N6-甲基腺嘌呤甲基化在肝臟疾病中的作用

馬艷珍，吳芙蓉，張家富，凡 暢，黃少鵬，陳 森，姜 輝

1 安徽中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院 臨床研究實(shí)驗(yàn)中心，合肥 230031；2 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)附屬第一醫(yī)院 藥劑科，合肥 230001

N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenosine，m6A)是發(fā)生在RNA腺嘌呤(A)堿基第6位氮原子上的甲基化，主要由甲基轉(zhuǎn)移酶(Writers)、去甲基化酶(Erasers)和相關(guān)結(jié)合蛋白(Readers)共同調(diào)控，參與RNA轉(zhuǎn)錄、剪接、加工、翻譯和衰變等多種生物學(xué)過(guò)程[1-3]。肝臟是調(diào)控機(jī)體新陳代謝的主要器官，m6A甲基化參與肝臟疾病的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程(圖1)。本文現(xiàn)簡(jiǎn)要綜述m6A甲基化在肝臟生理以及病理中的作用進(jìn)展情況。

注：NAFLD，非酒精性脂肪性肝病；HCC，肝細(xì)胞癌。

1 m6A甲基化

m6A甲基化是由Writers、Erasers和Readers所催化的一個(gè)動(dòng)態(tài)可逆過(guò)程。Writers主要包括甲基轉(zhuǎn)移酶樣3/14(methyltransferase-like 3/14，METTL3/14)、Wilms腫瘤相關(guān)蛋白(Wilms tumor 1-associating protein，WTAP)、和RNA結(jié)合基序蛋白15/15B(RNA binding motif protein 15/15B，RBM15/15B)等。WTAP與METTL3和METTL14的相互作用，是m6A甲基轉(zhuǎn)移酶催化過(guò)程中所需要的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[4]。Erasers主要包括肥胖相關(guān)蛋白(Fat mass and obesity-associated protein，F(xiàn)TO)和ALKB同源蛋白5(Alkb homolog 5，ALKBH5)等[5]。FTO是首個(gè)被發(fā)現(xiàn)的去甲基化酶，并在體內(nèi)和體外都能去除m6A甲基化修飾[6]。m6A甲基化與去甲基化修飾后，需通過(guò)Readers的識(shí)別來(lái)使m6A發(fā)揮多樣的生物學(xué)功能，已知的Readers是YT521-B同源域(YT521-B homology，YTH)家族成員，主要分為m6A結(jié)合蛋白(YTH N6-methyladenosine RNA binding proteins，YTHDFs)，如YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3等和含YTH結(jié)構(gòu)域蛋白(YTH domain containing proteins，YTHDCs)，如YTHDC1、YTHDC2等[7]。

2 m6A甲基化與肝臟生理功能

m6A的動(dòng)態(tài)修飾在肝臟中具有組織特異性，與肝臟生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)。He等[8]對(duì)豬肝臟的新生期(0 d)、哺乳期(21 d)和成年期(2歲)三個(gè)發(fā)育階段所有m6A持續(xù)修飾的基因進(jìn)行功能富集分析發(fā)現(xiàn)，m6A甲基化水平與基因表達(dá)之間呈負(fù)相關(guān)。

肝細(xì)胞色素P450(CYP450)在肝臟藥物代謝中起著重要作用。最近一項(xiàng)研究[9]發(fā)現(xiàn)，m6A甲基化影響CYP450的表達(dá)，敲低METTL3/14后肝細(xì)胞色素P4502C8(CYP2C8)表達(dá)上調(diào)，敲低FTO后CYP2C8表達(dá)下調(diào)。另有報(bào)道[10]，阿克曼菌和植物乳桿菌可影響單基因相關(guān)小鼠肝臟中特定的m6A甲基化，從而調(diào)控肝臟中脂質(zhì)、氨基酸代謝和胰島素信號(hào)傳導(dǎo)。

m6A甲基化在肝臟晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)中發(fā)揮著獨(dú)特作用。有研究[11]表明，m6A甲基化參與了小鼠肝臟晝夜節(jié)律的調(diào)節(jié)，METTL3耗竭抑制了RNA加工效率，導(dǎo)致晝夜節(jié)律周期延長(zhǎng)。然而，還需要進(jìn)一步的證據(jù)來(lái)支持晝夜節(jié)律是否可通過(guò)m6A甲基化介導(dǎo)肝臟生長(zhǎng)。

