目的:本研究利用生物信息学方法对骨关节炎(osteoarthritis,OA)相关的基因芯片进行分析,筛选了在骨关节炎中发生发展的关键基因,并进一步探究其分子机制。为骨关节炎的早期诊断和治疗提供理论依据。方法:从GEO(GeneExpressionOmnibus)数据库筛选下载GSE113825和GSE114007基因表达数据,运用R语言分别筛选出差异表达基因(differentiallyexpressedgenes,DEGs),对筛选出的重叠DEGs进行GO分析和KEGG信号通路分析,利用STRING在线数据库对DEGs进行蛋白质-蛋白质相互作用(protein-proteininteraction,PPI)网络分析。利用插件CytoHubba筛选排名前十的枢纽基因(Hubgene),利用插件MCODE(MolecularComplexDetection),筛选对整个网络稳定起重要作用的网络模块。最后,使用GSE57218基因表达数据验证Hub基因mRNA的表达水平。结果:在GSE113825表达谱数据中筛选出1428个DEGs,其中上调基因1004个,下调基因424个;在GSE114007表达谱数据中筛选出2063个DEGs,其中上调基因1216个,下调基因847个。将这2个数据集的DEGs取交集,共筛选出348个重叠DEGs,其中包括291个表达上调基因和57个表达下调基因。GO富集分析显示:(1)上调基因富集的生物过程(biologicalprocesses,BP)主要是:细胞外基质组织、成骨、细胞外结构组织、骨形成、骨盐沉积;下调基因主要富集的BP包括:类固醇代谢过程。(2)上调基因主要富集的分子功能(Molecularfunction,MF)包括:细胞外基质结构成分、金属内肽酶活性、胶原结合、糖胺聚糖结合、酰胺结合;下调基因主要富集的MF包括:核受体活性、转录因子活性,直接的配体调节序列特异性DNA结合、血红素结合、四吡咯结合、MAPK激酶活性。(3)上调基因主要富集的细胞成分(cellcomponent,CC)包括:含有胶原的细胞外基质、胶原三聚体、MHCII类蛋白质复合物、胞吞囊泡膜、MHC蛋白质复合物;下调DEGs没有明显富集。KEGG富集分析结果显示:上调DEGs主要富集的信号传导通路包括:PI3K-Akt信号通路、金黄色葡萄球菌感染、吞噬体、产生IGA的肠道免疫网络、补体和凝血级联、系统性红斑狼疮、抗原加工提呈、造血细胞谱系、病毒性心肌炎、蛋白质消化吸收、同种异体移植排斥通路。下调DEGs没有明显通路富集。通过构建PPI网络得到了Top10Hub基因如下:CDK1、PLK1、AURKA、CCNA2、TOP2A、UBE2C、ASPM、KIF20A、CENPF、TPX2,这十个基因都是上调基因。在PPI网络中筛选了1个关键的功能模块,模块基因主要参与细胞周期、细胞衰老过程。最后通过GSE57218数据集验证Hub基因mRNA的表达水平,我们发现其中OA软骨组织中的CCNA2、KIF20A、TOP2A、UBE2C的表达量显著高于正常软骨组织。结论:1.OA中差异基因主要参与细胞外基质组织、成骨、细胞外结构组织、骨形成、骨盐沉积、类固醇代谢过程。2.差异基因导致PI3K/Akt、细胞周期等信号通路的异常可能参与OA的发生及发展。3.CCNA2、TOP2A、UBE2C、KIF20A这4个基因可能为骨关节炎的新的生物标记物。有望是OA治疗的新靶点,可以为将来的基础研究提供一个新的思路。