徐峰綜述 張艷達(dá)，梁春，吳宗貴審校

心血管疾病是目前威脅人類健康的主要疾病之一，具有高發(fā)病率和高病死率[1]，有效地防控心血管疾病依賴于對(duì)相關(guān)發(fā)病機(jī)制的闡明，以及在此基礎(chǔ)上的早期診斷和干預(yù)。N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine, m6A)修飾可調(diào)控信使RNA (messenger RNA，mRNA)的合成、翻譯與降解，改變mRNA折疊和結(jié)構(gòu)，影響mRNA的成熟[2]。m6A修飾是真核生物mRNA中最普遍也是最豐富的內(nèi)部修飾，主要發(fā)生在mRNA分子的3'-非翻譯區(qū)和終止密碼子附近[3]。m6A的修飾由甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物完成，包括甲基轉(zhuǎn)移酶樣蛋白3 (methyltransferase-like 3, METTL3)、METTL14等[4]，METTL3在其中起關(guān)鍵作用。m6A去甲基酶的發(fā)現(xiàn)提示這一修飾是可逆的，可通過脂肪質(zhì)量和肥胖相關(guān)蛋白(fat mass and obesity-associated protein, FTO)、alkB同源物5(alkB homologue 5, ALKBH5)來實(shí)現(xiàn)m6A去甲基化，兩者都具有不同的亞細(xì)胞和組織分布[5]。m6A還受閱讀蛋白的調(diào)控，如YT521-B同源物域家族蛋白2(YT521-B homology domain family of proteins 2，YTHDF2)，這是一種m6A RNA結(jié)合蛋白，可以調(diào)控mRNA的穩(wěn)定性和降解，影響mRNA翻譯效率。mRNA m6A甲基化作為連續(xù)、動(dòng)態(tài)、可逆的修飾異常與多種心血管疾病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)[6]。

1 mRNA m6A甲基化對(duì)心血管疾病危險(xiǎn)因素的影響

1.1 mRNA m6A甲基化與肥胖 多種心血管疾病的發(fā)病率和病死率升高與肥胖密切相關(guān)[7]。與肥胖密切相關(guān)的FTO基因是能量穩(wěn)態(tài)的積極調(diào)節(jié)因子，可通過脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié)人體RNA序列中m6A的水平[8]。在獨(dú)立的全基因組關(guān)聯(lián)研究中，F(xiàn)TO基因被證明是導(dǎo)致歐洲和印度尼西亞受試者早發(fā)和嚴(yán)重肥胖的高風(fēng)險(xiǎn)因素[9]。

脂肪細(xì)胞中FTO缺失以m6A依賴性的方式導(dǎo)致體質(zhì)量增加，F(xiàn)TO通過調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞中脂肪酸的動(dòng)員控制體質(zhì)量[10]，其缺失可導(dǎo)致細(xì)胞外脂肪分解增多，使更多的脂肪酸被脂肪組織吸收；還可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)脂肪分解減少，促進(jìn)脂肪組織中脂肪酸的儲(chǔ)存。FTO缺失可導(dǎo)致血管生成素樣蛋白4(angiopoietin-like 4, ANGPTL4)相關(guān)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中m6A修飾增加，ANGPTL4蛋白表達(dá)水平降低，可能導(dǎo)致脂肪組織中脂肪酸沉積增多[11]。此外，序列相似家族134成員B (family with sequence similarity 134 member B，F(xiàn)AM134B)中m6A的缺失可導(dǎo)致豬脂肪細(xì)胞通過m6A-YTHDF2依賴途徑引發(fā)脂肪生成[12]。目前，F(xiàn)TO在脂肪酸代謝中的作用機(jī)制尚未完全闡明。m6A修飾是否也參與其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝尚需進(jìn)一步研究。