3 m6A甲基化與病毒性肝炎

HBV是一種DNA病毒，研究表明HBV RNA中的m6A甲基化在病毒生命周期中起著雙重調(diào)節(jié)作用。敲除METTL3或METTL14可減少前基因組RNA(pregenomic RNA，pgRNA)的逆轉(zhuǎn)錄，但導(dǎo)致乙型肝炎核心蛋白(HBc)和HBV S蛋白(HBs)的上調(diào)，同時(shí)YTHDF2或YTHDF3的敲除也顯著增加了HBs和HBc的表達(dá)，表明m6A甲基化正向調(diào)節(jié)逆轉(zhuǎn)錄，負(fù)向調(diào)節(jié)HBV mRNA的穩(wěn)定性，導(dǎo)致病毒蛋白表達(dá)減少[12]。最新研究[13]發(fā)現(xiàn)，HBV X蛋白(HBx)是一種在病毒轉(zhuǎn)錄和復(fù)制中起重要作用的調(diào)節(jié)蛋白，HBx與METTL3/14相互作用，在HBV感染過(guò)程中促進(jìn)了HBV cDNA和張力蛋白同源物染色體位點(diǎn)的招募。

HCV屬于黃病毒科的一種RNA病毒，是肝硬化和慢性肝炎的主要危險(xiǎn)因素。研究[14]表明，敲除METTL3和METTL14可在不影響病毒RNA復(fù)制的情況下，促進(jìn)病毒顆粒的產(chǎn)生，從而增加HCV的感染率；敲除FTO效果則相反，且YTHDF蛋白可重新定位到脂質(zhì)滴上，減少HCV病毒顆粒的產(chǎn)生。有趣的是，HCV RNA中的m6A甲基化可抑制或逃避維甲酸誘導(dǎo)基因1引起的天然免疫刺激[15]。此外，病毒感染期間激活的細(xì)胞信號(hào)通路，可通過(guò)改變m6A甲基化來(lái)調(diào)控病毒感染過(guò)程[16]。這些研究為m6A甲基化調(diào)控病毒生命周期提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。

m6A甲基化在病毒性肝炎治療方面發(fā)揮著重要作用。最新研究[17]表明，HBx可上調(diào)METTL3的表達(dá)，從而增加circ-ARL3的m6A甲基化；circ-ARL3基因敲除可抑制HBV和HCC的增殖和侵襲，靶向circ-ARL3/微核糖核酸(miR-126)軸可能是一種有前景的HBV治療方法。另有研究[18]表明，m6A甲基化和YTHDC2可通過(guò)與La抗原和其他因素相互作用來(lái)協(xié)助HCV內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)依賴(lài)的翻譯啟動(dòng)，從而為干預(yù)感染過(guò)程提供了替代的治療途徑。目前的研究表明，m6A甲基化對(duì)HBV/HCV感染有負(fù)面調(diào)節(jié)作用，但對(duì)其他肝炎病毒的調(diào)控作用有待進(jìn)一步闡明。

4 m6A甲基化與NAFLD

NAFLD的特征是在沒(méi)有大量飲酒或其他已知肝病病史的情況下發(fā)生的肝脂肪變性[19]。有研究表明，F(xiàn)TO可通過(guò)抑制Wnt/β-連環(huán)蛋白信號(hào)通路，進(jìn)而影響豬肌內(nèi)前脂肪細(xì)胞的增殖和分化[20]，F(xiàn)TO還可下調(diào)人肝癌細(xì)胞HepG2中m6A水平，降低線(xiàn)粒體含量并增加甘油三酯沉積，這為早期預(yù)防NAFLD的發(fā)展提供了新的思路[21]。另外，Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子1(Runt-related transcription factor 1，RUNX1T1)能促進(jìn)脂肪細(xì)胞增殖，F(xiàn)TO可通過(guò)增強(qiáng)RUNX1T1的表達(dá)來(lái)介導(dǎo)脂肪生成[22]。Wu等[23]證實(shí)敲除FTO可延長(zhǎng)脂肪細(xì)胞分化早期的細(xì)胞周期進(jìn)程，從而抑制脂肪形成。此外，過(guò)表達(dá)FTO可增加脂肪細(xì)胞的脂質(zhì)積累并降低m6A甲基化的表達(dá)水平，過(guò)表達(dá)METTL3可抑制脂質(zhì)積聚并增加m6A甲基化水平[24]，且METTL3也可利用脂肪酸合成酶m6A甲基化抑制肝臟胰島素敏感性，促進(jìn)脂肪酸代謝[25]。綜上所述，F(xiàn)TO在肝細(xì)胞脂肪代謝中起著至關(guān)重要的作用，可能是NAFLD的一個(gè)有前景的治療靶點(diǎn)。

m6A甲基化在NAFLD的治療方面起著重要作用。Chen等[26]研究證實(shí)，青春期補(bǔ)充甲基供體甜菜堿可通過(guò)m6A依賴(lài)和YTHDF2介導(dǎo)的方式調(diào)節(jié)細(xì)胞周期來(lái)控制脂肪的形成。另外，甜菜堿還可糾正高脂飲食誘導(dǎo)的m6A低甲基化和高FTO表達(dá)，這是由于甜菜堿對(duì)受損的脂肪組織功能起到了保護(hù)作用[27]。另有研究[28]表明，姜黃素可通過(guò)增加m6A甲基化水平，減輕脂多糖誘導(dǎo)的肝損傷和肝脂質(zhì)代謝紊亂。

