m6A甲基化在心血管疾病中的研究概況

王超博，莫霄云，黃 琛，楊蘋花，王雯雯，黃金琳，趙勝玲

（1.廣西中醫(yī)藥大學，廣西 南寧 530200；2.廣西中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院，廣西 南寧 530023）

心血管疾病又稱循環(huán)系統(tǒng)疾病，是一類嚴重危害人類生命健康的系統(tǒng)性疾病。隨著經(jīng)濟水平的發(fā)展，人口老齡化不斷加劇，我國高血壓、冠心病等心血管疾病的發(fā)病率呈持續(xù)升高趨勢。N6-腺苷酸甲基化（m6A）是指在RNA 腺苷酸的第6 位氮原子上發(fā)生的動態(tài)和可逆的甲基化修飾，由甲基轉(zhuǎn)移酶、甲基化閱讀蛋白和去甲基化酶共同作用，是表觀遺傳調(diào)節(jié)的另一種形式［1］。m6A 是真核信使核糖核酸（mRNAs）中最常見的內(nèi)部修飾物，在許多生物過程中起著重要作用，目前發(fā)現(xiàn)m6A 修飾可改變腫瘤發(fā)展、調(diào)控精子、調(diào)控造血干細胞定向分化等［2-4］。近年來研究人員發(fā)現(xiàn)m6A 與心血管疾病的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切，本文就m6A甲基化的相關(guān)概念、生物學功能以及在心血管系統(tǒng)中的研究進展作一綜述，旨為心血管疾病的臨床治療提供新思路。

1 m6A概述

1.1 甲基轉(zhuǎn)移酶 甲基轉(zhuǎn)移酶主要由甲基轉(zhuǎn)移酶樣3（METTL3）、Wilms 腫瘤1相關(guān)蛋白（WTAP）和甲基轉(zhuǎn)移酶樣14（METTL14）組成，共同進行體內(nèi)m6A 甲基轉(zhuǎn)移酶的催化［5］。研究表明，METTL3為催化中心，是具有催化活性的甲基轉(zhuǎn)移酶，包含一個保守的活性亞基DPPW 基序，用于激活修飾的腺嘌呤堿基的第6 位氮原子，此外，METTL3催化結(jié)構(gòu)域是唯一一個具有空腔的結(jié)構(gòu)域，可以容納必要的甲基供體SAM［6］。除了具有催化活性外，METTL3 還含有CCCH 型鋅結(jié)合基序，這些基序?qū)τ赗NA 的體外甲基化至關(guān)重要，可能是與RNA 底物相互作用所必需的。與METTL3 相比，METTL14 則具有更多不同的EPPL 序列，METTL14 本身不進行催化，但是它可以穩(wěn)定并促進METTL3 的催化活性。Xiao 等［7］發(fā)現(xiàn)WTAP 與METTL3、METTL14相互作用后定位到富含前mRNA 加工因子的核斑點，是體內(nèi)m6A甲基轉(zhuǎn)移酶催化活性的必需點位。WTAP和METTL3 在體內(nèi)結(jié)合的大多數(shù)RNA 代表含有共有m6A 基序的mRNA。在沒有WTAP 的情況下，MET?TL3 的RNA 結(jié)合能力大大降低，表明WTAP 可能起到調(diào)節(jié)m6A 甲基轉(zhuǎn)移酶復合物向mRNA 靶標募集的作用。此外，WTAP 可能在m6A 甲基轉(zhuǎn)移酶復合物中起調(diào)節(jié)亞基的作用，并在RNA代謝的表位轉(zhuǎn)錄組調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用。

1.2 甲基化閱讀蛋白 甲基化閱讀蛋白主要有：YT521-B 同源（YTH）結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)，包括人類YTH結(jié)構(gòu)域家族1～3（YTHDF1～3）和含有1～2 的YTH 結(jié)構(gòu)域（YTHDC1～2）；異質(zhì)核核糖核蛋白（HNRNPs），包括HNRNPC，HNRNPG 和HNRNPA2B1；胰島素樣生長因子2 mRNA 結(jié)合蛋白1～3（IGF2BP1～3）。Wang 等［8］發(fā)現(xiàn)YTHDF1可識別細胞內(nèi)RNA 轉(zhuǎn)錄物上的m6A，調(diào)節(jié)m6A 修飾的mRNA 的翻譯動力學，從而促進mRNA 的翻譯。Du 等［9］發(fā)現(xiàn)YTHDF2 通過募集CCR4-NOT 腺苷酸酶復合物促進其靶標轉(zhuǎn)錄物的降解。Shi等［10］則發(fā)現(xiàn)YTHDF3 能夠識別細胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄物的m6A 修飾，而YTHDF3 可直接募集翻譯起始因子來促進其目標mRNA的翻譯效率，并促進YTHDF1的功能，表明細胞內(nèi)部的3 種YTHDF 蛋白具有相互協(xié)調(diào)作用。Wu等［11］研究表明，HNRNPC，HNRNPG 和HNRNPA2B1的作用是調(diào)節(jié)靶標轉(zhuǎn)錄物的選擇性剪接或加工。Huang 等［12］發(fā)現(xiàn)，胰島素樣生長因子2 mRNA 結(jié)合蛋白1～3（IGF2BP1～3）的KH 域可識別m6A，以m6A依賴性的方式穩(wěn)定靶標mRNA，并且負責m6A 調(diào)節(jié)基因的表達輸出。2019年的一項研究［13］將Prrc2a（富含脯氨酸的卷曲螺旋2 A）添加到m6A 甲基化閱讀蛋白的列表中，結(jié)果提示其可控制少突膠質(zhì)細胞的規(guī)格和髓鞘形成，穩(wěn)定髓鞘形成所需的m6A修飾的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄物。

