m%5E%286%29A修饰在脓毒性心肌病中的作用研究进展.pdf

第44卷总第131期2023年9 月西北民族大学学报（自然科学版）Journal of Northwest Minzu University(Natural Science Edition)Vo1.44,No.3Sep,2023mA修饰在脓毒性心肌病中的作用研究进展兰咏梅，马丽雅（西北民族大学医学部，甘肃兰州7 30 0 30)摘要脓毒性心肌病是脓毒症在危急阶段炎症侵犯到心肌而引起的心脏器质性病变，是重症监护室过程死亡率较高的疾病之一.mA修饰是真核信使核糖核酸中最常见和最丰富的内部修饰，广泛参与并调控各种疾病的发生发展，是近几年的研究热点.研究发现,在脓毒性心肌病及各种心血管疾病中均有mA修饰的参与.因此本文重点对国内外关于mA修饰与脓毒性心肌病的最新研究进展进行综述，旨在深入了解脓毒性心肌病及相关疾病中mA修饰的作用。关键词RNA;mA修饰；脓毒症；心肌细胞中图分类号R541文献标识码A文章编号10 0 9-2 10 2(2 0 2 3)0 3-0 0 38-0 72016年，美国重症医学会（SCCM)和欧洲重症医学会（ESICM)联合发布了脓毒症3.0 标准定义：宿主对感染反应失调引起的危及生命的器官功能障碍 1。据流行病学报告显示，目前脓毒症的病死率已经超过心肌梗死，成为重症监护过程非心脏病死亡的主要病因.近年来，尽管抗感染治疗和器官功能支持技术在脓毒症的治疗上取得了显著成效，但脓毒症的发病率和致死率仍然居高不下.有研究证实，脓毒症诱发的心血管功能障碍与其较高死亡率密切相关 2.因此，全面深入了解脓毒性心肌病的发病机制、制定靶向的治疗方法对于改善脓毒症的结局具有重要的临床意义.然而，目前关于脓毒性心肌病的发病机制错综复杂.但最近有临床研究显示，脓毒症在感染发作期间，宿主细胞经历了有利于病原体存活而对机体不利的表观遗传变化 3,这表明表观遗传机制在脓毒症的转归与发展中起着重要作用，是探索脓毒性心肌病发病机制的一个新研究方向.在表观遗传修饰中RNA修饰在基因表达和功能调节中起着与DNA和蛋白质修饰同样重要的作用.越来越多的证据显示,RNA的异常修饰与代谢、心血管和神经系统疾病以及癌症密切相关 4.N-甲基化腺嘌呤（N-methyladenosine,mA)修饰是RNA最常见和最丰富的转录后修饰，最早于197 4年在哺乳动物的ploy-A RNA上发现.但由于当时的检测技术落后，mA修饰的研究一直处于沉寂阶段 5，直到2 0 11年mA去甲基化酶脂肪与肥胖相关蛋白（FTO)的首次报道 6 ，同时随着RNA测序技术的进步，有关mA修饰的研究才进行得越来越广泛和深人，与多种疾病的关系也逐渐变得清晰，其中在肿瘤领域是当前的研究热点之一 7-10,而与脓毒性心肌病之间的研究还处于起步阶段 11.因此，本文简要概述mA修饰的关键酶及动态调节过程，然后重点介绍mA修饰与脓毒性心肌病的研究进展，讨论mA甲基化在脓毒性心肌病中的作用及其机制,以期为 mA治疗脓毒性心肌病提供可能性.1mA甲基化修饰概述20世纪7 0 年代早期，在Novikoff 肝癌细胞的mRNA中首次发现和提出mA修饰 12.之后经不收稿日期 2 0 2 3-0 2-2 1通信作者马丽雅，女，回族，本科生。作者简介兰咏梅，女，裕固族，教授，主要从事西部少数民族人群常见疾病流行病学与分子生物学研究.38一断探索研究发现，mA甲基化修饰是一个动态可逆的共转录反应，即在细胞核进行mRNA转录时，甲基转移酶通过共转录在其腺嘌呤的第六位N处添加甲基，随之被核内的甲基化识别蛋白读取来发挥生物学功能，同时去甲基化酶在这个过程中也会发挥作用，使得有些位点发生去甲基化 13.经高通量测序发现，mA修饰在成熟转录物中的分布并不是随机的，其主要发生在终止密码子、mRNA的3非翻译区和表达共有序列RRACH(R=A或G,H=A,C或U)的mRNA内部长外显子区域 14-15.