湯宇 喻溥蛟 許嘉鴻

在過去幾十年間，絕大多數(shù)表觀遺傳學(xué)的研究重點都聚焦于DNA修飾以及DNA相關(guān)組蛋白的化學(xué)標記上，這些可逆的、不同的修飾方法和化學(xué)標記影響著基因的表達、決定了個體的表型性狀，影響著細胞的分化和發(fā)育。近年來，隨著基礎(chǔ)研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)在mRNA以及其他RNA，包括一些非編碼RNA中也存在類似的調(diào)控機制。已有100多種RNA轉(zhuǎn)錄后修飾方式被鑒定出來[1-2]，其中以N6-甲基嘌呤(m6A)的甲基化修飾最為常見，這種可逆的RNA修飾參與調(diào)控了眾多的病理生理進程。

1 m6A概述

m6A是最常見的一種RNA轉(zhuǎn)錄后修飾，于1974年在哺乳動物細胞的聚腺苷酸RNA中首次被發(fā)現(xiàn)[3]。2012年，兩支團隊各自獨立發(fā)布了m6A的首個位點圖譜，通過RNA甲基化免疫共沉淀高通量測序(MeRIP-Seq)的方法揭示了來自人類和小鼠中約7 000個基因的mRNA上的12 000多個甲基化位點。m6A修飾主要發(fā)生在RNA的5′-RRACH-3′序列中(R可以是A或G，H可以是A、C或U)，高通量測序證明了m6A修飾不是隨機分布在成熟的轉(zhuǎn)錄本中，而是在特定的轉(zhuǎn)錄標記處富集，如最后1個轉(zhuǎn)錄的外顯子，接近5′UTR，終止密碼子附近以及臨近終止密碼子的3′UTR[4-5]。研究顯示，m6A修飾廣泛存在于不同種屬的真核生物中，包括果蠅、酵母、擬南芥等，甚至病毒中也存在m6A修飾。m6A介導(dǎo)了超過80%的RNA堿基甲基化，而這種甲基化不僅會影響RNA的剪切，還會影響翻譯RNA的穩(wěn)定性[6]。

2 m6A酶系統(tǒng)

m6A的功能目前普遍認為由3個部分決定，包括編碼器(writer)、消碼器(eraser)和讀碼器(reader)。

編碼器是指甲基轉(zhuǎn)移酶，可催化RNA上的堿基發(fā)生m6A修飾，已知的酶有甲基轉(zhuǎn)移酶樣3(METTL3)、甲基轉(zhuǎn)移酶樣14(METTL14)、Wilms腫瘤1相關(guān)蛋白(WTAP)等。這些蛋白形成復(fù)合物，共同行使催化功能，其中METTL3和METTL14可形成穩(wěn)定的異二聚體催化m6A修飾。WTAP等則協(xié)助METTL3-METTL14異二聚體的核定位，促進m6A沉積。

消碼器是指去甲基化酶，已知的復(fù)合物有α-酮戊二酸酯依賴性雙加氧酶同系物5(ALKBH5)和脂肪量和肥胖相關(guān)蛋白(FTO)，它們都屬于ALKB家族。

RNA的m6A修飾可視為甲基轉(zhuǎn)移酶和去甲基化酶參與的動態(tài)可逆過程，最終只有識別m6A的結(jié)合蛋白與修飾后的RNA結(jié)合，才能發(fā)揮特定的功能，這些蛋白也被稱為讀碼器。

3 m6A在心血管系統(tǒng)中的研究進展

大多數(shù)關(guān)于m6A的研究集中在腫瘤和代謝性疾病中[7]，RNA的甲基化修飾對于各臟器各類型細胞的生長發(fā)育凋亡都有較強的調(diào)控作用。m6A甲基化修飾參與調(diào)控了心肌細胞的基因表達，參與了心肌細胞的生長[8]，這也說明m6A在心血管系統(tǒng)中的作用非常重要。

3.1 m6A在高血壓中的作用

m6A甲基化修飾與高血壓發(fā)病有密切聯(lián)系。研究顯示，在高爾基體中SNAP受體復(fù)合物2基因上的m6A相關(guān)單核苷酸多態(tài)性(m6A-SNP)突變(Lys67Arg和rs197922)與白種人高血壓發(fā)病呈正相關(guān)[9]。m6A-SNP(rs9847953和rs197922)可以改變血壓相關(guān)基因的表達，mRNA的穩(wěn)定性和體內(nèi)穩(wěn)態(tài)調(diào)控，與中國人群高血壓也有一定的相關(guān)性[10]。此外m6A-SNP(Arg386Gly、rs1801253、Ser49Gly、rs1801253)可以影響編碼β1-腎上腺素能受體，而后者正是高血壓病理生理機制中重要的組成部分[11-12]。FTO 的一些常見遺傳變異與高血壓微小RNA患者的血壓變化呈正相關(guān)[13]。研究顯示，m6A可以在缺氧的條件下通過調(diào)控環(huán)狀RNA(circRNA)-微小RNA(miRNA)-mRNA的信號網(wǎng)絡(luò)介導(dǎo)肺動脈高壓的發(fā)生，m6A-circXpo6和m6A-circTmtc3可能是其中重要的2個m6A修飾后分子[14]。

