m6A甲基化修飾在2型糖尿病及其并發癥發生發展中的調節機制研究進展

蘭亞，楊茂琴，洪文娟，陳海燕，李瀟，成家茂

1 大理大學臨床醫學院，云南大理 671000；2 涼山州中西醫結合醫院；3 大理大學第一附屬醫院；4 大理大學基礎醫學院

糖尿病是全球重大健康問題，患者有伴發微血管和大血管病變的風險。2 型糖尿病（T2DM）及其并發癥的發生機制仍未完全闡明。目前研究發現，表觀遺傳學在T2DM 發生發展中具有重要作用。N6-甲基腺苷（m6A）甲基化修飾是真核生物最常見和最豐富的RNA 修飾之一。m6A 甲基化修飾是由甲基化蛋白、去甲基化蛋白和閱讀蛋白介導的生物學效應，通過改變mRNA的二級結構，促使其與調節蛋白結合，從而影響并決定mRNA的翻譯潛力，在調節細胞分化與代謝、免疫耐受和神經元信號轉導過程中發揮關鍵作用。甲基化蛋白主要包括m6A 甲基轉移酶樣蛋白3（METTL3）、甲基轉移酶樣蛋白14（METTL14）、Wilms 腫瘤1 結合蛋白（WTAP）等，可與m6A結合構成m6A甲基化復合體，將m6A添加到細胞核中的靶RNA上。去甲基化蛋白主要包括ALKB 同源蛋白5（ALKBH5）、脂肪和肥胖相關基因蛋白（FTO），可在細胞核中去除m6A 以消除甲基化修飾。閱讀蛋白主要包括YT521-B同源（YTH）結構域蛋白YTHDF1/2/3、YTHDC1/2，異質核糖核蛋白（HNRNP）家族成員HNRNPA2B1、HNRNPC、HNRNPG，以及胰島素樣生長因子2 mRNA 結合蛋白（IGF2BP）等。m6A 可被不同的閱讀蛋白識別并介導各種轉錄后過程，其中細胞核中的閱讀蛋白介導RNA 的剪接和miRNA 的加工，細胞質中的閱讀蛋白介導mRNA 的穩定、翻譯和降解［1］。近年來，關于m6A 甲基化修飾在T2DM 及其并發癥發生發展過程中調節機制的研究越來越多，現將相關研究綜述如下。

1 m6A甲基化修飾對T2DM的調節作用

多種危險因素可導致T2DM 患者的胰島β 細胞功能障礙，RNA 修飾和RNA 修飾調節劑是參與胰島β 細胞功能調節及胰島素抵抗產生的關鍵因素。m6A 含量降低與T2DM 的發病高度相關，m6A 甲基化修飾則有利于胰島β細胞的存活、分化，抑制細胞凋亡，促進胰島素分泌，降低T2DM發生風險。

1.1 甲基化蛋白對T2DM 的調節作用 METTL3介導的m6A 甲基化修飾在高脂飲食誘導的代謝紊亂和肝源性糖尿病中發揮關鍵作用。高脂飲食小鼠的METTL3表達水平升高，METTL3過表達加重了肝臟代謝紊亂和肝源性糖尿病；而特異性敲除肝細胞METTL3 表達可提高胰島素敏感性，減輕高脂飲食誘導的代謝紊亂和肝源性糖尿病［2］。在高脂飲食小鼠中，特異性敲低肝細胞METTL3表達后，脂肪酸合酶的m6A 甲基化和總mRNA 水平降低，脂肪酸合成受到抑制，胰島素敏感性增加［3］。METTL3是控制棕色脂肪組織出生后發育和能量穩態的重要調節劑。棕色脂肪組織中METTL3 特異性缺失通過下調Prdm16、Pparg、Ucp1 的m6A 修飾和表達，影響棕色脂肪組織在體內的成熟轉錄，導致其介導的適應性產熱顯著減少，并促進高脂飲食誘導的肥胖和全身性胰島素抵抗［4］。此外，METTL3對胰島β 細胞的抗凋亡作用也有重要影響。T2DM 胰島β細胞中METTL3 m6A表達水平降低，細胞易發生凋亡；而使用長效GLP-1 受體激動劑艾塞那肽上調METTL3 后，可促 進m6A 表達，從 而減少胰 島β 細胞的 凋亡［5］。METTL14 對胰島β 細胞的存活、分化和胰島素分泌至關重要，METTL14 缺乏可導致胰島β 細胞死亡，改變細胞分化，降低β細胞質量和胰島素分泌，導致葡萄糖不耐受和T2DM［6］。YANG 等［7］發現，與健康人群相比，T2DM 患者胰島組織中m6A 蛋白表達降低，METTL3、METTL14、WTAP mRNA 表達升高，m6A 蛋白表達與METTL3、METTL14 mRNA 表達呈負相關。由上可見，特異性敲除肝細胞中的METTL3可提高胰島素敏感性，有利于改善T2DM；而METTL3 上調后促進m6A 表達可對胰島β 細胞產生抗凋亡作用，也有利于T2DM 的恢復。因此，不同部位METTL3的表達可能存在相反的調節作用。

