汪 霞，張 娜(綜述)，張 琦，劉 靜(審校)

(1.甘肅中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省人民醫(yī)院老年醫(yī)學科，甘肅 蘭州 730000；3.甘肅省人民醫(yī)院內分泌代謝病診療中心，甘肅 蘭州 730000)

糖尿病(diabetes mellitus, DM)是以高血糖、血脂異常為特征的代謝性疾病。2019年，全球20～79歲成人DM患病率為9.3 % (4.63億人)[1]。DM會引起許多并發(fā)癥，包括對幾乎所有重要器官(腎臟、心臟、大腦和肺)以及眼睛、周圍神經和足部的損害。表觀遺傳變化存在于許多生理和病理過程中[2]。盡管從DNA修飾到蛋白質修飾，表觀遺傳調控的多個方面在DM中已經被廣泛研究，但對RNA修飾在基因表達調控中的作用才開始被探索[3]。m6A修飾是真核生物信使RNA( messenger RNA,mRNA)中最常見的內部RNA甲基化修飾[2]，在調節(jié)細胞的基本生理過程和多種生理功能的基因表達中起著重要的作用[4]。m6A甲基化是基因表達的重要表觀遺傳調控。近年來的研究表明，m6A甲基化通過調節(jié)糖脂代謝和免疫炎癥[5]，在DM等代謝疾病的發(fā)展中發(fā)揮重要作用[6]。本文將對m6A甲基化及生物學功能以及在DM及其常見并發(fā)癥中的作用進行綜述，期待為DM和其并發(fā)癥的預防和治療提供新的思路。

1 m6A修飾及生物學功能

1.1m6A修飾 真核生物RNA具有100多種的化學修飾，其中RNA甲基化修飾大約占所有RNA修飾的60%以上[7]，而m6A在甲基化修飾中最為普遍，占到了80%[6]。m6A修飾指的是RNA上的腺苷酸(adenylate,A)的第六位N發(fā)生甲基化[8]。mRNA最常見的內部修飾包括m6A、N1-甲基腺嘌呤(N1-methyladenosine,m1A)、5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine,m5C)[9]等，用于維持mRNA的穩(wěn)定性。m6A甲基化修飾是一個高度動態(tài)、可逆的表觀遺傳修飾[10]，主要發(fā)生在細胞核中[6]。m6A不僅在mRNA中被發(fā)現(xiàn)，目前發(fā)現(xiàn)微小RNA(microRNA)和長鏈非編碼RNA(long non-coding RNAs,lncRNAs)等都有發(fā)生m6A修飾[5]。

1.2m6A生物學功能 參與m6A甲基化修飾的蛋白主要包括甲基化轉移酶、去甲基化酶以及甲基化閱讀蛋白等[10]。甲基化轉移酶一般也叫Writers，主要功能是在RNA加上甲基，是一類重要的催化酶，主要介導RNA的甲基化修飾過程[6]。Writers主要包括類甲基轉移酶3(methyltransferase-like 3,METTL3)、類甲基轉移酶14(methyltransferase-like 14,METTL14)、相關病毒樣m6A甲基轉移酶(vir-like m6A methyltransferase associated,VIRMA,也被稱為KIAA1429)、腎母細胞瘤1相關蛋白(wilms tumor 1-associated protein,WTAP)和RNA結合基序蛋白15(RNA binding motif protein 15,RBM15)[11]等。這些蛋白并不是各自孤立的，而是會形成復合物共同行使催化功能。去甲基化酶也叫Erasers，介導RNA的去甲基化修飾過程[11]，可以將RNA上甲基去除。Erasers主要包括脂肪量和肥胖相關蛋白(fat mass and obesity-associated protein,FTO)、α-酮戊二酸依賴性雙加氧酶alkB同源物3(α-ketoglutarate-dependent dioxygenase alkB homolog 3,ALKBH3)和α-酮戊二酸依賴性雙加氧酶alkB同源物5(α-ketoglutarate-dependent dioxygenase alkB homolog 5,ALKBH5)[6,11]。甲基化閱讀蛋白也叫Readers，參與下游RNA的翻譯、降解等過程[11]，主要識別RNA甲基化修飾的信息。Readers主要包括YTH結構域包含蛋白1-2(YTHDC1-2)和YT521-B同源物(YT521-B homology,YTH)的YTH結構域蛋白家族1-3(YTHDF1-3)[12]等。m6A酶類型及功能見表1。

