mRNA m6A甲基化修飾在2型糖尿病發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

張鑫芳，喬成棟

1 蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，蘭州 730030；2 蘭州大學(xué)第一醫(yī)院老年病二科

2 型糖尿?。═2DM）的病理生理機(jī)制主要包括胰島β 細(xì)胞功能受損和胰島素抵抗。目前研究認(rèn)為，糖毒性、脂毒性、氧化應(yīng)激等因素會誘發(fā)胰島的慢性炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致胰島β 細(xì)胞損傷［1］，在 T2DM 的發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用。肥胖是T2DM 的一個(gè)主要危險(xiǎn)因素，對其他致病因素有明顯促進(jìn)作用。N6-甲基腺苷（m6A）甲基化修飾是真核生物mRNA中最普遍也最豐富的內(nèi)部修飾，通過影響mRNA 前體的可變剪切、與miRNA 結(jié)合效率、蛋白翻譯效率及 mRNA 穩(wěn)定性等來調(diào)控 mRNA［2］。m6A 甲基化修飾是一個(gè)動(dòng)態(tài)可逆的過程，該過程基于m6A 甲基轉(zhuǎn)移酶、m6A 去甲基化酶和m6A 結(jié)合蛋白的動(dòng)態(tài)變化［3］。m6A 甲基轉(zhuǎn)移酶是一個(gè)復(fù)合體，以 m6A 甲基轉(zhuǎn)移酶 3（METTL3）和 m6A 甲基轉(zhuǎn)移酶 14（METTL14）為核心，輔助蛋白腎母細(xì)胞瘤1 相關(guān)蛋白（WTAP）、vir 樣 m6A 甲基轉(zhuǎn)移酶相關(guān)蛋白（VIRMA）、鋅指蛋白 3H13（ZC3H13）、RNA 結(jié)合蛋白 15（RBM15）等共同組成，甲基轉(zhuǎn)移酶可促進(jìn)mRNA 上腺苷酸發(fā)生m6A 甲基化；m6A 去甲基化酶主要包括脂肪與肥胖相關(guān)蛋白（FTO）和烷基化修復(fù)同源蛋白5（ALKBH5），可使已發(fā)生m6A 修飾的堿基去甲基化［4］；m6A 結(jié)合蛋白主要包括YTH 蛋白家族（YTHDC1/2、YTHDF1/2/3）、核不均一核糖核蛋白家族（HNRNPC、HNRNPG 和HNRNPA2B1）、胰島素樣生長因子2 mRNA 結(jié)合蛋白（IGF2BP/IMP2）等，其主要功能是識別發(fā)生m6A 修飾的堿基，從而激活下游的調(diào)控通路，如RNA 的剪接、加工、翻譯和降解等過程［5］。m6A 介導(dǎo)真核生物的各種生物學(xué)過程，參與多種細(xì)胞基因表達(dá)調(diào)控，可直接或間接參與T2DM的發(fā)生發(fā)展?，F(xiàn)將m6A參與T2DM 發(fā)生發(fā)展的機(jī)制研究進(jìn)展綜述如下。

1 m6A參與胰島β細(xì)胞功能的調(diào)控

胰腺β細(xì)胞主要通過分泌胰島素來調(diào)節(jié)葡萄糖動(dòng)態(tài)平衡。在正常生理狀況下，成人胰島β 細(xì)胞通過低水平增殖和凋亡維持在穩(wěn)定的數(shù)量，成年期間維持β細(xì)胞數(shù)量和質(zhì)量對于血糖穩(wěn)態(tài)和糖尿病預(yù)防至關(guān)重要。縱向研究證明，不管治療方案如何，糖尿病患者β細(xì)胞功能通常會隨著時(shí)間的推移而惡化。

m6A 涉及調(diào)控T2DM 患者胰腺β 細(xì)胞中基因的表達(dá)，m6A 合成下調(diào)可能導(dǎo)致胰島素分泌相關(guān)基因表達(dá)減少，趨化因子表達(dá)增加，從而促進(jìn)β 細(xì)胞衰竭［6］。研究發(fā)現(xiàn)，m6A 甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體中的METTL3、METTL14 以 m6A 依賴機(jī)制調(diào)控新生小鼠 β 細(xì)胞發(fā)育和功能成熟［7］；在成年小鼠中，β 細(xì)胞 METTL3、METTL14 缺失會誘導(dǎo)β 細(xì)胞衰竭和葡萄糖耐量異常［8］。DE JESUS 等［9］報(bào)道，非糖尿病對照者的胰腺切片進(jìn)行免疫熒光分析后可檢測到豐富的METTL3、METTL14，而 T2DM 患 者 胰 島 組 織 中METTL3、METTL14 表達(dá)減少，這種甲基轉(zhuǎn)移酶的差異表達(dá)導(dǎo)致了轉(zhuǎn)錄本的差異甲基化，低m6A 甲基化轉(zhuǎn)錄本會降低AKT 磷酸化和PDX1 蛋白水平而導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯和胰島素分泌受損。與T2DM 患者胰島表型相似的是，特異性敲除小鼠β 細(xì)胞METTL14后也表現(xiàn)為m6A 水平降低，最終由于β 細(xì)胞增殖減少和胰島素脫顆粒而導(dǎo)致早期糖尿病發(fā)作和死亡。這提示通過小分子或遺傳學(xué)方法挽救或提高胰島β細(xì)胞METTL3、METTL14的表達(dá)，可能是改善糖尿病β細(xì)胞衰竭的新途徑。