1.2 去甲基化蛋白對T2DM 的調節作用 FTO 和ALKBH5 均為ALKB 家族成員。FTO 參與單鏈RNA中的N3-甲基尿苷去甲基化，而ALKBH5 直接從m6A-甲基化腺苷去除甲基。FTO 蛋白以依賴Fe2+和α-酮戊二酸的方式催化m6A 修飾的腺苷轉化為不帶m6A 修飾的腺苷，與肥胖、T2DM、高血壓等代謝性疾病及心血管疾病、腫瘤的發生密切相關。ALKBH5 以α-酮戊二酸和氧氣作為底物，介導m6A 修飾的去甲基化反應，可通過影響m6A 修飾水平，參與調節底物RNA 的穩定性、翻譯效率及選擇性剪接等。在T2DM 患者中，m6A 表達與FTO mRNA 表達呈負相關，而與ALKBH5 mRNA表達無明顯相關，且高糖可增強FTO mRNA 表達［7-8］。研究顯示，FTO mRNA 表達增加可能導致m6A 降低，使T2DM 發生風險增加，而ALKBH5 mRNA 表達水平與T2DM 發生風險無關［8］。有學者用FTO 抑制劑rhein 處理小鼠肝臟，發現FTO 表達水平升高，導致轉錄激活因子Atf4 mRNA表達增加，有助于增加肝葡萄糖水平，進而增加T2DM 的發生風險；降低FTO/Atf4 通路活性可能有利于減少肝葡萄糖的產生，降低血糖，同時降低T2DM 的發生風險［9］。ZHAO 等［10］研究表明，FTO 表達升高可降低轉錄因子RUNX1T1 剪接位點周圍的m6A 水平，促進小鼠3T3-L1前脂肪細胞的脂肪生成，從而導致胰島素抵抗。FAN 等［11］研究表明，FTO 過表達可以抑制響應葡萄糖刺激的胰島素分泌，FTO過表達的MIN6細胞中觀察到活性氧產生顯著增加，活性氧增加可能導致參與胰腺炎癥反應的NF-κB通路激活，從而抑制胰島素分泌，可能導致T2DM 的發生。此外，FTO 還能以m6A 依賴性方式上調自噬相關蛋白5和自噬相關蛋白7表達，促進自噬和脂肪生成，導致胰島素抵抗［12］。因此，FTO可通過調節核轉錄、炎癥因子和細胞自噬等途徑導致胰島素抵抗，抑制胰島素分泌，增加肝葡萄糖的產生，使血糖升高，增加T2DM的發生風險。

1.3 閱讀蛋白對T2DM 的調節作用 RNA m6A 閱讀蛋白的主要功能是識別發生m6A 修飾的堿基，激活下游調控通路如RNA 降解、miRNA 加工，增強下游目標mRNA 的翻譯。YTHDF1 是最常見的甲基化識別酶，YTHDC2 是YTH 蛋白家族中分子量最大的蛋白，二者均對T2DM 具有調控作用。線粒體載體同源性2基因的m6A 修飾通過增強YTHDF1依賴性途徑來增強自身翻譯，線粒體載體同源性2 蛋白表達上調可促進肌肉內脂肪生成，從而導致胰島素抵抗［13］。YTHDC2 則可通過抑制T2DM 患者脂肪生成基因SREBP-1c、FAS、SCD1、ACC1表達，從而減輕肝臟脂肪變性和胰島素抵抗。此外，YTHDC2 過表達可提高肝臟Akt、GSK-3β 磷酸化水平并降低糖異生酶表達水平，從而降低血糖［14］。目前閱讀蛋白對T2DM 的影響僅限于mRNA 進入細胞質后的過程，仍缺乏對細胞核內mRNA調節機制的研究。

