METTL3介导m6A修饰通过线粒体自噬依赖性铁死亡途径调控PM2.5诱导的肺损伤机制研究

本研究发现PM2.5暴露通过上调METTL3表达，介导PINK1 mRNA的m6A甲基化修饰增强其稳定性，从而激活PINK1-PARKIN线粒体自噬（mitophagy）通路，导致支气管上皮细胞发生铁死亡（ferroptosis）。研究揭示了表观遗传修饰、线粒体质量控制和程序性细胞死亡之间的新型调控轴，为防治大气污染相关呼吸系统疾病提供了潜在治疗靶点。

　　

引言：空气污染特别是细颗粒物PM_2.5对呼吸系统健康构成严重威胁。尽管流行病学研究已证实PM_2.5暴露与气道炎症、肺功能下降等呼吸系统不良结局相关，但其分子机制尚未完全阐明。铁死亡作为一种铁依赖性调节性细胞死亡形式，其特征是脂质过氧化和氧化还原平衡失调。近年研究发现铁死亡在PM_2.5介导的肺损伤中发挥作用，涉及Nrf2/SLC7A11/GPX4、PI3K/Akt/Nrf2等通路。同时，线粒体自噬作为选择性清除受损线粒体的过程，在维持细胞稳态中起关键作用。研究表明线粒体对PM_2.5特别敏感，线粒体自噬与铁死亡之间存在交叉对话。N⁶-甲基腺苷（m⁶A）是真核生物RNA中最丰富的内部修饰，在RNA生物发生和功能调控中发挥重要作用。METTL3作为m⁶A甲基转移酶复合体的核心催化组分，通过调节mRNA稳定性、选择性剪接和翻译效率等转录后事件，在多种生物学过程中发挥关键功能。

方法：研究使用体外和体内模型，通过组织学分析、分子生物学技术和功能实验探讨PM_2.5诱导肺损伤的机制。试剂包括ferrostatin-1（Fer-1）、Mdivi-1等特异性抑制剂，抗体针对ACSL4、xCT、METTL3、PINK1、PARKIN等蛋白。动物实验采用C57BL/6小鼠，通过气管内吸入方式给予PM_2.5暴露。细胞实验使用人支气管上皮细胞系Beas-2B，通过慢病毒转染构建METTL3过表达和敲低模型。检测方法包括Western blotting、免疫荧光、透射电镜、MeRIP-qPCR、RNA稳定性实验等。

结果：PM_2.5暴露引起小鼠肺组织炎症细胞浸润、杯状细胞增生和黏液分泌增多等组织学改变。体外实验表明PM_2.5诱导支气管上皮细胞发生铁死亡，表现为线粒体结构损伤、ACSL4上调和xCT下调、铁离子积累和脂质过氧化水平升高。RNA-seq分析显示线粒体自噬与铁死亡基因特征呈正相关。PM_2.5促进线粒体与溶酶体共定位，增加LC3B-TOM20斑点形成，表明线粒体自噬激活。使用Mdivi-1抑制线粒体自噬可挽救PM_2.5引起的细胞活力下降，逆转铁死亡相关蛋白表达改变。

METTL3在PM_2.5暴露后表达上调。功能实验显示METTL3过表达加剧线粒体自噬和铁死亡，而METTL3沉默则减弱这些过程。体内给予METTL3重组蛋白重现了PM_2.5暴露效应。机制上，PM_2.5通过METTL3介导PINK1 mRNA的m⁶A修饰，增强其稳定性，激活PINK1依赖性线粒体自噬通路。这导致受损线粒体过度清除，引起铁依赖性脂质过氧化、铁死亡相关蛋白（ACSL4和xCT）失调和铁死亡性细胞死亡。MeRIP-qPCR证实PM_2.5暴露增加PINK1 mRNA的m⁶A富集，放线菌素D实验显示METTL3过表达延长PINK1 mRNA半衰期。

使用Mdivi-1抑制线粒体自噬可减轻PM_2.5诱导的小鼠肺组织损伤，降低炎症评分和杯状细胞数量，减少支气管肺泡灌洗液中总细胞和中性粒细胞数，并调节Pink1、Parkin、Acsl4和xCt蛋白表达。

讨论：本研究建立了METTL3-m⁶A-线粒体自噬-铁死亡层级调控轴在PM_2.5诱导肺损伤中的重要作用。PM_2.5挑战下，支气管上皮细胞迅速上调METTL3表达，通过m⁶A修饰稳定PINK1 mRNA，激活线粒体自噬，导致铁离子积累和脂质过氧化物产生，最终引起铁死亡性细胞死亡。研究发现不仅深化了对空气污染、表观遗传修饰和调节性细胞死亡之间复杂相互作用的理解，还确定METTL3介导的m⁶A修饰和线粒体自噬依赖性铁死亡作为防治PM_2.5相关呼吸系统疾病的潜在靶点。

结论：研究确立m⁶A-线粒体自噬-铁死亡调控轴作为驱动肺损伤的关键通路，为预防或治疗PM_2.5相关呼吸系统疾病提供了新的治疗策略。