关键词：
膝关节
色素绒毛结节性滑膜炎
PVNS
腱鞘巨细胞瘤
蛋白质组学
代谢组学
摘要：
目的:色素绒毛结节性滑膜炎是腱鞘巨细胞瘤的一个亚型,其通常是良性且具有局部侵犯性的,但近来也发现了其在机体的远处转移,其病理学特征是滑膜中含铁血黄素的沉积及炎症的发生。目前关于此疾病的病因以及发生机制仍停留于学说方面,诊断仍旧需要依靠作为金标准的病理学诊断,治疗中仍难以解决的问题是弥散型的高复发率,即便目前已有针对CSF-1R和TNF-α的靶向药物上市,但其有效率仍有待商榷。总之,现今对PVNS的认识极其有限,而我们也缺乏能够早期诊断及有效的针对性靶向治疗的生物标志物。本次实验的目的在于利用代谢及蛋白质组学全面地分析PVNS患者的膝关节滑膜及关节液,并将其与对照组进行比对,最终筛选出与疾病发生发展相关的潜在生物标志物,从而能够指导临床诊断与治疗。材料和方法:实验组纳入确诊为膝PVNS的患者10例,对照组纳入确诊为半月板或韧带损伤的患者12例,关节镜下采集两组患者滑膜组织及关节液。对关节液及组织进行一系列前处理以提取出其中的代谢物及蛋白质成分,然后利用高效液相色谱质谱仪对其成分进行分析,以鉴定其中的成分。数据分析时首先进行数据清洗以填充缺失值和去除不可靠的结果,OPLS-DA用于鉴定VIP值≥1的差异化合物,p<0.05用以确定差异蛋白。最后绘制了差异蛋白质、差异代谢物网络互作图和矩阵相关性分析图谱,以明确蛋白质与代谢物之间的联系。结果:代谢组学:在关节液和滑膜中分别鉴定出1036和1473种代谢物。SF和SM中分别挑选出33种代谢产物(VIP>=1,p<0.05)作为潜在的生物标志物。在关节液中,实验组的33种代谢产物中有7种下调,其余代谢产物皆上调。在滑膜中,实验组的14种代谢物下调,19种代谢上调。PVNS影响的相关途径主要包括丙酸酯代谢,亚油酸代谢,甘油磷脂代谢,精氨酸和脯氨酸代谢,甾体激素生物合成,嘧啶代谢,丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢,甘氨酸,丝氨酸和苏氨酸代谢,半胱氨酸和蛋氨酸的代谢,赖氨酸的降解,精氨酸和脯氨酸的代谢,组氨酸的代谢,苯丙氨酸的代谢。脂质组学分析分别确定了滑膜和关节液中的32和15个脂质类别,关节液组中Cer-NDS,CE,DAG,Sphingosine类上调,PI,TAG,Phytosphingosine下调。在滑膜实验组中,BMP,CAR,CE,Cer-NDS,Cer-NS,Cer P,CL,DG,LPI,PI,Ether-PI,PS,DHsph上调,FA,TG,Ether-TG下调。蛋白质组学:关节液中共鉴定出666种蛋白质,其中159种蛋白质表现出显著差异(p<0.05)。滑膜中鉴定到3903个蛋白质,其中1862个蛋白质显示出显著差异(p<0.05)。经滑膜及关节液交叉分析,最终确定了37个差异蛋白质并显示出显著差异。与对照组相比,有15个蛋白质下调,有16个蛋白质上调。6个蛋白在滑膜和关节液中的变化方向不同,这6个蛋白均在滑膜中下调,关节液中上调。GO富集分析表明,下调的蛋白参与了吞噬体,局部粘连,PI3K-Akt信号传导途径,代谢途径,细胞粘附分子(CAM),补体和凝血级联反应,白细胞跨内皮迁移,自然杀伤细胞介导的细胞毒性过程,癌症中的转录失调,癌症中的蛋白聚糖,Rap1信号通路,NF-κB信号通路,TNF信号通路,癌症中的通路,MAPK信号通路和TGF-β信号通路。对滑膜组织单独进行的差异蛋白质分析总共发现了358种蛋白,其中113种蛋白质下调,245种蛋白质上调;另外,蛋白质及代谢物网络互作分析结果发现22种共有蛋白质与14种代谢产物之间存在显著关系,PVNS相关的通路,主要包括花生四烯酸代谢,甘油磷脂代谢,坏死,凋亡,自噬,癌症的中心碳代谢,吞噬体,FcγR介导的吞噬作用,PI3K-Akt信号传导途径,局部粘连,丙氨酸,天门冬氨酸和谷氨酸代谢,精氨酸的生物合成,胆碱在癌症中的代谢,癌症的转录失调,Rap1,NF-κB,MAPK信号通路。结论:本研究收集了实验组与对照组患者的关节液和滑膜进行蛋白质组学和代谢组学分析,结果显示实验组与对照组相比膝关节腔内环境发生了很大的变化。代谢组学中发现的生物标志物及其通路表明PVNS与多种氨基酸的代谢和脂质代谢相关。而37个差异蛋白又为我们寻找诊断标志物提供了新的方向,单独对滑膜组织的差异蛋白分析,其中358个差异蛋白让我们对PVNS的了解更为深入。结合蛋白质和代谢产物的网络互作分析,我们发现PVNS主要与花生四烯酸代谢,坏死,细胞凋亡,癌症的中心碳代谢,癌症的胆碱代谢,癌症的转录失调,Rap1,NF-κB,MAPK信号通路等相关。组学方法为了解复杂的疾病机制提供了一种新的方案,使得这项研究对PVNS在关节液和滑膜中的变化提供了详细的分析,本次分析出的这些潜在的生物标志物和通路可能为诊断和靶向治疗PVNS提供新的方法。
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