朱晨雨，程文櫟，張文娟

（暨南大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與公共衛(wèi)生學(xué)院，廣東廣州 510632）

RNA甲基化是在甲基轉(zhuǎn)移酶催化下，由S-腺苷甲硫氨酸提供甲基供體，在轉(zhuǎn)錄后階段由甲基取代RNA 分子中氮原子和氧原子的過程［1］。RNA 甲基化動態(tài)可逆，影響RNA定位、剪接、翻譯、穩(wěn)定性、易位和衰變等多種生物學(xué)功能［2］，進(jìn)而參與調(diào)控疾病的發(fā)生和發(fā)展。

外源因素，如電離輻射、缺氧、化療藥物、氧化物和重金屬等，可誘導(dǎo)機(jī)體發(fā)生氧化應(yīng)激，進(jìn)而使RNA 甲基化發(fā)生不同程度的改變，導(dǎo)致細(xì)胞衰老。細(xì)胞衰老可呈現(xiàn)細(xì)胞表型變化、代謝重編程、染色質(zhì)重塑和（或）自噬調(diào)節(jié)等方面的改變；同時，衰老細(xì)胞分泌不同種類的炎癥因子和趨化因子，這些復(fù)雜的因子組合稱為衰老相關(guān)分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP）［3］。RNA 甲基化參與調(diào)控細(xì)胞衰老的關(guān)鍵分子事件，并直接影響細(xì)胞衰老進(jìn)程。因此，本文對RNA甲基化調(diào)控細(xì)胞衰老的機(jī)制進(jìn)行綜述，以期為衰老的預(yù)防和干預(yù)提供新的理論依據(jù)和方向。

1 細(xì)胞衰老相關(guān)的RNA甲基化

RNA 甲基化是動態(tài)可逆的，受到甲基轉(zhuǎn)移酶、去甲基化酶和閱讀蛋白的聯(lián)合調(diào)控，其中與細(xì)胞衰老密切相關(guān)的RNA甲基化主要有以下幾種類型（圖1）。

圖1 RNA 甲基化修飾的常見類型及其調(diào)控機(jī)制. TRMT：tRNA 轉(zhuǎn)移酶；ALKBH：ALKB 同源蛋白；YTHDF：YTH 結(jié)構(gòu)域家族蛋白；NSUN2：NOP2/Sun 結(jié)構(gòu)域家族成員2；ALYREF：Aly/REF 輸出因子；METTL：甲基轉(zhuǎn)移酶樣蛋白；FTO：脂肪量和肥胖相關(guān)蛋白；PCIF1：磷酸化的CTD-相互作用因子1；WRD4：WD重復(fù)結(jié)構(gòu)域4.

N1-甲基腺苷（N1-methyladenosine，m1A）修飾是指RNA 分子腺嘌呤第1 位氮原子位置添加甲基基團(tuán)，可修飾mRNA，tRNA 和rRNA。在mRNA上主要分布于5′非編碼區(qū)，并參與調(diào)節(jié)翻譯起始過程［4］。m1A 甲基化在tRNA 上比mRNA 豐度更大，tRNA 甲基轉(zhuǎn)移酶6（tRNA methyltransferase 6，TRMT6），TRMT10C，TRMT61A 和TRMT61B 發(fā)揮甲基化作用，去甲基化酶AlkB 同源蛋白3（AlkB homologue 3，ALKBH3）發(fā)揮去甲基化作用［5］。YTH結(jié)構(gòu)域家族蛋白1（YTH domain family protein 1，YTHDF1）、YTHDF2 和YTHDF3 等，具有m1A 甲基化閱讀蛋白的功能［6］。

5-甲基胞苷（5-methylcytidine，m5C）修飾是指RNA 分子胞嘧啶第5 位氮原子位置添加甲基基團(tuán)，可修飾mRNA，tRNA 和rRNA。m5C 在應(yīng)激反應(yīng)、腫瘤發(fā)生和胚胎發(fā)育等生理病理反應(yīng)中起重要作用［7］。甲基轉(zhuǎn)移酶NOP2/Sun 結(jié)構(gòu)域家族成員2（NOP2/Sun RNA methyltransferase family member 2，NSUN2）、去甲基化酶ALKBH1 和閱讀蛋白Aly/REF輸出因子［8］，可聯(lián)合調(diào)控m5C 甲基化動態(tài)可逆過程。

