m6A甲基化修饰在2型糖尿病及其并发症发生发展中的调节机制研究进展

兰亚，杨茂琴，洪文娟，陈海燕，李潇，成家茂

1 大理大学临床医学院，云南大理 671000；2 凉山州中西医结合医院；3 大理大学第一附属医院；4 大理大学基础医学院

糖尿病是全球重大健康问题，患者有伴发微血管和大血管病变的风险。2 型糖尿病（T2DM）及其并发症的发生机制仍未完全阐明。目前研究发现，表观遗传学在T2DM 发生发展中具有重要作用。N6-甲基腺苷（m6A）甲基化修饰是真核生物最常见和最丰富的RNA 修饰之一。m6A 甲基化修饰是由甲基化蛋白、去甲基化蛋白和阅读蛋白介导的生物学效应，通过改变mRNA的二级结构，促使其与调节蛋白结合，从而影响并决定mRNA的翻译潜力，在调节细胞分化与代谢、免疫耐受和神经元信号转导过程中发挥关键作用。甲基化蛋白主要包括m6A 甲基转移酶样蛋白3（METTL3）、甲基转移酶样蛋白14（METTL14）、Wilms 肿瘤1 结合蛋白（WTAP）等，可与m6A结合构成m6A甲基化复合体，将m6A添加到细胞核中的靶RNA上。去甲基化蛋白主要包括ALKB 同源蛋白5（ALKBH5）、脂肪和肥胖相关基因蛋白（FTO），可在细胞核中去除m6A 以消除甲基化修饰。阅读蛋白主要包括YT521-B同源（YTH）结构域蛋白YTHDF1/2/3、YTHDC1/2，异质核糖核蛋白（HNRNP）家族成员HNRNPA2B1、HNRNPC、HNRNPG，以及胰岛素样生长因子2 mRNA 结合蛋白（IGF2BP）等。m6A 可被不同的阅读蛋白识别并介导各种转录后过程，其中细胞核中的阅读蛋白介导RNA 的剪接和miRNA 的加工，细胞质中的阅读蛋白介导mRNA 的稳定、翻译和降解［1］。近年来，关于m6A 甲基化修饰在T2DM 及其并发症发生发展过程中调节机制的研究越来越多，现将相关研究综述如下。

1 m6A甲基化修饰对T2DM的调节作用

多种危险因素可导致T2DM 患者的胰岛β 细胞功能障碍，RNA 修饰和RNA 修饰调节剂是参与胰岛β 细胞功能调节及胰岛素抵抗产生的关键因素。m6A 含量降低与T2DM 的发病高度相关，m6A 甲基化修饰则有利于胰岛β细胞的存活、分化，抑制细胞凋亡，促进胰岛素分泌，降低T2DM发生风险。

1.1 甲基化蛋白对T2DM 的调节作用 METTL3介导的m6A 甲基化修饰在高脂饮食诱导的代谢紊乱和肝源性糖尿病中发挥关键作用。高脂饮食小鼠的METTL3表达水平升高，METTL3过表达加重了肝脏代谢紊乱和肝源性糖尿病；而特异性敲除肝细胞METTL3 表达可提高胰岛素敏感性，减轻高脂饮食诱导的代谢紊乱和肝源性糖尿病［2］。在高脂饮食小鼠中，特异性敲低肝细胞METTL3表达后，脂肪酸合酶的m6A 甲基化和总mRNA 水平降低，脂肪酸合成受到抑制，胰岛素敏感性增加［3］。METTL3是控制棕色脂肪组织出生后发育和能量稳态的重要调节剂。棕色脂肪组织中METTL3 特异性缺失通过下调Prdm16、Pparg、Ucp1 的m6A 修饰和表达，影响棕色脂肪组织在体内的成熟转录，导致其介导的适应性产热显著减少，并促进高脂饮食诱导的肥胖和全身性胰岛素抵抗［4］。此外，METTL3对胰岛β 细胞的抗凋亡作用也有重要影响。T2DM 胰岛β细胞中METTL3 m6A表达水平降低，细胞易发生凋亡；而使用长效GLP-1 受体激动剂艾塞那肽上调METTL3 后，可促 进m6A 表达，从 而减少胰 岛β 细胞的 凋亡［5］。METTL14 对胰岛β 细胞的存活、分化和胰岛素分泌至关重要，METTL14 缺乏可导致胰岛β 细胞死亡，改变细胞分化，降低β细胞质量和胰岛素分泌，导致葡萄糖不耐受和T2DM［6］。YANG 等［7］发现，与健康人群相比，T2DM 患者胰岛组织中m6A 蛋白表达降低，METTL3、METTL14、WTAP mRNA 表达升高，m6A 蛋白表达与METTL3、METTL14 mRNA 表达呈负相关。由上可见，特异性敲除肝细胞中的METTL3可提高胰岛素敏感性，有利于改善T2DM；而METTL3 上调后促进m6A 表达可对胰岛β 细胞产生抗凋亡作用，也有利于T2DM 的恢复。因此，不同部位METTL3的表达可能存在相反的调节作用。

