m6A甲基化在心血管疾病中的研究概况

王超博，莫霄云，黄 琛，杨苹花，王雯雯，黄金琳，赵胜玲

（1.广西中医药大学，广西 南宁 530200；2.广西中医药大学第一附属医院，广西 南宁 530023）

心血管疾病又称循环系统疾病，是一类严重危害人类生命健康的系统性疾病。随着经济水平的发展，人口老龄化不断加剧，我国高血压、冠心病等心血管疾病的发病率呈持续升高趋势。N6-腺苷酸甲基化（m6A）是指在RNA 腺苷酸的第6 位氮原子上发生的动态和可逆的甲基化修饰，由甲基转移酶、甲基化阅读蛋白和去甲基化酶共同作用，是表观遗传调节的另一种形式［1］。m6A 是真核信使核糖核酸（mRNAs）中最常见的内部修饰物，在许多生物过程中起着重要作用，目前发现m6A 修饰可改变肿瘤发展、调控精子、调控造血干细胞定向分化等［2-4］。近年来研究人员发现m6A 与心血管疾病的发生发展关系密切，本文就m6A甲基化的相关概念、生物学功能以及在心血管系统中的研究进展作一综述，旨为心血管疾病的临床治疗提供新思路。

1 m6A概述

1.1 甲基转移酶 甲基转移酶主要由甲基转移酶样3（METTL3）、Wilms 肿瘤1相关蛋白（WTAP）和甲基转移酶样14（METTL14）组成，共同进行体内m6A 甲基转移酶的催化［5］。研究表明，METTL3为催化中心，是具有催化活性的甲基转移酶，包含一个保守的活性亚基DPPW 基序，用于激活修饰的腺嘌呤碱基的第6 位氮原子，此外，METTL3催化结构域是唯一一个具有空腔的结构域，可以容纳必要的甲基供体SAM［6］。除了具有催化活性外，METTL3 还含有CCCH 型锌结合基序，这些基序对于RNA 的体外甲基化至关重要，可能是与RNA 底物相互作用所必需的。与METTL3 相比，METTL14 则具有更多不同的EPPL 序列，METTL14 本身不进行催化，但是它可以稳定并促进METTL3 的催化活性。Xiao 等［7］发现WTAP 与METTL3、METTL14相互作用后定位到富含前mRNA 加工因子的核斑点，是体内m6A甲基转移酶催化活性的必需点位。WTAP和METTL3 在体内结合的大多数RNA 代表含有共有m6A 基序的mRNA。在没有WTAP 的情况下，MET⁃TL3 的RNA 结合能力大大降低，表明WTAP 可能起到调节m6A 甲基转移酶复合物向mRNA 靶标募集的作用。此外，WTAP 可能在m6A 甲基转移酶复合物中起调节亚基的作用，并在RNA代谢的表位转录组调节中起关键作用。

1.2 甲基化阅读蛋白 甲基化阅读蛋白主要有：YT521-B 同源（YTH）结构域的蛋白质，包括人类YTH结构域家族1～3（YTHDF1～3）和含有1～2 的YTH 结构域（YTHDC1～2）；异质核核糖核蛋白（HNRNPs），包括HNRNPC，HNRNPG 和HNRNPA2B1；胰岛素样生长因子2 mRNA 结合蛋白1～3（IGF2BP1～3）。Wang 等［8］发现YTHDF1可识别细胞内RNA 转录物上的m6A，调节m6A 修饰的mRNA 的翻译动力学，从而促进mRNA 的翻译。Du 等［9］发现YTHDF2 通过募集CCR4-NOT 腺苷酸酶复合物促进其靶标转录物的降解。Shi等［10］则发现YTHDF3 能够识别细胞内转录物的m6A 修饰，而YTHDF3 可直接募集翻译起始因子来促进其目标mRNA的翻译效率，并促进YTHDF1的功能，表明细胞内部的3 种YTHDF 蛋白具有相互协调作用。Wu等［11］研究表明，HNRNPC，HNRNPG 和HNRNPA2B1的作用是调节靶标转录物的选择性剪接或加工。Huang 等［12］发现，胰岛素样生长因子2 mRNA 结合蛋白1～3（IGF2BP1～3）的KH 域可识别m6A，以m6A依赖性的方式稳定靶标mRNA，并且负责m6A 调节基因的表达输出。2019年的一项研究［13］将Prrc2a（富含脯氨酸的卷曲螺旋2 A）添加到m6A 甲基化阅读蛋白的列表中，结果提示其可控制少突胶质细胞的规格和髓鞘形成，稳定髓鞘形成所需的m6A修饰的关键转录物。