N6-甲基腺苷（N6-methyladenosine，m6A）修飾是指RNA 分子腺嘌呤第6 位氮原子位置添加甲基基團(tuán)，可修飾mRNA，snRNA，rRNA 和tRNA。m6A 修飾參與晝夜節(jié)律、生長發(fā)育和退化等生理病理過程［9］。甲基轉(zhuǎn)移酶樣蛋白3（methyltransferase like 3，METTL3）和METTL14 是m6A 甲基化的核心甲基轉(zhuǎn)移酶［10］，而脂肪量和肥胖相關(guān)蛋白（fat mass and obesity associated protein，F(xiàn)TO）和ALKBH5 可作為m6A 去甲基化酶［11-12］。閱讀蛋白YTHDF1 能夠結(jié)合RNA 特定的m6A 甲基化位點參與調(diào)控mRNA 翻譯，YTHDF2 能促進(jìn)mRNA降解［13］。

N6，2′-O-甲基腺苷（N6，2′-O-methyladenosine，m6Am）發(fā)生于轉(zhuǎn)錄起始位點，與哺乳動物細(xì)胞中mRNA 的穩(wěn)定性密切相關(guān)。在N7-甲基鳥苷（N7-methylguanosine，m7G）帽子結(jié)構(gòu)形成后，轉(zhuǎn)錄起始核苷酸的2′-羥基由帽甲基轉(zhuǎn)移酶1共轉(zhuǎn)錄甲基化，第2 個核苷酸的羥基由帽甲基轉(zhuǎn)移酶2 共轉(zhuǎn)錄甲基化，當(dāng)轉(zhuǎn)錄起始核苷為2′-O-腺嘌呤（2′-O-methyladeonisine，Am）時，在第6 位氮原子位置由磷酸化的CTD-相互作用因子1 作為甲基轉(zhuǎn)移酶進(jìn)一步甲基化形成m6Am［14］。FTO 作為去甲基化酶，將m6Am去甲基化為Am［15］。

m7G 即RNA 分子鳥嘌呤第7 位氮原子位置添加甲基基團(tuán)，發(fā)生于mRNA 5′帽子結(jié)構(gòu)，可修飾mRNA，tRNA，rRNA 和pri-miRNA。METTL1 和WD 重復(fù)結(jié)構(gòu)域4 復(fù)合體介導(dǎo)的m7G tRNA 甲基化增強(qiáng)了mRNA 翻譯，并與多種疾病的調(diào)控機(jī)制相關(guān)［16］。

2 RNA甲基化調(diào)控細(xì)胞衰老的機(jī)制

內(nèi)外源因素均可誘導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生過量活性氧（reactive oxygen species，ROS），觸發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)，促進(jìn)細(xì)胞衰老［17］。持續(xù)的炎癥反應(yīng)也可增加體內(nèi)的氧化應(yīng)激水平，從而促進(jìn)衰老進(jìn)程［18］。細(xì)胞自噬可抑制與衰老相關(guān)的炎癥反應(yīng)，自噬增加與延緩衰老密切相關(guān)［19］。此外，細(xì)胞周期阻滯也是細(xì)胞衰老的經(jīng)典特征［20］。因此，氧化應(yīng)激、炎癥、自噬和細(xì)胞周期阻滯是細(xì)胞衰老的關(guān)鍵事件，并受到RNA甲基化調(diào)控，進(jìn)而影響細(xì)胞衰老進(jìn)程，RNA甲基化調(diào)控細(xì)胞衰老的機(jī)制和作用如表1所示。

表1 RNA甲基化在細(xì)胞衰老中的關(guān)鍵分子事件和調(diào)控作用

2.1 RNA甲基化調(diào)控衰老相關(guān)氧化應(yīng)激

RNA 甲基化通過激活或抑制氧化應(yīng)激相關(guān)信號通路，調(diào)控細(xì)胞衰老進(jìn)程［21］。

src 同源性2 含結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)化蛋白C1（66-kilodalton isoform of shc gene products，p66Shc）是調(diào)控細(xì)胞氧化應(yīng)激的關(guān)鍵蛋白［22］。在高糖環(huán)境的氧化應(yīng)激作用下，上調(diào)p66Shc 表達(dá)水平會提高NSUN2表達(dá)增加m5C甲基化水平，激活p38 MAPK信號通路并增加細(xì)胞內(nèi)ROS水平，使細(xì)胞出現(xiàn)早衰現(xiàn)象［23］。

