综述：甲基转移酶样3在动脉粥样硬化和动脉梗死中的关键作用：机制理解的突破

《Journal of Cellular and Molecular Medicine》：The Critical Roles of Methyltransferase-Like 3 in Atherosclerosis and Arterial Infarction: Breakthroughs in Mechanism Understanding

本综述系统阐述了METTL3介导的RNA m6A修饰在动脉粥样硬化（AS）和动脉梗死发病机制中的核心作用，揭示了其通过调控内皮细胞（EC）功能障碍、巨噬细胞极化和平滑肌细胞（SMC）表型转化等关键病理过程，推动疾病进展。文章创新性地提出METTL3可作为AS及相关动脉梗死的风险因子、诊断生物标志物和治疗靶点，为基础与转化医学研究提供了重要参考。

　　

ABSTRACT

动脉粥样硬化（Atherosclerosis, AS）和动脉梗死目前对人类健康构成重大威胁。由于其发病机制复杂且缺乏有效的治疗手段，全球范围内患者死亡率居高不下。甲基转移酶样3（Methyltransferase-like 3, METTL3）介导的RNA N⁶-甲基腺苷（m⁶A）修饰在阐明AS和动脉梗死的发病机制及治疗抵抗机制方面引起了广泛关注。然而，很少有综述探讨它们之间的相互关系。因此，本综述旨在通过评估所有报道METTL3参与AS和动脉梗死以及靶向METTL3挽救这些疾病的研究，来填补这一文献空白。本综述表明，METTL3是AS和动脉梗死的风险因素、诊断生物标志物和治疗靶点。总体而言，它全面概述了METTL3在AS和动脉梗死中的前沿研究，为从事基础医学和转化医学领域的研究人员提供了便利的参考。

Abbreviations

本文涉及的关键缩写包括：AAA（腹主动脉瘤）、Ang II（血管紧张素II）、AS（动脉粥样硬化）、AVC（主动脉瓣钙化）、DGCR8（DiGeorge综合征关键区域8）、ECM（细胞外基质）、ECs（内皮细胞）、EGFR（表皮生长因子受体）、FSP1（NADPH-铁死亡抑制蛋白1）、H/R（缺氧/再灌注）、HDGF（肝癌衍生生长因子）、HTZZW（华佗再造丸）、IGF2BP1（胰岛素样生长因子2 mRNA结合蛋白1）、IRF-1（干扰素调节因子-1）、JAK2（Janus激酶2）、KLF4（Krüppel样因子4）、m⁶A（N⁶-甲基腺苷）、MAPK（丝裂原活化蛋白激酶）、Matr3（Matrin-3）、METTL3（甲基转移酶样3）、NF-κB（核因子κB）、NLRP1（NLR家族pyrin结构域包含1）、ox-LDL（氧化低密度脂蛋白）、PDK1（3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1）、SLC7A11（溶质载体家族7成员11）、SMCs（平滑肌细胞）、STAT3（信号转导与转录激活因子3）、TWIST1（Twist相关蛋白1）。

1 Introduction

AS和动脉梗死是普遍存在的血管疾病，是目前全球范围内导致死亡的主要原因。它们的发病机制依赖于复杂的调控机制，已从多个角度进行了广泛研究，特别是在RNA水平的m⁶A修饰方面。

RNA的m⁶A修饰由甲基转移酶、去甲基化酶和m⁶A阅读蛋白共同调控。其中，METTL3属于甲基转移酶家族，是RNA m⁶A修饰过程中唯一的催化调节因子，但仍需要m⁶A修饰其他成员的辅助，如甲基转移酶（如METTL14）、去甲基化酶（如FTO/ALKBH5）和阅读器（如YTHDF）。这些成员共同控制靶RNA的翻译和降解。关于METTL3调控的m⁶A修饰的研究因其在AS和动脉梗死的发病机制和治疗中不可或缺的作用而备受关注。尽管已有大量研究探讨METTL3在AS和动脉梗死中的作用，但很少有综述能全面阐释它们之间的相互关系或评估METTL3在临床环境中的潜在应用。