研究表明，mA修饰几乎参与调节mRNA代谢的所有方面，包括输出、剪接、翻译、定位和降解等 16，从而对机体的生长发育、代谢及炎症反应等生理过程产生影响 17-18。2mA的动态修饰过程mA修饰的可逆过程主要涉及三种酶：第一种酶甲基转移酶，被形象地称作“写人器”（Writers），即在RNA分子加上mA修饰；第二种酶去甲基化酶被称作“擦除器”（Erasers），即从RNA分子上剔除mA修饰；第三种酶甲基化阅读蛋白也称“阅读器”（Readers），即负责RNA经过mA修饰之后能够被识别并向下传递信号来发挥生物学功能.2.1甲基转移酶(Writers)甲基转移酶主要是由METTL3、M ET T L 14和WTAP等核心蛋白构成的稳定复合物，在体内和体外催化RNA发生甲基化修饰 19.其中METTL3是发挥核心催化作用的高度保守蛋白，使甲基基团从S-腺苷甲硫氨酸（SAM)转移到受体RNA分子腺嘌呤上.METTL14作为衔接子，可以识别底物，促进与RNA的结合,并增加METTL3甲基转移酶的活性.WTAP是一个没有催化结构域的调控亚基，它与METTL3-14复合物相互作用，共同结合在目标RNA上，稳定复合物并帮助其在核斑点正确定位、促进RNA降解、调控细胞分化和增殖等 2 0.由此可知,这些蛋白质在生物体中单独存在时没有酶活性，行使酶的催化功能只能以复合物的形式进行.随着研究不断深入，新的RNA甲基转移酶复合物成分RBM15及其同源蛋白RBM15B也被逐渐发现，它们以WTAP依赖的方式与METTL3相互作用，帮助其在特定位点招募复合物进行甲基化修饰 2 1.此外,甲基转移酶复合物中还检测出mA甲基化所必需的VIRMA和KIAA1429，但其生理作用至今尚不明确.2.2去甲基化酶(Erasers)去甲基化酶是从RNA分子上剔除甲基化修饰基团.已知的去甲基化酶为定位于细胞核的脂肪与肥胖相关蛋白（FTO)和ALKB同源物5（ALKBH5），它们都属于ALKB家族 2 2-2 3.过去未发现去甲基化酶时,研究者们普遍认为mA的修饰是静态的，消除mA修饰的方法只是随着RNA的降解而实现去甲基化的.2 0 11年去甲基化酶FTO的发现，首次揭示了mRNA中mA修饰是动态可逆的 2 4.随后又发现，定位于细胞核处的第二个去甲基化酶ALKBH5,其与FTO去甲基化方式不同.ALKBH5去甲基化是直接催化mA还原为原始腺苷酸，而FTO诱导的去甲基化过程是逐步完成的，是通过两种过氧化中间状态将mA去甲基化.首先mA转化为N-羟甲基腺苷（hmA），随后转化为N-甲酰腺苷（f mA）,最后还原为原始腺苷酸 2 5.2.3甲基化识别蛋白(Readers)选择性结合mA修饰位点发挥调节作用的蛋白质称为甲基化识别蛋白.目前，已经被鉴定发现的甲基化识别蛋白主要有两大家族，分别是YTH结构域家族蛋白（包括YTHDFs和YTHDCs两个亚型）和HNRNP家族蛋白（包括HNRNPC和HNRNPA2B1）.YT H D C2 和YTHDFs蛋白主要位于细胞质中，YTHDC1、H NR NPC、H NR NPA 2 B1则定位于细胞核 2 6.其中YTH家族蛋白是最早被发现的可特异性识别mA位点的甲基化识别蛋白 2 7-2 8，它与经过mA甲基化修饰的mRNA的结合能力是未甲基化mRNA的十倍左右 2 9.不同的甲基化识别蛋白通过读取RNA的mA修饰区域来执行不同的mA修饰功能，如mRNA的mA修饰区域被YTHDF1识别后促进RNA的翻译 30，被YTHDF2识别则促使mRNA降解 31.还有RNA的选择性剪接和输出与YTHDC1识别蛋白有关 32.HNRN-PA2B1能够特异性识别转录本上的mA修饰，并激活一些基因的下游可变剪切事件.HNRNPC是一一一39种丰富的核RNA结合蛋白，主要识别mA修饰基团，参与前mRNA加工，并影响靶转录物及其选择性剪接的丰度.3mA与脓毒性心肌病发生发展相关性研究脓毒性心肌病的发生主要是侵人机体的病原体被免疫细胞上的模式识别受体如RIG-I样受体(RLR）和Toll样受体（TLR)识别后，通过激活核因子kB(nuclear factor-kB,NF-kB）和p38/MAPK等信号通路，启动了一系列信号级联反应，进而促使大量炎症因子被释放到细胞中参与炎症反应，损害心肌细胞，从而导致心脏功能受损.