1.3 去甲基化酶 去甲基化酶目前發(fā)現(xiàn)了兩種，分別是脂肪質(zhì)量和肥胖相關(guān)蛋白（fat mass and obesity-as?sociated protein，F(xiàn)TO）、Fe（Ⅱ）-α-酮戊二酸雙加氧酶同系物5（AlkB homologue 5，ALKBH5）。二者均屬于α-酮戊二酸依賴性雙加氧酶家族中的一員，Jia 等［14］發(fā)現(xiàn)FTO 蛋白是一種RNA 脫甲基酶，可氧化去除m6A mRNA 的修飾，提示核RNA 中N6-甲基腺苷是FTO 的底物。Mauer 等［15］最新研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO 調(diào)節(jié)的位點特異性定位于Sm 類snRNA 的TSN 區(qū)域，并且所有Sm 類snRNA 都是FTO 介導的去甲基化的底物，得出FTO 選擇性地使小的核RNA 脫甲基的結(jié)論，提示snRNA 中的甲基化信息可能影響mRNA 的剪接。Zheng 等［16］在Hela 細胞中通過siRNA 敲除ALKBH5后，觀察到總mRNA 中m6A 含量增加；同時ALKBH5在Hela細胞中過表達，會導致總mRNA中m6A水平顯著降低。這些數(shù)據(jù)證實mRNA中的m6A是細胞內(nèi)AL?KBH5 的生理學相關(guān)底物，而且核mRNA 與細胞質(zhì)mRNA 的比例發(fā)生了顯著變化。這表明ALKBH5 影響mRNA 的輸出主要是通過調(diào)節(jié)其去甲基化活性的途徑。另外，通過SC35-pi 染色實驗發(fā)現(xiàn)ALKBH5 與核斑點共定位并影響mRNA加工因子的裝配/修飾。

2 m6A甲基化與心血管疾病的關(guān)系

2.1 m6A 甲基化與心力衰竭 心力衰竭是心臟疾病發(fā)展的終末階段所表現(xiàn)出來的一組復雜的臨床綜合征，是大多數(shù)器質(zhì)性心臟病常見的并發(fā)癥，也是心血管疾病的主要死因。Dorn 等［17］研究表明，METTL3 的抑制完全消除了心肌細胞在刺激生長時發(fā)生肥大的能力，而m6A RNA 甲基化酶METTL3的表達增加足以在體外和體內(nèi)促進心肌細胞肥大，心臟特異性MET?TL3 敲除小鼠表現(xiàn)出隨著衰老和壓力的增加，其心力衰竭的形態(tài)和功能跡象更明顯，表明RNA甲基化對于維持心臟穩(wěn)態(tài)的必要性。還有學者［18］研究探討并闡明了mRNA m6A 表觀修飾在心臟基因表達中的關(guān)鍵作用，他們發(fā)現(xiàn)人類心臟m6A RNA 甲基化是動態(tài)的，健康和患病的人類心臟組織之間存在差異，衰竭心肌中的mRNA m6A 水平升高，敲除METTL3 可使心肌肥厚性標志物心房利鈉肽前體A、B 的表達顯著增加，表明了m6A 的失調(diào)是心力衰竭發(fā)展過程中的一個重要原因。Mathiyalagan 等［19］研究表明，m6A 的失調(diào)是哺乳動物心力衰竭的重要標志，F(xiàn)TO 在衰竭的哺乳動物心臟和缺氧心肌細胞中表達降低，從而增加RNA中的m6A 并降低心肌細胞的收縮功能；改善衰竭小鼠心臟中FTO 的表達，減弱了缺血誘導的m6A增加和心臟收縮功能的降低；FTO 選擇性地使SERCA2a mRNA 去甲基化，從而防止它們在缺血狀態(tài)下降解并改善它們的蛋白質(zhì)表達；還證明FTO 在心肌梗死小鼠模型中的過表達，減少了纖維化并促進血管生成?？偟膩碚f，以上研究證明了m6A 甲基化在心力衰竭期中發(fā)揮重要功能，并為心力衰竭的治療機制提供了新的思路。