因此，本综述重点关注AS和动脉梗死，因为它们具有高临床患病率、共同的病理生理机制以及越来越多的证据表明METTL3参与这些过程。本综述旨在通过全面总结和分析所有报道METTL3参与AS和动脉梗死的研究，评估METTL3作为诊断和治疗这些疾病的临床靶点的潜力，从而显著增强我们对METTL3介导的m⁶A调控在AS和动脉梗死中潜在机制的理解。

2 Methods for Literature Review

本综述纳入的研究通过PubMed和Web of Science数据库检索确定，使用的关键词包括：‘METTL3’、‘m⁶A’、‘atherosclerosis’、‘arterial infarction’、‘aortic aneurysm’、‘coronary syndrome’、‘endothelial cell’、‘macrophage’、‘smooth muscle cell’。考虑了2010年1月至2023年12月期间发表的文章。纳入了临床前和临床研究，优先选择展示机制见解的原创研究文章。排除了综述文章和非英文出版物。

3 Relationship Between METTL3 and AS

AS的发病机制涉及慢性内皮细胞（EC）损伤、脂质积聚、斑块形成、巨噬细胞炎症反应、平滑肌细胞（SMC）增殖以及心血管疾病进展过程中动脉壁的血管损伤。RNA m⁶A修饰已被证实参与AS的发病机制。对AS小鼠进行的全转录组m⁶A甲基化谱分析显示，主动脉内整体m⁶A水平和METTL3表达量显著增加，这些修饰介导了AS相关通路内的基因调控。此外，研究发现AS患者中METTL3的表达高于非AS个体。这些发现共同凸显了METTL3介导的m⁶A修饰在AS发病机制中的潜在作用。

3.1 METTL3通过诱导EC功能障碍发挥作用

血管EC损伤和功能障碍可导致血管收缩、氧化应激、血小板聚集和平滑肌增殖。EC功能障碍在多种动脉疾病中均有观察到，尤其是在AS和动脉梗死中。鉴于METTL3调节ECs的生物学功能，其在血管疾病中的作用也受到重视。

AS优先发生在动脉树的分支和弯曲处，这些部位的人脐静脉EC暴露于紊乱血流。紊乱血流会增加受损EC的炎症反应和细胞间粘附分子的表达。氧化应激诱导EC损伤并扰乱血流。研究发现，氧化应激诱导METTL3上调，导致m⁶A高度甲基化、核因子κB（NF-κB）p65及其Ser536位点的磷酸化以及单核细胞粘附。一致地，METTL3介导的RNA高度甲基化通过YTHDF1和YTHDF2以不同方式增加NLR家族pyrin结构域包含1（NLRP1）表达并降低Krüppel样因子4（KLF4）表达。有趣的是，在体内AS模型中，METTL3和NLRP1上调，而KLF4下调。然而，敲低METTL3会导致NLRP3上调和KLF4下调，有效预防氧化应激诱导的AS和血流紊乱。该研究表明，上调的METTL3水平在AS期间引发EC功能障碍和血管损伤。此外，METTL3激活TSP-1（一种表皮生长因子受体（EGFR）配体）/EGFR轴，有助于增强EGFR mRNA的稳定性。EGFR诱导EC功能障碍和血管病理生理学，最终促成AS的发生和进展。这些发现共同表明，METTL3通过m⁶A依赖性稳定EGFR mRNA，促进内皮动脉粥样硬化进程。

氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）在血管内皮沉积是AS的一个主要原因，它损害血管EC，导致脂质和M1炎症巨噬细胞在受损区域积聚，从而形成AS斑块。研究表明，ox-LDL通过可能涉及METTL3的多种机制触发EC活化和功能障碍。研究发现，在ox-LDL诱导的功能失调EC中，METTL3表达水平很高，它与胰岛素样生长因子2 mRNA结合蛋白1（IGF2BP1）协同作用，增加Janus激酶2（JAK2）表达，并激活EC中的JAK2/信号转导与转录激活因子3（STAT3）通路。随后，METTL3触发的信号通过JAK2-STAT3轴转导，促进细胞增殖、迁移、管腔形成、VEGF分泌、胚胎发育中的血管生成以及AS进展。METTL3水平降低可能有助于防止AS进展。在METTL3敲低时，NPC1L1是下调最显著的转录本。此外，敲低NPC1L1或METTL3介导的NPC1L1下调改善了ox-LDL诱导的体外人脐静脉EC功能障碍和高脂饮食诱导的体内动脉粥样硬化斑块，这与丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路的失活有关。METTL3介导的NPC1L1 mRNA高度甲基化通过调节MAPK通路促进AS进展，NPC1L1可能成为治疗AS的新靶点。

3.2 METTL3诱导炎症性巨噬细胞

ox-LDL暴露显著放大巨噬细胞中METTL3介导的mRNA m⁶A修饰和炎症反应，并且METTL3影响STAT1的表达和激活。此外，ox-LDL暴露促进了METTL3和STAT1之间的相互作用，增强了STAT1介导的巨噬细胞炎症因子表达的转录调控。因此，METTL3很可能通过靶向巨噬细胞中的STAT1来促进ox-LDL诱导的炎症，使得METTL3成为治疗AS的潜在治疗靶点。与这项研究一致，另一研究发现ox-LDL刺激增加了巨噬细胞中METTL3和METTL14的表达，但在ox-LDL刺激下，巨噬细胞中总的m⁶A修饰水平却降低了。Matrin-3（Matr3）是一种RNA结合蛋白，通过灭活促炎信号和MAPK通路，调节m⁶A介导的mRNA衰变以及METTL3-METTL14复合物的形成，在ox-LDL介导的巨噬细胞炎症反应中发挥抑制作用。Matr3表达在ox-LDL刺激的巨噬细胞以及AS患者的外周血来源单核细胞中降低。过表达Matr3可显著减轻体内AS的发展。因此，Matr3在巨噬细胞炎症反应中的作用为了解m⁶A修饰与AS之间的关系提供了深入见解。

巨噬细胞极化参与AS的发生和进展，并受细胞能量代谢重编程的调控。具体而言，M1巨噬细胞通过糖酵解获取能量，而M2巨噬细胞利用线粒体氧化磷酸化产生能量。斑块中巨噬细胞的能量代谢会受到细胞因子、氧化脂质和缺氧的影响，导致斑块突然破裂和随后的血栓形成，这是AS死亡和残疾的主要原因。颈动脉粥样硬化斑块中的糖酵解显著增加，表明M1巨噬细胞是AS中的主导类型。肝癌衍生生长因子（HDGF）在AS患者的主动脉、AS小鼠模型以及M1巨噬细胞中表达升高，这与M1巨噬细胞的能量代谢重编程有关。巨噬细胞中特异性缺失HDGF会导致AS小鼠模型中斑块面积、炎症和M1巨噬细胞含量显著减少。值得注意的是，HDGF是通过调节M1巨噬细胞的能量代谢重编程而导致AS的风险因素。研究指出，METTL3介导的HDGF mRNA m⁶A甲基化水平升高，增强了HDGF mRNA的稳定性，并增加了M1巨噬细胞中HDGF的表达，从而通过能量代谢重编程调节M1巨噬细胞极化来诱导AS。重要的是，删除HDGF会减弱M1巨噬细胞的炎症、糖酵解和脂质积聚，并挽救线粒体功能障碍。因此，METTL3介导的HDGF m⁶A甲基化通过能量代谢重编程调节巨噬细胞极化来促进AS进展。由于该研究强调METTL3是巨噬细胞极化的上游关键调节因子，靶向METTL3可能是AS的潜在疗法。中药复方华佗再造丸（HTZZW）能有效活血化瘀。服用HTZZW可显著降低外周血中M1巨噬细胞的比例。研究发现，HTZZW不仅能抑制METTL14、METTL3的表达以及整体RNA甲基化水平，还能降低NF-κB mRNA特定位点的m⁶A修饰水平。因此，HTZZW通过调节巨噬细胞中METTL14和METTL3的表达，消除NF-κB mRNA上的m⁶A修饰，影响NF-κB稳定性，最终导致炎症巨噬细胞失活，从而缓解AS进展。

