RNA甲基化在中樞神經(jīng)系統(tǒng)作用中的研究進(jìn)展

鄧宇，杜先超

（中國(guó)醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院環(huán)境衛(wèi)生學(xué)教研室，遼寧 沈陽(yáng)110122）

近年來(lái)，在DNA和蛋白質(zhì)修飾基礎(chǔ)上，表觀(guān)轉(zhuǎn)錄組學(xué)（epitranscriptomics），又稱(chēng)“RNA表觀(guān)遺傳學(xué)”，成為近期的研究熱點(diǎn)。表觀(guān)遺傳是在DNA序列保持不變的情況下調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，最終導(dǎo)致可遺傳的基因表達(dá)水平的改變，對(duì)維持染色體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起著重要作用［1］。表觀(guān)遺傳包括組蛋白共價(jià)修飾（covalent histone modification）、DNA甲 基 化 修 飾（DNA methylation）、RNA甲 基化修飾（RNA methylation）、基因組印記（genomic imprinting）、基因沉默（gene silencing）、RNA編輯（RNA editing）及非編碼RNA（noncoding RNA）等，這些在胚胎和成體神經(jīng)發(fā)生中起著至關(guān)重要的作用［2］。RNA作為中心法則的關(guān)鍵中間環(huán)節(jié)，是遺傳物質(zhì)DNA和蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)中的紐帶，而細(xì)胞內(nèi)的RNA存在100多種不同的化學(xué)修飾，最常見(jiàn)的是N6-甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine，m6A），此外還有5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，m5C）、1-甲基腺嘌呤（1-methyladenosine，m1A）、5-羥甲基胞嘧啶（5-hydroxymethylcytosine，hm5C）、假尿嘧啶（ψ）等，這些修飾在細(xì)胞內(nèi)行使不同的生物學(xué)功能［3-4］?？赡鍾NA甲基化修飾研究引領(lǐng)了第3次表觀(guān)遺傳修飾研究的浪潮。研究發(fā)現(xiàn)RNA甲基化修飾在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮了重要作用［5］。本文將從RNA甲基化調(diào)節(jié)神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）和突觸的發(fā)育等幾個(gè)方面展開(kāi)論述。

1 RNA甲基化的概述

早在20世紀(jì)70年代RNA甲基化就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)［6］，其廣泛分布于mRNA、tRNA、rRNA、snRNA以及snoRNA［7］。這種修飾主要在后轉(zhuǎn)錄階段發(fā)生于氮原子和氧原子上，與DNA甲基化類(lèi)似，利用S-腺苷甲硫氨酸（SAM）提供的甲基供體，在各種甲基化酶的催化作用下完成修飾的全過(guò)程［8］。其中最具代表性的兩種修飾是m6A和m5C，研究這兩種修飾在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的作用至關(guān)重要。隨著酶學(xué)技術(shù)的發(fā)展，m6A的修飾酶相繼被發(fā)現(xiàn)，其中WT1相關(guān)蛋白（WT1 associated protein，WTAP）、甲 基 轉(zhuǎn) 移 酶 樣 蛋 白3（methyltransferase like 3，METTL3）、甲基轉(zhuǎn)移酶樣蛋白14（methyltransferase like 14，METTL14）和KIAA1429等4種蛋白復(fù)合物作為甲基轉(zhuǎn)移酶催化m6A的形成；而肥胖相關(guān)蛋白（fat mass and obesity-associated protein，F(xiàn)TO）和α-酮戊二酸依賴(lài)性雙加氧酶AlkB同源蛋白5（AlkB homolog 5，ALKBH5）可使m6A去甲基化；m6A修飾的生物學(xué)功能可能主要通過(guò)包含有YTH結(jié)構(gòu)域的結(jié)合蛋白來(lái)發(fā)揮，包括YTH結(jié)構(gòu)域包含蛋白1（YTH domain-containing protein 1，YTHDC1）、YTH結(jié)構(gòu)域包含蛋白2（YTH domain-containing protein 2，YTHDC2）、YTH結(jié)構(gòu)域家庭蛋白1/2/3（YTH domain-containing family protein 1/2/3，YTHDF1/2/3）［9］。m5C修飾主要在mRNA和tRNA中存在，目前已發(fā)現(xiàn)3種甲基轉(zhuǎn)移酶：NSUN2、NSUN4和Dnmt2，然而尚無(wú)去甲基化酶的發(fā)現(xiàn)［10-11］。相對(duì)于DNA甲基化，RNA甲基化更加復(fù)雜、種類(lèi)更加繁多，并且參與調(diào)節(jié)許多生物學(xué)過(guò)程，這就決定了RNA的轉(zhuǎn)錄后修飾功能的多樣化。研究RNA甲基化修飾在正常生理狀態(tài)下對(duì)神經(jīng)活動(dòng)和大腦功能的調(diào)控有助于更好地理解其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的作用。