长期的代偿性抗炎反应可使自身免疫系统受到抑制，进一步加重病情.目前，已知mA修饰参与了多种生物过程，特别是脓毒症和免疫疾病.此外,许多研究证实了mA修饰参与调节多种类型的心血管疾病的发生发展.但是，目前可用于分析mA修饰与脓毒性心肌病之间关联的研究结果有限.3.1mA修饰与免疫抑制脓毒症中长期的代偿性抗炎反应使机体发生明显的免疫抑制，从而加剧全身炎症反应，引起器官衰竭（尤其是心脏）.现已观察到各种疾病的免疫反应都有mA修饰的参与.WeinanQiu等 33研究发现，METTL3在水疱性口炎病毒（VSV)感染时易位到细胞质中,增加了病毒RNA甲基化并减少病毒双链RNA(dsRNA)的形成，从而减低RIG样受体(RLR)对病毒dsRNA的识别，抑制下游先天免疫信号的传导.同时，单核细胞或肝细胞中METTL3的耗竭可显著增强I型IFN的表达，以促进初始抗病毒反应.最近一项关于严重急性呼吸综合征冠状病毒分支 2(SARS-CoV-2)与宿主免疫应答的研究发现 341，SARS-CoV-2利用宿主细胞mA甲基转移酶METTL3修饰其RNA，逃避了机体的先天免疫识别.笔者认为mA修饰对先天免疫反应具有抑制作用.此外，mA修饰在适应性免疫中也发挥同样的作用.有研究报告 35mA修饰不仅可控制幼稚T细胞的分化、维持Tregs的抑制功能，还可以抑制癌细胞表面的MHCI表达，这有助于逃避宿主的先天性和适应性免疫反应.同时，在趋化因子中也发现了相同的结果，Treg型趋化因子被mA修饰激活，而Th1型趋化因子被抑制.与免疫促进环境相比，说明免疫抑制环境中的mA功能似乎更活跃.从上述研究可得出结论：来自病原体的mA调节因子通过改变病原体表达的转录模式来逃避机体的免疫反应,并且靶向METTL3可能是改善抗病毒先天免疫反应的潜在治疗方法.这为基于甲基化过程的早期脓毒性心肌病的治疗提供了参考依据.这些结论是根据mA修饰调节因子之一的缺失得出的，其他调节器是否也发挥相同作用仍有待研究.尤其是在mRNA转录本中具有不同功能的去甲基化酶，它们对表型的影响与METTL3相比可能存在变化,甚至具有相反的趋势.3.2mA与炎症反应脓毒症最初表现为恶性的炎症反应,其中 IL-1、I L-6、I L-8 等炎症因子参与了心肌的损伤.近几年,mA修饰被证明与几种炎症诱发的疾病密切相关.例如一项基于骨关节炎(OA)和非OA患者不同数据集的生物信息学分析显示 36,与对照组相比，OA组中METTL3 的表达水平明显降低，而炎症细胞因子IL-6 和IL-8的水平显著升高以及NF-kB信号传导被明显激活.由此可知，低水平的METTL3可通过激增炎症反应来参与OA的发生发展.最近，Wen等 37 研究发现，METTL3的过表达以mA依赖性方式促进脂多糖(LPS)诱导的小胶质细胞炎,并且表明 METTL3 水平与炎症细胞因子(IL-1,IL-6,TNF-和 IL-18)和炎症蛋白(TRAF6 和NF-kB)呈正相关.此观点与上述研究结论存在矛盾性，这可能因为mA修饰存在很强的异质性,也可能是研究纳人标准的不同和疾病发展阶段的不同而造成的.除此之外，另一甲基转移酶METTL14也被证实 38,增加mA修饰水平可促进TNF-a,IL-1,IL-3和IL-6的分泌,诱导内皮细胞炎症反应.与甲基转移酶功能相反的FTO和 ALKBH5是目前已知仅有的两种去甲基化酶.因此，了解mA修饰在炎症中的功能很有必要.zhu等 39进行的一项体外试验结果表明,右美托咪定通过体外抑制ALKBH5的表达,减少了经 LPS处理的HK-2细胞的炎症细胞因子产生.一项评估 FTO与小鼠内毒素血症期间的心肌炎症和功能障碍相关性