《The FASEB Journal》：METTL18 is Required for Developmental, Metabolic, and Endocrine Regulation of Mammalian Growth
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组氨酸甲基化是一种在进化上保守但了解甚少的翻译后修饰。已知METTL18在体外催化组氨酸Nτ-甲基化，然而其在哺乳动物中的生理功能仍不清楚。在此，研究人员证明小鼠METTL18具有保守的组氨酸Nτ-甲基转移酶活性，其基因缺失对发育、代谢和内分泌功能产生广泛影响
组氨酸甲基化是一种在进化上保守但了解甚少的翻译后修饰。已知METTL18在体外催化组氨酸Nτ-甲基化，然而其在哺乳动物中的生理功能仍不清楚。在此，研究人员证明小鼠METTL18具有保守的组氨酸Nτ-甲基转移酶活性，其基因缺失对发育、代谢和内分泌功能产生广泛影响。Mettl18基因敲除（KO）胚胎表现出生长受损，伴有转铁蛋白–转铁蛋白受体（Trf–Tfrc）轴的破坏，提示胎儿铁处理不足。出生后，Mettl18 KO小鼠持续体重偏低，并显示肝脏和白色脂肪组织质量减少。此外，Mettl18 KO小鼠表现出血浆和肝脏甘油三酯降低、脂联素升高和葡萄糖耐量改善，表明向能量保守的代谢Trf–Tfrc状态的协调转变。值得注意的是，METTL18缺陷损害IGF-1介导的信号传导并抑制TSH–T4轴，这是对出生后生长至关重要的两条主要内分泌通路。综上所述，研究结果表明METTL18作为一种保守的组氨酸甲基转移酶，有助于胎儿发育、内分泌调节和全身代谢，从而影响哺乳动物的机体生长。
**METTL18在哺乳动物生长调控中的多维功能：从组氨酸甲基化到发育、代谢与内分泌整合**
**一、研究背景与科学问题**
蛋白质甲基化是一种由甲基转移酶催化的翻译后修饰，以S-腺苷-L-甲硫氨酸（SAM）为甲基供体，将甲基基团转移至蛋白质的碱性氨基酸残基上。尽管蛋白质甲基化广泛参与细胞调控的多个方面，但组氨酸甲基化作为继赖氨酸和精氨酸甲基化之后的第三种蛋白质甲基化形式，其生化特性和生理意义至今认知有限。在酵母中，组氨酸甲基转移酶Hpm1修饰核糖体蛋白Rpl3，其缺失导致翻译和生长受损。人类METTL18最近被鉴定为Hpm1的哺乳动物直系同源物，并在体外显示出催化组氨酸Nτ-甲基化的活性，提示组氨酸甲基化可能代表一种进化上保守的调控机制。然而，METTL18在哺乳动物中的生理作用在很大程度上仍然未知。
哺乳动物的健康发育和生长依赖于营养物质可用性、铁稳态以及关键内分泌通路的协调控制，包括胰岛素样生长因子1（IGF-1）通路和甲状腺激素信号通路，这些系统相互关联，营养和铁水平直接影响这些主要内分泌轴的功能与调节。这些系统共同支持胎儿组织扩张和出生后体细胞生长，但组氨酸甲基化是否参与这些基本过程尚不清楚。鉴于METTL18在多个组织中表达，它可能通过调节协调代谢和内分泌稳态的细胞通路来影响机体生长。然而，目前尚无遗传学研究探讨METTL18缺失如何影响胎儿发育、全身代谢或体内内分泌功能。基于这一空白，研究人员开展了本研究，旨在阐明METTL18在小鼠中的生物学功能。
**二、研究技术与方法**
研究人员采用了多种关键技术手段。首先，利用CRISPR-Cas9系统构建了Mettl18基因敲除（KO）小鼠模型，并经多代回交至C57BL/6J背景以减少脱靶效应。其次，通过体外SAM结合实验和液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）分析验证了小鼠METTL18的组氨酸Nτ-甲基转移酶活性。在转录组层面，对E18.5胚胎进行了RNA测序（RNA-seq）分析，并结合基因本体论（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析。在代谢与内分泌表型评估方面，使用代谢笼测定摄食饮水、葡萄糖耐量试验（GTT）、ELISA检测血浆激素水平、组织学染色（H&E和油红O）观察肝脏和脂肪组织形态，以及LC–MS/MS定量甲状腺激素、促甲状腺激素释放激素（TRH）和Nτ-甲基组氨酸。关于样本来源，所有小鼠均为C57BL/6J背景，实验方案经筑波大学机构动物实验委员会批准。
**三、研究结果**
**3.1 METTL18是小鼠中保守的组氨酸Nτ-甲基转移酶**
人和小鼠METTL18氨基酸序列高度相似，对SAM结合（Motif I）和底物识别（Motif II）至关重要的基序完全一致。体外SAM结合实验显示，野生型人源和鼠源METTL18均检测到放射性标记的SAM信号，而在SAM结合基序中单氨基酸替换的非活性突变体（人G195A、鼠G185A）中未检测到信号。LC–MS/MS分析进一步鉴定了自甲基化反应产物，仅在野生型样本中检测到强烈的Nτ-甲基组氨酸峰，证实小鼠METTL18具有组氨酸Nτ-甲基化活性。