2 RNA甲基化在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的作用

神經(jīng)發(fā)生是從NSCs的神經(jīng)元命運(yùn)特征開(kāi)始的。為了正常運(yùn)行，新神經(jīng)元必須整合到適當(dāng)?shù)纳窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)中，并與其他神經(jīng)元建立正確的通信［12-13］。化學(xué)修飾的動(dòng)態(tài)過(guò)程是神經(jīng)系統(tǒng)功能的典型特征，表觀(guān)轉(zhuǎn)錄組之一的RNA甲基化在成熟神經(jīng)元的形成、NSCs分化及自我更新過(guò)程中發(fā)揮重要作用［14］。類(lèi)似于DNA和蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾，RNA修飾對(duì)細(xì)胞的功能意義是巨大的。

2.1 RNA甲基化修飾m6A在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的作用

2.1.1 m6A去甲基化酶在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的作用 m6A修飾在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育及功能的行使中發(fā)揮不可替代的調(diào)控作用［15-17］。腦區(qū)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)必不可少的部分，而小腦是在出生后2周發(fā)育［18］，在這個(gè)過(guò)程中整個(gè)轉(zhuǎn)錄組范圍的m6A甲基化分析描繪了腦的空間特異性甲基化譜，并揭示m6A在小鼠小腦中的甲基化水平高于大腦皮層［19］，表明m6A在該腦區(qū)域中的關(guān)鍵作用。m6A甲基轉(zhuǎn)移酶和去甲基化酶的分子特征對(duì)于我們理解中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的m6A特征是必不可少的，m6A去甲基化酶FTO在大腦皮層的表達(dá)量最多，并在成熟的NSCs和神經(jīng)元高表達(dá)［14］；有研究證明FTO的缺失導(dǎo)致成人神經(jīng)發(fā)生和認(rèn)知能力受損［20］。FTO在大腦中的高度表達(dá)，表明它可能通過(guò)改變調(diào)節(jié)神經(jīng)相關(guān)基因功能表達(dá)的m6A RNA甲基化而在神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮作用。m6A甲基化與去甲基化的動(dòng)態(tài)過(guò)程貫穿于小鼠小腦出生后發(fā)育的整個(gè)過(guò)程，且在低壓低氧環(huán)境下AL K B H5基因缺失造成參與小腦發(fā)育調(diào)控進(jìn)程基因的m6A水平紊亂，加快了RNA出核過(guò)程，從而導(dǎo)致小腦發(fā)育明顯滯后，同時(shí)，AL K B H5基因缺失通過(guò)擾亂不同細(xì)胞命運(yùn)決定基因中RNA m6A甲基化的平衡而導(dǎo)致小腦中異常細(xì)胞增殖和分化來(lái)影響正常的小腦發(fā)育［21］。也有研究發(fā)現(xiàn)ALKBH5通過(guò)改變m6A水平調(diào)控了小鼠小腦中特定類(lèi)型RNA的出核而影響了小腦發(fā)育［22］。目前關(guān)于去甲基化酶在中樞神經(jīng)系統(tǒng)作用中的研究?jī)H局限于部分腦區(qū)，沒(méi)有在其他腦區(qū)進(jìn)行研究論證，不排除這兩種酶在其他腦區(qū)的表達(dá)變化會(huì)影響腦部發(fā)育，希望后續(xù)研究可以填補(bǔ)這一空白，并為神經(jīng)發(fā)育在表觀(guān)轉(zhuǎn)錄方面提供新的視角。

