m6A修饰调控脂质代谢及相关疾病：情境依赖机制与治疗靶点

《Frontiers in Genetics》：M6A modification in lipid metabolism and related diseases

　　

本综述系统概述了N⁶-甲基腺苷（m⁶A）修饰调控脂质合成、分解代谢和转运的具体机制。此外，研究人员讨论了m⁶A修饰在脂质代谢相关疾病中的潜在治疗意义。尽管已取得相当进展，m⁶A修饰调控脂质代谢的机制仍未被完全理解。值得注意的是，METTL3等m⁶A调节因子对脂质蓄积和氧化表现出情境依赖性、有时相反的作用。FTO（fat mass and obesity-associated protein）基因变异与肥胖风险增加显著相关；然而，将FTO抑制剂作为肥胖和脂质代谢紊乱治疗靶点的开发仍面临相当大挑战。在非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）中，m⁶A修饰不仅促进疾病发生，也参与其进展。METTL3和METTL14在动脉粥样硬化（AS）的发展中也发挥重要作用。总体而言，m⁶A调控机制在脂质代谢及相关疾病中的重要作用，突出了靶向m⁶A调节因子作为一种有前景治疗策略的潜力。

1 引言
脂质是维持细胞能量稳态和正常细胞功能的重要物质，在人体生理与健康中发挥基础性作用。除作为主要能量底物和细胞膜结构成分外，脂质还是多种具有重要生理功能的生物活性分子前体。脂质代谢包括脂肪酸、胆固醇和甘油三酯的合成、分解代谢与转运。脂质代谢失调与肥胖、非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）、动脉粥样硬化（AS）、2型糖尿病、高脂血症和心血管疾病等代谢紊乱密切相关。不健康饮食模式和生活方式导致的营养过剩是脂质代谢异常的重要促进因素。表观遗传调控包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和RNA介导的调控等，可在不改变DNA序列的情况下调节基因表达。m⁶A是真核RNA中腺苷最普遍的内在修饰，广泛存在于信使RNA（mRNA）、转运RNA（tRNA）、核糖体RNA（rRNA）、环状RNA（circRNA）、微小RNA（miRNA）和长链非编码RNA（lncRNA）中，并通过影响RNA剪接、稳定性、定位、翻译及二级或高级结构，参与RNA代谢和基因调控的多个方面。异常m⁶A修饰参与NAFLD、无精子症、心力衰竭和癌症等疾病发病。本文总结m⁶A修饰在脂质合成、转运和分解代谢中的作用，并聚焦m⁶A调节因子在脂质代谢及相关疾病中的生物学功能、分子机制及治疗靶点潜力。

2 m⁶A修饰
2.1 m⁶A修饰相关酶
m⁶A是真核mRNA中最普遍的内在修饰，平均每1000个核苷酸约含1–2个N⁶-甲基腺苷残基。m⁶A位点优先富集于终止密码子附近、3′-非翻译区（3′-UTR）和长内含子区域，主要位于保守RRACH基序（R = A或G；H = A、C或U）。m⁶A动态调控由三类调节蛋白介导：甲基转移酶（Writers）、去甲基化酶（Erasers）和m⁶A结合蛋白（Readers）。甲基转移酶样3（METTL3）是主要m⁶A甲基转移酶复合物的催化亚基，METTL14与METTL3形成异二聚体，Wilms肿瘤1相关蛋白（WTAP）招募并稳定METTL3–METTL14复合物，METTL16还可修饰小核RNA（snRNA）和小核仁RNA（snoRNA），RBM15、ZC3H13和KIAA1429可识别或招募复合物至特定RNA位点。脂肪质量与肥胖相关蛋白（FTO）是首个被鉴定的m⁶A去甲基化酶，以α-酮戊二酸（α-KG）和Fe(II)依赖方式移除m⁶A，先氧化为N⁶-羟甲基腺苷（hm⁶A），再氧化为N⁶-甲酰腺苷（f⁶A），最终再生腺苷；AlkB同源物5（ALKBH5）是另一类去甲基化酶。Reader包括YTHDC1、YTHDC2、YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3、异质核核糖核蛋白（HNRNP）家族成员及胰岛素样生长因子2 mRNA结合蛋白（IGF2BPs），参与RNA稳定性、翻译和剪接等调控。