**3.2 METTL18缺陷导致出生前生长受损**
Mettl18 mRNA在小鼠各组织中广泛表达。Mettl18 KO小鼠遵循典型的孟德尔遗传规律，无出生前致死现象，但出生后持续体重偏低。在胚胎第19天（E19），Mettl18 KO胚胎已显著小于野生型（WT）同窝小鼠，表明生长缺陷至少在胎儿发育期间已部分出现。摄食量和饮水量在基因型间无显著差异，排除了营养摄入不足的因素。
**3.3 Mettl18缺陷抑制胚胎中铁或脂质代谢相关基因的表达**
对E18.5胚胎的RNA-seq分析显示，WT和Mettl18 KO组之间基因表达谱存在显著差异，共鉴定出390个差异表达基因（DEGs），其中88个上调、302个下调。Acta1、Trf、Ecl1和Ttr显著下调。qPCR验证了Trf mRNA水平显著降低，而Tfrc mRNA代偿性上调；Western blot证实KO胚胎中转铁蛋白蛋白水平大幅下降，提示Mettl18参与转铁蛋白–转铁蛋白受体轴的调控，可能影响胎儿发育期间的铁转运。GO和KEGG富集分析显示，下调的DEGs富集于“磷脂外流”、“甘油三酯代谢过程”、“胆固醇代谢”、“氧化磷酸化”和“产热”等通路，表明METTL18在出生前生长过程中影响脂质代谢相关基因的表达。
**3.4 METTL18缺陷调节全身脂质代谢**
Mettl18 KO小鼠在两个月龄时肝脏、肾脏、附睾白色脂肪组织（eWAT）和股四头肌重量降低。KO小鼠血浆甘油三酯（TG）和胆固醇水平显著降低，而游离脂肪酸（NEFA）和胰岛素水平无变化，血糖无差异但葡萄糖耐量改善。肝脏TG显著减少，Nτ-甲基组氨酸水平略低于WT。H&E和油红O染色显示KO小鼠肝脏中空泡和脂滴明显减少。eWAT显示明显发育不全，脂肪细胞大小显著减小。脂肪合成和降解相关基因表达无显著差异。血浆脂联素显著升高，瘦素水平无显著差异。这些结果表明METTL18有助于全身脂质代谢调节。
**3.5 METTL18是出生后生长中正常IGF-1介导信号传导所必需的**
血浆生长激素（GH）浓度在WT和KO小鼠之间无论在自由采食或过夜禁食条件下均无差异。然而，KO小鼠循环IGF-1水平显著降低，肝脏中AKT磷酸化（Ser473）水平也显著降低，表明尽管GH水平正常，但IGF-1介导的信号传导受损。此外，KO小鼠胫骨长度缩短，前后肢握力减弱。
**3.6 METTL18缺陷选择性损害TSH–T4甲状腺轴**
下丘脑TRH表达在WT和KO小鼠之间相当，表明下丘脑对垂体的输入完好。然而，KO小鼠循环促甲状腺激素（TSH）水平大幅降低，T4浓度也显著降低，表明甲状腺激素产生减少。在垂体水平，免疫印迹分析显示KO小鼠TSHβ蛋白丰度降低，而TRH受体（TRHR）蛋白表达不变。这些发现表明循环TSH的减少反映TSH合成和/或分泌受损，而非TRH反应性缺陷。
**四、讨论与结论**
本研究通过构建和表征Mettl18 KO小鼠，填补了组氨酸甲基化在哺乳动物生理学中作用的认识空白，揭示了METTL18在胎儿发育、内分泌调节和代谢稳态中的重要作用。研究提示METTL18作为生长的整合调节因子，其缺陷导致发育、代谢和内分泌维度的协调异常。在胎儿期，METTL18缺失下调Trf，破坏Trf–Tfrc轴，限制出生前发育所必需的铁供应；出生后，METTL18缺陷损害垂体内分泌能力，抑制TSH–T4轴并减少IGF-1产生，直接限制体细胞生长；同时，肝脏脂质代谢改变和脂肪组织发育不全表明向能量保守代谢状态的转变。
值得注意的是，Mettl18 KO小鼠的内分泌特征与垂体水平中枢性甲状腺功能减退一致，与TRHR缺陷小鼠的表型相似。此外，METTL18介导的RPL3组氨酸甲基化可能通过核糖体-线粒体互作影响氧化磷酸化和能量代谢。虽然METTL18在哺乳动物组织中的直接底物鉴定仍是未来重要课题，但研究结果表明单一通用底物不太可能解释Mettl18 KO小鼠中观察到的广泛表型，METTL18可能在不同组织中作用于不同的底物组，或以背景依赖方式调节特定类别mRNA的表达或活性。
综上所述，METTL18通过影响胎儿铁处理、出生后代谢稳态和内分泌功能来促进机体生长。在胚胎发生过程中，METTL18确保充分的铁处理和胎儿组织扩张；出生后，METTL18通过支持脂质可用性、IGF-1介导的信号传导和垂体-甲状腺轴功能来维持有利于体细胞生长的代谢和内分泌环境。这些汇聚的发育、代谢和内分泌表型指向一个由METTL18支持的统一生长控制框架。