5 m6A甲基化與肝纖維化

肝纖維化是在病毒或各種損傷的持續(xù)作用下，肝臟發(fā)生的慢性炎癥和可逆修復(fù)反應(yīng)，最終可發(fā)展為肝硬化、HCC[29]。研究[30]表明，在肝纖維化發(fā)展過(guò)程中，差異m6A甲基化主要富集于氧化應(yīng)激和細(xì)胞色素代謝相關(guān)環(huán)節(jié)，而在肝纖維化逆轉(zhuǎn)過(guò)程中，差異m6A甲基化主要富集于免疫應(yīng)答和凋亡相關(guān)環(huán)節(jié)。

在肝纖維化治療方面，m6A甲基化也有重要作用。有研究[31]發(fā)現(xiàn)，下調(diào)酸敏離子通道1a的表達(dá)后，METTL3依賴(lài)的m6A修飾水平和miR-350表達(dá)水平均降低，miR-350靶向芽胞受體酪氨酸激酶信號(hào)拮抗劑2，并進(jìn)一步降低磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B和細(xì)胞外調(diào)蛋白激酶通路相關(guān)蛋白的表達(dá)，減輕肝纖維化程度。盡管如此，還需要更多的研究來(lái)確定m6A甲基化在肝纖維化中的調(diào)控作用及作用機(jī)制。

6 m6A甲基化與HCC

HCC是全球第四大致死腫瘤，嚴(yán)重威脅到人類(lèi)的健康與壽命[32]。研究[33]表明，在體內(nèi)，敲除METTL3可顯著抑制HCC的成瘤性；在體外，敲除METTL3可明顯降低HCC的增殖、遷移和集落形成。最近研究[34]發(fā)現(xiàn)，METTL14通過(guò)調(diào)節(jié)前體miR-126來(lái)抑制HCC的轉(zhuǎn)移，敲除METTL14顯著增加了HCC的遷移和侵襲力，這表明METTL14的過(guò)表達(dá)，具有抑制腫瘤轉(zhuǎn)移的能力。另外，miR-145通過(guò)靶向HCC中YTHDF2 mRNA 的3′-UTR來(lái)調(diào)控m6A水平，抑制HCC的增殖[35]。Li等[36]發(fā)現(xiàn)FTO通過(guò)介導(dǎo)M2型丙酮酸激酶去甲基化促進(jìn)HCC的發(fā)生發(fā)展，F(xiàn)TO敲除可上調(diào)m6A水平，從而阻止HCC的疾病進(jìn)程。最新一項(xiàng)研究[37]表明，ALKBH5作為一種腫瘤抑制因子，能通過(guò)m6A依賴(lài)性的方式降低HCC中LY6/PLAUR結(jié)構(gòu)域包含體1的表達(dá)。總而言之，m6A甲基化修飾的甲基化酶、去甲基化酶、結(jié)合蛋白都能通過(guò)調(diào)控相關(guān)因子參與HCC的發(fā)展過(guò)程。

m6A甲基化的調(diào)控蛋白在HCC治療方面存在很多潛在靶點(diǎn)。研究[38]表明，m6A 甲基化水平與HCC的預(yù)后密切相關(guān)，YTHDF2、YTHDF1、METTL3和KIAA1429可能是HCC的潛在預(yù)測(cè)因子和治療靶標(biāo)。有研究[39]表明，敲除METTL3可降低轉(zhuǎn)錄因子叉頭蛋白3 mRNA的穩(wěn)定作用，從而增強(qiáng)HCC對(duì)索拉非尼的耐藥性，表明FOXO3是m6A甲基化在治療HCC中的重要靶標(biāo)。

7 展望

作為肝臟病理過(guò)程中的重要因素，m6A甲基化在肝臟疾病中的生物學(xué)作用研究逐漸為學(xué)者所重視。然而，現(xiàn)在的研究大部分集中于m6A在HCC發(fā)病中的作用，對(duì)于調(diào)控其他肝臟疾病比如酒精性脂肪肝、肝硬化等的機(jī)制還不完全了解；并且大多數(shù)關(guān)于m6A在HCC中的研究都是在體外進(jìn)行，缺乏臨床相關(guān)證據(jù)。然而，隨著相關(guān)領(lǐng)域不斷深入研究，m6A甲基化對(duì)肝臟疾病的調(diào)控作用研究將會(huì)更加系統(tǒng)、深入，并將在各種肝臟疾病的診療中發(fā)揮重要作用。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：馬艷珍負(fù)責(zé)文獻(xiàn)收集及論文撰寫(xiě)；吳芙蓉、凡暢、黃少鵬、陳森參與文獻(xiàn)的收集、篩選和整理工作；張家富負(fù)責(zé)論文的修改與校正；姜輝負(fù)責(zé)擬定寫(xiě)作思路，指導(dǎo)撰寫(xiě)文章并最后定稿。