2.1.2 m6A甲基化酶在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的作用 已有研究表明，常規(guī)敲除小鼠中的M ET T L3基因可導(dǎo)致早期的胚胎致死［23］。為了探究m6A甲基化修飾對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的影響，研究者對(duì)發(fā)育中小鼠腦中M E TTL3基因進(jìn)行條件性敲除，在皮質(zhì)和小腦區(qū)域均引起嚴(yán)重的發(fā)育缺陷，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，M ET T L3基因敲除的小鼠表現(xiàn)出小腦發(fā)育不全，其原因是外部顆粒層（EGL）中新生小腦顆粒細(xì)胞（CGC）的細(xì)胞凋亡急劇增加；METTL3失活誘導(dǎo)的m6A修飾缺失導(dǎo)致RNA半衰期的延長(zhǎng)和異常的mRNA剪接，從而導(dǎo)致了不適當(dāng)?shù)募?xì)胞分化和細(xì)胞死亡，并且使轉(zhuǎn)錄組基因表達(dá)失調(diào)和CGC過(guò)早死亡；這表明METTL3介導(dǎo)的m6A轉(zhuǎn)錄后水平在哺乳動(dòng)物小腦發(fā)育中起著關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用［24-25］。同時(shí)，在小鼠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中敲除M ET T L14基因也會(huì)嚴(yán)重影響小鼠大腦皮質(zhì)的發(fā)育［26］。據(jù)此，RNA甲基化修飾m6A在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮的作用不容忽視。

2.1.3 m6A識(shí)別蛋白在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的作用 神經(jīng)突向外生長(zhǎng)是神經(jīng)元發(fā)育和成熟、突觸形成、神經(jīng)功能和疾病功能恢復(fù)的關(guān)鍵，對(duì)神經(jīng)突分支和YTHDF2-/-神經(jīng)元延伸的嚴(yán)重影響也可能導(dǎo)致神經(jīng)發(fā)育過(guò)程中神經(jīng)發(fā)生缺陷［27］。RNA甲基化修飾m6A的結(jié)合蛋白YTHDF2也參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的調(diào)節(jié)作用。Li等［28］研究發(fā)現(xiàn)，m6A結(jié)合蛋白YTHDF2通過(guò)促進(jìn)神經(jīng)發(fā)育相關(guān)mRNA靶標(biāo)的m6A依賴(lài)性降解來(lái)調(diào)節(jié)神經(jīng)發(fā)育。有研究發(fā)現(xiàn)，m6A甲基轉(zhuǎn)移酶METTL14或m6A結(jié)合蛋白YTHDF1通過(guò)調(diào)節(jié)損傷誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)翻譯來(lái)調(diào)節(jié)外周神經(jīng)系統(tǒng)的功能性軸突再生［26］。隨著研究的深入，有研究發(fā)現(xiàn)了m6A甲基化在哺乳動(dòng)物皮質(zhì)神經(jīng)發(fā)生的時(shí)間進(jìn)程和調(diào)節(jié)成年哺乳動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)軸突再生中的作用［17，26］。綜上所述可見(jiàn)，RNA甲基化修飾m6A在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

2.2 RNA甲基化修飾m5C在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的作用 RNA甲基化修飾m5C在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的作用研究雖然沒(méi)有m6A的研究廣泛，但也有研究報(bào)道m(xù)5C的甲基轉(zhuǎn)移酶NSUN2也參與神經(jīng)發(fā)育的調(diào)節(jié)。在人類(lèi)中，抑制NSUN2的表達(dá)可以抑制神經(jīng)遷移，并且在血管生成素存在下會(huì)干擾人類(lèi)NSCs的神經(jīng)分化進(jìn)而損害神經(jīng)譜系，因此，m5C RNA甲基化途徑是對(duì)神經(jīng)譜系誘導(dǎo)刺激的有效細(xì)胞反應(yīng)所必需的［29］。Blanco等［30］研究報(bào)道了小鼠和人類(lèi)N SU N2基因的功能喪失均會(huì)導(dǎo)致包括小頭畸形，以及認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)功能缺陷的生長(zhǎng)遲緩和神經(jīng)發(fā)育缺陷。為了解NSUN2及其甲基化RNA靶標(biāo)如何干擾神經(jīng)分化途徑，在前腦發(fā)育的所有RNA中鑒定了所有NSUN2依賴(lài)性m5C［31］，證明甲基轉(zhuǎn)移酶NSUN2在甲基化修飾過(guò)程中參與中樞神經(jīng)的發(fā)育調(diào)節(jié)。但尚未見(jiàn)其他m5C的甲基轉(zhuǎn)移酶對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育有調(diào)節(jié)作用，在這一方面還需進(jìn)一步的研究和論證。由于RNA甲基化修飾m5C的局限性和其研究的特殊性，對(duì)其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程的調(diào)節(jié)作用還有待進(jìn)一步研究證實(shí)，縱觀(guān)表觀(guān)轉(zhuǎn)錄組學(xué)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能研究，不難得出m5C修飾的作用也不可小覷，相信在以后的研究中還會(huì)有新的發(fā)現(xiàn)。

