研究背景:椎间盘退变（intervertebral disc degeneration,IDD）是一种能够影响脊柱椎间盘的正常生理功能和导致其形态结构异常的一种常见疾病,症状严重的患者会使其生活质量明显下降,给患者家庭、生活及其社会活动带来严重的影响。近些年来,研究表明IDD发病率正在逐年提高,对IDD发生发展的机制探究迫也是在眉睫。研究目的:基于生物信息学的方法筛选正常椎间盘组织与IDD组织间的差异表达基因和关键（Hub）基因,即TP53、SLC2A8、BMP4、CALM1、KLC4、LTV1、WDR46、NDUFS4、AMPH和SH3GL2,并进一步分析IDD组织中免疫细胞浸润情况。方法:从GEO（Gene Expression Omnibus,https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/）数据库下载IDD表达谱数据集GSE70362,该数据集包括48个椎间盘组织样本,并根据Thompson分级法对退变的椎间盘组织进行分级,其中,I～II级组织样本共16例,定义为非退变组。III～V级组织样本共32例,定义为退变组,用于进行后续分析。首先,我们在R语言中应用affy包将GSE70362数据集原始的CEL文件通过RMA算法进行背景校正及数据归一化处理,然后,R软件筛选退变组织与非退变组织中的差异表达基因（Differentially expressed genes,DEGs）,构建蛋白质-蛋白质相互作用网络（Protein-protein interaction network,PPI）,筛选出Hub基因。随后,我们利用科学的反卷积算法（CIBERSORT）分析IDD组织中免疫细胞的浸润情况,以揭示免疫细胞浸润在IDD中的作用。最后,收集不同退变程度髓核临床手术标本,并且使用q RT-PCR对Hub基因进行验证。最后,我们使用先前培养的大鼠髓核细胞,并建立不同退变模型,使用q RT-PCR对Hub基因进一步验证。结果:IDD表达谱数据集GSE70362数据校正前后的结果显示每个样本的基因表达均值基本相同,表明数据均一化成功。处理前后组间差异对比通过二维主成分分析（PCA）进行展示,结果表明样本数据源可靠。我们从GSE70362数据集中共筛选出166个DEGs,然后我们使用STRING在线工具构建DEGs的PPI网络,此外,为了筛选该PPI网络中的重要聚类模块,我们利用cyto Hubba插件选择最大相关标准（Maximum correlation criterion,MCC）中的前10个基因作为Hub基因,即TP53、SLC2A8、BMP4、CALM1、KLC4、LTV1、WDR46、NDUFS4、AMPH和SH3GL2为所得Hub基因。免疫细胞相关性热图结果显示,单核细胞与调节性T细胞存在明显正相关关系,嗜酸性粒细胞与单核细胞和调节性T细胞存在明显负相关关系。免疫细胞浸润差异的小提琴图结果显示,与非退变椎间盘组织相比,CD8+T细胞、滤泡辅助性T细胞在退变椎间盘组织中浸润较少,而浆细胞在退变椎间盘中浸润则相对较多。免疫细胞互作网络结果显示,静止期树突状细胞、浆细胞、静止期NK细胞和记忆性T细胞与其他免疫细胞互作较强,而滤泡辅助性T细胞、M2型巨噬细胞和幼稚性B细胞与其它免疫细胞互作较弱。此外,我们首先在临床组织水平验证了上述所得Hub基因的表达水平改变。q RT-PCR结果表明,以上Hub基因中,TP53、BMP4、CALM1、KLC4、LTV1、NDUFS4、AMPH和SH3GL2在退变的髓核组织中呈低表达改变,而SLC2A8和WDR46呈高表达改变。随后我们建立了髓核细胞复制性衰老模型来验证上述Hub基因的表达变化。q RT-PCR结果表明,TP53、BMP4、CALM1、KLC4、LTV1、NDUFS4、AMPH、SH3GL2在衰老退变的髓核细胞中呈低表达改变,而SLC2A8和WDR46呈高表达改变,与临床组织水平验证结果一致。结论:我们的结果揭示了10个参与IDD发生发展的Hub基因,进一步免疫细胞浸润分析表明,CD8+T细胞、滤泡辅助性T细胞和浆细胞与IDD发生发展密切相关,为进一步探讨IDD的分子机制提供新思路。