综述：m6A甲基化在糖尿病发展过程中对免疫微环境的调控

《Journal of Translational Medicine》：Regulation of m6A methylation in the immune microenvironment in the development of diabetes mellitus

本综述系统阐述了N6-甲基腺苷（m6A）这一最普遍的RNA内部修饰在糖尿病（DM）发病机制中的核心作用。文章重点聚焦m6A通过其“书写器”（如METTL3/METTL14）、“擦除器”（如FTO/ALKBH5）和“阅读器”（如YTHDFs/IGF2BPs）动态调控β细胞功能、胰岛素抵抗（IR）及免疫微环境（如巨噬细胞极化和T细胞活性）的分子机制，并探讨了以m6A为靶点的治疗策略潜力，为糖尿病及其并发症的防治提供了新视角。

　　

引言

糖尿病是一种以慢性高血糖为特征的广泛存在的代谢紊乱，主要由胰岛素抵抗和β细胞功能障碍驱动。N6-甲基腺苷（m⁶A）作为真核生物中最普遍的内部RNA修饰，已成为糖尿病发病机制中的关键调节因子。本综述概述了由“书写器”（如METTL3, METTL14）、“擦除器”（如FTO, ALKBH5）和“阅读器”（如YTHDFs, IGF2BPs）介导的m⁶A甲基化如何影响关键的糖尿病过程，包括β细胞功能、脂质代谢和胰岛素抵抗。一个关键焦点是m⁶A在调节免疫微环境中的作用，例如通过调节巨噬细胞极化和T细胞活性，这有助于1型和2型糖尿病的炎症和疾病进展。此外，m⁶A失调与多种糖尿病并发症有关。治疗剂，包括现有药物、天然提取物和特定的m⁶A抑制剂，可以调节m⁶A水平，突显了其作为治疗靶点的潜力。

m⁶A在糖尿病中的功能

β细胞的存活与分泌

葡萄糖和其他环境因素调节胰腺β细胞中的m⁶A甲基化。这种甲基化在控制基因表达和维持β细胞正常功能中起着关键作用。研究发现，在2型糖尿病患者胰岛中具有已知m⁶A修饰的基因富集在与T2DM发病机制相关的生物过程中，这表明m⁶A调节因子可能参与调节T2DM患者胰腺β细胞中的基因表达。调节m⁶A相关调节因子（例如，METTL3, METTL14, WTAP, YTHDC1）以增加m⁶A水平可保护β细胞免受细胞损伤和凋亡，这有助于维持β细胞功能。

β细胞的自噬

β细胞自噬具有保护功能，可对抗诸如胰岛素原错误折叠、胰岛素分泌缺陷和胆固醇诱导的内质网应激等挑战。这种保护机制被二甲双胍增强，二甲双胍激活AMPK以增强自噬并清除积累的空泡，从而抑制β细胞凋亡。相反，受损的自噬会诱导内质网应激，破坏抗原加工，并增加MHC-I/HLA-I向免疫细胞的呈递。因此，β细胞变得更容易受到免疫介导的攻击和损伤。对灌注的人胰腺胰岛和高血糖糖尿病db/db小鼠的分析已经确定NR3C1-FTO-m⁶A-Atg基因轴是调节胰腺β细胞自噬流的关键介质。该研究证明，只有在糖脂毒性条件下，核受体亚家族3C组成员1（NR3C1）激活后，才会发生过度且有害的自噬，最终促进糖尿病。

β细胞的分泌

m⁶A的甲基化与β细胞的分泌密切相关。胰腺十二指肠同源框1（PDX1）的表达对于整合和调节GLP-1R依赖性信号至关重要，该信号由α细胞胰高血糖素分泌，并且对于胰腺β细胞的生长、分化和存活至关重要。一项研究证实，m⁶A甲基化控制胰岛素/胰岛素样生长因子1（IGF1）-AKT-PDX1通路。通过靶向METTL3或METTL14降低m⁶A水平，可以下调AKT磷酸化和PDX1蛋白水平，导致细胞周期停滞和葡萄糖刺激的胰岛素分泌实验损伤，从而重现人类T2D。作为m⁶A“阅读器”，人胰岛素样生长因子2（IGF2）mRNA结合蛋白2（IMP2）在胰腺β细胞中的缺失导致β细胞增殖和功能的代偿性下降。通过直接结合PDX1 mRNA，IMP2可以以m⁶A依赖性方式促进其翻译。