3 RNA甲基化在神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中的作用

NSCs是具有自我更新功能的多能細(xì)胞，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要部分，其生態(tài)位位于側(cè)腦室下區(qū)基部的內(nèi)皮細(xì)胞以及海馬齒狀回顆粒下區(qū)［32］，而發(fā)育中的CGC祖細(xì)胞在EGL中增殖，然后通過(guò)分子層遷移至內(nèi)部顆粒層以分化成顆粒細(xì)胞，產(chǎn)生平行纖維并與浦肯野細(xì)胞形成突觸連接［18，33］。而在整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程中NSCs的維持和分化受到錯(cuò)綜復(fù)雜的表觀(guān)轉(zhuǎn)錄分子網(wǎng)絡(luò)調(diào)控，揭示這些機(jī)制對(duì)于了解成人大腦的功能和可塑性至關(guān)重要。

3.1 RNA甲基化修飾m6A在神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中的作用 RNA甲基化修飾m6A在神經(jīng)元功能和生理學(xué)中的功能特征仍處于初期階段，在哺乳動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)中，m6A調(diào)節(jié)已經(jīng)在幾種生理功能中得到證實(shí)，包括神經(jīng)發(fā)育和突觸可塑性，以及成癮、神經(jīng)損傷和應(yīng)激反應(yīng)等［14，34-35］，由此可見(jiàn)，m6A修飾在神經(jīng)細(xì)胞的發(fā)育過(guò)程有著復(fù)雜的調(diào)節(jié)作用。

3.1.1 m6A去甲基化酶在神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中的作用 Li等［16］研究結(jié)果表明FTO在神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育中起著重要作用，F(xiàn)TO的丟失降低了成人神經(jīng)干細(xì)胞（adult neural stem cells，aNSCs）的分化，確定了FTO在神經(jīng)細(xì)胞分化中的作用。腦源性神經(jīng) 營(yíng) 養(yǎng) 因 子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）是提高神經(jīng)元存活和可塑性的重要調(diào)控因子，在神經(jīng)元發(fā)育中起重要作用，F(xiàn)TO調(diào)節(jié)BDNF的表達(dá)并且發(fā)現(xiàn)BDNF信號(hào)傳導(dǎo)途徑的幾種組分的m6A修飾標(biāo)記的轉(zhuǎn)錄物［36-40］，說(shuō)明RNA去甲基化酶FTO參與神經(jīng)元的調(diào)控。同時(shí)也有研究表明FTO的缺乏可以減少aNSCs的增殖和神經(jīng)元的分化，從而導(dǎo)致學(xué)習(xí)記憶的受損，說(shuō)明通過(guò)FTO調(diào)節(jié)m6A的修飾而改變基因表達(dá)進(jìn)而在神經(jīng)發(fā)生以及學(xué)習(xí)記憶中起重要作用［34］。目前尚未發(fā)現(xiàn)其他去甲基化酶在中樞神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育過(guò)程的調(diào)控作用。