2.2 m⁶A修饰作用机制
m⁶A修饰的基本过程涉及Writer甲基化、Eraser去甲基化和Reader识别，广泛影响RNA翻译、降解、剪接、核输出和RNA折叠。核内m⁶A参与miRNA生成、mRNA加工和pre-mRNA剪接；pri-miRNA的m⁶A修饰可促进DGCR8–DROSHA机制识别和加工，YTHDC1与剪接因子参与RNA加工和剪接。m⁶A标记RNA可发生核输出并进入胞质，胞质Reader调控其翻译、稳定性、衰减和定位。m⁶A水平部分由METTL3/METTL14序列偏好决定，也受RNA结合蛋白、转录因子、RNA聚合酶等影响，不同Reader可竞争m⁶A转录本或修饰位点。YTHDF2可招募CCR4-NOT去腺苷酸化复合物及RNase P/MRP复合物，促进m⁶A修饰mRNA降解；IGF2BP1–3则可识别并稳定m⁶A修饰mRNA，其结合位点与YTHDF2重叠有限。YTHDF1和YTHDF3通过招募翻译起始因子eIF3促进翻译，YTHDC2促进翻译延伸；METTL3–eIF3h轴也参与mRNA循环与翻译。YTHDC1调控可变剪接，HNRNPA2B1与DGCR8互作促进pri-miRNA加工，YTHDC1还促进核mRNA输出。

3 m⁶A修饰与脂质代谢
3.1 m⁶A修饰与脂质合成和分解代谢
脂质代谢包括脂质消化、吸收、合成和分解代谢，其中合成与分解平衡对细胞脂质稳态和整体代谢健康至关重要。乙酰辅酶A羧化酶（ACC）、脂肪酸合酶（FASN）和硬脂酰辅酶A去饱和酶1（SCD1）是脂肪酸合成关键酶；过氧化物酶体增殖物激活受体α（PPARα）是脂肪酸氧化关键调节因子；固醇调节元件结合蛋白（SREBPs）包括SREBP-1a、SREBP-1c和SREBP-2，其中SREBP-1c在脂肪酸合成中作用突出。m⁶A通过调节脂质代谢相关分子的表达和功能参与脂质代谢。某些情境下m⁶A具有抗脂质蓄积保护作用：METTL14或METTL3缺失增加啮齿动物肝脏FASN、SCD1和ACC水平，增强甘油三酯（TG）生成和肝重；体外缺失METTL3或METTL14增加ACC和SCD1蛋白，促进TG和胆固醇生成及脂滴积累。FTO可结合多种成脂基因3′-UTR，降低m⁶A水平以稳定mRNA，其靶点包括SCD1、PPARα和SREBP；FTO降低SREBP-1c的m⁶A修饰，促进FASN、SCD1、ACC和ACCα等脂代谢基因表达并增加脂质蓄积，还通过激素敏感性脂肪酶（HSL）介导的脂解调节TG代谢。脂质分解方面，METTL3促进PPARα mRNA的m⁶A修饰，被YTHDF2识别后促进PPARα mRNA降解，降低PPARα表达并影响肝脏脂质代谢；血管生成素样蛋白4（ANGPTL4）抑制脂蛋白脂肪酶（LPL），FTO可降低ANGPTL4 mRNA翻译，促进细胞外TG水解。m⁶A还可通过自噬调节脂质代谢：FTO降低ATG5和ATG7的m⁶A水平，促进YTHDF2介导的胞质降解，从而促进自噬和成脂；METTL3通过稳定AKT1S1并激活自噬减少AS小鼠脂质蓄积；FTO抑制线粒体未折叠蛋白反应并激活STAT3/JAK2信号，减少脂肪细胞凋亡。Reader中，YTHDF2通过促进6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶（6PGD）mRNA翻译提高血胆固醇，并通过调节SREBP1c、FASN、SCD1和ACC参与NAFLD中TG稳态和成脂。总体而言，m⁶A调节因子的作用高度依赖情境，METTL3、METTL14和FTO既可促进也可抑制脂质蓄积，不能简单归类为促脂或抗脂因子。