脂质水平的维持

脂肪生成

脂肪细胞分化受多种机制调控，其中有丝分裂克隆扩增（MCE）是关键步骤。研究表明，小鼠体内WTAP的减少导致对饮食诱导肥胖（DIO）的保护作用，从而增加胰岛素敏感性。进一步研究发现，WTAP的下调可能损害METTL3和METTL14向mRNA的招募，导致下游细胞周期相关分子（包括细胞周期蛋白A2）的产生失调，加速脂肪生成中MCE的细胞周期转换，并损害脂肪生成。有研究证实，膳食支链氨基酸（BCAA）可以通过G6PD-NADPH-FTO-m⁶A的协同作用，内外共同作用，降低细胞周期蛋白依赖性激酶2（CDK2）和细胞周期蛋白A2（CCNA2）的表达，从而抑制MCE过程，进而抑制脂肪生成。

FTO直接靶向Atg5和Atg7转录本，并以m⁶A依赖性方式促进其表达，从而影响自噬和脂肪生成。通过深入研究发现，FTO沉默后，具有高m⁶A水平的Atg5和Atg7转录本被YTHDF2捕获，导致mRNA降解和蛋白质表达减少，减轻自噬和脂肪生成。FTO通过使外显子剪接增强子附近的m⁶A RRACHs去甲基化，抑制富含丝氨酸的剪接因子2（SRSF2）与ESE的结合，从而控制脂质调节因子RUNX1T1的外显子剪接，并调节RUNX1T1亚型的表达，从而促进脂肪生成。

脂肪分解

一项研究提出了一个以脂肪METTL14/m⁶A为中心的肥胖表观转录组重编程范式。肥胖诱导因子对脂肪METTL3和METTL14的异常上调诱导了肾上腺素能受体β2（Adrb2）、肾上腺素能受体β3（Adrb3）、脂肪甘油三酯脂肪酶（Atgl）和比较基因鉴定-58（Cgi-58）的m⁶A甲基化，驱动脂肪儿茶酚胺抵抗和脂肪分解抑制，导致白色脂肪组织扩增、肥胖进展和代谢疾病。对脂肪细胞特异性Mettl14敲除小鼠的研究支持了这一观点，证明Mettl14的缺失减轻了HFD诱导的肥胖、胰岛素抵抗、葡萄糖耐受不良和NAFLD，同时增加了WAT中的β-肾上腺素能信号和脂肪分解。

胰岛素抵抗（IR）

胰岛素受体底物（IRS）

IRS功能障碍与胰岛素抵抗之间的既定联系通过METTL3介导的CYP2B6的m⁶A甲基化得到进一步阐明。在NAFLD患者肝脏中观察到的CYP2B6表达升高会损害IRS磷酸化和GLUT2膜转运，从而加剧胰岛素抵抗。值得注意的是，METTL3敲低结合CYP2B6过表达显著减弱了胰岛素信号通路磷酸化。

脂肪棕色化

棕色脂肪组织移植改善了HFD模型中的全身能量代谢并增强了胰岛素敏感性。它上调脂肪酸氧化基因，逆转HFD诱导的身体活动减少，并改善肝脏脂肪变性和BAT肥大。BAT移植还下调肝脏PPARγ2和TNFα表达，改善葡萄糖稳态，并减少白色脂肪组织中的促炎细胞因子。刺激BAT发育或扩大BAT库可能是治疗糖尿病的可行策略。

研究表明，FTO缺陷上调了缺氧诱导因子1α（Hif1a）mRNA的m⁶A水平，随后被YTHDC2识别，导致mRNA翻译增加和Hif1a蛋白丰度上调。Hif1a激活产热基因的转录，包括过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1-α等，最终促进解偶联蛋白1表达和脂肪棕色化过程。BAT特异性Mettl3缺陷通过减少Prdm16、Pparg和Ucp1转录本的m⁶A修饰和表达，抑制体内BAT的成熟，最终导致BAT介导的适应性产热显著减少，并促进HFD诱导的肥胖和全身胰岛素抵抗。