P53 可在不同應(yīng)激水平下影響線粒體功能，從而調(diào)控細(xì)胞內(nèi)ROS 的水平［24］。NSUN2 通過調(diào)節(jié)miR-125b 水平從而提高P53的表達(dá)水平，進(jìn)而促進(jìn)氧化應(yīng)激作用誘導(dǎo)的衰老進(jìn)程［25］。過表達(dá)NSUN2和METTL3/METTL14 增加m5C 和m6A 甲基化水平，協(xié)同提高細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子1A（cyclin dependent kinase inhibitor 1A，p21）mRNA的翻譯效率，顯著增加p21 和衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶的活性，促進(jìn)氧化應(yīng)激所致的細(xì)胞衰老［26］。

在敲除METTL3 小鼠的海馬體中，氧化應(yīng)激標(biāo)志物4-羥基-2 反式壬烯醛顯著增加［27］，F(xiàn)TO 可減少m6A 甲基化修飾水平，并增加其靶基因過氧化物酶體增殖物激活受體γ 輔激活子1α mRNA 翻譯效率，從而誘導(dǎo)氧化應(yīng)激發(fā)生，增加ROS 水平［28］，促進(jìn)細(xì)胞衰老。

敲除PCIF1 引起m6Am 甲基化表達(dá)下降，顯著降低超氧化物歧化酶1 mRNA 翻譯效率，誘導(dǎo)人腎細(xì)胞對氧化應(yīng)激敏感［14］，使人腎細(xì)胞出現(xiàn)早衰。

2.2 RNA甲基化調(diào)節(jié)SASP和炎癥

SASP 是細(xì)胞衰老微環(huán)境的重要組成成分，可增強(qiáng)自分泌細(xì)胞的自主功能并介導(dǎo)細(xì)胞旁分泌效應(yīng)［29］。SASP 持續(xù)表達(dá)可誘發(fā)慢性炎癥，導(dǎo)致衰老及相關(guān)疾?。?0］。慢性炎癥狀態(tài)是衰老特征之一，即“炎性衰老”，與多種老年病密切相關(guān)。

敲低TRMT6/61A，可引起小鼠T細(xì)胞早期活化時，其tRNA 的m1A 甲基化水平下降，并降低MYC表達(dá)水平，從而降低細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶2 和細(xì)胞周期蛋白E水平，進(jìn)而減輕結(jié)腸炎癥［31］。

過表達(dá)NSUN2 引起m5C 甲基化水平增加，增加靶基因細(xì)胞間黏附分子1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）mRNA 穩(wěn)定性和表達(dá)水平，并促進(jìn)血管內(nèi)皮炎癥進(jìn)程［32］。高同型半胱氨酸血癥的T 淋巴細(xì)胞中，NSUN2 介導(dǎo)m5C甲基化促進(jìn)白細(xì)胞介素17A（interleukin-17A，IL-17A）表達(dá)，進(jìn)而引起多種慢性炎癥性疾病［33］。

SASP 對免疫監(jiān)視和衰老細(xì)胞清除至關(guān)重要，而METTL3/METTL14 復(fù)合體也以m6A 非依賴性方式正向調(diào)節(jié)SASP 的表達(dá)水平，從而介導(dǎo)衰老細(xì)胞清除，延緩衰老進(jìn)程［34］。脂多糖可上調(diào)METTL3，提高人巨噬細(xì)胞中m6A甲基化水平，阻止炎癥細(xì)胞因子IL-6 和腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）產(chǎn)生，并通過NF-κB 信號通路減輕脂多糖誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞炎癥［35］。敲低METTL14 引起m6A甲基化水平下降，降低髓樣分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）和IL-6 表達(dá)水平，顯著降低人巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)［36］。ROS 水平升高負(fù)向調(diào)節(jié)YTHDF2 表達(dá)，并增加目標(biāo)基因絲裂原激活蛋白激酶激酶4 mRNA 穩(wěn)定性和蛋白表達(dá)，激活NF-κB 信號，并促進(jìn)SASP 相關(guān)基因表達(dá)和過量分泌［37］。