2 m6A對糖尿病并發癥的影響

2.1 m6A 對糖尿病性心血管病（DCD）的調節作用 糖尿病是心血管疾病主要的獨立危險因素之一，同時心腦血管并發癥也是糖尿病患者最常見的死亡原因之一。研究發現，m6A 的連續動態調節在動脈粥樣硬化、心肌肥厚、心力衰竭及DCD 的發生發展中發揮多重作用。

2.1.1 甲基化蛋白對DCD 的調節作用 METTL14和WTAP 均沒有真正的催化活性，但METTL14 能夠與METTL3 相互結合形成METTL3/METTL14 復合物，而WTAP 能夠協調METTL3/METTL14 復合物的穩定性并募集METTL3/METTL14/WTAP 甲基轉移酶復合體。研究發現，METTL14 可參與動脈粥樣硬化、急性冠狀動脈綜合征和糖尿病性心肌病的發病，并增加糖尿病患者罹患冠心病的風險。在急性冠狀動脈綜合征患者中，過表達的干擾素調節因子1 可通過上調巨噬細胞中METTL3 表達，促進巨噬細胞凋亡，加重炎癥［15］。在冠心病患者中，METTL14 表達上調可通過Myd88/NF-kB/IL-6 通路促進巨噬細胞的遷移、黏附，加重炎癥反應，誘導泡沫細胞形成［16］，并通過增加胰島β 細胞關鍵調控因子Forkhead 轉錄因子O1（FOXO1）的m6A 修飾和YTHDF1識別來增強FOXO1 的翻譯，從而上調黏附分子VCAM-1、ICAM-1 表達，介導內皮—單核細胞黏附，參與血管內皮炎癥和動脈粥樣硬化的發展［17］。基因多態性研究結果顯示，METTL14 rs17050450 可增加糖尿病患者合并冠心病的易感性，增加了DCD 的發生風險［18］。另有研究顯示，在糖尿病性心肌病小鼠中，METTL14 和YTHDF2 介導的m6A 修飾可靶向下調TINCR 表達，降低NLRP3 mRNA 的穩定性，從而抑制心肌細胞凋亡和糖尿病性心肌病的發生［19］。由此可見，METTL14 表達上調可促進動脈粥樣硬化、冠心病的發生發展，但有助于抑制糖尿病性心肌病的發生。

2.1.2 去甲基化蛋白對DCD 的調節作用 FTO 與T2DM、阿爾茨海默癥、心腦血管疾病等關系密切；ALKBH5 也與糖尿病患者的認知功能障礙、視網膜病變和心肌損傷有關。動物實驗結果顯示，糖尿病性心肌病小鼠心肌組織中FTO 蛋白表達下調，m6A修飾水平較高；而FTO 蛋白過表達可減輕糖尿病性心肌病小鼠心肌纖維化和肌細胞肥大，增加左心室射血分數和左心室短軸縮短率，心臟收縮和舒張功能顯著改善。這表明m6A 的修飾水平與糖尿病性心肌病左心室重構的主要病理特征如心肌纖維化、心肌肥大和心肌能量代謝異常等密切相關［20］。SHAO 等［21］發現，在糖尿病性心肌病小鼠的心肌細胞中，ALKBH5通過去甲基化下調m6A的修飾水平，并以m6A-YTHDF2 依賴性方式激活轉錄因子FOXO3，使CDR1as 表達增加，從而激活Hippo 信號通路以誘導心肌細胞凋亡。因此，FTO 過表達有利于糖尿病性心肌病的心功能恢復，而ALKBH5 表達增加則可能促進糖尿病性心肌病的發生發展。

2.1.3 閱讀蛋白對DCD 的調節作用 YTHDC2 作為YTH 蛋白家族成員，其生物學功能目前尚不清楚。但最近研究發現，T2DM 患者的高糖刺激血管平滑肌細胞中環狀YTHDC2（circYTHDC2）表達升高，增強了血管平滑肌細胞的增殖和遷移，在糖尿病血管并發癥中發揮重要作用［22］。

2.2 m6A 與糖尿病性視網膜病變（DR） 視網膜炎癥是DR 的重要病理反應，該過程與氧化應激、線粒體功能障礙、細胞凋亡和自噬功能障礙等密切相關。DR早期即出現視路神經元結構和功能異常，但m6A修飾在DR中作用的研究報道尚少。