2.2 m6A 甲基化與高血壓 高血壓是動脈血壓高于正常值并可伴有靶器官損害的臨床綜合征，是導致心血管病發(fā)生的最主要因素。Paramasivam 等［20］通過對大鼠FTO 基因變異研究發(fā)現(xiàn)，m6A 甲基化可以作為高血壓新分子靶標。Wu 等［21］通過m6A 高通量測序檢測Wistar-Kyoto 大鼠周細胞和自發(fā)性高血壓大鼠周細胞的m6A 甲基化水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)m6A 甲基化在mRNA的編碼序列區(qū)域3'UTR 和5'UTR 中更富集，m6A 基序在所研究的不同條件下相對保守，且自發(fā)性高血壓大鼠周細胞的平均m6A 豐度表現(xiàn)出周細胞的全面減少。揭示了m6A 水平可能與高血壓發(fā)病相關(guān)，并確定了哺乳動物高血壓發(fā)展過程中的表觀轉(zhuǎn)錄組學機制。

2.3 m6A 甲基化與動脈粥樣硬化 動脈粥樣硬化是一種以纖維增殖、慢性炎癥、脂質(zhì)蓄積和血管壁免疫紊亂為特征的病理性疾病。隨著動脈粥樣硬化斑塊發(fā)展到晚期，易損斑塊易于破裂，從而引起急性心血管事件，包括缺血性中風和心肌梗塞。Dong 等［22］發(fā)現(xiàn)METTL14在內(nèi)皮細胞炎癥中起著重要的調(diào)節(jié)作用。通過調(diào)節(jié)FOXO1 mRNA 的m6A 修飾來促進FOXO1 mRNA的翻譯，增加內(nèi)皮黏附分子VCAM-1和ICAM-1的表達，從而促進單核-內(nèi)皮黏附，最終導致動脈粥樣硬化的發(fā)展。此研究首次證明m6A 甲基化修飾在動脈粥樣硬化中所起的作用，而且還突出了預防和治療動脈粥樣硬化的潛在目標。Zhang 等［23］則發(fā)現(xiàn)MET?TL14可增加pri-miR-19a的m6A修飾，促進成熟miR-19a 的加工，從而促進動脈粥樣硬化血管內(nèi)皮細胞（ASVEC）的增殖和侵襲。這些結(jié)果表明METTL14/m6A/miR-19a 信號通路可能是動脈粥樣硬化治療的新靶點。

2.4 m6A 甲基化與心肌肥厚 心肌肥厚是心臟在長期壓力負荷過重的情況下產(chǎn)生的代償性結(jié)果，為了使人體得以維持正常的血液循環(huán)，心肌細胞就要產(chǎn)生一種代償功能，使其自身變得肥大以滿足機體的需求。Dorn 等［17］測量了心肌細胞mRNA 上m6A 甲基化的水平，發(fā)現(xiàn)在心肌細胞肥大條件下，m6A 甲基化最豐富，并增加了對涉及蛋白激酶和細胞內(nèi)信號通路的基因進行富集化，表明其在心肌細胞肥大發(fā)展中具有一定的潛在作用。METTL3的抑制完全消除了心肌細胞在刺激生長時發(fā)生肥大的能力，而m6A RNA 甲基化酶METTL3 的表達增加會促進心肌細胞肥大，心臟特異性METTL3敲除小鼠表現(xiàn)出心力衰竭的形態(tài)和功能跡象，表明RNA甲基化對于維持心臟穩(wěn)態(tài)的必要性。

3 展 望

RNA 存在超過100 種修飾，其中最常見的內(nèi)部修飾之一就是N6-腺苷酸甲基化（m6A），m6A 甲基化修飾的參與者包括甲基轉(zhuǎn)移酶、甲基化閱讀蛋白和去甲基化酶等。m6A 的生物學功能在近年備受關(guān)注，已成為生命科學研究的熱點之一，大量研究已經(jīng)揭示了m6A是普遍存在于多種物種中的RNA修飾，在生物生理和病理過程中發(fā)揮具有巨大作用，m6A 甲基化蛋白可能會成為新的疾病標志物。然而，m6A 甲基化修飾在心血管領(lǐng)域方面的研究尚未成熟，目前仍有部分調(diào)控機制尚未闡明，雖然學者們對m6A 甲基化修飾在心血管疾病中作用的探索已經(jīng)初見成果，但仍存在很多問題和挑戰(zhàn)，比如Prrc2a 的具體作用機制？m6A 甲基化如何調(diào)控血壓的水平？METTL3、METTL14 在同一疾病中的作用機制有何異同？RNA 的可逆修飾還有很多知識有待探索，期待今后建立更多的動物和細胞模型來深入研究m6A 甲基化作用，以及這些作用的具體機制，并將其應(yīng)用到心血管疾病防治的臨床實踐中，為心血管疾病的預防、診斷和治療提供更多的思路和途徑。