目的:通过生物学芯片对正常与骨关节炎(osteoarthritis,OA)人群进行lncRNA-mRNA表达谱分析,对异常表达的lncRNA及mRNA采用生物信息学进行分析研究,初步探讨lncRNA在OA的发生发展中的作用,寻找与OA发生发展密切相关的lncRNA和mRNA,为进一步研究OA的表观遗传机制奠定基础。方法:(1)分别对正常膝关节软骨组织(5例)与膝关节OA软骨组织(5例)标本应用Affymetrix基因芯片技术进行lncRNA及mRNA的表达谱的分析,筛选具有差异性的lncRNA及mRNA,构建出OA差异lncRNA及mRNA的表达谱。(2)用基因功能注释(GO分析)对差异性的mRNA进行功能注释,预测差异表达的mRNA高富集的生物学过程、细胞组成和分子功能。(3)用KEGG信号通路分析对差异性的mRNA信号通路注释,预测差异表达的mRNA高富集的生物学信号通路。(4)对差异表达基因中相关系数最高的500个lncRNA-mRNA关系对采用共表达网络(co-expression)分析进行预测。(5)根据KEGG通路信号分析结果挑选出与OA发生密切相关、拟深入进行研究的信号通路(PI3K-Akt),从已构建的差异性lncRNA及mRNA表达谱中选出与之相关的lncRNA及mRNA,采用共表达(co-expression)分析计算这些lncRNA-mRNA关系对之间的相关系数,并构建共表达网络分析相互作用关系。(6)筛选出差异表达倍数较高且功能作用不明确的4条lncRNA及4条mRNA,运用QPCR方法在30例关节软骨组织(其中OA组中19例,正常组中11例)对其表达水平进行验证。结果:(1)基因芯片分析结果表明,与正常组相比,检测到膝关节OA软骨组织中有2042个lncRNA表达有差异,其中1137个上调,905个下调,上调最明显的lncRNA为lnc-SAMD14-4,下调最明显的为lnc-MSMP-2;对OA组和正常组的mRNA进行芯片分析,检测到2011个mRNA具有差异性表达,其中有1386个mRNA上调,625个mRNA下调,其中MMP-13编码mRNA上调最明显,MYOC编码mRNA下调最明显。(2)GO功能注释分析结果显示,上调的mRNA富集程度最高的分别为细胞外基质组成(extracellular matrix organization,GO:0030198)、基质外泌体(extracellular exosome,G0:0070062)和胶原结合(collagen binding,G0:0005518);下调的mRNA富集程度最高的分别为蛋白质稳定性(protein stabilization,G0:0050821)、纤毛相关(cilium,GO:0005929)和硫酸乙酰肝素蛋白多糖结合(heparan sulfate proteoglycan binding,G0:0043395)。(3)KEGG通路分析共检测出有27条信号通路与上调的mRNA相关,其中富集程度最高前3位通路分别是黏合斑(focal adhesion)、癌症相关通路(Pathways in cancer)、磷脂酰肌醇3-激酶通路(PI3K-Akt);94条信号通路与下调的mRNA相关,其中富集程度最高的3条通路分别是细胞色素P450、谷胱甘肽代谢(Glutathione metabolism)、细胞色素 P450 的异物代谢(Metabolism of xenobiotics by cytochrome P450)。(4)纳入差异表达基因中相关系数最高的500个lncRNA-mRNA关系对以及PI3K-Akt通路相关的lncRNA-mRNA相互作用对,构建了lncRNA-mRNA共表达网络。(5)选择差异表达倍数较高且功能作用不明确的 4 个 lncRNA(lnc-SAMD14-4、lnc-MARCKS-7、lnc-MSMP-2和 lnc-NPVF-4)和 4 个 mRNA(SERPINFl、POSTN、MYOC 和 PAK3)进行 qPCR 验证,其中 lnc-SAMD14-4、lnc-MARCKS-7、SERPINFlmRNA和POSTNmRNA在OA软骨组织中表达上调;lnc-MSMP-2、lnc-NPVF-4、MYOC mRNA 和 PAK3 mRNA 在 OA 软骨组织中表达下调,表达趋势与芯片筛选结果一致。结论:lncRNA与OA的发生机制有关,可能是其表观遗传致病因素之一;lncRNA(lnc-SAMD 14-4、lnc-MARCKS-7、lnc-MSMP-2和 lnc-NPVF-4)和 mRNA(SERPINF1、POSTN、MYOC 和 PAK3)可能与OA发生发展有关;lncRNA可能通过对应的mRNA参与基质组成、基质黏合、胶原合成、纤毛相关、蛋白质稳定性等多种生物过程影响OA的发生发展过程。