表1 m6A酶類型及功能

Writers：甲基化轉移酶、Erasers：去甲基化酶、Readers：甲基化閱讀蛋白、METTL3：類甲基轉移酶3、METTL14：類甲基轉移酶14、WTAP：腎母細胞瘤1相關蛋白、KIAA1429/VIRMA：相關病毒樣m6A甲基轉移酶、RBM15：RNA結合基序蛋白15、FTO：脂肪量和肥胖相關蛋白、ALKBH3：α-酮戊二酸依賴性雙加氧酶alkB同源物3、ALKBH5：α-酮戊二酸依賴性雙加氧酶alkB同源物5、YTHDC1：YTH結構域包含蛋白1、YTHDC2：YTH結構域包含蛋白2、YTHDF1：YTH結構域蛋白家族1、YTHDF2：YTH結構域蛋白家族2、YTHDF3：YTH結構域蛋白家族3

2 m6A甲基化與DM

2型糖尿病(type 2 diabetes,T2DM)，以高血糖、血脂異常為特征，其發(fā)病機制與不同水平的基因表達改變有關[6]。m6A修飾在血糖穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用[15]。m6A穩(wěn)態(tài)是通過m6A甲基化轉移酶復合物和去甲基化酶的協(xié)調調控實現(xiàn)的[2]。Bornaque等[16]研究報道，與正常志愿者相比，T2DM患者的外周血清中m6A的含量明顯降低，F(xiàn)TO和METTL3 mRNA的表達水平明顯升高，并且FTO mRNA表達水平的變化與葡萄糖水平變化相似。但是，Zha等[17]研究發(fā)現(xiàn)T2DM患者外周血中METTL3的表達水平較低，高糖可以抑制視網膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)細胞中METTL3的表達，并且上調METTL3可減輕高糖對RPE細胞的細胞毒作用，下調METTL3則有相反的作用。這與之前的研究結果不一致。因此，m6A甲基化轉移酶在DM中的作用仍有待研究。

Li等[18]研究發(fā)現(xiàn)METTL3在炎癥和氧化應激條件下下調，胰島β細胞特異性缺失METTL3誘導β細胞衰竭和高血糖。Wang等[19]在糖尿病db/db小鼠和T2DM患者中，均觀察到胰島β細胞中METTL3、METTL14的表達降低，條件敲除METTL14可導致胰島β細胞胰島素分泌減少和血糖不耐受。這些研究結果表明METTL3和METTL14是維持胰島β細胞功能所必需的。METTL14已經被證明可以與METTL3形成穩(wěn)定的異質二聚體。但是在缺乏METTL14的胰島中，METTL3的水平略有升高而不是降低。因此，需要進一步的研究為這一結果作出解釋，來明確METTL3和METTL14復合物在胰島中的作用機制。

3 m6A甲基化與糖尿病并發(fā)癥

3.1m6A甲基化與糖尿病腎病(diabetic nephropathy,DN) DN是DM常見的微血管并發(fā)癥之一，是一種慢性進行性的腎臟疾病，最終可以導致終末期腎臟疾病的發(fā)生[20]。DN的病理特征包括腎臟的各種結構和功能改變，包括腎小球和腎小管肥大、細胞外基質(extracellular matrix,ECM)積累、系膜基質擴張、足細胞功能障礙等[21]。m6A修飾可調節(jié)炎癥和凋亡，這是介導DN病理損傷的重要機制。足細胞損傷是蛋白尿腎病進展中最重要的決定因素之一。Jiang等[2]發(fā)現(xiàn)m6A修飾在1型糖尿病(type 1 diabetes,T1DM)和T2DM小鼠的腎臟中顯著上調，并且是由METTL3水平升高引起的。此外，在DN患者的腎活檢中，也發(fā)現(xiàn)足細胞METTL3升高，并且與腎損害有關[2]。該研究進一步證實足細胞條件敲除METTL3能顯著減輕鏈脲佐菌素(streptozotocin,STZ)誘導的糖尿病小鼠足細胞損傷和蛋白尿[2]。METTL14在人類疾病中的作用已被廣泛闡明。Li等[22]發(fā)現(xiàn)METTL14在DN患者的腎組織和高糖培養(yǎng)的腎小球內皮細胞中上調，并且METTL14的過表達促進了腎小球內皮細胞的凋亡和炎癥反應，加重了DN小鼠的腎損傷。Xu等[23]發(fā)現(xiàn)敲除METTL14可以保護腎臟免受腎缺血再灌注損傷。Lu等[24]也揭示了METTL14介導的m6A RNA修飾在DN小鼠或經過阿霉素(adriamycin,ADR)處理的小鼠以及DN患者的腎組織中上調，并且發(fā)現(xiàn)敲除METTL14可通過促進自噬、減輕凋亡和炎癥對受損足細胞起到保護作用。以上的研究結果揭示了METTL14、METTL3介導的m6A修飾在DN中的新功能，為了解DN中m6A修飾提供了一個新的視角，并且條件敲除METTL14、METTL3有可能是DN新的治療靶點。