m6A 去甲基化酶FTO 在多種組織中廣泛表達(dá)，且在內(nèi)分泌胰腺組織中表達(dá)較高。研究發(fā)現(xiàn)FTO過表達(dá)可以抑制葡萄糖刺激下的胰島素分泌，然而，F(xiàn)TO沉默并不影響胰島素的分泌［10］。這可能是由于FTO 沉默只是部分抑制了FTO 的表達(dá)，而剩余的FTO 仍能維持胰島細(xì)胞的生物學(xué)功能。當(dāng)然，這一解釋還需要實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

PDX1 是控制β 細(xì)胞發(fā)育、增殖、存活和功能的最重要的轉(zhuǎn)錄因子之一［11］。REGUé 等［12］研究發(fā)現(xiàn)，β 細(xì)胞中的m6A 結(jié)合蛋白IMP2 能夠直接結(jié)合PDX1 mRNA，并以m6A 依賴性方式促進(jìn)其翻譯。此外，IMP2 還能增強(qiáng) IGF2-AKT-GSK3β 信號，防止PDX1 多肽降解。當(dāng)β 細(xì)胞中IMP2 特異性缺陷時(shí)，PDX1 和IGF2 下調(diào)，導(dǎo)致β 細(xì)胞代償性增殖受損和胰島素分泌減少。因此，以β 細(xì)胞特異性的IMP2為靶點(diǎn)來對抗T2DM 胰島m6A 水平的降低，可能也是促進(jìn)β細(xì)胞增殖和增加胰島素分泌的一種途徑。

因此，m6A 甲基化在調(diào)節(jié)人β 細(xì)胞生物學(xué)中具有重要作用，為保護(hù)T2DM 患者β 細(xì)胞功能提供了一個(gè)新的方向，為潛在的m6A 調(diào)節(jié)劑的靶向治療提供了理論基礎(chǔ)。

2 m6A參與胰島素敏感性的調(diào)節(jié)

胰島素抵抗是指靶組織（主要是肝臟、肌肉和脂肪組織）對胰島素敏感性下降，產(chǎn)生生物效應(yīng)減低的現(xiàn)象，是T2DM 的主要致病因素之一。其中，肝臟對胰島素的敏感性在維持血糖穩(wěn)態(tài)中尤為重要，人體內(nèi)產(chǎn)生的胰島素能夠促進(jìn)肝臟對葡糖糖的攝取、促進(jìn)肝糖原合成及抑制肝糖原的分解，從而使血糖穩(wěn)定在一個(gè)相對正常的水平。近年來，發(fā)現(xiàn)m6A 對肝臟胰島素敏感性有一定影響。

肝細(xì)胞中METTL3 過表達(dá)會加重高脂飲食（HFD）所致的肝臟代謝紊亂和胰島素抵抗，而肝細(xì)胞METTL3 缺失能夠增加肝臟對胰島素的敏感性［13］。XIE 等［14］報(bào)道，T2DM 患者與 HFD 小鼠肝組織中m6A RNA 及METTL3 表達(dá)升高，胰島素抵抗增強(qiáng)。在HFD小鼠中，特異性敲除肝細(xì)胞METTL3后，脂肪酸合酶（Fasn）的m6A甲基化水平和總mRNA水平降低，脂肪酸代謝受到抑制，肝臟胰島素敏感性和葡萄糖耐量增加。在HepG2 細(xì)胞和原代肝細(xì)胞中，沉默METTL3表達(dá)可顯著抑制胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)關(guān)鍵因子IRβ、AKT、GSK3β 的磷酸化，從而改善肝臟胰島素抵抗。

此外，有研究發(fā)現(xiàn)，IMP2 在小鼠肝臟過表達(dá)會導(dǎo)致甘油三酯沉積增加，而肝細(xì)胞特異性IMP2缺失的小鼠在高脂飲食中脂肪質(zhì)量較低，并伴隨著循環(huán)脂質(zhì)減少、肝臟甘油三酯沉積明顯減少，從而葡萄糖耐量和胰島素敏感性大大提高［15］。

m6A 甲基化對肝臟胰島素敏感性的調(diào)節(jié)作用為改善肝臟胰島素抵抗、維持血糖穩(wěn)態(tài)提供了新的思路，為T2DM的治療提供了新的靶點(diǎn)。