3.2 m6A在心臟缺血再灌注損傷中的功能及作用

缺血再灌注損傷的機制包括氧自由基的堆積、心肌細胞的凋亡、鈣離子超載、炎性瀑布反應(yīng)等[15-16]。缺氧狀態(tài)下一些mRNA的穩(wěn)定性也與m6A甲基化修飾密切相關(guān)[17]。研究顯示METTL3介導(dǎo)的miRNA-873-5p的m6A修飾能夠通過調(diào)節(jié)Kelch樣ECH相關(guān)蛋白1/核因子E2相關(guān)因子2信號通路(Keap1/Nrf2)，降低腎臟缺血再灌注損傷中的氧化應(yīng)激反應(yīng)[18]，這提示m6A對于心臟的缺血再灌注損傷可能也有同樣的調(diào)控作用。METTL3參與調(diào)控了轉(zhuǎn)錄因子EB(TFEB) mRNA的m6A甲基化修飾，最終導(dǎo)致TFEB表達下降，氧化應(yīng)激損傷后的心肌細胞自噬水平降低，促進心肌細胞凋亡。而去甲基化酶ALKBH5的過表達則可以逆轉(zhuǎn)METTL3的惡化作用[19]。在一項納入207例動脈粥樣硬化患者以及142名健康對照者的研究中發(fā)現(xiàn)，動脈粥樣硬化患者外周血白細胞的m6A水平顯著低于健康對照者[(0.04±0.002)% 對(0.013±0.004)%]，外周血白細胞的m6A水平與血小板大小(r=-0.255，P=0.048)以及易脆性(r=-0.462，P<0.01)呈負相關(guān)，敲除ALKBH1能夠改善動脈粥樣硬化后升高的心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄本， ALKBH1可能用于動脈粥樣硬化的早期診斷[20]。

3.3 m6A在心室重構(gòu)中的作用

心室重構(gòu)是慢性心力衰竭的主要病理基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)錄后調(diào)控對于心肌肥大至關(guān)重要。METTL3介導(dǎo)的m6A甲基化是心肌肥大所必須的調(diào)控步驟，單純增強METTL3促進m6A甲基化可以在沒有刺激的條件下產(chǎn)生適應(yīng)性的心肌細胞肥大[21]。有研究報道小鼠心臟中m6A的水平在心肌梗死后的1周即顯著增加，而FTO在心力衰竭的小鼠心臟中表達明顯下降， FTO能夠介導(dǎo)心肌收縮相關(guān)轉(zhuǎn)錄物的選擇性去甲基化，這些收縮相關(guān)轉(zhuǎn)錄物的mRNA能夠穩(wěn)定表達是心臟能夠保持正常收縮功能的關(guān)鍵因子，人為地上調(diào)FTO在小鼠心臟中的表達水平可以顯著抑制缺血再灌注損傷后心臟的病理性重構(gòu)以及心臟纖維化[22]。心臟特異性敲除FTO的小鼠可表現(xiàn)為基礎(chǔ)心率和緊張后心率較正常小鼠增加、發(fā)生心房顫動和心室顫動的概率增加、誘導(dǎo)后更容易產(chǎn)生心律失常、基礎(chǔ)條件下即可發(fā)生心肌肥大等特點[23]。進一步研究顯示，F(xiàn)TO的作用可能通過影響非受體酪氨酸激酶2/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子3通路(JAK2/STAT3)通路實現(xiàn)，但這種影響是否因FTO改變了m6A的水平還需要進一步驗證[24]。

4 展望

目前，m6A的調(diào)控在生理條件下的作用有待進一步明確；m6A對心臟再生、穩(wěn)定心臟電生理活動的作用亦有待探索。近年來，許多miRNA、circRNA相繼被發(fā)現(xiàn)參與調(diào)控了心臟中重要的病理生理過程，m6A也被證實可以對非編碼RNA進行修飾[25-26]，這提示m6A的作用可能更廣泛。