3.2m6A甲基化與糖尿病視網膜病變(diabetic retinopathy,DR) DR是DM常見的微血管并發(fā)癥，是DM患者視力殘疾和失明的主要原因[25]。周細胞丟失、微動脈瘤和脫細胞毛細血管是糖尿病視網膜血管的重要病理特征[26]。Suo等[27]研究發(fā)現(xiàn)，DM應激下小鼠視網膜和周細胞m6A RNA甲基化水平顯著上調，并且是由METTL3表達增加引起的。由此可見，METTL3參與DM誘導的視網膜血管并發(fā)癥的發(fā)生。此外，通過降低m6A甲基化可以抑制DM誘導的視網膜周細胞功能障礙，減輕視網膜血管并發(fā)癥[27]。這表明m6A甲基化是周細胞生物學的內在調節(jié)因子。Yao等[28]發(fā)現(xiàn)條件敲除METTL3可以減少周細胞損失和DM引起的視網膜血管并發(fā)癥。但是，Zha等[17]發(fā)現(xiàn)高糖狀態(tài)可以抑制人RPE細胞中METTL3的表達,并且過表達METTL3可以逆轉高糖對人RPE細胞凋亡和焦亡的促進作用。相反，通過敲除METTL3來加重。這一研究結果說明METTL3過表達對高糖誘導的RPE細胞死亡起保護作用。因此，m6A RNA甲基化在DR中發(fā)揮的作用存在爭議，這些研究結果的不同可能與不同的組織來源有關。m6A RNA甲基化在DR中的作用機制有待進一步研究。

3.3m6A甲基化與糖尿病性心肌病(diabetic cardiomyopathy,DCM) DM不僅增加了心力衰竭的風險，而且使心力衰竭的病死率增加了2.5倍[29]。DCM是DM在發(fā)生發(fā)展中因代謝異常引起的一種特殊類型的心肌病，導致心肌葡萄糖消耗減少，酮代謝輕度增加，脂肪酸利用顯著增加[29]。研究表明，m6A修飾與正常的生物過程以及不同類型心臟病(如心肌肥厚、心臟重塑、心肌梗死和心力衰竭)的起始和進展有關[30]。研究表明，F(xiàn)TO在哺乳動物缺氧的心肌細胞中表達下調，并且可以通過增加RNA中m6A的水平來降低心肌細胞的收縮功能[31]。Ju等[32]研究發(fā)現(xiàn)FTO在DCM模型小鼠中下調，DCM模型小鼠過表達FTO可通過減少心肌纖維化和心肌細胞肥大改善心功能。此外，F(xiàn)TO敲除可導致心功能受損，促進心衰[30]。因此，過表達FTO有可能是DCM新的治療靶點。FTO介導的m6A去甲基化調控在DCM中的新作用，有助于擴展今后在DCM進展中對表觀遺傳調控的理解。m6A是lncRNA等RNA最重要的表觀遺傳調控之一。Meng等[33]研究發(fā)現(xiàn)在DCM大鼠心肌細胞中，METTL14表達下調。研究進一步證實METTL14增加了末端分化誘導的非編碼RNA(terminal differentiation-induced non-coding RNA,TINCR) 基因m6A甲基化水平，通過下調TINCR來抑制DCM[33]。揭示了METTL14介導的m6A甲基化和lncRNA調控在DCM中的新作用。

3.4m6A甲基化與認知障礙 DM是一種常見的慢性疾病。DM患者認知障礙、抑郁和焦慮的患病率較高。研究表明，在T2DM患者中，輕度認知障礙(mild cognitive impairment,MCI)的患病率約為45%[34]。認知障礙是一種嚴重的糖尿病相關并發(fā)癥，嚴重挑戰(zhàn)著對未來衛(wèi)生資源的需求。盡管有報道稱輕度高血糖可增強認知功能，但越來越多的證據(jù)表明，長期的高水平葡萄糖會導致神經元死亡，并增加認知障礙的風險[35]。海馬體是認知和記憶的中心。因此，海馬神經元損傷是這些患者認知障礙發(fā)展的關鍵。越來越多的證據(jù)表明，m6A信號通過促進小鼠大腦可塑性相關基因的翻譯，在學習和記憶中發(fā)揮重要作用。缺乏m6A甲基化轉移酶METTL3或METTL14的小鼠表現(xiàn)出突觸可塑性、學習和記憶鞏固的障礙；相反，通過抑制m6A去甲基化酶FTO的表達來增加m6A的含量，可以促進小鼠記憶的鞏固[36]。由此可見，甲基化轉移酶缺失會導致神經元發(fā)育缺陷和神經元分化受損。