1.3 去甲基化酶 去甲基化酶目前发现了两种，分别是脂肪质量和肥胖相关蛋白（fat mass and obesity-as⁃sociated protein，FTO）、Fe（Ⅱ）-α-酮戊二酸双加氧酶同系物5（AlkB homologue 5，ALKBH5）。二者均属于α-酮戊二酸依赖性双加氧酶家族中的一员，Jia 等［14］发现FTO 蛋白是一种RNA 脱甲基酶，可氧化去除m6A mRNA 的修饰，提示核RNA 中N6-甲基腺苷是FTO 的底物。Mauer 等［15］最新研究发现，FTO 调节的位点特异性定位于Sm 类snRNA 的TSN 区域，并且所有Sm 类snRNA 都是FTO 介导的去甲基化的底物，得出FTO 选择性地使小的核RNA 脱甲基的结论，提示snRNA 中的甲基化信息可能影响mRNA 的剪接。Zheng 等［16］在Hela 细胞中通过siRNA 敲除ALKBH5后，观察到总mRNA 中m6A 含量增加；同时ALKBH5在Hela细胞中过表达，会导致总mRNA中m6A水平显著降低。这些数据证实mRNA中的m6A是细胞内AL⁃KBH5 的生理学相关底物，而且核mRNA 与细胞质mRNA 的比例发生了显著变化。这表明ALKBH5 影响mRNA 的输出主要是通过调节其去甲基化活性的途径。另外，通过SC35-pi 染色实验发现ALKBH5 与核斑点共定位并影响mRNA加工因子的装配/修饰。

2 m6A甲基化与心血管疾病的关系

2.1 m6A 甲基化与心力衰竭 心力衰竭是心脏疾病发展的终末阶段所表现出来的一组复杂的临床综合征，是大多数器质性心脏病常见的并发症，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细胞在刺激生长时发生肥大的能力，而m6A RNA 甲基化酶METTL3的表达增加足以在体外和体内促进心肌细胞肥大，心脏特异性MET⁃TL3 敲除小鼠表现出随着衰老和压力的增加，其心力衰竭的形态和功能迹象更明显，表明RNA甲基化对于维持心脏稳态的必要性。还有学者［18］研究探讨并阐明了mRNA m6A 表观修饰在心脏基因表达中的关键作用，他们发现人类心脏m6A RNA 甲基化是动态的，健康和患病的人类心脏组织之间存在差异，衰竭心肌中的mRNA m6A 水平升高，敲除METTL3 可使心肌肥厚性标志物心房利钠肽前体A、B 的表达显著增加，表明了m6A 的失调是心力衰竭发展过程中的一个重要原因。Mathiyalagan 等［19］研究表明，m6A 的失调是哺乳动物心力衰竭的重要标志，FTO 在衰竭的哺乳动物心脏和缺氧心肌细胞中表达降低，从而增加RNA中的m6A 并降低心肌细胞的收缩功能；改善衰竭小鼠心脏中FTO 的表达，减弱了缺血诱导的m6A增加和心脏收缩功能的降低；FTO 选择性地使SERCA2a mRNA 去甲基化，从而防止它们在缺血状态下降解并改善它们的蛋白质表达；还证明FTO 在心肌梗死小鼠模型中的过表达，减少了纤维化并促进血管生成。总的来说，以上研究证明了m6A 甲基化在心力衰竭期中发挥重要功能，并为心力衰竭的治疗机制提供了新的思路。

