m6A甲基化在非酒精性脂肪性肝病中的作用

駱云晨 彭永德

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一人民醫(yī)院內(nèi)分泌代謝科 200080

隨著肥胖癥和體重相關(guān)代謝性疾病發(fā)病率的增加，非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)已成為慢性肝病的最常見原因之一。NAFLD通常被描述為代謝綜合征的肝臟表現(xiàn)，包括一系列癥狀，從肝脂肪變性到非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、肝纖維化和肝硬化，其特征是無其他肝臟疾病病因(如藥物、病毒性肝炎和大量飲酒)的患者肝細(xì)胞中脂質(zhì)積聚。NAFLD影響全球約四分之一的成年人口，對(duì)全社會(huì)造成重大的健康和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，盡管在不久的將來有望出現(xiàn)藥物療法，但迄今為止尚未獲得批準(zhǔn)。近日，由于發(fā)病機(jī)制的異質(zhì)性以及定義的不精確性，國際專家小組提出以代謝相關(guān)脂肪性肝病(MAFLD)取代NAFLD，更好地反映對(duì)代謝功能障礙相關(guān)脂肪肝疾病的理解[1]。

NAFLD發(fā)生、發(fā)展的潛在機(jī)制是復(fù)雜和多因素的。目前多重打擊假說已經(jīng)取代了過時(shí)的“二次打擊學(xué)說”。此假說認(rèn)為，飲食習(xí)慣、環(huán)境和遺傳因素會(huì)導(dǎo)致胰島素抵抗、肥胖伴脂肪細(xì)胞增殖以及腸道微生物群的改變。代謝失衡與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、過度的氧化應(yīng)激、脂毒性以及病原體相關(guān)分子模式(PAMPs)共同作用，導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷和死亡。慢性壞死性炎性反應(yīng)的發(fā)生啟動(dòng)了適應(yīng)性免疫反應(yīng)，最終導(dǎo)致肝細(xì)胞應(yīng)激、DNA損傷、表觀遺傳修飾和染色體畸變[2-3]。表觀遺傳學(xué)的發(fā)展為NAFLD的發(fā)生以及肝細(xì)胞癌進(jìn)展提供了新的視角。DNA甲基化被認(rèn)為是從簡單脂肪變性到NASH過程中重要的決定因素之一，5-羥甲基胞嘧啶(5hmC)是NAFLD中基因轉(zhuǎn)錄和細(xì)胞狀態(tài)的標(biāo)志物，其動(dòng)態(tài)變化可能在肝臟疾病的發(fā)病機(jī)制中起重要作用[4]。由組蛋白去乙?；负徒M蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的組蛋白乙?；母淖兪橇硪环N常見的修飾，也是研究最多的修飾之一。沉默信息調(diào)節(jié)因子家族(SIRTs)是一類具有去乙?；富钚缘牡鞍踪|(zhì)，特別是SIRT1，可調(diào)節(jié)參與代謝過程的蛋白質(zhì)，如葡萄糖穩(wěn)態(tài)、氧化應(yīng)激、脂代謝和炎性反應(yīng)。最近的研究表明，通過抑制CD36表達(dá)和核因子κB信號(hào)通路，SIRT1的激活減弱了高脂飲食誘導(dǎo)的肝脂肪變性和炎性反應(yīng)[5]。微小RNAs(miRNAs)是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后基因沉默的非編碼RNA，miRNA-29和miRNA-122在調(diào)控NAFLD相關(guān)胰島素抵抗中發(fā)揮重要作用[6]。最近的研究表明，m6A甲基化修飾對(duì)NAFLD的發(fā)展具有重要的調(diào)控作用。