3 m6A參與脂肪細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)

肥胖對T2DM 的發(fā)生發(fā)展有明顯的促進(jìn)作用。在T2DM 患者中，肥胖者的胰島β 細(xì)胞數(shù)量較正常體質(zhì)量者明顯減少，糖代謝速度減慢，胰島素抵抗增加，且抵抗程度與肥胖程度呈正比。m6A 甲基化可從多方面調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞的生成與代謝，進(jìn)而影響肥胖的發(fā)生發(fā)展。

自噬是胞質(zhì)細(xì)胞器和蛋白質(zhì)降解的一種非選擇性溶酶體途徑，可以調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞的質(zhì)量和分化。WANG 等［16］報(bào)道，F(xiàn)TO 通過促進(jìn)靶向自噬相關(guān)蛋白5（ATG5）和靶向自噬相關(guān)蛋白7（ATG7）表達(dá)，增強(qiáng)自噬功能，促進(jìn)脂肪細(xì)胞生成。當(dāng)特異性敲除豬前體脂肪細(xì)胞中的 FTO 時(shí)，ATG5 和 ATG7 mRNA 轉(zhuǎn)錄本上的 m6A 水平顯著升高，YTHDF2 識別 m6A 水平較高的ATG5 和ATG7 mRNA 轉(zhuǎn)錄本，介導(dǎo)其降解導(dǎo)致ATG5 和ATG7 表達(dá)減少，從而抑制自噬功能，使得脂肪組織發(fā)育受損。此外，F(xiàn)TO 還可通過影響細(xì)胞周期進(jìn)程來調(diào)控前體脂肪細(xì)胞的增殖［17-19］。細(xì)胞周期分為間期的G1期、S期、G2期和分裂期即M 期兩個(gè)階段。不同的周期蛋白（Cyclin）及周期蛋白依賴性激酶（CDK）形成的復(fù)合物驅(qū)動(dòng)細(xì)胞周期各個(gè)時(shí)期的運(yùn)轉(zhuǎn)。WU 等［17］報(bào)道，F(xiàn)TO 的缺失使 Cyclin A2和 CDK2 mRNA 的 m6A 水平顯著上調(diào)，YTHDF2 識別并降解 Cyclin A2 和 CDK2 的 m6A 甲基化 mRNA，導(dǎo)致Cyclin A2 和CDK2 表達(dá)降低，從而延長細(xì)胞周期進(jìn)程，抑制脂肪生成。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO可通過抑制豬肌內(nèi)前體脂肪細(xì)胞中的Wnt/β-catenin 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)前體脂肪細(xì)胞的分化，從而促進(jìn)脂肪形成［20］，也可通過JAK-STAT-C/EBPβ信號軸調(diào)節(jié)脂肪生成。在豬和小鼠前體脂肪細(xì)胞中，F(xiàn)TO 通過去除JAK2 mRNA m6A 甲基化修飾促進(jìn)JAK2 表達(dá)，促進(jìn)脂肪形成［21］。

m6A 去甲基化酶FTO 通過促進(jìn)脂肪細(xì)胞的生成及增殖促進(jìn)了肥胖的發(fā)生發(fā)展，增加了T2DM 的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。但也有研究發(fā)現(xiàn)，m6A 甲基化轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體中的WTAP、METTL3、METTL14 通過促進(jìn)有絲分裂擴(kuò)增過程的細(xì)胞周期轉(zhuǎn)變，從而促進(jìn)脂肪細(xì)胞的分化和增殖，也可促進(jìn)脂肪形成［22］，這似乎與作為去甲基化酶的FTO 促進(jìn)脂肪生成相矛盾。因此推測，某些基因的表達(dá)可能是由單獨(dú)的METTL3 或FTO 調(diào)節(jié)的，而非兩者共同調(diào)節(jié)。這一猜測仍需進(jìn)一步研究來驗(yàn)證。

4 m6A參與脂代謝的調(diào)節(jié)

脂質(zhì)沉積會誘發(fā)胰島的慢性炎癥反應(yīng)，損傷胰島β 細(xì)胞，導(dǎo)致T2DM 發(fā)生。一項(xiàng)全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）分析發(fā)現(xiàn)，大量m6A 相關(guān)單核苷酸多態(tài)性（SNPs）與血脂代謝相關(guān)，提示m6A 修飾與脂代謝調(diào)控密切相關(guān)［23］。