1.2 mRNA m6A甲基化與2型糖尿病 糖尿病是促進(jìn)冠心病發(fā)病的重要危險(xiǎn)因素。由糖尿病引起的血糖異常，包括低血糖和高血糖，已被認(rèn)為是導(dǎo)致糖尿病患者心血管疾病和全因死亡的主要危險(xiǎn)因素。除了控制血糖外，增加胰島素敏感性已成為治療糖尿病的一種新策略，特別是在胰島素抵抗的情況下[13]。此外，在2型糖尿病患者中，高血糖可能通過增強(qiáng)FTO或其他甲基轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)而導(dǎo)致m6A水平下調(diào)，提示m6A在調(diào)節(jié)糖脂代謝紊亂中具有重要的表觀遺傳學(xué)作用[14]。糖尿病引起的FTO表達(dá)升高除了與葡萄糖氧化異常有關(guān)外，還與血糖受損引起的多種并發(fā)癥密切相關(guān)。

既往研究發(fā)現(xiàn)，m6A的改變與2型糖尿病密切相關(guān)，2型糖尿病患者和大鼠的mRNA中總體m6A的水平明顯低于對(duì)照組。2型糖尿病患者FTO mRNA表達(dá)水平明顯高于對(duì)照組。FTO mRNA表達(dá)水平升高可導(dǎo)致2型糖尿病中m6A修飾減少，增加2型糖尿病并發(fā)癥發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[15]。m6A水平與METTL3、METTL14和FTO的mRNA表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)。高糖可上調(diào)FTO蛋白，但對(duì)METTL3和METTL14無顯著影響。較低的m6A水平可能是甲基轉(zhuǎn)移酶上調(diào)的原因。因此，m6A豐度可作為新的檢測(cè)2型糖尿病潛在的生物標(biāo)志物。然而，m6A修飾是否在糖尿病中具有基因位點(diǎn)的特異性仍有待進(jìn)一步闡明。

1.3 mRNA m6A甲基化與心臟內(nèi)穩(wěn)態(tài)及心肌肥厚調(diào)控 通常認(rèn)為人體心肌細(xì)胞在進(jìn)入成年后僅有少量更新，這些細(xì)胞在應(yīng)激刺激下，如壓力超負(fù)荷或心肌梗死，會(huì)發(fā)生肥厚性生長(zhǎng)。這種代償最初是一種適應(yīng)性過程，以產(chǎn)生足夠的力量來應(yīng)對(duì)心臟房室壁張力的增加或工作負(fù)荷的增加，但最終可能導(dǎo)致心臟衰竭[16]。心肌肥厚是由心肌細(xì)胞中產(chǎn)生特定蛋白的基因轉(zhuǎn)錄和翻譯增加所介導(dǎo)的[17]。以往研究集中在能夠?qū)е麓俜屎褶D(zhuǎn)錄因子激活的信號(hào)通路上，這些因子可選擇性地增強(qiáng)基因在心臟的表達(dá)[18]。在心肌肥厚過程中，盡管基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控方面的研究已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，但現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄后調(diào)控也是控制心肌肥厚的關(guān)鍵機(jī)制[19]。研究發(fā)現(xiàn)，mRNA m6A甲基化在心肌肥厚和心力衰竭中會(huì)發(fā)生顯著改變[20]。