2.2 m6A 甲基化与高血压 高血压是动脉血压高于正常值并可伴有靶器官损害的临床综合征，是导致心血管病发生的最主要因素。Paramasivam 等［20］通过对大鼠FTO 基因变异研究发现，m6A 甲基化可以作为高血压新分子靶标。Wu 等［21］通过m6A 高通量测序检测Wistar-Kyoto 大鼠周细胞和自发性高血压大鼠周细胞的m6A 甲基化水平，结果发现m6A 甲基化在mRNA的编码序列区域3'UTR 和5'UTR 中更富集，m6A 基序在所研究的不同条件下相对保守，且自发性高血压大鼠周细胞的平均m6A 丰度表现出周细胞的全面减少。揭示了m6A 水平可能与高血压发病相关，并确定了哺乳动物高血压发展过程中的表观转录组学机制。

2.3 m6A 甲基化与动脉粥样硬化 动脉粥样硬化是一种以纤维增殖、慢性炎症、脂质蓄积和血管壁免疫紊乱为特征的病理性疾病。随着动脉粥样硬化斑块发展到晚期，易损斑块易于破裂，从而引起急性心血管事件，包括缺血性中风和心肌梗塞。Dong 等［22］发现METTL14在内皮细胞炎症中起着重要的调节作用。通过调节FOXO1 mRNA 的m6A 修饰来促进FOXO1 mRNA的翻译，增加内皮黏附分子VCAM-1和ICAM-1的表达，从而促进单核-内皮黏附，最终导致动脉粥样硬化的发展。此研究首次证明m6A 甲基化修饰在动脉粥样硬化中所起的作用，而且还突出了预防和治疗动脉粥样硬化的潜在目标。Zhang 等［23］则发现MET⁃TL14可增加pri-miR-19a的m6A修饰，促进成熟miR-19a 的加工，从而促进动脉粥样硬化血管内皮细胞（ASVEC）的增殖和侵袭。这些结果表明METTL14/m6A/miR-19a 信号通路可能是动脉粥样硬化治疗的新靶点。

2.4 m6A 甲基化与心肌肥厚 心肌肥厚是心脏在长期压力负荷过重的情况下产生的代偿性结果，为了使人体得以维持正常的血液循环，心肌细胞就要产生一种代偿功能，使其自身变得肥大以满足机体的需求。Dorn 等［17］测量了心肌细胞mRNA 上m6A 甲基化的水平，发现在心肌细胞肥大条件下，m6A 甲基化最丰富，并增加了对涉及蛋白激酶和细胞内信号通路的基因进行富集化，表明其在心肌细胞肥大发展中具有一定的潜在作用。METTL3的抑制完全消除了心肌细胞在刺激生长时发生肥大的能力，而m6A RNA 甲基化酶METTL3 的表达增加会促进心肌细胞肥大，心脏特异性METTL3敲除小鼠表现出心力衰竭的形态和功能迹象，表明RNA甲基化对于维持心脏稳态的必要性。

3 展 望

RNA 存在超过100 种修饰，其中最常见的内部修饰之一就是N6-腺苷酸甲基化（m6A），m6A 甲基化修饰的参与者包括甲基转移酶、甲基化阅读蛋白和去甲基化酶等。m6A 的生物学功能在近年备受关注，已成为生命科学研究的热点之一，大量研究已经揭示了m6A是普遍存在于多种物种中的RNA修饰，在生物生理和病理过程中发挥具有巨大作用，m6A 甲基化蛋白可能会成为新的疾病标志物。然而，m6A 甲基化修饰在心血管领域方面的研究尚未成熟，目前仍有部分调控机制尚未阐明，虽然学者们对m6A 甲基化修饰在心血管疾病中作用的探索已经初见成果，但仍存在很多问题和挑战，比如Prrc2a 的具体作用机制？m6A 甲基化如何调控血压的水平？METTL3、METTL14 在同一疾病中的作用机制有何异同？RNA 的可逆修饰还有很多知识有待探索，期待今后建立更多的动物和细胞模型来深入研究m6A 甲基化作用，以及这些作用的具体机制，并将其应用到心血管疾病防治的临床实践中，为心血管疾病的预防、诊断和治疗提供更多的思路和途径。