1.2 去甲基化蛋白对T2DM 的调节作用 FTO 和ALKBH5 均为ALKB 家族成员。FTO 参与单链RNA中的N3-甲基尿苷去甲基化，而ALKBH5 直接从m6A-甲基化腺苷去除甲基。FTO 蛋白以依赖Fe2+和α-酮戊二酸的方式催化m6A 修饰的腺苷转化为不带m6A 修饰的腺苷，与肥胖、T2DM、高血压等代谢性疾病及心血管疾病、肿瘤的发生密切相关。ALKBH5 以α-酮戊二酸和氧气作为底物，介导m6A 修饰的去甲基化反应，可通过影响m6A 修饰水平，参与调节底物RNA 的稳定性、翻译效率及选择性剪接等。在T2DM 患者中，m6A 表达与FTO mRNA 表达呈负相关，而与ALKBH5 mRNA表达无明显相关，且高糖可增强FTO mRNA 表达［7-8］。研究显示，FTO mRNA 表达增加可能导致m6A 降低，使T2DM 发生风险增加，而ALKBH5 mRNA 表达水平与T2DM 发生风险无关［8］。有学者用FTO 抑制剂rhein 处理小鼠肝脏，发现FTO 表达水平升高，导致转录激活因子Atf4 mRNA表达增加，有助于增加肝葡萄糖水平，进而增加T2DM 的发生风险；降低FTO/Atf4 通路活性可能有利于减少肝葡萄糖的产生，降低血糖，同时降低T2DM 的发生风险［9］。ZHAO 等［10］研究表明，FTO 表达升高可降低转录因子RUNX1T1 剪接位点周围的m6A 水平，促进小鼠3T3-L1前脂肪细胞的脂肪生成，从而导致胰岛素抵抗。FAN 等［11］研究表明，FTO 过表达可以抑制响应葡萄糖刺激的胰岛素分泌，FTO过表达的MIN6细胞中观察到活性氧产生显著增加，活性氧增加可能导致参与胰腺炎症反应的NF-κB通路激活，从而抑制胰岛素分泌，可能导致T2DM 的发生。此外，FTO 还能以m6A 依赖性方式上调自噬相关蛋白5和自噬相关蛋白7表达，促进自噬和脂肪生成，导致胰岛素抵抗［12］。因此，FTO可通过调节核转录、炎症因子和细胞自噬等途径导致胰岛素抵抗，抑制胰岛素分泌，增加肝葡萄糖的产生，使血糖升高，增加T2DM的发生风险。

1.3 阅读蛋白对T2DM 的调节作用 RNA m6A 阅读蛋白的主要功能是识别发生m6A 修饰的碱基，激活下游调控通路如RNA 降解、miRNA 加工，增强下游目标mRNA 的翻译。YTHDF1 是最常见的甲基化识别酶，YTHDC2 是YTH 蛋白家族中分子量最大的蛋白，二者均对T2DM 具有调控作用。线粒体载体同源性2基因的m6A 修饰通过增强YTHDF1依赖性途径来增强自身翻译，线粒体载体同源性2 蛋白表达上调可促进肌肉内脂肪生成，从而导致胰岛素抵抗［13］。YTHDC2 则可通过抑制T2DM 患者脂肪生成基因SREBP-1c、FAS、SCD1、ACC1表达，从而减轻肝脏脂肪变性和胰岛素抵抗。此外，YTHDC2 过表达可提高肝脏Akt、GSK-3β 磷酸化水平并降低糖异生酶表达水平，从而降低血糖［14］。目前阅读蛋白对T2DM 的影响仅限于mRNA 进入细胞质后的过程，仍缺乏对细胞核内mRNA调节机制的研究。

2 m6A对糖尿病并发症的影响

2.1 m6A 对糖尿病性心血管病（DCD）的调节作用 糖尿病是心血管疾病主要的独立危险因素之一，同时心脑血管并发症也是糖尿病患者最常见的死亡原因之一。研究发现，m6A 的连续动态调节在动脉粥样硬化、心肌肥厚、心力衰竭及DCD 的发生发展中发挥多重作用。

