重度抑郁症中mRNAs与lncRNAs的表达及m6A甲基化修饰模式

《Frontiers in Genetics》：The expressions and m6A methylation modification patterns of mRNAs and lncRNAs in major depressive disorder

　　

目的：系统表征重度抑郁症（MDD）中N⁶-甲基腺苷（m⁶A）甲基化的表观转录组图谱，并阐明其对mRNA和lncRNA调控的功能后果。方法：研究人员利用微阵列分析对首发、未用药的MDD患者（n=4）和匹配的健康对照（n=4）外周血样本进行全面的m⁶A甲基化组谱分析。通过严格标准（差异倍数≥1.5，概率值（p）<0.05）鉴定差异甲基化RNA，随后进行整合生物信息学分析，包括基因本体论（Gene Ontology，GO）和京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）通路分析。使用MeRIP-qPCR在15例MDD患者和15例对照中对选定的RNA（GRM4、CAMKK2、TTC28-AS1和PAX8-AS1）进行验证。结果：在MDD患者和健康对照之间观察到mRNA和lncRNA的m⁶A甲基化存在显著差异。513个mRNA（180个高甲基化，333个低甲基化）和119个lncRNA（58个高甲基化，61个低甲基化）表现出差异m⁶A修饰。GO和KEGG分析显示，高甲基化mRNA主要涉及神经活性配体-受体相互作用，而低甲基化mRNA与AMPK信号通路相关。在350个差异表达mRNA中，171个上调，179个下调，分别富集于cAMP和TNF信号通路。在110个差异表达lncRNA中，71个上调，39个下调。验证证实GRM4（p<0.001）、CAMKK2（p=0.012）和PAX8-AS1（p=0.006）的m⁶A甲基化差异显著，而TTC28-AS1无显著差异。结论：研究结果表明，外周血m⁶A甲基化特征与MDD病理生理学相关，GRM4和PAX8-AS1是有前景的候选生物标志物，而AMPK和神经活性配体-受体通路为未来机制研究提供了产生假说的途径。

论文解读：重度抑郁症中mRNA与lncRNA表达及m⁶A甲基化修饰模式

重度抑郁障碍（MDD）是最常见的精神疾病之一，以持续情绪低落和快感缺失为核心特征，全球患者超过3.5亿，且自COVID-19疫情以来发病率上升近30%。既往表观遗传研究多聚焦DNA甲基化，但大规模meta分析未发现MDD与对照之间存在全基因组水平的显著DNA甲基化差异，仅见少数位点及稀有表观变异，提示DNA甲基化改变相对局限。RNA修饰，尤其是N⁶-甲基腺苷（m⁶A）甲基化，在MDD病理机制中的作用日益受到关注。m⁶A是哺乳动物mRNA上最丰富的内部修饰，由METTL3、METTL14、WTAP等“书写器”和FTO、ALKBH5等“擦除器”动态调控，并通过YTH结构域“阅读器”影响RNA稳定性、翻译效率、可变剪接及核质转运。大量证据表明m⁶A参与神经干细胞自我更新、学习记忆、脑发育和突触生长，且在应激与抑郁模型中m⁶A水平发生改变。长链非编码RNA（lncRNA）也被发现参与神经元分化、突触可塑性和神经炎症，与MDD相关。然而，m⁶A修饰对MDD中mRNA和lncRNA的精确调控作用仍不清楚。为此，研究人员开展了一项基于外周血的表观转录组学研究，系统描绘m⁶A甲基化谱，并探索其功能通路。该论文发表在《Frontiers in Genetics》。

研究人员采用的技术方法如下：从哈尔滨第一专科医院纳入15例首发、未用药MDD患者，从哈尔滨医科大学附属第一医院体检中心纳入15名年龄性别匹配的健康对照；其中各4例用于发现阶段。主要方法包括m⁶A RNA免疫沉淀、Arraystar m⁶A-mRNA&lncRNA表观转录组微阵列、GO与KEGG富集分析、Limma经验贝叶斯差异分析，以及MeRIP-qPCR在独立队列中的候选RNA验证。

3.1 MDD中m⁶A甲基化的转录组图谱（差异表达或甲基化基因的鉴定）

微阵列共检出44,787个m⁶A修饰mRNA和8,078个m⁶A修饰lncRNA。以差异倍数≥1.5且p<0.05为标准，MDD组与对照组相比，有171个mRNA上调和179个下调，71个lncRNA上调和39个下调；在甲基化水平上，180个mRNA和58个lncRNA高甲基化，333个mRNA和61个lncRNA低甲基化。象限图显示557个mRNA为高甲基化且上调，1,067个为低甲基化且下调。Pearson相关分析显示，mRNA和lncRNA的m⁶A甲基化变化倍数与表达变化倍数均呈强正相关（r=0.831和0.853，均p<0.001）。差异mRNA中包括GRM4、CAMKK2、SCN1A、ATRN等，差异lncRNA包括ELAVL4、PAX8-AS1、TTC28-AS1等。

3.2 差异表达mRNA的功能富集分析

GO分析显示，上调mRNA主要富集于短期神经元突触可塑性调节、核体组织、DNA重组正调控；下调mRNA富集于从头蛋白折叠、含NOD信号通路和NOD样受体信号通路。KEGG分析显示，上调mRNA主要涉及单纯疱疹病毒1型感染、cAMP信号通路和甲型流感；下调mRNA主要涉及多物种长寿调节、白细胞跨内皮迁移和黏附连接。

3.3 差异m⁶A修饰mRNA的功能分析

高甲基化mRNA的GO项包括淀粉样前体蛋白分解代谢相关的天冬氨酸型内肽酶活性、T细胞细胞因子产生及其调控；KEGG通路包括视黄醇代谢、化学衰减DNA加合物形成和神经活性配体-受体相互作用。低甲基化mRNA富集于肽基丝氨酸磷酸化、定位调控和转运；KEGG通路包括AMPK信号通路、黏附连接和泛素介导的蛋白水解。

3.4 通过MeRIP-qPCR验证差异m⁶A甲基化RNA

在独立队列（15例MDD和15例对照）中，MeRIP-qPCR验证显示GRM4甲基化水平显著升高（p<0.001），CAMKK2显著降低（p=0.012），PAX8-AS1显著降低（p=0.006），TTC28-AS1无显著差异。

讨论部分指出，差异m⁶A甲基化mRNA显著富集于T细胞细胞因子产生和突触可塑性相关过程，为MDD的免疫-炎症假说提供了表观转录组学证据。KEGG分析提示神经活性配体-受体相互作用和AMPK信号通路参与MDD发病；GRM4高甲基化可能影响谷氨酸释放调节，CAMKK2低甲基化可能通过AMPK/SIRT1及AMPK/PGC-1α/FNDC5/BDNF通路参与抗抑郁机制。lncRNA方面，PAX8-AS1低甲基化及ELAVL4高甲基化提示其可能参与神经精神疾病相关的RNA加工与突触可塑性调控。TTC28-AS1未验证成功，可能与微阵列与MeRIP-qPCR检测原理差异、样本量有限及亚组异质性有关。与DNA甲基化相比，m⁶A甲基化改变更为广泛，强正相关提示m⁶A修饰与转录丰度密切相关，但横断面研究不能推断因果。局限性包括发现阶段样本