学术研究报告：基于生物信息学筛选椎间盘退变差异表达的miRNA与mRNA

第一作者及机构
本研究由徐州医科大学附属淮安医院骨科团队完成，通讯作者为Zhou Quan（邮箱：wuque1@126.com）。论文题为《Screening and identification of differentially expressed miRNA and mRNA for intervertebral disc degeneration on bioinformatics》，发表于《European Journal of Medical Research》（2025年），开放获取，遵循CC BY-NC-ND 4.0许可。

学术背景
椎间盘退变（Intervertebral Disc Degeneration, IDD）是一种以细胞外基质降解、炎症反应和细胞衰老为核心病理机制的疾病，全球超50%人群受其引发的腰痛困扰。目前临床治疗仅能缓解症状，无法逆转退变进程。本研究基于生物信息学方法，旨在筛选IDD中差异表达的miRNA和mRNA，构建调控网络，为靶向治疗提供新方向。

研究流程与方法
1. 数据获取与差异基因筛选
- 数据来源：从GEO数据库获取mRNA数据集（GSE34095和GSE70362）及miRNA数据集（GSE63492和GSE116726）。样本量分别为：正常组（3例/8例）与退变组（3例/10例）。
- 差异分析：使用R语言“limma”包筛选差异表达基因（DEGs），标准为|logFC|>1且p<0.05。通过Venn图分析交集基因，获得29个mRNA DEGs（如ERBB2、POSTN）和5个miRNA枢纽基因（如hsa-mir-4741、hsa-mir-5100）。

1. 功能富集分析

   • mRNA功能：通过NCBI进行GO分析，显示DEGs参与细胞死亡、分化及跨膜运输等过程。
     
   • miRNA功能：利用mirPathDB分析枢纽基因，发现其与Wnt、ERBB等信号通路相关，涉及肿瘤发生和氧化应激。
     

2. miRNA-mRNA调控网络构建

   • 通过miRDB预测miRNA下游靶基因，与mRNA DEGs取交集，鉴定出4对调控关系：
     
     • hsa-mir-508-5p→DRP2（下调）
       
     • hsa-mir-3158-5p→ERBB2（下调）
       
     • hsa-mir-4306→POSTN（上调）
       
     • hsa-mir-5100→CAPRIN1（上调）
       

3. 实验验证

   • 临床样本：收集14例椎间盘组织（Pfirrmann分级Ⅰ-Ⅴ），qPCR验证枢纽基因及DEGs表达趋势。
     
   • 细胞模型：脂多糖（LPS）诱导髓核细胞（NPCs）退变，结果与临床样本一致。
     
   • 动物模型：大鼠尾椎针刺法构建IDD模型，免疫组化证实DRP2、ERBB2表达下调，POSTN、CAPRIN1上调。
     

主要结果
1. 生物信息学分析：发现ERBB2（与细胞增殖相关）和POSTN（促细胞外基质降解）在IDD中分别下调和上调，提示其可能通过炎症和衰老途径加剧退变。
2. 调控网络：hsa-mir-3158-5p通过抑制ERBB2促进NPCs凋亡，而hsa-mir-4306上调POSTN可能激活NF-κB通路形成正反馈循环。
3. 实验验证：临床样本与模型数据高度一致，证实生物信息学预测的可靠性。

结论与价值
本研究首次系统整合IDD的miRNA-mRNA调控网络，揭示了ERBB2、POSTN等基因在退变中的关键作用，为靶向治疗提供新靶点。例如，抑制hsa-mir-3158-5p或上调ERBB2可能延缓IDD进展。

研究亮点
1. 多组学整合：结合生物信息学与实验验证，提升结果可信度。
2. 新调控网络：发现4对未被报道的miRNA-mRNA相互作用。
3. 转化潜力：CAPRIN1作为细胞周期调控因子，或成为干预IDD的新靶标。

其他价值
研究数据已公开，支持后续机制探索。局限性在于未深入验证调控网络的具体分子机制，需进一步功能实验。