并发症

眼部（糖尿病视网膜病变，糖尿病性白内障）

据报道，METTL3调节高糖诱导的人晶状体上皮细胞，进而导致糖尿病性白内障。具体而言，METTL3特异性靶向细胞间粘附分子1的3'UTR以稳定mRNA稳定性并增加其蛋白表达。当METTL3下调时，它增强了高糖诱导的HLEC的增殖并抑制其凋亡。研究发现，METTL3通过YTHDF2结合m⁶A修饰的PKCη、FAT4和PDGFRA的mRNA并诱导其降解，最终损害周细胞的增殖和分化，导致糖尿病视网膜病变。

心脏（糖尿病心肌病）

DCM与心肌细胞焦亡密切相关。近期研究报告表明，METTL14的上调增加了终末分化诱导非编码RNA基因的m⁶A甲基化水平，而YTHDF2介导TINCR的降解，最终导致lncRNA TINCR的下调。TINCR的下调将导致其无法有效增加NLRP3 mRNA的稳定性并抑制NLRP3凋亡相关蛋白的激活。

肾脏（糖尿病肾病）

近期研究揭示，METTL3在1型和2型糖尿病肾病中过表达，并通过IGF2BP2依赖性机制上调足细胞中组织金属蛋白酶抑制剂2的m⁶A修饰水平以增强其稳定性。TIMP2可能通过抑制MT1-MMP上调Notch3/4信号通路，介导DN足细胞炎症和凋亡。研究发现，高糖诱导的p300通过组蛋白H3 lysine 27乙酰化促进HK-2细胞中WTAP的转录，而WTAP可能促进NLRP3 mRNA的m⁶A甲基化，从而上调NLRP3炎症小体和pro-caspase-1的水平。

血管（糖尿病血管病变）

一些实验研究显示了FTO-TNIP1-NF-κB网络与糖尿病诱导的血管内皮变化之间的关系。具体来说，FTO的过表达下调了炎症核心调节因子TNIP1，抑制了TNIP1将A20与IKKγ物理连接，并正向调节A20介导的IKKγ去泛素化，从而抑制核因子κB的作用。被促进的NF-κB以m⁶A依赖性方式增加炎性细胞因子，最终导致内皮功能障碍。

肝脏（非酒精性脂肪性肝病）

Rubicon作为经典自噬和内体运输的负调节因子。一项实验研究证明，NAFLD脂毒性能够提高m⁶A修饰水平。具体来说，上调的METTL3直接与Rubicon mRNA结合并介导m⁶A修饰，之后，YTHDF1与m⁶A标记的Rubicon mRNA相互作用，促进其稳定性并减少其降解。然后，随着其含量增加，Rubicon抑制自噬体与溶酶体的融合并阻碍脂滴清除，进一步加重NAFLD。

治疗

现有药物

• •
  二甲双胍： 作为糖尿病的一线药物，可以抑制FTO的蛋白表达，降低细胞周期蛋白D1和CDK2的甲基化水平，从而导致YTHDF2依赖的衰变和蛋白表达。最终，MCE被阻断，脂肪生成被抑制。
• •
  艾塞那肽： 研究表明，H₂O₂可以通过降低METTL3的表达来诱导β细胞凋亡，然而，应用靶向METTL3的艾塞那肽后，可以恢复其m⁶A水平，最终逆转H₂O₂诱导的β细胞损伤。
• •
  罗格列酮： 一种噻唑烷二酮类抗糖尿病药，可改善胰岛素抵抗。研究表明，肌肉中FTO表达的增加抑制了HEK293细胞中胰岛素诱导的PKB磷酸化，从而影响了胰岛素信号通路，而罗格列酮治疗改善了2型糖尿病患者的胰岛素敏感性并降低了FTO表达。