2.2.1 甲基化蛋白對DR 的調節作用 METTL3/METTL14 復合體在視網膜發育初期就已經存在，而最近的研究進一步證明METTL3介導的m6A修飾具有調控DR 視網膜病理性血管新生的作用。METTL3 在糖尿病視網膜和周細胞中表達增加，而METTL3 低表達能以YTHDF2 依賴性方式激活PKC-η/FAT4/PDGFRA 信號通路，抑制糖尿病引起的視網膜周細胞丟失、血管滲漏和血管損傷［23］。但也有學者認為，METTL3 過表達可通過DGCR8 依賴性方式降低miR-25-3p/PTEN/Akt信號級聯，促進視網膜色素上皮細胞增殖［24］。這表明METTL3低表達或過表達可通過不同機制達到改善DR的目的。

2.2.2 去甲基化蛋白對DR 的調節作用 盡管調控m6A 修飾的相關蛋白在眼科疾病中的作用機制尚不清楚，但最近研究表明，FTO 和ALKBH5 在DR中具有調控視網膜炎癥和病理性血管生成的作用。在DR 中，ALKBH5 低表達可介導抗炎因子A20 的m6A 修飾，導致視網膜小膠質細胞M1 極化增強，使其分泌IL-1β、IL-6、TNF-α 增加，促進Toll 樣受體、NF-κB 等多種信號通路激活，誘導炎癥［25］。在眼血管內皮細胞中，FTO 表達可通過YTHDF2 依賴性方式抑制促血管生成關鍵基因（如FAK）的m6A 甲基化水平，調節血管內皮細胞功能和異常血管生成［26］。由此可見，ALKBH5 低表達可激活DR 炎癥，而FTO過表達可促進DR角膜的病理性血管生成。

2.2.3 閱讀蛋白對DR 的調節作用 最近研究發現，YTHDF2、HNRNPA2B1 介導的m6A 修飾參與了DR 的發病。在鏈脲佐菌素誘導的DR 小鼠模型中，內向整流鉀離子通道蛋白1 表達上調可通過觸發YTHDF2 介導的整合素β1 mRNA 不穩定性，激活FAK/PI3K/AKT 信號通路，進而減輕視網膜炎癥反應、Müller 細胞活性及視網膜微血管內皮細胞的增殖和遷移能力，從而抑制視網膜組織的新生血管形成和血管滲漏，減輕DR 的進展［27］。在DR 患者的視網膜增生性纖維血管膜和高糖誘導的視網膜色素上皮細胞中，circFAT1表達顯著下調，而circFAT1過表達可通過與YTHDF2結合顯著增強視網膜色素上皮細胞中微管相關蛋白輕鏈3B的表達，同時降低胃泌素D 表達，促進細胞自噬并抑制細胞焦亡［28］。在糖尿病環境中，甲狀腺素轉運蛋白與HNRNPA2B1 結合后可通過調節STAT-4/miR-223-3p/FBXW7 和Notch1 信號來抑制DR 的新生血管形成［29］。因此認為，內向整流鉀離子通道蛋白1上調可抑制DR 小鼠視網膜新生血管形成和血管滲漏，而circFAT1 過表達可抑制DR 患者視網膜的增殖性纖維血管膜形成，且它們均通過與閱讀蛋白YTHDF2 結合發揮作用；甲狀腺素轉運蛋白可與閱讀蛋白HNRNPA2B1結合，達到抑制DR新生血管形成的作用。

2.3 m6A 與糖尿病性腎病（DN） 近年來有研究表明，表觀遺傳學修飾在DN 的發生發展中起著十分重要的作用。m6A 修飾可通過METTL14、METTL3、WTAP、FTO、YTHDF1、IGF2BP1/2 等對DN 的發生發展進行調節。

2.3.1 甲基化蛋白對DN 的調節作用 m6A 修飾的甲基化蛋白METTL3、METTL14 和WTAP 均對DN有調節作用。在db/db 小鼠腎皮質中，METTL3、METTL14和WTAP的基因和蛋白表達升高，以METTL14表達升高最為顯著［30］。

