ELF1-METTL3/YTHDF2-m6A-E2F3轴调控髓核细胞衰老促进椎间盘退变的新机制及小分子药物MMF的靶向干预研究

为解决椎间盘退变(IVDD)中髓核细胞(NPC)衰老的关键机制问题，上海东方医院团队揭示了转录因子ELF1通过激活METTL3/YTHDF2介导的m6A修饰促进E2F3 mRNA降解的新通路。研究发现小分子药物霉酚酸酯(MMF)可靶向抑制ELF1，为延缓IVDD提供表观遗传治疗新策略。成果发表于《Cell Death Discovery》。

　　

椎间盘退变(IVDD)是导致慢性腰背痛的主要病理基础，随着全球老龄化加剧，其防治成为重大临床挑战。近年研究发现，髓核细胞(NPC)衰老是IVDD的核心特征，但驱动衰老的表观遗传机制尚未阐明。传统治疗仅能缓解症状，无法逆转退变进程，亟需从分子层面揭示NPC衰老的调控网络。

上海东方医院团队通过多组学分析发现，转录因子ELF1在退变椎间盘组织中异常高表达。研究人员构建了人源和鼠源NPC衰老模型，结合AAV5介导的Elf1过表达小鼠和基因敲除(KO)模型，首次揭示ELF1通过转录激活甲基转移酶METTL3和阅读蛋白YTHDF2，促进细胞周期关键基因E2F3 mRNA的m6A修饰及降解，导致G1/S期阻滞并加速NPC衰老。研究还运用虚拟筛选技术发现免疫抑制剂霉酚酸酯(MMF)能特异性结合ELF1，在动物模型中有效延缓IVDD进展。

关键技术方法包括：1) 人退变椎间盘组织多组学测序(蛋白质组/转录组/单细胞测序)；2) 啮齿类动物IVDD模型(针刺损伤/D-半乳糖诱导/自然衰老)；3) 染色质免疫共沉淀测序(ChIP-seq)和甲基化RNA免疫共沉淀测序(MeRIP-seq)；4) 双荧光素酶报告基因验证蛋白-DNA互作；5) AlphaFold2预测蛋白结构及分子对接。

【ELF1表达水平在退变NP组织和衰老NPC中显著升高】
通过Pfirrmann分级系统评估人椎间盘样本，蛋白质组学显示ELF1在重度退变组富集。单细胞测序发现ELF1⁺
NPC亚群中衰老相关通路激活。在IL-1β诱导的衰老模型和复制性衰老模型中，ELF1与衰老标志物p16/p21同步上调，SA-β-gal染色阳性率随传代增加。

【降低ELF1表达显著抑制NPC衰老】
siRNA敲低ELF1后，细胞周期基因(CCNA2/CCND1)表达恢复，EDU检测显示DNA复制能力增强。Elf1 KO小鼠椎间盘MRI的T2信号强度保持，组织学评分改善，证实延缓退变。

【METTL3作为ELF1下游分子参与调控】
ChIP-seq揭示ELF1结合METTL3启动子区，双荧光素酶实验验证其转录激活作用。Mettl3过表达逆转了Elf1 KO的保护效应，而敲低METTL3可挽救E2F3表达并减少m6A修饰。

【METTL3通过m6A修饰加速E2F3 mRNA降解】
SRAMP数据库预测E2F3 mRNA存在保守m6A位点，MeRIP-qPCR证实METTL3调控其修饰丰度。m6A抑制剂DAA处理可稳定E2F3转录本，挽救METTL3过表达导致的降解。

【YTHDF2识别m6A位点促进E2F3降解】
RIP-seq和RNA pulldown实验证明YTHDF2特异性结合甲基化E2F3 mRNA。Ythdf2过表达加速椎间盘退变，而Elf1 KO可阻断该效应。

【MMF靶向抑制ELF1延缓衰老】
分子对接显示MMF与ELF1结合能达-12.84 kJ/mol。动物实验中，MMF给药组椎间盘组织结构完整，m6A整体水平降低，E2F3蛋白表达恢复。

该研究首次构建了ELF1-METTL3/YTHDF2-m6A-E2F3调控轴在NPC衰老中的分子网络，突破性地将临床常用免疫抑制剂MMF老药新用，为IVDD的靶向治疗提供新思路。局限性在于人源样本量较小，未来需开发NPC特异性Elf1条件敲除模型深化机制研究。