3.2 脂质转运调控
脂质转运是受膜内在性质和主动调控机制共同支配的动态过程。脂质在膜双层中具有明显侧向流动性，但其跨双层翻转运动相对受限，受专门脂质转运机制、膜接触位点、囊泡运输和膜重塑过程调节。多种蛋白参与脂质转运，包括ATP结合盒（ABC）转运体如ABCA1和ABCG1、血浆脂质转运蛋白如载脂蛋白APOA、APOB和APOE，以及细胞内胆固醇转运蛋白如Niemann–Pick病C型蛋白NPC1和NPC2。m⁶A修饰可能主要通过调节脂质转运相关蛋白转录本的表达、稳定性和翻译，间接影响其丰度和活性。METTL3介导的m⁶A修饰对脂质转运呈情境依赖效应：NPC1L1 mRNA高甲基化通过MAPK通路促进脂质蓄积；METTL3敲除小鼠中ABCG8显著低甲基化并下调，胆固醇排泄减少。FTO介导的去甲基化通过降低PPARγ蛋白表达抑制巨噬细胞脂质摄取，并通过AMPK磷酸化促进胆固醇外流，抑制泡沫细胞形成和AS发展；FTO过表达以m⁶A–IGF2BP2依赖方式增加APOE表达，参与肿瘤脂代谢失调；ALKBH5过表达以m⁶A–IGF2BP2依赖方式增加FABP5表达，影响细胞内脂肪酸利用和储存。YTHDF2识别低密度脂蛋白受体（LDLR）mRNA的m⁶A修饰并促进其降解，调节胆固醇稳态。m⁶A在脂质转运中的直接或间接贡献仍不明确，需进一步研究。

4 m⁶A修饰与脂质代谢相关疾病
4.1 肥胖
肥胖是以脂质超载、脂肪组织扩张和脂质异位沉积为特征的代谢紊乱。越来越多证据提示肥胖与脂肪组织m⁶A表观遗传景观重塑相关。人皮下和内脏脂肪组织的转录组m⁶A分析鉴定出数千个m⁶A修饰转录本，并显示肥胖个体与正常体重者之间甲基化模式显著不同，且这些重塑事件与糖和胰岛素代谢临床变量密切相关。FTO是首个与脂质代谢相关的m⁶A调节因子，其表达与肥胖者体重指数（BMI）和体脂含量正相关，FTO基因多态性与肥胖易感性密切关联；全基因组关联研究（GWAS）显示FTO位点遗传变异与肥胖风险增加相关，rs9939609和rs17817449变异与超重和肥胖显著相关，rs34269950多态性与腰围显著相关。FTO降解靶向嵌合体（FTO-DT）可选择性降解FTO蛋白，减少高脂饮食（HFD）小鼠肝细胞和脂肪细胞脂质沉积。但FTO靶向治疗临床转化仍具挑战，恩他卡朋（entacapone）等FTO抑制剂虽在动物模型中改善代谢表型，但存在药理优化不足、效力低、血浆半衰期短及缺乏代谢病临床验证等问题，遗传变异、个体差异和脱靶效应也是重要挑战。m⁶A调控成脂机制复杂且情境依赖：FTO可调节RUNX1T1外显子剪接促进脂滴形成；METTL3、METTL14和WTAP复合物可通过调节有丝分裂克隆扩增促进成脂；在猪脂肪细胞中m⁶A水平与成脂呈负相关。棕色脂肪组织（BAT）诱导被视为潜在抗肥胖策略：FTO依赖m⁶A去甲基化参与白色脂肪组织（WAT）棕色化，YTHDC2识别HIF1α促进翻译，激活PPARGC1A、PRDM16和PPARG增加UCP1表达；YTHDF1下调减少BMP8B翻译，加重肥胖、胰岛素抵抗（IR）和葡萄糖不耐受并损害WAT棕色化；甲基哌啶-3-羧酸可激活METTL3复合物促进WAT棕色化。亲代肥胖和饮食状态可能通过表观遗传机制影响子代肥胖风险，如孕期HFD小鼠子代3周龄内脏脂肪m⁶A修饰升高、FTO下调和METTL3上调，8周龄FTO和METTL3转录水平显著增加而总m⁶A不变；低脂饮食亲代子代也出现体重、代谢参数和IR改变，并伴METTL3、FTO和下丘脑CREBBP表达增加。