相关物质

• •
  肉桂醛： 通过影响METTL3-CYP4F40介导的脂肪酸代谢改善脂肪变性。通过促进METTL3表达，肉桂醛上调细胞色素P450家族4亚家族F多肽40并增加癸酸、γ-亚麻酸、花生四烯酸和二十二碳五烯酸的水平。
• •
  黄蜀葵花总黄酮： 研究发现，TFA通过METTL3依赖性方式改善高糖诱导的足细胞焦亡和损伤，并通过调节NLRP3炎症小体的激活和PTEN/PI3K/Akt信号通路来实现。
• •
  白藜芦醇： 摄入白藜芦醇可以改变PPARα的转录水平，减轻肝脏脂质积累，增加m⁶A甲基化和去甲基化酶的mRNA水平，上调YTHDF2的表达，并最终显著降低YTHDF3 mRNA的表达和肝脏m⁶A水平。
• •
  表没食子儿茶素没食子酸酯： 降低了FTO和YTHDF2的表达，从而下调了它们介导的m⁶A依赖性CCNA2和CDK2表达，最终阻断了MCE以抑制脂肪生成。
• •
  姜黄素： 最近证实，姜黄素通过降低ALKHB5的表达，上调肿瘤坏死因子受体相关因子4 mRNA的m⁶A水平，而具有较高m⁶A水平的TRAF4 mRNA将被YTHDF1识别并结合，从而增加TRAF4的翻译。

FTO抑制剂

• •
  MA2： 抑制了ATK通路的激活，随后下调了高糖培养的HK2细胞中的HDAC5，从而减轻了糖尿病肾病肾小管细胞中HDAC5介导的细胞上皮-间质转化，从而改善了糖尿病肾病的表现和表型。
• •
  Dac51： 一种新开发的FTO特异性小分子抑制剂。体内实验表明，仅给药2-3周，Dac51就能有效改善高血糖β细胞特异性NR3C1过表达小鼠的胰岛素分泌受损和葡萄糖耐受不良。
• •
  恩他卡朋： 一种FTO抑制剂，通过FTO-FOXO1调节轴的作用，诱导肝脏糖异生和脂肪产热，从而降低小鼠体重并改善葡萄糖耐量。

结论与展望

结论

m⁶A通过调节β细胞自噬、分泌、内质网应激、参与脂肪生成和脂肪分解以及影响胰岛素抵抗，直接或间接地调节糖尿病的发展。m⁶A还参与糖尿病患者多种器官病理的发展，如糖尿病视网膜病变、糖尿病心肌病、糖尿病肾病、糖尿病血管病变、非酒精性脂肪肝、糖尿病伤口愈合和糖尿病诱导的睾丸损伤。一些糖尿病药物，如二甲双胍、艾塞那肽、罗格列酮和复方珍芪调脂胶囊，已被发现可在治疗过程中影响m⁶A水平。一些提取物如肉桂醛、白藜芦醇、大黄酸、表没食子儿茶素没食子酸酯和姜黄素也被发现通过各种途径影响m⁶A水平。通过调节m⁶A来改善糖尿病患者的预后可能是治疗糖尿病的有效途径。

展望

慢性巨噬细胞介导的组织炎症是肥胖中胰岛素抵抗的关键机制。m⁶A被发现与巨噬细胞表型和功能障碍密切相关。很容易发现巨噬细胞与胰岛素敏感性降低有关，也与m⁶A有关，但目前没有相关研究将三者联系起来。在糖尿病并发症中，有研究暗示METTL3靶向ICAM-1的3'UTR改变高糖诱导的HLEC从而导致糖尿病性白内障。然而，迄今为止，尚无研究表明ICAM-1与DC相关，以及METTL3与糖尿病视网膜病变相关。这为我们提供了两个研究方向：ICAM-1与DC的关系以及METTL3与糖尿病视网膜病变的关系。大多数关于m⁶A与糖尿病关系的研究都集中在2型糖尿病上，而非其他类型。然而，m⁶A也与其他类型的糖尿病有关。例如，在1型糖尿病中，免疫功能异常是关键病因因素之一，而m⁶A可能通过免疫相关通路参与T1DM的发病机制。这一点在前文中有所提及：m⁶A可以影响免疫微环境，如T细胞和巨噬细胞，但在治疗背景下尚无相关研究。这很可能是一个新的研究途径。