RNA 甲基化可調(diào)節(jié)SASP 表達(dá)水平和作用特征，調(diào)控細(xì)胞衰老進(jìn)程。m1A 與m5C 高甲基化水平和METTL14 高表達(dá)可促進(jìn)炎癥發(fā)生，從而導(dǎo)致細(xì)胞衰老；而METTL3 介導(dǎo)m6A 甲基化水平與炎癥進(jìn)程方向相反，其高甲基化水平可抑制炎癥進(jìn)程，并抑制細(xì)胞衰老發(fā)生。

2.3 RNA甲基化調(diào)控衰老相關(guān)自噬

自噬已成為許多物種的一個衰老特征，細(xì)胞衰老進(jìn)程中自噬水平降低，而自噬水平降低亦進(jìn)一步加速衰老，導(dǎo)致細(xì)胞早衰和器官功能障礙，并發(fā)展為多種衰老相關(guān)疾?。?8］。

敲低ALKBH3 引起m1A 甲基化水平增加，降低磷酸化蛋白激酶AKT1 抗體底物1 水平，介導(dǎo)其磷酸化激活的哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1信號傳導(dǎo)而促進(jìn)自噬［39］，抑制細(xì)胞衰老的發(fā)生。

過表達(dá)METTL3 引起m6A 甲基化水平增加，促進(jìn)靶基因叉頭框O3 蛋白（forkhead box O3，F(xiàn)OXO3）mRNA 翻譯，進(jìn)而阻斷自噬相關(guān)蛋白基因表達(dá)抑制自噬［40］。敲低METTL14 和過表達(dá)ALKBH5 使m6A 甲基化水平下降，促進(jìn)靶基因蛋白磷酸酶1A mRNA 翻譯，降低靶基因鈣/鈣調(diào)素依賴的蛋白激酶激酶2 mRNA 穩(wěn)定性抑制自噬［41］。FTO 表達(dá)引起m6A 甲基化水平下降，影響UNC-51樣激酶1（UNC-51-like kinase 1，ULK1）豐度，促進(jìn)自噬［42］。

敲低METTL1 引起m7G tRNA 甲基化水平下降，降低靶基因mTORC1調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白mRNA 翻譯，導(dǎo)致ULK1 異常磷酸化，使得人食管鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞中自噬增加［43］，從而抑制細(xì)胞衰老進(jìn)程。

2.4 RNA甲基化調(diào)控衰老相關(guān)細(xì)胞周期

細(xì)胞周期調(diào)控細(xì)胞分化與增殖，影響細(xì)胞功能，與細(xì)胞衰老密切相關(guān)［44］。敲低ALKBH3 引起m1A 甲基化水平下降，降低還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2 介導(dǎo)ROS 生成，使細(xì)胞周期在G1期阻滯［45］。

過表達(dá)NSUN2引起m5C mRNA甲基化水平增加，抑制CDKN1B 翻譯，提高CDK1翻譯水平，延遲復(fù)制性衰老發(fā)生［46］。敲低NSUN2使m5C 甲基化水平下降，抑制葡萄膜黑色素瘤細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞周期在G1期阻滯［47］。

敲低METTL3 引起m6A 甲基化水平下降，導(dǎo)致小鼠原代神經(jīng)元中CCND1 和CCND2 水平異常升高［27］。敲低FTO 引起m6A 甲基化水平增加，增加CCND1mRNA 降解，誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯于G1期［48］；同時，敲低FTO還可下調(diào)CCNA2和CDK2水平，使細(xì)胞周期在G1/S期阻滯［49］。

過表達(dá)PCIF1引起m6Am甲基化水平增加，并顯著增加CCND1 及CDK4 蛋白水平，誘導(dǎo)細(xì)胞周期在G2/M期阻滯［50］。

敲低METTL1 引起m7G tRNA 甲基化水平下降，導(dǎo)致富集在m7G tRNA密碼子的細(xì)胞周期mRNA翻譯抑制，使細(xì)胞周期在G2/M 期阻滯［16］。因此，RNA 甲基化可參與調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)程，從而促進(jìn)細(xì)胞衰老的發(fā)生發(fā)展。