3.1.2 m6A甲基化酶在神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中的作用 有研究發(fā)現(xiàn)，m6A甲基轉(zhuǎn)移酶也參與調(diào)節(jié)神經(jīng)元、NSCs的發(fā)育。在小鼠胚胎中，通過(guò)敲除NSCs中METT L14的表達(dá)而使m6A缺失，可導(dǎo)致細(xì)胞周期進(jìn)展延長(zhǎng)和分化延遲，從而將皮質(zhì)神經(jīng)發(fā)生延伸到出生后階段，盡管它們?cè)贜SCs中早期表達(dá)，m6A似乎也負(fù)責(zé)抑制神經(jīng)元譜系基因（Neuro g2、Neurod 1、Neurod2）［41］。此外，敲除胚胎小鼠腦中ME TT L14基因致使m6A的缺失，從而延長(zhǎng)了放射狀膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞周期，并將皮質(zhì)神經(jīng)發(fā)生延伸到出生后階段，同時(shí)敲低M ET TL3基因致使m6A減少也可導(dǎo)致細(xì)胞周期延長(zhǎng)和放射狀神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的分化［26］。METTL14缺失導(dǎo)致體內(nèi)胚胎小鼠皮質(zhì)和培養(yǎng)的皮質(zhì)神經(jīng)祖細(xì)胞（NPC）中mRNA的m6A水平顯著降低，通過(guò)有條件地滅活胚胎NSCs中的METTL14，發(fā)現(xiàn)METTL14是NSCs增殖所必需的并且維持NSCs處于未分化狀態(tài)，這些結(jié)果表明m6A mRNA甲基化在調(diào)節(jié)小鼠和人的皮質(zhì)NPC細(xì)胞周期進(jìn)程中起保守作用［26］。通過(guò)調(diào)節(jié)mRNA衰變，外源轉(zhuǎn)錄m6A標(biāo)記為動(dòng)態(tài)基因表達(dá)的時(shí)間控制提供了關(guān)鍵機(jī)制，其反過(guò)來(lái)調(diào)節(jié)小鼠和人的皮質(zhì)NSCs的細(xì)胞周期進(jìn)程。同時(shí)還證實(shí)了，m6A通過(guò)調(diào)節(jié)組蛋白修飾物的mRNA穩(wěn)定性改變組蛋白修飾，改變組蛋白修飾異常抑制增殖相關(guān)基因并激活分化相關(guān)基因，導(dǎo)致NSCs基態(tài)喪失?？傊?，通過(guò)促進(jìn)與轉(zhuǎn)錄因子、NSCs、細(xì)胞周期和神經(jīng)元分化相關(guān)的轉(zhuǎn)錄物的mRNA衰變，確定了m6A表位轉(zhuǎn)錄機(jī)制在哺乳動(dòng)物皮質(zhì)神經(jīng)發(fā)生的時(shí)間控制中的關(guān)鍵和保守作用［26］。

3.1.3 m6A識(shí)別蛋白YTHDF2在神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中的作用 YTHDF2缺失對(duì)皮質(zhì)發(fā)生、神經(jīng)發(fā)生和膠質(zhì)細(xì)胞生成具有嚴(yán)重影響；YTHDF2通過(guò)調(diào)節(jié)與神經(jīng)發(fā)育和分化相關(guān)的m6A標(biāo)記基因的RNA降解，在胚胎神經(jīng)發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵功能。Li等［28］研究發(fā)現(xiàn)，NSCs自我更新和神經(jīng)元和其他細(xì)胞類(lèi)型的時(shí)空生成受胚胎新皮質(zhì)中YTHDF2缺失的影響，YTHDF2敲除的小鼠NSCs的增殖和分化顯著降低；神經(jīng)元不能產(chǎn)生正常的神經(jīng)突，不能分化為神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞；神經(jīng)元分化相關(guān)的m6A修飾的mRNA延遲降解，導(dǎo)致延遲的皮質(zhì)神經(jīng)發(fā)生。

3.2 RNA甲基化修飾m5C在神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中的作用 RNA甲基化m5C修飾的甲基轉(zhuǎn)移酶NSUN2也發(fā)揮著神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育調(diào)節(jié)的作用。在發(fā)育中的小鼠腦中，NSUN2的缺失不會(huì)影響放射狀膠質(zhì)細(xì)胞，但會(huì)延遲分化為上層神經(jīng)元，NSUN2在早期神經(jīng)外胚層細(xì)胞中表達(dá)，其能夠分化成各種區(qū)域特異性神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞類(lèi)型［42-43］?？傊?，NSUN2的缺失通過(guò)減少皮質(zhì)板中分化的上層神經(jīng)元的數(shù)量而損害正常的大腦發(fā)育。RNA甲基化修飾m5C的研究沒(méi)有m6A修飾研究廣泛，僅有少量的文獻(xiàn)證明m5C參與中樞神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育的調(diào)節(jié)。