3.3 METTL3通过诱导SMC异常表型发挥作用

SMC的异常增殖和迁移是促进AS发展的最重要病理因素之一。METTL3在AS病变的动脉以及人冠状动脉SMC的增殖和迁移模型中表达上调。抑制METTL3可通过调节蛋白质合成和能量代谢来削弱AS中人冠状动脉SMC的病理过程。这些结果揭示了一种新的m⁶A表观遗传方法来调节AS的进展，为通过靶向METTL3来预防和治疗冠状动脉SMC诱导的AS提供了思路。此外，血管SMC是AS斑块中的关键细胞类型，具有广泛的可塑性，并能根据斑块微环境调节其表型。血管SMC的表型转化是导致AS的血管重塑标志。研究发现，沉默METTL3可限制ox-LDL诱导的血管SMC表型转化。METTL3下调损害了DiGeorge综合征关键区域8（DGCR8）与pri-miR-375的结合，并限制了miR-375-3p的表达，后者进一步靶向3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1（PDK1）的转录，最终缓解AS进展。因此，METTL3介导的m⁶A修饰通过DGCR8/miR-375-3p/PDK1轴促进血管SMC表型转化，从而触发AS斑块形成，这突显了靶向METTL3对血管源性AS的治疗意义。

3.4 METTL3与其他RNA修饰的相互作用

新兴证据表明METTL3介导的m⁶A修饰可能与其他RNA修饰（如m⁵C和ac⁴C）相互作用，尽管在AS中的直接证据仍然有限。例如，S-腺苷甲硫氨酸等代谢中间体是m⁶A和m⁵C修饰的甲基供体，表明在病理条件下可能存在竞争。未来的研究应探讨METTL3在AS进展中是否影响或被其他表观转录组调节因子影响。

总之，METTL3的异常表达通过介导靶RNA上的m⁶A修饰，诱导EC功能障碍、巨噬细胞极化和SMC表型转化，从而促进AS的发生和进展。

4 Relationship Between METTL3 and Arterial Infarction

AS与动脉梗死的发生密切相关。发生在主动脉（急性主动脉梗死、主动脉瓣钙化（AVC）、腹主动脉瘤（AAA）、主动脉夹层）或冠状动脉（冠状动脉综合征）的动脉梗死都可能由METTL3功能障碍诱导，其通过介导不同RNA上的m⁶A修饰发挥作用。

4.1 METTL3在急性主动脉梗死中的作用

在内皮细胞（EC）暴露于脂多糖诱导功能障碍引起的急性主动脉梗死中，研究发现METTL3通过靶向lncRNA-XR_343955并影响细胞粘附分子通路来维持血管完整性。这一发现将METTL3定位为急性炎症损伤期间血管完整性的关键调节因子。靶向这一METTL3-lncRNA轴可能因此代表一种稳定脓毒症诱导主动脉损伤中脉管系统的新策略。

4.2 METTL3在AVC中的作用

METTL3还通过m⁶A-YTHDF2依赖性途径抑制twist相关蛋白1（TWIST1），从而刺激人瓣膜间质细胞的成骨分化。这为了解METTL3在AVC进展中的关键作用提供了新的机制见解，并为AVC中m⁶A靶向诊断和治疗指明了新途径。对TWIST1（成骨作用的关键负调控因子）的抑制揭示了一个基本机制，即METTL3使平衡从稳态向病理性钙化倾斜。