為了確定mRNA m6A甲基化在心臟中的作用，研究人員分離了原代心肌細(xì)胞，通過控制體外和體內(nèi)的METTL3水平來調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞中的m6A水平。該研究建立了心臟功能受限的小鼠模型，以評(píng)估METTL3-m6A通路在心臟內(nèi)穩(wěn)態(tài)中的作用，發(fā)現(xiàn)在致心肌肥厚刺激因素作用下m6A甲基化水平顯著升高，提示m6A甲基化可能在心肌細(xì)胞肥厚的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。減少M(fèi)ETTL3的表達(dá)可抑制心肌細(xì)胞在應(yīng)激下發(fā)生肥大的能力，而增加METTL3的表達(dá)足以在體外和體內(nèi)促進(jìn)心肌細(xì)胞肥大。該研究發(fā)現(xiàn)，METTL3介導(dǎo)的mRNA m6A甲基化增加可導(dǎo)致心肌代償性肥厚，而m6A降低可導(dǎo)致異常的心肌細(xì)胞重構(gòu)和功能障礙[21]。近來有學(xué)者進(jìn)一步完善了相關(guān)研究，把小鼠動(dòng)物模型分為3組：METTL3過表達(dá)的主動(dòng)脈縮窄術(shù)后組、單純主動(dòng)脈縮窄術(shù)后組、假手術(shù)組。2周后發(fā)現(xiàn)，METTL3過表達(dá)小鼠心臟的病理增生性細(xì)胞生長(zhǎng)有所減弱，與假手術(shù)組相比，過表達(dá)METTL3組的心肌細(xì)胞在主動(dòng)脈縮窄術(shù)后2周明顯肥大，但小于單純主動(dòng)脈縮窄術(shù)的小鼠[22]。這項(xiàng)研究結(jié)果與前者的研究結(jié)果相反，可能與實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型的不同有關(guān)。2項(xiàng)研究都證實(shí)了METTL3能夠控制心肌細(xì)胞中負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)心臟重構(gòu)和功能的基因表達(dá)程序，提示METTL3在心臟中發(fā)揮關(guān)鍵作用，以該通路為靶點(diǎn)對(duì)病理性心臟重構(gòu)具有潛在的治療價(jià)值。

1.4 mRNA m6A甲基化與缺血性心臟病 隨著生活和醫(yī)療水平的提高，一些發(fā)達(dá)國(guó)家的心血管病死率顯著下降，但心血管疾病仍然是全球范圍內(nèi)死亡的主要原因[23]。表觀遺傳學(xué)在調(diào)節(jié)心血管修復(fù)功能中發(fā)揮主導(dǎo)作用[24]。目前的治療方法在缺血性心臟病治療和減輕心肌缺血后不良重構(gòu)方面作用有限。因此，必須探究心肌修復(fù)和再生的新治療策略。由心肌冠狀動(dòng)脈狹窄或閉塞引起的缺血性心臟病，包括心肌梗死和心力衰竭，直接影響心肌細(xì)胞的氧合能力[25]。在低氧/復(fù)氧處理的心肌細(xì)胞和缺血/再灌注處理的小鼠心臟組織中，METTL3對(duì)m6A的修飾增加，是m6A異常調(diào)控的主要因素。這是由于其促進(jìn)了特定mRNA的翻譯而引起的。沉默METTL3可增加心肌細(xì)胞的自噬通量，抑制缺氧/復(fù)氧細(xì)胞凋亡，提示METTL3是自噬的負(fù)調(diào)控因子。進(jìn)一步研究表明，METTL3缺乏導(dǎo)致的自噬通量增加依賴于轉(zhuǎn)錄因子EB(transcription factor EB,TFEB)。

FTO作為一種m6A去甲基酶，在缺血缺氧等應(yīng)激狀態(tài)下，心臟的穩(wěn)態(tài)、重構(gòu)和再生過程中發(fā)揮著重要功能。FTO在哺乳動(dòng)物衰竭心臟和缺氧心肌細(xì)胞中表達(dá)減少，可增加RNA中m6A甲基化的程度，降低心肌細(xì)胞的收縮功能。改善FTO在小鼠衰竭心臟中的表達(dá)，可減輕缺血引起的m6A升高和心肌收縮功能下降。這是通過FTO的去甲基化活性來實(shí)現(xiàn)的，F(xiàn)TO選擇性地去甲基化心臟收縮相關(guān)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，防止其降解，改善缺血時(shí)的心肌收縮蛋白表達(dá)，從而改善心肌收縮力。該研究還證明FTO在心肌梗死小鼠模型中的過表達(dá)，可以減少纖維化并促進(jìn)血管生成。由此可得出依賴FTO的心臟m6A甲基化在心力衰竭時(shí)心臟收縮中的重要功能，提示使用FTO或FTO類似物進(jìn)行靶向治療的可行性[26]。