4 RNA甲基化調(diào)節(jié)突觸的形成參與學(xué)習(xí)記憶

雖然RNA甲基化修飾的種類(lèi)繁多，廣泛的研究?jī)H集中在m6A和m5C兩種修飾，但是關(guān)于RNA甲基化調(diào)節(jié)突觸的形成參與學(xué)習(xí)記憶方面僅有m6A修飾發(fā)揮作用的研究，而尚未發(fā)現(xiàn)其他甲基化修飾在該過(guò)程中的調(diào)節(jié)作用。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明神經(jīng)元中的FTO蛋白可以在細(xì)胞核、細(xì)胞體和樹(shù)突（包括突觸）之間穿梭，并且能夠?qū)е戮植縍NA甲基化動(dòng)力學(xué)改變［19-20］。甲基化轉(zhuǎn)錄物高度偏向于神經(jīng)元基因和功能，例如突觸功能；m6A的轉(zhuǎn)錄組譜在不同的腦區(qū)被空間調(diào)節(jié)。在單個(gè)神經(jīng)元的水平上，m6A修飾的RNA及其相互作用組擴(kuò)散到特定結(jié)構(gòu)，如軸突、樹(shù)突、突觸前神經(jīng)末梢和樹(shù)突棘。這種空間分布支持m6A的功能庫(kù)控制突觸傳遞和可塑性。m6A-表型轉(zhuǎn)錄組中的動(dòng)態(tài)變化以依賴(lài)于經(jīng)驗(yàn)的方式為m6A功能在形成中樞神經(jīng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄組學(xué)中提供了基礎(chǔ)。哺乳動(dòng)物腦中m6A的轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析揭示了m6A對(duì)神經(jīng)元的特定偏向，而不是神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞基因，m6A-seq分析在整個(gè)小鼠腦、中腦、皮質(zhì)和小腦中的功能分類(lèi)已經(jīng)鑒定出m6A靶基因，其中大多數(shù)參與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、突觸傳遞和突觸后功能。這些基因具有不同的細(xì)胞作用，特別是在轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、RNA代謝和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)中的作用顯著［34，44-45］。突觸體mRNA的m6A-seq分析表明，m6A主要在遠(yuǎn)端突觸前和突觸后區(qū)室中分布［46］，大多數(shù)m6A靶基因參與功能性表達(dá)包括“突觸”和“細(xì)胞連接”，以及表面受體途徑等；所有這些基因都維持三聯(lián)突觸的完整性和功能性，包括突觸前和突觸后終端，以及它們與星形膠質(zhì)細(xì)胞的相互作用［15］。還有研究報(bào)道了m6A在軸突中的定位及其在軸突生長(zhǎng)中的作用，編碼軸突延伸因子GAP-43的轉(zhuǎn)錄物被鑒定為mRNA靶標(biāo)，是軸突生長(zhǎng)中起重要作用的m6A修飾轉(zhuǎn)錄物之一，其局部翻譯被m6A負(fù)調(diào)節(jié)并且可以通過(guò)軸突中的FTO調(diào)節(jié)［15，47］，可見(jiàn)RNA甲基化修飾在神經(jīng)突觸的發(fā)育及功能中也發(fā)揮著重要作用。FMRP是神經(jīng)元局部翻譯的重要調(diào)節(jié)因子，可與含有m6A的mRNA體內(nèi)結(jié)合，F(xiàn)MRP因其在代謝型谷氨酸受體（mGluRs）依賴(lài)性信號(hào)傳導(dǎo)和突觸可塑性中的作用而被充分研究［48］。FMRP和YTHDF1在m6A修飾的mRNA子集上的競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合可能影響轉(zhuǎn)錄物的翻譯速率進(jìn)而影響突觸可塑性［49］。也有研究發(fā)現(xiàn)在正常生理?xiàng)l件下，F(xiàn)MRP通過(guò)維持和調(diào)節(jié)關(guān)鍵突觸蛋白（包括CaMKII、PSD95和谷氨酸受體亞基）的翻譯在突觸可塑性中起重要作用，也通過(guò)阻止核糖體延長(zhǎng)或通過(guò)其與miRNA和RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物的相互作用反饋調(diào)節(jié)樹(shù)突mRNA子集的翻譯［50-51］。