4.2 NAFLD
肝脏脂质代谢功能障碍是NAFLD的主要特征，RNA甲基化失调与NAFLD肝脏代谢重塑相关。高果糖饮食诱导NAFLD小鼠肝脏的RNA甲基化免疫沉淀测序和转录组测序显示RNA甲基化广泛改变，差异甲基化转录本主要富集于脂质代谢相关通路。2023年多学会共识提出代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）和代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）新命名，替代NAFLD和NASH。m⁶A失调以情境依赖方式调节肝脏脂质蓄积：METTL16在体外NAFLD模型中显著上调，并通过增强成脂基因CIDEA表达促进脂质蓄积；NAFLD小鼠肝脏中FTO介导的去甲基化增加SREBF1和ChREBP mRNA稳定性，敲低SREBF1或ChREBP削弱FTO促脂效应，FTO抑制剂恩他卡朋降低SREBF1、ChREBP及下游成脂基因表达，改善HFD小鼠肝脂肪变。LDHA介导的H3K18乳酰化在METTL3近端启动子增加METTL3表达，METTL3随后以YTHDF1依赖方式稳定SCD1，促进肝脏脂质蓄积。m⁶A还影响脂滴周转和细胞代谢稳态：MASLD患者和HFD小鼠肝脏METTL14表达增加；NAFLD小鼠肝脏METTL3上调并增加Rubicon mRNA的m⁶A修饰和YTHDF1依赖稳定性，Rubicon抑制自噬体–溶酶体融合，损害脂滴清除，而METTL3缺失增强肝脏自噬流和脂滴清除。特定条件下m⁶A也有保护作用：METTL3通过m⁶A修饰增加DDIT4 mRNA稳定性，DDIT4经mTORC1和NF-κB信号减少肝脏脂质蓄积和炎症。环境暴露可进一步改变m⁶A介导的肝脏脂质代谢调控：细颗粒物（PM2.5）暴露增加体内外肝脏脂质蓄积，伴全局m⁶A升高和YTHDC1降低，并改变CEPT1和YWHAH mRNA，可能通过YTHDC2调控其编码序列；砷暴露干扰脂肪酸和甲硫氨酸代谢，肝SREBP1和成脂基因增加伴m⁶A和S-腺苷甲硫氨酸（SAM）降低，机制可能涉及破坏miR-142-5p的m⁶A依赖成熟，补充叶酸和维生素B12可恢复SAM并减少肝脂质蓄积。m⁶A失调还影响NAFLD进展：METTL3敲低增强CD36介导的游离脂肪酸摄取并加重CCL2相关炎症，促进NAFLD向NASH进展；IGF2BP1和IGF2BP3与肝细胞癌（HCC）进展及不良预后相关。由于表观转录组修饰可逆，靶向特定m⁶A调控轴可能成为代谢性肝病治疗策略，但m⁶A在NAFLD中的作用依赖调节因子、靶标和情境，不应统一视为致病或保护。

