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目的通过生物信息学分析筛选老年骨质疏松患者和健康人群的差异表达基因,解析与老年骨质疏松相关的重要信号通路、细胞功能和核心基因;对比观察老年和年轻小鼠骨组织形态差异,并对核心基因在小鼠骨髓间充质细胞（bone marrow stromal cells,BMSCs）和小鼠骨髓组织中的表达情况进行验证。预测并分析与核心基因相互作用的miRNA,为进一步研究骨质疏松的发病机制和临床诊疗提供参考依据。方法1从GEO数据库下载基因芯片数据GSE35956,通过R语言Limma包筛选骨质疏松患者和健康人群中差异表达的基因,对筛选出的差异表达基因（Differentially Expressed Genes,DEGs）用DAVID Bioinformatics Resources 6.8在线数据库进行GO富集分析和KEGG通路富集分析;用STRING数据库进行蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）分析,使用Cytoscape cyto Hubba插件进一步分析获取核心基因（hub基因）。2分别提取老年和年轻小鼠的骨髓间充质细胞的mRNA,通过实时荧光定量PCR技术对获得的hub基因在老年和年轻小鼠骨髓间充质细胞中的表达情况进行mRNA层面的验证。取老年和年轻小鼠的股骨组织,进行HE染色、免疫组织化学染色和蛋白免疫印迹,观察比较骨组织的形态学差异,并对所筛选出的hub基因相关蛋白的表达情况从蛋白层面进行验证。3利用Cy Target Linker预测与hub基因相互作用的miRNA,并通过Fun Rich Version 3.1.4对与hub基因互作的miRNA进行富集分析。结果1通过R语言Limma包分析,共鉴定出982个上调的DEGs和99个下调的DEGs。2 GO富集分析显示上调的DEGs主要定位在细胞外区域、质膜和细胞囊泡等部位,与钙离子结合、神经肽受体活性、MHC Ⅱ类受体活性等功能的调控有关,并且作用于质膜粘附分子的嗜同性细胞粘附、神经嵴细胞迁移、T细胞分化的负调控和成骨骨化等过程中;下调的DEGs主要定位在细胞质内,参与PDZ结合域绑定功能的调控,并作用于凋亡过程的正调控和软骨发育过程。KEGG通路富集分析显示,上调的DEGs主要参与神经活性配体-受体相互作用通路、JAKSTAT信号通路和PI3K-AKT信号通路等;而下调的DEGs主要参与组氨酸代谢通路。3通过对PPI互作网络分析,获得多个蛋白模块,通过对排名前3位的蛋白模块进行GO和KEGG富集分析,结果显示蛋白模块A主要定位在细胞核等部位,调控蛋白质结合功能,参与DNA修复和细胞分裂过程;蛋白模块B主要定位在细胞外区域、内吞囊泡壁和突触后膜等部位,调控离子型谷氨酸受体活性、细胞外谷氨酸门控离子通道活性和MHC Ⅱ类受体活性等功能,参与T细胞共刺激、蛋白水解、酶原激活和食欲调节等过程;蛋白模块C主要调控转录因子活性,序列特异性DNA结合和RNA聚合酶Ⅱ核心启动子序列特异性DNA结合功能,参与RNA聚合酶Ⅱ启动子转录、RNA聚合酶Ⅱ启动子转录的正调控和神经元分化的负调控等过程;KEGG通路富集结果显示蛋白模块C主要富集于Hippo信号通路中。4通过cyto Hubba插件的4种算法筛选出前15个hub基因,通过叠加4种算法,取其交集筛选获得8个核心基因,分别是CCK、LEP、BMP7、LCK、WT1、SOX10、ITGB2、ALB。5实时荧光定量PCR验证结果显示,老年小鼠骨髓间充质细胞中BMP7、CCK、LEP和ITGB2的mRNA水平均高于年轻小鼠。HE染色结果显示,较之年轻组小鼠,老年组小鼠骨小梁数量和干垢端内骨小窝数量明显减少。免疫组织化学染色结果也显示,BMP7、CCK、LEP和ITGB2在老年组小鼠骨髓组织中表达明显增高;免疫蛋白印迹结果显示,BMP7、CCK、LEP和ITGB2在老年组小鼠骨髓组织中表达明显增高。6通过Cy Target Linker预测到105个miRNA可能与8个核心基因中的6个存在相互作用。对获得的miRNA进行富集分析,结果显示富集的miRNA主要存在于细胞质中,执行信号转导、细胞通讯等功能,参与转录因子活性、蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶活性等生物过程;KEGG通路富集结果显示miRNA主要参与蛋白多糖Syndecan介导的信号转导、TRAIL信号通路和Erb B受体信号网络等。结论1本研究基于生物信息学数据分析,筛选老年骨质疏松患者和健康者差异表达基因和关键蛋白模块,进行GO和KEGG通路富集分析,明确了参与的生物学过程、细胞功能及信号通路。筛选出CCK、LEP、BMP7、LCK、WT1、SOX10、ITGB2、ALB是差异表达的核心基因。2随机选择其中4种核心基因进行实验验证,发现老年与年轻小鼠骨组织细胞内同样存在WT1、ALB、ITGB2和BMP7基因的差异性表达,这与人类骨质疏松患者的生物信息学预测分析结果相吻合,提示生物信息学预测分析可为骨质疏松相关研究提供新思路新方向。3生物信息学数据分析预测到105个miRNA可能与8个核心基因中的6个存在相互作用,这些miRNA主要执行信号转导、细胞通讯等功能,参与转录因子活性、蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶活性等生物过程,这可为后续骨质疏松相关研究提供一定参考。图 14 幅;表 11 个;参 77 篇。