研究發(fā)現(xiàn)，METTL3 通過增加Fasn 表達(dá)促進(jìn)長鏈脂肪酸的合成［14］。過氧化物酶體增殖物激活受體α（PPARα）是調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝基因表達(dá)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，細(xì)胞實(shí)驗(yàn)顯示，敲除METTL3 可使HepG2 細(xì)胞PPARα mRNA 的 m6A 水平降低，穩(wěn)定性增強(qiáng)，從而提高PPARα表達(dá)水平，減少脂質(zhì)沉積［24］。

脂多糖可通過FTO 介導(dǎo)的m6A 甲基化，增加脂質(zhì)代謝相關(guān)酶的表達(dá)，抑制脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因的表達(dá)，從而促進(jìn)肝臟甘油三酯沉積［25］。此外，F(xiàn)TO會正向調(diào)節(jié)激活轉(zhuǎn)錄因子4（ATF4）的表達(dá)，增加肝臟FTO-ATF4 系統(tǒng)的活性，促進(jìn)肝臟脂質(zhì)積累，而抑制該系統(tǒng)可能會減少肝臟脂質(zhì)沉積［26］。

另外，肝臟YTHDC2 通過識別m6A 位點(diǎn)，降低肝臟成脂基因mRNA的穩(wěn)定性，阻止其翻譯和表達(dá)，從而減少肝臟脂肪生成［27］。序列相似家族134 成員B（FAM134B）中m6A 的缺失可使豬脂肪細(xì)胞以m6A-YTHDF2 依賴途徑增加脂肪生成［28］，線粒體載體同源蛋白2（MTCH2）通過m6A-YTHDF1 依賴性機(jī)制促進(jìn)豬肌內(nèi)脂肪生成［29］。

m6A 修飾以調(diào)控脂質(zhì)代謝的方式參與T2DM 的發(fā)生發(fā)展過程，這也為潛在的m6A 調(diào)節(jié)劑對T2DM的靶向治療提供了更多依據(jù)。

5 m6A參與糖代謝的調(diào)節(jié)

T2DM 患者由于胰島素缺乏或胰島素抵抗導(dǎo)致血糖升高，血糖升高反過來又會誘發(fā)胰島炎癥進(jìn)一步損傷胰島β 細(xì)胞，形成惡性循環(huán)。m6A 水平對維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)有重要意義，而葡萄糖也參與T2DM中 m6A 的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。YANG 等［30］報(bào)道，在 T2DM 患者血液中，m6A 水平降低，F(xiàn)TO、METTL3 和 METTL14 水平升高，提示高糖刺激可增強(qiáng)FTO 表達(dá)導(dǎo)致m6A 減少，而 METTL3 和 METTL14 表達(dá)上調(diào)可能是m6A 含量降低導(dǎo)致的繼發(fā)性增加。此外，F(xiàn)TO 還可誘導(dǎo)糖代謝關(guān)鍵因子叉頭轉(zhuǎn)錄因子（FOXO1）、葡萄糖-6-磷酸酶（G6PC）和二酯酰甘油轉(zhuǎn)移酶2（DGAT2）的mRNA 表達(dá)，在調(diào)控糖代謝中發(fā)揮重要作用。PENG 等［31］研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO 通過使肝細(xì)胞FOXO1 mRNA 上的m6A 位點(diǎn)去甲基化來特異性調(diào)節(jié)肝細(xì)胞FOXO1 表達(dá)，從而調(diào)節(jié)肝臟糖異生，影響血糖濃度；特異性敲除小鼠肝臟FTO 后，其空腹血糖低于對照組，糖耐量也有所改善。MIZUNO［26］研究認(rèn)為，F(xiàn)TO 可能在轉(zhuǎn)錄后和翻譯水平上調(diào)控肝臟糖異生基因表達(dá)來調(diào)節(jié)糖異生的作用。

綜上所述，m6A 修飾具有組織特異性，在機(jī)體不同組織，m6A 水平存在差異，發(fā)揮不同的作用，其動(dòng)態(tài)調(diào)控依賴于m6A 甲基轉(zhuǎn)移酶、去甲基化酶、m6A 結(jié)合蛋白的動(dòng)態(tài)改變。m6A 修飾通過調(diào)控胰島β細(xì)胞功能、調(diào)節(jié)靶組織對胰島素的敏感性、影響糖、脂代謝及肥胖發(fā)生來參與T2DM 的發(fā)生發(fā)展。RNA m6A 動(dòng)態(tài)調(diào)控與T2DM 關(guān)系的研究，可幫助確定潛在的治療靶點(diǎn)，為T2DM 治療提供新的思路。但參與T2DM 的這些m6A 調(diào)節(jié)因子是否完全是以m6A 介導(dǎo)方式發(fā)揮作用，對基因表達(dá)的調(diào)控是共同調(diào)節(jié)、相互制約，還是也存在單獨(dú)調(diào)節(jié)，目前尚無定論，仍需進(jìn)一步研究探索。