4.3 METTL3在AAA中的作用

AAA是血管的局部异常扩张，通常由血管损伤导致动脉壁变薄引起。慢性血管壁炎症、SMC凋亡和细胞外基质（ECM）重塑是AAA的关键组织病理学特征。血管SMC是构成主动脉壁中膜的主要细胞。血管SMC增殖和凋亡的失衡导致主动脉壁重塑和AAA进展。在血管紧张素II（Ang II）诱导的AAA中，血管SMC的坏死性凋亡和炎性细胞因子增加。此外，AAA主动脉壁组织中m⁶A修饰水平以及METTL3/METTL14的表达升高，表明m⁶A修饰与Ang II诱导的AAA密切相关。研究报道，METTL3-METTL14复合物在Ang II诱导的AAA的血管SMC中，依赖于YTHDF3与rip3 mRNA和SMAD2/3相互作用。Ang II刺激腹主动脉壁组织血管SMC中SMAD2/3的激活，随后通过促进YTHDF3与rip3 mRNA的结合，增强METTL3-METTL14复合物介导的rip3 mRNA m⁶A修饰，增加rip3蛋白水平，从而导致血管SMC坏死性凋亡、炎症反应和AAA病理过程。干扰METTL3/METTL14可减轻血管SMC坏死性凋亡、炎症反应和AAA进展。另一研究报道，在载脂蛋白诱导的体外和体内AAA形成过程中，上调的METTL3水平通过靶向DGCR8促进初级microRNA-34a成熟形成miR-34a。此外，miR-34a上调显著限制sirtuin 1表达并加剧AAA。这些研究表明METTL3在AAA形成中扮演重要角色，为治疗这种疾病提供了新的治疗靶点和诊断生物标志物。

4.4 METTL3在主动脉夹层中的作用

SMC的丢失是主动脉夹层的主要病理特征之一，它导致弹性纤维断裂和主动脉壁变性。铁死亡是一种由铁依赖性脂质氢过氧化物积累驱动的程序性细胞死亡类型，已被证明参与主动脉夹层发展过程中SMC的丢失。溶质载体家族7成员11（SLC7A11）、NADPH-铁死亡抑制蛋白1（FSP1）和谷胱甘肽-谷胱甘肽过氧化物酶4是铁死亡的关键调节因子，在斯坦福A型主动脉夹层患者的主动脉中表达下调；用liproxstatin-1抑制铁死亡可在很大程度上消除β-氨基丙腈诱导的小鼠主动脉夹层。研究发现，斯坦福A型主动脉夹层患者主动脉组织中的METTL3表达水平高于非主动脉夹层受试者，它促进SLC7A11和FSP1的mRNA降解，从而抑制其在原代培养的人主动脉SMC中的蛋白表达。METTL3通过抑制SLC7A11和FSP1表达，加速咪唑酮依拉定和胱氨酸剥夺诱导的人主动脉SMC铁死亡，而过表达SLC7A11或FSP1在很大程度上逆转了由METTL3过表达引起的人主动脉SMC铁死亡。这些结果表明，降低METTL3介导的mRNA m⁶A甲基化可抑制SMC铁死亡，抑制SMC铁死亡是延缓主动脉夹层病理过程的潜在策略。

4.5 METTL3在冠状动脉综合征中的作用

冠状动脉综合征，包括不稳定型心绞痛和急性心肌梗死，是动脉梗死最常见的临床表现，主要由动脉粥样硬化斑块破裂后的急性血栓形成驱动。METTL3的作用超越了动脉粥样硬化形成，延伸至这些急性缺血事件。研究发现急性冠状动脉综合征患者巨噬细胞中METTL3表达升高，它促进hsa_circ_0029589成熟并抑制干扰素调节因子-1（IRF-1），从而激活巨噬细胞焦亡并导致斑块不稳定性。另一方面，另一项研究表明，上调的METTL3通过调节Notch信号通路调控心内膜来源的心肌内冠状动脉的形成。