1 m6A甲基化

m6A甲基化于1974年首次被發(fā)現(xiàn)，是高等真核生物RNA的主要內(nèi)部修飾，近年來引起了人們的極大興趣。真核生物m6A修飾在干細(xì)胞生物學(xué)、免疫學(xué)和癌癥生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用。m6A甲基化可在不同環(huán)節(jié)調(diào)控mRNA，包括結(jié)構(gòu)、成熟、穩(wěn)定性、剪接、輸出、翻譯和衰變[7]。m6A修飾在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中是動(dòng)態(tài)的并具有可逆性。甲基轉(zhuǎn)移酶-3(METTL3)、甲基轉(zhuǎn)移酶-14(METTL14)和Wilms腫瘤1相關(guān)蛋白(WTAP)構(gòu)成甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物[8]。METTL3是S-腺苷甲硫氨酸(SAM)的一種結(jié)合亞基，與mRNA甲基化有關(guān)[9]。METTL3和METTL14可形成穩(wěn)定的異二聚體，作為甲基化酶復(fù)合物的核心。由于存在甲基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域，因此METTL3或METTL14的沉默均可降低m6A的表達(dá)水平[10]。WTAP作為調(diào)節(jié)亞基是形成METTL3-METTL14-m6A甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物所必需的，它在調(diào)節(jié)基因表達(dá)和選擇性剪接中起關(guān)鍵作用[11]。脂肪與肥胖相關(guān)蛋白(FTO)和ALKB同源蛋白5(ALKBH5)作為去甲基化酶來逆轉(zhuǎn)甲基化。FTO可在體內(nèi)外催化m6A殘基去甲基化[12]。FTO參與m6A在不同細(xì)胞環(huán)境下的修飾，如紫外線誘導(dǎo)的DNA損傷應(yīng)答、脂肪生成及急性髓系白血病細(xì)胞轉(zhuǎn)化和白血病發(fā)生[13-14]。此外，ALKBH5對(duì)mRNA輸出和RNA代謝有顯著影響[15]。作為m6A相互作用蛋白的最重要成員，YTH結(jié)構(gòu)域家族蛋白(包括YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3、YTHDC1和YTHDC2)通過識(shí)別m6A修飾來調(diào)節(jié)各種基因表達(dá)[16]。YTHDF1和YTHDF3促進(jìn)mRNA的翻譯，YTHDF2和YTHDF3促進(jìn)mRNA的降解，YTHDF1、YTHDF2和YTHDF3促進(jìn)mRNA在細(xì)胞質(zhì)中的代謝[16]。YTHDC1則介導(dǎo)m6A修飾mRNA，影響其核輸出和剪接[17]。

2 m6A甲基化與NAFLD

2.1 m6A甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物促進(jìn)脂質(zhì)沉積 甲基轉(zhuǎn)移酶在脂肪形成中起著重要作用。METTL3通過促進(jìn)脂肪酸合成酶(FASN)的m6A甲基化，促進(jìn)脂肪酸代謝，降低肝臟胰島素敏感性。Xie等[18]發(fā)現(xiàn)，高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠m6A RNA甲基化和METTL3水平上調(diào)，METTL3基因沉默可降低FASN的m6A甲基化和總mRNA水平，進(jìn)而抑制脂肪酸代謝。METTL3基因敲除小鼠中FASN過表達(dá)可改善胰島素敏感性，使脂肪酸合成降低。最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，由WTAP、METTL3和METTL14組成的甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物在脂肪生成過程中通過促進(jìn)有絲分裂克隆擴(kuò)增(MCE)期間的細(xì)胞周期轉(zhuǎn)變，在脂肪分化中起重要作用。WTAP與METTL3和METTL14在RNA中結(jié)合，在脂肪細(xì)胞分化中激活轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。在MCE過程中，敲除這3種蛋白基因中的任一種都會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯和脂肪生成受損，從而抑制MCE中細(xì)胞周期蛋白A2(CCNA2)上調(diào)，抑制脂肪生成[19]。Zhong等[20]發(fā)現(xiàn)，METTL3通過減少過氧化物酶體增殖物活化受體α(PPARα)表達(dá)，增加脂質(zhì)沉積。敲除METTL3基因可抑制m6A甲基化，使PPARα m6A甲基化含量減少，PPARα mRNA表達(dá)增加，脂質(zhì)沉積減少。

2.2 m6A去甲基化酶促進(jìn)脂肪生成 m6A去甲基化在脂肪生成的調(diào)控中發(fā)揮重要作用。FTO可通過改變肝臟中m6A修飾狀態(tài)和脂代謝相關(guān)基因的表達(dá)在脂代謝調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用。FTO在NAFLD患者肝臟及動(dòng)物模型中表達(dá)增加[21-22]。Chen等[23]在高脂飲食喂養(yǎng)小鼠肝臟中發(fā)現(xiàn)，脂肪生成基因[乙酰輔酶A羧化酶1(ACC1)和FASN]的表達(dá)增加，而脂解基因(激素敏感性脂肪酶和甘油三酯水解酶)的表達(dá)減少。這些變化伴隨著FTO水平升高和mRNA中m6A水平降低。在體外實(shí)驗(yàn)中也得到了類似的結(jié)果，F(xiàn)TO表達(dá)增強(qiáng)導(dǎo)致HepG2細(xì)胞中m6A水平降低，脂肪生成基因[FASN、硬脂酰-CoA去飽和酶(SCD)和單酰基甘油O-?；D(zhuǎn)移酶1]和細(xì)胞內(nèi)甘油三酯水平升高[24]。