甲基化閱讀蛋白，如YTHDF1，也顯著參與突觸可塑性和神經元發(fā)育[30]。研究表明，在神經元刺激下，目標轉錄物YTHDF1依賴的m6A蛋白合成促進成年小鼠海馬的學習和記憶。YTHDF1基因缺失的小鼠表現(xiàn)出學習和記憶缺陷以及海馬突觸傳遞和長時程增強受損。Zhang等[37]發(fā)現(xiàn)YTHDF1表達下調會阻礙小鼠的精細運動功能和學習記憶能力。這與之前的研究結果一致。Li等[38]研究發(fā)現(xiàn)高糖可上調YTHDC2和ALKBH5的表達，下調YTHDF1、YTHDF3和WTAP的表達。說明參與m6A修飾的酶類的異常表達在STZ誘導的糖尿病認知功能障礙中起重要作用。此外，YTHDF1在海馬過表達不能逆轉糖尿病癥狀，但可以改善小鼠的認知障礙[35]。證明YTHDF1可能是一種有前景的治療糖尿病認知功能障礙的靶點。

以往的研究表明，無論是DM患者還是該疾病的大鼠模型，m6A的總體含量都較低。這些研究學者主要關注的是FTO，并發(fā)現(xiàn)它在DM患者和糖尿病大鼠的血液中都有升高。但Song等[35]研究發(fā)現(xiàn)DM大鼠海馬組織中FTO表達下調。這可能與不同的組織來源有關。因此，F(xiàn)TO在DM患者中樞神經系統(tǒng)中的作用仍有待研究。

3.5m6A甲基化與糖尿病足 糖尿病足是DM嚴重的慢性并發(fā)癥之一。糖尿病足的傷口愈合明顯延遲這是廣為人知的，這與皮膚表皮有關。表皮在皮膚傷口愈合中起著關鍵作用，其主要成分是角質形成細胞。此前的一項相關研究發(fā)現(xiàn)，DM患者皮膚組織的表皮明顯比對照組更薄。因此，表皮變薄可能是糖尿病創(chuàng)面延遲愈合的關鍵因素。有研究[39]表明，死骨片1(sequestosome 1,SQSTM1)是高糖處理的角質形成細胞中的一個關鍵基因，與糖尿病并發(fā)癥有關，并且可能是通過自噬介導的。Liang等[39]觀察到YTHDC1在DM表皮角質形成細胞中表達下調，并且YTHDC1基因的下調導致角質形成細胞中SQSTM1核mRNA降解，影響角質形成細胞的生物學功能(包括增加凋亡率和降低遷移能力)，延遲創(chuàng)面愈合。這些研究結果表明，YTHDC1基因的下調會影響角質形成細胞的生物學功能。角質形成細胞中YTHDC1的減少導致的細胞功能障礙和自噬障礙可能是糖尿病皮膚表皮變薄的原因之一。

4 小結與展望

近年來，在RNA修飾水平上對基因表達調控復雜性的認識正在迅速發(fā)展。本文綜述了m6A 相關調控因子的生理功能以及在DM及其并發(fā)癥中的潛在作用。雖然已經有大量的研究結果表明DM及其并發(fā)癥與m6A RNA修飾的功能作用相關，但對RNA修飾在基因表達調控中作用的研究還處于早期階段，仍有許多的知識空白有待填補。即使是在相同疾病的T2DM患者中，不同的研究小組也得出了有爭議的結論，這可能是受細胞環(huán)境等因素影響的。因此，還需要進一步的實驗來解釋驗證這些差異。

m6A修飾研究的快速發(fā)展可以幫助更深一步了解DM及其并發(fā)癥的發(fā)病機制，并其可能成為DM及其并發(fā)癥的新的治療靶點。但是，距離全面理解m6A修飾背后的機制還很遙遠。未來對m6A修飾的研究可以集中在以下幾個方面：首先，在RNA攜帶的100多種化學修飾中，有多少存在于人類細胞尚不清楚；二是大量的臨床研究以及可作為早期診斷和預后預測因子的篩選因子；第三，有關m6A相關靶向DM及其并發(fā)癥治療的研究，可能為其治療提供新的潛在選擇。