抑制FTO導(dǎo)致小鼠背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元中m6A增加也導(dǎo)致軸突長(zhǎng)度變短，這表明平衡的m6A標(biāo)記對(duì)于最佳軸突生長(zhǎng)非常重要［16］。有研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn) TO基因敲除小鼠在空間學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出障礙，證明了m6A可能在記憶鞏固過(guò)程中微調(diào)轉(zhuǎn)錄組學(xué)反應(yīng)，并且觀(guān)察到可塑性相關(guān)轉(zhuǎn)錄本的m6A標(biāo)記普遍增加［35］。雖然許多研究表明DNA修飾（DNA甲基化、組蛋白修飾）在記憶形成中發(fā)揮重要作用，但RNA修飾的貢獻(xiàn)仍然很大程度上未被探索。有研究證實(shí)了FTO在細(xì)胞體內(nèi)以及在突觸脊附近的存在，表達(dá)模式也與FTO在突觸可塑性和記憶形成中重要的觀(guān)點(diǎn)一致，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了FTO存在于突觸附近，突觸細(xì)胞膜成分中FTO的優(yōu)先減少暗示了突觸中甲基化mRNA增加對(duì)于記憶形成的重要性；并且提供直接證據(jù)表明在訓(xùn)練前（使用兩種獨(dú)立方法）在興奮性CA1神經(jīng)元中特異性地去除FTO足以增強(qiáng)情感恐懼記憶［35］?？傊?，這些發(fā)現(xiàn)表明FTO，特別是在突觸附近，通常可以限制記憶形成。此外，這些結(jié)果清楚地表明mRNA甲基化是神經(jīng)可塑性的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑。解釋FTO如何影響記憶形成的最簡(jiǎn)單模型是FTO抑制突觸的前記憶轉(zhuǎn)錄物，可能通過(guò)抑制樹(shù)突狀定位mRNA的翻譯［35，45］。在突觸核區(qū)與核區(qū)室中區(qū)分FTO靶標(biāo)的單個(gè)基因或位點(diǎn)對(duì)于釋放記憶形成中mRNA甲基化的特定功能至關(guān)重要。最近一項(xiàng)研究表明腦內(nèi)神經(jīng)元中甲基轉(zhuǎn)移酶METTL3或去甲基化酶FTO的缺失改變了m6A/m表觀(guān)轉(zhuǎn)錄組，增加了恐懼記憶，并改變了對(duì)恐懼和突觸可塑性的轉(zhuǎn)錄組反應(yīng)［52］。也有研究者通過(guò)敲除小鼠內(nèi)側(cè)前額葉皮層（mPFC）中的m6A去甲基化酶FTO，使其增加總m6A水平，導(dǎo)致恐懼記憶的強(qiáng)化鞏固，并證明了m6A在成年大腦中以活動(dòng)依賴(lài)性方式受到調(diào)節(jié)，并且可能在記憶相關(guān)過(guò)程中微調(diào)mRNA轉(zhuǎn)換［53］。以上的研究表明RNA甲基化修飾過(guò)程在神經(jīng)突觸的發(fā)生以及功能調(diào)節(jié)作用顯著，進(jìn)而在學(xué)習(xí)記憶過(guò)程中的調(diào)節(jié)也扮演著重要角色，同時(shí)通過(guò)對(duì)其調(diào)節(jié)機(jī)制進(jìn)一步研究，為后續(xù)神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及學(xué)習(xí)記憶障礙等的防治提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

綜上所述，隨著RNA表觀(guān)轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究的深入，尤其對(duì)RNA甲基化修飾的研究開(kāi)始兼顧與疾病關(guān)聯(lián)性，因此研究RNA甲基化在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的作用和機(jī)制有利于理解相關(guān)疾病的發(fā)生機(jī)制，對(duì)神經(jīng)退行性疾病的預(yù)防與治療會(huì)有很大的幫助。同時(shí)隨著研究的進(jìn)展，RNA甲基化在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的作用將會(huì)被人類(lèi)所闡明。目前，大量的研究都集中在m6A的RNA甲基化修飾在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的作用，而m5C的RNA甲基化修飾等其他的修飾在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的作用研究的還比較局限，在調(diào)節(jié)機(jī)制上還沒(méi)有明確的研究報(bào)道，還需要進(jìn)一步研究去揭示出新的調(diào)節(jié)機(jī)制。相信未來(lái)新興技術(shù)的發(fā)展將會(huì)有效推動(dòng)RNA甲基化修飾在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的調(diào)節(jié)作用，為后續(xù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的預(yù)防和治療提供更好的解決手段。