2 mRNA m6A甲基化調(diào)節(jié)心血管疾病的可能機(jī)制

2.1 mRNA m6A甲基化與脂質(zhì)代謝 晝夜節(jié)律相關(guān)蛋白的轉(zhuǎn)錄調(diào)控對(duì)維持脂質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要，如果晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)紊亂導(dǎo)致脂質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)被破壞，則可引起代謝性疾病。近來有研究證實(shí)，小鼠肝臟mRNA m6A甲基化波動(dòng)依賴于一個(gè)功能性生物鐘的調(diào)節(jié)，小鼠肝臟晝夜節(jié)律基因芳香烴受體核轉(zhuǎn)位蛋白樣1 (brain and muscle arnt-like 1, Bmal1)缺失可導(dǎo)致活性氧(reactive oxygen species, ROS)積聚，進(jìn)而通過提高M(jìn)ETTL3來增加mRNA m6A甲基化，尤其是增加過氧化物酶體增殖劑激活受體α(peroxisome proliferators-activated receptors,PPARα)的mRNA甲基化，同時(shí)活性氧的積聚會(huì)顯著誘導(dǎo) YTHDF2的表達(dá)，兩者共同影響PPARα的轉(zhuǎn)錄和翻譯，影響下游的脂質(zhì)代謝，最終導(dǎo)致脂質(zhì)積聚增加。這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步揭示了晝夜節(jié)律基因缺失、mRNA m6A修飾和代謝狀態(tài)之間的關(guān)系，mRNA m6A甲基化，特別是PPARα甲基化在下游基因和脂質(zhì)代謝的生物鐘調(diào)節(jié)機(jī)制中起重要作用[27]。

2.2 mRNA m6A甲基化對(duì)巨噬細(xì)胞清除受體1表達(dá)的影響 動(dòng)脈粥樣硬化是一種慢性炎性疾病，其特征是動(dòng)脈壁上脂質(zhì)、細(xì)胞及纖維成分的逐漸積累[28]。巨噬細(xì)胞在動(dòng)脈粥樣硬化的各個(gè)階段起著關(guān)鍵作用，受損的動(dòng)脈壁促使單核細(xì)胞在內(nèi)膜中分化為巨噬細(xì)胞，巨噬細(xì)胞吸收并代謝過多的氧化低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein, oxLDL)，導(dǎo)致酯化膽固醇在細(xì)胞質(zhì)中沉積，產(chǎn)生泡沫細(xì)胞。巨噬細(xì)胞清除受體1(macrophage scavenger receptor A, MSR1)和白細(xì)胞分化抗原36(cluster of differentiation 36, CD36)在巨噬細(xì)胞表面大量表達(dá)，是結(jié)合、攝取和清除oxLDL的主要受體[29]。

近來有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，oxLDL可誘導(dǎo)死盒蛋白5(dead box protein 5，DDX5)表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)巨噬細(xì)胞MSR1的表達(dá)，接受oxLDL處理的巨噬細(xì)胞DDX5上調(diào)，抑制了METTL3作用于MSR1 mRNA的甲基轉(zhuǎn)移酶活性，降低MSR1 mRNA中m6A的甲基化程度，從而維持MSR1 mRNA的穩(wěn)定性，增加MSR1表達(dá)并促進(jìn)脂質(zhì)攝取。該研究提示，DDX5通過抑制METTL3與MSR1 mRNA結(jié)合并抑制METTL3甲基轉(zhuǎn)移酶活性起作用[30]。但DDX5抑制METTL3甲基轉(zhuǎn)移酶活性的具體機(jī)制尚不明確，且DDX5是否影響巨噬細(xì)胞分泌各種促炎因子和趨化因子也有待進(jìn)一步研究。

