circRNA有71个,与has-miR-18a-3p相关的circRNA有25个,与has-miR-136-5p相关的circRNA有5个,与has-miR-3131相关的circRNA有17个,与has-miR-3189-3p相关的circRNA有29个。结论 OA膝关节软骨细胞中差异表达的circRNA有1 380个,其中215个上调表达,1 165个下调表达,差异表达的circRNA主要影响GTP酶激活剂活性、腺苷核糖核苷酸结合等分子功能,细胞外基质成分、带状胶原纤维等细胞成分,糖原生物合成、补体和凝血级联等相关代谢通路。OA膝关节软骨细胞差异表达miRNA 24个,其中上、下调表达的miRNA各12个,差异表达的miRNA主要参与含核碱基的化合物生物合成过程、细胞质翻译终止等分子功能,细胞内部分、翻译释放因子复合体等细胞成分,蛋白质泛素化、白细胞跨内皮迁移等相关代谢通路。circRNA和miRNA共同通路有Cell adhesion molecules pathway、Circadian entrainment pathway; circRNA-miRNA相互作用网络中,has-miR-762、has-miR-18a-3p、has-miR-136-5p与circRNA关系最为密切。