4.3 动脉粥样硬化
AS是心血管疾病的主要病理过程，涉及内皮损伤、脂质蓄积、泡沫细胞形成、炎症反应和血管平滑肌细胞（VSMC）增殖。小鼠和人AS斑块测序显示全局m⁶A甲基化水平升高，伴METTL3和METTL14表达升高，差异甲基化基因参与AS发病；但另一研究报道AS患者外周血和白细胞及相应小鼠模型中m⁶A甲基化水平显著降低。METTL3是AS中重要m⁶A调节因子，但其效应随细胞和病理情境变化。METTL3和YTHDF1协同促进人脐静脉内皮细胞（HUVECs）中LRP6和DVL1翻译，参与血管生成；METTL3促进EGFR mRNA降解，缓解内皮损伤；在VSMC中，METTL3通过增加全局RNA m⁶A甲基化和诱导表型转化促进新生内膜增生。METTL3还参与血管炎症：METTL3和YTHDF2共同调节PGC-1α mRNA并促进其降解，参与氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）诱导的单核细胞炎症；METTL3以m⁶A依赖方式调节NLRP1和KLF4表达，参与炎症细胞黏附。靶向METTL3具治疗潜力：METTL3敲低通过抑制JAK2/STAT3信号减轻AS进展；METTL3沉默减少DGCR8与pri-miR-375结合，限制miR-375-3p靶向PDK1，促进斑块稳定。METTL14在AS小鼠中上调，可能通过影响斑块形成、脂质沉积、铁过载和氧化应激促进疾病进展；METTL14介导m⁶A修饰增加circARHGAP12和ASPH表达，加重内皮细胞脂质过氧化；促进pri-miR-19a成熟，促进内皮细胞增殖和浸润；上调FOXO1表达，诱导促炎反应；通过lncRNA ZFAS1及其下游ADAM10和RAB22A参与胆固醇代谢和血管炎症。干扰METTL14具有保护作用：敲低METTL14通过NF-κB/IL-6信号增强M2巨噬细胞极化，减少巨噬细胞迁移并抑制泡沫细胞形成；沉默METTL14降低饮食诱导APOE^?/?小鼠主动脉斑块形成，减少p65转录本m⁶A修饰。去甲基化酶也参与AS相关病理过程：FTO在球囊损伤大鼠颈动脉AS模型中促进新生内膜形成；FTO/NR4A3轴参与Ang II诱导的VSMC增殖和炎症；ox-LDL上调ALKBH1通过促进HIF1α与MIAT结合促进MIAT转录，ALKBH1下调抑制ox-LDL诱导的MIAT表达。铁死亡是一种铁依赖性脂质过氧化相关细胞死亡，参与AS发病，m⁶A甲基化可能通过调节铁死亡相关通路影响该过程。YTHDF2促进SLC7A11 mRNA降解，加速脑血管AS中血管内皮细胞铁死亡；METTL14介导m⁶A修饰参与铁过载诱导的血管内皮脂质过氧化损伤。现有证据仍有限，m⁶A调控效应依赖特定调节因子、靶转录本和细胞情境；需整合m⁶A图谱、脂质组学、铁代谢和功能性铁死亡试验以阐明该调控网络。

5 未来展望
尽管m⁶A修饰在脂质代谢中的作用已取得重要进展，仍有若干问题未解决。第一，m⁶A在肥胖、NAFLD/MASLD和AS之外的新兴脂质代谢紊乱中的作用值得进一步研究，尤其是MASH、代谢性心肌病和代谢性肾病。尽管这些疾病共享线粒体功能障碍、氧化应激和慢性炎症等病理特征，m⁶A介导RNA调控对其发生发展的贡献仍不明确。未来研究应确定m⁶A是否是连接不同组织脂质代谢异常的保守调控机制，或主要具有组织、细胞和疾病特异性。第二，靶向m⁶A调节因子的治疗特异性和安全性仍是临床转化主要挑战。多数靶向FTO和METTL3等m⁶A调节因子的小分子抑制剂和降解剂作用于控制多转录本和细胞过程的RNA调节蛋白，系统性调节可能改变疾病相关通路之外的生理RNA代谢并产生非预期生物学效应。此外，靶向特定m⁶A调节因子的后果可能因靶转录本、细胞情境、组织分布和疾病阶段而异。未来治疗策略应从广泛调节m⁶A调节因子转向靶点、组织和细胞特异性干预，如靶向药物递送、选择性蛋白降解及调节疾病相关调节因子–RNA相互作用，以提高治疗精度并减少脱靶效应。第三，多组学技术进展对定义m⁶A在脂质代谢紊乱中的因果和情境依赖功能至关重要。整合转录组范围m⁶A图谱与单细胞转录组、空间转录组、蛋白质组和代谢组，可更全面理解细胞和组织特异性m⁶A调控网络。纵向研究和生理相关模型中的功能验证有助于区分原发m⁶A依赖调控事件与代谢应激或疾病进展导致的继发改变。还应更多考虑个体差异、性别、代谢状态、疾病阶段和环境暴露，这些因素均可能影响m⁶A介导调控。总体而言，m⁶A是连接RNA代谢与脂质代谢稳态的重要调控层，但其生物学效应并不统一，依赖特定调节因子、靶转录本、细胞环境、组织和疾病阶段；深入理解这种情境依赖性并改进精准治疗干预策略，对确定m⁶A能否作为脂质代谢紊乱的稳健生物标志物或治疗靶点至关重要。