FTO增加氧化應(yīng)激水平，促進(jìn)脂肪生成[21]。體外研究表明，F(xiàn)TO可能在脂毒性條件下對(duì)肝細(xì)胞產(chǎn)生損傷作用，敲除FTO基因可保護(hù)機(jī)體免受氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和細(xì)胞凋亡的影響，提示抑制FTO可能是NASH的治療選擇之一[22]。Kang等[24]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO在體內(nèi)外下調(diào)m6A的水平，降低線粒體DNA含量，增加甘油三酯的沉積。然而缺乏去甲基化活性的FTO突變體不能調(diào)節(jié)線粒體DNA和甘油三酯含量，表明FTO通過調(diào)節(jié)肝細(xì)胞中m6A水平來影響脂肪代謝。

FTO通過調(diào)控MCE過程來影響脂肪形成。Merkestein等[25]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO過表達(dá)(FTO-4)小鼠的原代脂肪細(xì)胞和小鼠胚胎成纖維細(xì)胞(MEFs)具有更高的脂肪分化潛能，而來自FTO基因敲除(FTO-KO)小鼠的MEFs則顯示出脂肪生成減少。Wu等[26]發(fā)現(xiàn)沉默F(xiàn)TO可通過在脂肪生成早期破壞細(xì)胞周期進(jìn)程，抑制前脂肪細(xì)胞的脂肪生成。FTO沉默顯著降低了細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子CCNA2和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶2(CDK2)的表達(dá)，從而導(dǎo)致細(xì)胞周期延遲和脂肪形成抑制。

2.3 m6A相互作用蛋白逆轉(zhuǎn)脂肪生成 在m6A相互作用蛋白中，YTHDF2通過m6A甲基化逆轉(zhuǎn)FTO介導(dǎo)的脂肪生成。在3T3-L1細(xì)胞中，CCNA2和CDK2在MCE中起重要作用，F(xiàn)TO過表達(dá)和YTHDF2沉默顯著增加了CCNA2和CDK2蛋白水平，改善了綠茶提取物(EGCG)抑制脂肪生成的作用[27]。敲除FTO基因后，CCNA2和CDK2 mRNA的m6A水平顯著上調(diào)。m6A結(jié)合蛋白YTHDF2識(shí)別并降解CCNA2和CDK2的甲基化mRNA，導(dǎo)致蛋白表達(dá)下降，延長細(xì)胞周期，抑制脂肪生成[26]。此外，敲除YTHDF2基因?qū)е翽PARα mRNA的表達(dá)增加，脂質(zhì)積累減少，提示PPARα的m6A甲基化是由YTHDF2介導(dǎo)的mRNA降解的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制[20]。

3 m6A甲基化在NAFLD中的臨床意義

m6A甲基化在肝臟疾病的維持和進(jìn)展中起重要作用，可能是一種潛在的治療靶點(diǎn)。姜黃素是一種低分子量的多酚類天然化合物，存在于根莖植物姜黃中[28]。Lu等[29]發(fā)現(xiàn)姜黃素可降低脂多糖誘導(dǎo)的斷奶仔豬中相對(duì)肝重的增加，使總膽固醇和甘油三酯水平降低，并且影響了METTL3、METTL14、FTO、YTHDF2 mRNA的表達(dá)，增加了仔豬肝臟中m6A的豐度，對(duì)肝損傷和肝脂代謝紊亂具有保護(hù)作用，具體機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。甜菜堿作為一種甲基供體的補(bǔ)充劑在NAFLD中也有一定作用。最近的研究表明，甜菜堿通過降低FTO的表達(dá)，改善肝臟m6A的甲基化狀態(tài)，降低FASN和SCD mRNA以及甘油三酯水平，從而在NAFLD中起到保護(hù)肝臟的作用[24]。Zhang等[30]發(fā)現(xiàn)，甜菜堿通過介導(dǎo)FTO抑制肝臟脂肪積累并增加線粒體DNA含量和活性，表明甜菜堿參與脂質(zhì)和能量代謝的調(diào)節(jié)。研究還發(fā)現(xiàn)，甜菜堿對(duì)小鼠肝臟脂肪變性的抑制作用與肝臟中AMP活化蛋白激酶的活化增加，調(diào)節(jié)肝臟葡萄糖和脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)有關(guān)[31]。m6A修飾在與姜黃素或甜菜堿相關(guān)的肝臟疾病治療中的作用和效果還需進(jìn)一步研究。

綜上所述，m6A甲基化修飾在NAFLD發(fā)生、發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，m6A甲基化水平可能是早期診斷NAFLD的潛在指標(biāo)，為未來該疾病在臨床中的精確診斷和治療提供一條新途徑。