2.3 mRNA m6A甲基化與炎性反應(yīng) 各種慢性炎癥性疾病可刺激心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展。這些異常的生化特征是通過氧化應(yīng)激途徑、細(xì)胞因子和腎素—血管緊張素系統(tǒng)的相互作用而產(chǎn)生[31]。炎性反應(yīng)是動(dòng)脈粥樣硬化各階段的主要和基本危險(xiǎn)因素之一[32]。由于炎性反應(yīng)與動(dòng)脈粥樣硬化關(guān)聯(lián)的具體機(jī)制尚未完全闡明，m6A成為研究心血管疾病臨床治療策略的新焦點(diǎn)。最近的研究表明，METTL3敲除可以抑制一些炎性細(xì)胞因子的增加和各種與炎性反應(yīng)相關(guān)的基因表達(dá)，主要是通過改變相關(guān)信號(hào)通路的磷酸化水平，如在脂多糖誘導(dǎo)的人牙髓炎中，可調(diào)節(jié)骨髓分化因子88 (myeloid differentiation factor 88，MyD88)的剪切變體。這提示m6A在炎性反應(yīng)過程中可能參與心血管疾病的病理生理過程[33]。

METTL3可驅(qū)動(dòng)M1巨噬細(xì)胞極化，發(fā)揮促炎作用。METTL3直接甲基化信號(hào)傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄活化因子1(signal transducers and activators of transcription 1，STAT1)的mRNA，提高其mRNA的穩(wěn)定性，從而上調(diào)STAT1的表達(dá)，促進(jìn)M1巨噬細(xì)胞極化。STAT1是啟動(dòng)促炎巨噬細(xì)胞的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。鑒于M1巨噬細(xì)胞在各種炎性疾病發(fā)病機(jī)制中的關(guān)鍵作用，METTL3-STAT1介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞極化可能導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化、肥胖相關(guān)的脂肪重構(gòu)、腹主動(dòng)脈瘤等疾病的發(fā)生和發(fā)展，因此可以作為潛在的抗炎目標(biāo)[34]。

2.4 mRNA m6A甲基化與下游基因調(diào)控 不同病理刺激下心肌基因表達(dá)水平的改變?cè)谝恍﹦?dòng)物心力衰竭模型發(fā)生和進(jìn)展中發(fā)揮了重要作用。最近的一項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了可逆mRNA序列中特定修飾的重要性，可逆mRNA序列在表觀遺傳水平上控制基因表達(dá)。由于m6A甲基化水平的升高與心肌病相關(guān)，因此研究m6A內(nèi)部修飾對(duì)相關(guān)基因表達(dá)的影響具有重要意義。m6A的動(dòng)態(tài)甲基化通過調(diào)節(jié)應(yīng)激心肌細(xì)胞mRNA翻譯的效率影響轉(zhuǎn)錄的穩(wěn)定性。例如，除心肌細(xì)胞的大小和心臟功能外，與肥厚相關(guān)的下游標(biāo)志物利鈉肽前體的表達(dá)也會(huì)受到METTL3酶活性的影響。這表明m6A修飾在體內(nèi)外調(diào)節(jié)心臟基因表達(dá)和細(xì)胞生長(zhǎng)反應(yīng)中發(fā)揮著綜合作用[22]。

總之，m6A相關(guān)酶或任何其他類型的小分子在特定位點(diǎn)的調(diào)控，可能是治療一些由m6A失調(diào)引起的心臟病的新途徑。然而，m6A與其他心血管相關(guān)疾病(如高血壓和先天性心臟病)之間的聯(lián)系仍需進(jìn)一步的探索。

3 小結(jié)和展望

mRNA m6A甲基化異?？勺鳛闈撛诘男难芗膊?biāo)志物，其與泡沫細(xì)胞的形成、血管內(nèi)皮炎性反應(yīng)、肥胖和2型糖尿病、心臟內(nèi)穩(wěn)態(tài)、心肌肥厚、心臟重構(gòu)與修復(fù)高度相關(guān)，對(duì)認(rèn)識(shí)心血管疾病發(fā)病機(jī)制、診斷和治療提供新的線索。開發(fā)多種m6A調(diào)節(jié)劑治療m6A修飾相關(guān)心血管疾病具有廣闊的前景，也可為研究心血管疾病的分子機(jī)制及治療藥物的開發(fā)提供理論依據(jù)。