METTL14 對DN 的腎小球足細胞、腎小球內皮細胞和腎小管上皮細胞均有調節作用。在阿霉素或DN 小鼠及局灶節段性腎小球硬化癥和DN 患者的腎組織中，METTL14 上調可通過促進Sirt1 mRNA的m6A 修飾和降解而加重腎小球足細胞損傷和蛋白尿，是DN 小鼠腎臟中m6A RNA 修飾增加的關鍵調節因子；而在體內外敲除METTL14 可減輕炎癥、促進細胞自噬和抑制細胞凋亡，對損傷的腎小球足細胞具有保護作用［30］。此外，在DN 患者腎臟和高糖誘導的人腎小球內皮細胞中，METTL14 mRNA 和蛋白表達均增高，且在高糖誘導的人腎小球內皮細胞和DN 小鼠腎損傷中，METTL14 過表達可通過m6A 修飾α-klotho 從而負調控α-klotho 的表達水平，增加了腎小球內皮細胞中的活性氧、TNF-α、IL-6水平，誘導細胞凋亡，加重腎臟病變［31］。在人腎小管上皮細胞系HK2 和腎間質中，METTL14 和METTL3 的mRNA 和蛋白表達降低，而METTL14 過表達可通過增強PTEN 的調節導致PI3K/Akt 信號通路失活，組蛋白脫乙酰基酶5 和TGF-β1表達下調，抑制組蛋白脫乙酰基酶5 介導的DN 腎小管細胞上皮間質轉化［32］。因此，METTL14 過表達對DN 小鼠或人腎小球足細胞、腎小球內皮細胞及腎小管上皮細胞均起著重要調節作用，可促進DN 病理組織損傷的修復。

METTL3 可對DN 的小鼠系膜細胞進行調節。在DN 小鼠模型和高糖處理的系膜細胞細胞系SV40-MES-13 中，METTL3 過 表 達 可 促 進NDS2 mRNA 的m6A修飾，并通過YTHDF1增強其穩定性，減輕腎小球損害和間質纖維化［33］。在T1DM 和T2DM小鼠腎臟中，由METTL3水平升高引起的m6A修飾顯著上調；且DN 患者腎小球足細胞中METTL3表達也升高，METTL3 可通過促進基質金屬蛋白酶抑制因子2 的m6A 修飾，以IGF2BP2 依賴性方式調節Notch信號轉導，并發揮促炎和促凋亡作用［34］。

WTAP除了對DN 的系膜細胞進行調節外，還可調節炎癥反應。研究發現，WTAP在DN患者和高糖處理的HK2 細胞中表達上調，WTAP 過表達通過促進NLRP3 mRNA 的m6A 甲基化以IGF2BP1 依賴性方式上調NLRP3 炎癥小體表達和活性Caspase-1 表達，從而誘導細胞調亡和炎癥反應［35］。

2.3.2 去甲基化蛋白對DN的調節作用 FTO在蛋白尿性腎病模型中的表達水平升高［30］。最新研究發現，FTO 蛋白在DN 患者中的表達顯著降低，而FTO過表達導致的m6A 水平下降可增加SOCS1 的表達，并通過FTO/SOCS1/JAK-STAT 軸來減輕炎癥反應和腎損傷［36］。

2.3.3 閱讀蛋白對DN 的調節作用 研究發現，參與DN 調節的閱讀蛋白包括YTHDF1、IGF2BP1 和IGF2BP2。一方面，METTL3可通過YTHDF1、IGF2BP2對DN 小鼠的系膜細胞進行調節［33-34］，WTAP 可通過IGF2BP1對DN小鼠的腎小管上皮細胞進行調節［35］。另一方面，在腎小球足細胞中，IGF2BP2可與基底膜成分中的層粘連蛋白β2mRNA 結合，共同調節肌動蛋白細胞骨架的定位并激活其翻譯，在維持正常腎功能和預防蛋白尿方面具有重要作用。在高糖刺激的腎小球足細胞中，IGF2BP2 和非編碼RNA IGF2R反義鏈（AIRN）水平降低，當AIRN 過度表達時，IGF2BP2 及其下游靶點激活，從而恢復腎小球足細胞的活力和腎小球基底膜的完整性［37］。此外，IGF2BP2 基因多態性位點rs4402960 是突尼斯人群T2DM 易感性和超重/肥胖風險的候選基因，且與T2DM 相關的CDKAL1 基因多態性位點rs7756992對DN 具有保護作用［38］。因此，YTHDF1、IGF2BP2可對DN 的系膜細胞或腎小球足細胞發揮保護性調節作用。

綜上所述，m6A 甲基化對T2DM 及其并發癥的影響涉及到甲基化蛋白、去甲基化蛋白和閱讀蛋白的作用，主要對炎癥反應、細胞凋亡（或焦亡）及氧化應激等過程的基因和蛋白進行調節，但具體機制仍待充分闡明。m6A 甲基化調節劑有望成為包括糖尿病在內的多種疾病的新的治療藥物，為臨床診治提供新線索和理論依據，具有廣泛的研究前景和應用價值。