3 外源因素與細(xì)胞衰老

細(xì)胞衰老是各種刺激誘發(fā)的復(fù)雜應(yīng)激反應(yīng)，除個人生理特征，如年齡和健康狀況外，環(huán)境和遺傳毒性應(yīng)激，包括化療藥物依托泊苷、紫外線暴露、高糖濃度、外源環(huán)境致癌物和金屬及其化合物均可誘導(dǎo)細(xì)胞代謝過度活躍，產(chǎn)生豐富的SASP 和炎癥因子改變細(xì)胞微環(huán)境，加速細(xì)胞衰老。

百草枯可誘導(dǎo)小鼠神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞Neuro-2a 產(chǎn)生過量ROS 誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，促進(jìn)高甲基化和細(xì)胞衰老，從而進(jìn)一步在神經(jīng)元中誘導(dǎo)神經(jīng)毒性作用和神經(jīng)退行性疾病，如帕金森病等［51］。急性暴露于高葡萄糖水平的氧化應(yīng)激，使得總m5C甲基化水平升高，引發(fā)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞衰老發(fā)生［23］。高亞砷酸鹽暴露（250～1000 μg·L-1）可刺激人體角質(zhì)形成細(xì)胞產(chǎn)生過量ROS 誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，使METTL14 和m6A 表達(dá)水平升高［52］，表明在亞砷酸鹽暴露下可能會誘導(dǎo)細(xì)胞衰老和毒性。長期慢性暴露于結(jié)晶二氧化硅，會增加矽肺小鼠整體m6A水平和炎癥反應(yīng)，肺泡巨噬細(xì)胞吞噬結(jié)晶二氧化硅導(dǎo)致細(xì)胞衰老和自噬，肺泡巨噬細(xì)胞積累會導(dǎo)致慢性炎癥產(chǎn)生［53］。此外，慢性恒定光、氯化鈷和麻醉劑七氟醚等外源因素可通過調(diào)控相關(guān)酶和氧化應(yīng)激，使相關(guān)mRNA 甲基化水平發(fā)生改變和促進(jìn)細(xì)胞衰老，導(dǎo)致神經(jīng)退行性損害和細(xì)胞毒性作用［54］。

4 結(jié)語

在外源環(huán)境因素影響下，包括化療藥物、缺氧條件、紫外線暴露和金屬及其化合物等，使機(jī)體的RNA 甲基化調(diào)控發(fā)生改變，從而調(diào)控細(xì)胞衰老的關(guān)鍵分子事件，包括氧化應(yīng)激、SASP 和炎癥因子、自噬和細(xì)胞周期事件，導(dǎo)致促進(jìn)或抑制細(xì)胞衰老。細(xì)胞衰老是許多年齡相關(guān)疾患的病理基礎(chǔ)，當(dāng)衰老細(xì)胞不斷累積，會使器官或組織發(fā)生異常變化，最終導(dǎo)致與年齡相關(guān)疾病發(fā)生，常見的疾病有神經(jīng)退行性疾病、心腦血管疾病和癌癥等。

目前對RNA 甲基化與細(xì)胞衰老的因果關(guān)聯(lián)研究仍然有限，除m6A 甲基化研究較多外，其他m1A，m5C 和m7G 調(diào)控細(xì)胞衰老相關(guān)機(jī)制仍較局限，同時外源因素與RNA 甲基化之間的劑量-反應(yīng)關(guān)系和規(guī)律，不同種RNA甲基化類型之間的相互作用等均需要深入探究，這將豐富衰老相關(guān)RNA表觀遺傳學(xué)理論，并推動細(xì)胞衰老與衰老相關(guān)疾患的研究新進(jìn)展。RNA 甲基化調(diào)控機(jī)制與細(xì)胞衰老的關(guān)聯(lián)，可為細(xì)胞衰老及年齡相關(guān)疾病的預(yù)防和精準(zhǔn)干預(yù)提供新的線索。