除了巨噬细胞焦亡，新兴证据表明METTL3参与冠状动脉梗死的其他关键过程。最近的研究表明METTL3影响冠状动脉EC衰老和血小板活化。例如，一项研究发现METTL3介导的血小板中ISG15 mRNA的m⁶A修饰增强了它们的聚集性，为表观转录组学与冠状动脉梗死中的血栓形成提供了新的联系。此外，METTL3与心肌细胞的缺血应激反应调控有关。另一项研究表明，METTL3介导的HIF-1α mRNA m⁶A修饰稳定其转录本，加剧了遭受缺氧/再灌注（H/R）损伤的心肌细胞中的氧化应激和凋亡，这是心肌梗死的关键病理过程。METTL3在内皮功能障碍、血小板活化、巨噬细胞炎症和心肌细胞死亡中的多方面参与，强调了其作为冠状动脉综合征全谱系核心治疗靶点的潜力。

总之，METTL3介导的mRNA和非编码RNA上的m⁶A修饰有助于EC功能障碍、SMC丢失和巨噬细胞活化，从而引发各种动脉梗死的发生和进展，包括急性主动脉梗死、AVC、AAA、主动脉夹层和冠状动脉综合征。

5 Discussion

关于AS和动脉梗死的发病机制，内皮细胞（EC）、巨噬细胞和平滑肌细胞（SMC）受到METTL3介导的RNA m⁶A修饰的调控。因此，从METTL3介导的RNA m⁶A修饰的角度理解这些疾病（AS，动脉梗死）的发病机制和治疗受到了极大关注。本综述分析了METTL3在AS和动脉梗死中的作用，阐释了它们之间的相互关系，并评估了METTL3在临床环境中的潜在应用。

本综述表明，METTL3通过介导不同RNA上的m⁶A修饰，诱导EC功能障碍、巨噬细胞极化和SMC表型转化，从而促进AS的发生和进展。METTL3介导的m⁶A RNA修饰在AS中的机制包括调控炎症反应、氧化应激、细胞增殖、迁移、管腔形成、VEGF分泌、血管生成、巨噬细胞极化、能量代谢重编程、糖酵解、线粒体功能障碍和脂质积聚。此外，METTL3介导的mRNA和非编码RNA上的m⁶A修饰通过诱导EC功能障碍、SMC丢失和巨噬细胞活化，促成各种动脉梗死的发生和进展，包括急性主动脉梗死、AVC、AAA、主动脉夹层和冠状动脉综合征。METTL3在动脉梗死中作用的潜在机制包括调控慢性血管壁炎症、SMC的凋亡、坏死性凋亡和铁死亡、ECM重塑以及巨噬细胞焦亡。总之，METTL3对于调节血管疾病（如AS和动脉梗死）至关重要，而低水平的METTL3有助于从这些状况中恢复。因此，靶向METTL3是AS和动脉梗死的一个有前景的生物标志物和治疗途径。

尽管我们的综述强调了METTL3作为诊断生物标志物和治疗靶点的光明前景，但必须承认目前的证据主要来自临床前模型。向临床应用的过渡面临若干挑战。这些包括开发灵敏特异的检测方法来检测人血浆或血管组织中的METTL3活性或m⁶A水平、系统性抑制METTL3可能产生的脱靶效应以及人类血管疾病的异质性。未来的研究必须优先在人类队列研究中验证这些发现，并开发靶向递送系统，例如基于纳米颗粒的疗法，以在特定血管细胞中选择性调节METTL3活性，然后才能充分发挥其临床潜力。

然而，关于METTL3在动脉梗死中作用的现有出版物有限，应进一步研究以弥合对METTL3作用的理解差距。此外，尽管我们建议METTL3作为AS和动脉梗死的潜在生物标志物和治疗靶点，但还需在临床前研究中进一步验证。此外，本综述主要侧重于阐释METTL3与AS和动脉梗死中典型血管细胞（ECs, SMCs, 巨噬细胞）之间的关系。这一范围必然忽略了血管病理学的其他重要贡献者，如周细胞、成纤维细胞和血小板，METTL3在这些细胞中的作用大多尚未探索。

总之，本综述对METTL3与AS和动脉梗死之间的关系进行了全面且最新的阐述，为从事基础医学和转化医学领域的研究人员提供了便利的参考。