2.1.1 甲基化蛋白对DCD 的调节作用 METTL14和WTAP 均没有真正的催化活性，但METTL14 能够与METTL3 相互结合形成METTL3/METTL14 复合物，而WTAP 能够协调METTL3/METTL14 复合物的稳定性并募集METTL3/METTL14/WTAP 甲基转移酶复合体。研究发现，METTL14 可参与动脉粥样硬化、急性冠状动脉综合征和糖尿病性心肌病的发病，并增加糖尿病患者罹患冠心病的风险。在急性冠状动脉综合征患者中，过表达的干扰素调节因子1 可通过上调巨噬细胞中METTL3 表达，促进巨噬细胞凋亡，加重炎症［15］。在冠心病患者中，METTL14 表达上调可通过Myd88/NF-kB/IL-6 通路促进巨噬细胞的迁移、黏附，加重炎症反应，诱导泡沫细胞形成［16］，并通过增加胰岛β 细胞关键调控因子Forkhead 转录因子O1（FOXO1）的m6A 修饰和YTHDF1识别来增强FOXO1 的翻译，从而上调黏附分子VCAM-1、ICAM-1 表达，介导内皮—单核细胞黏附，参与血管内皮炎症和动脉粥样硬化的发展［17］。基因多态性研究结果显示，METTL14 rs17050450 可增加糖尿病患者合并冠心病的易感性，增加了DCD 的发生风险［18］。另有研究显示，在糖尿病性心肌病小鼠中，METTL14 和YTHDF2 介导的m6A 修饰可靶向下调TINCR 表达，降低NLRP3 mRNA 的稳定性，从而抑制心肌细胞凋亡和糖尿病性心肌病的发生［19］。由此可见，METTL14 表达上调可促进动脉粥样硬化、冠心病的发生发展，但有助于抑制糖尿病性心肌病的发生。

2.1.2 去甲基化蛋白对DCD 的调节作用 FTO 与T2DM、阿尔茨海默症、心脑血管疾病等关系密切；ALKBH5 也与糖尿病患者的认知功能障碍、视网膜病变和心肌损伤有关。动物实验结果显示，糖尿病性心肌病小鼠心肌组织中FTO 蛋白表达下调，m6A修饰水平较高；而FTO 蛋白过表达可减轻糖尿病性心肌病小鼠心肌纤维化和肌细胞肥大，增加左心室射血分数和左心室短轴缩短率，心脏收缩和舒张功能显著改善。这表明m6A 的修饰水平与糖尿病性心肌病左心室重构的主要病理特征如心肌纤维化、心肌肥大和心肌能量代谢异常等密切相关［20］。SHAO 等［21］发现，在糖尿病性心肌病小鼠的心肌细胞中，ALKBH5通过去甲基化下调m6A的修饰水平，并以m6A-YTHDF2 依赖性方式激活转录因子FOXO3，使CDR1as 表达增加，从而激活Hippo 信号通路以诱导心肌细胞凋亡。因此，FTO 过表达有利于糖尿病性心肌病的心功能恢复，而ALKBH5 表达增加则可能促进糖尿病性心肌病的发生发展。

2.1.3 阅读蛋白对DCD 的调节作用 YTHDC2 作为YTH 蛋白家族成员，其生物学功能目前尚不清楚。但最近研究发现，T2DM 患者的高糖刺激血管平滑肌细胞中环状YTHDC2（circYTHDC2）表达升高，增强了血管平滑肌细胞的增殖和迁移，在糖尿病血管并发症中发挥重要作用［22］。

2.2 m6A 与糖尿病性视网膜病变（DR） 视网膜炎症是DR 的重要病理反应，该过程与氧化应激、线粒体功能障碍、细胞凋亡和自噬功能障碍等密切相关。DR早期即出现视路神经元结构和功能异常，但m6A修饰在DR中作用的研究报道尚少。

2.2.1 甲基化蛋白对DR 的调节作用 METTL3/METTL14 复合体在视网膜发育初期就已经存在，而最近的研究进一步证明METTL3介导的m6A修饰具有调控DR 视网膜病理性血管新生的作用。METTL3 在糖尿病视网膜和周细胞中表达增加，而METTL3 低表达能以YTHDF2 依赖性方式激活PKC-η/FAT4/PDGFRA 信号通路，抑制糖尿病引起的视网膜周细胞丢失、血管渗漏和血管损伤［23］。但也有学者认为，METTL3 过表达可通过DGCR8 依赖性方式降低miR-25-3p/PTEN/Akt信号级联，促进视网膜色素上皮细胞增殖［24］。这表明METTL3低表达或过表达可通过不同机制达到改善DR的目的。

2.2.2 去甲基化蛋白对DR 的调节作用 尽管调控m6A 修饰的相关蛋白在眼科疾病中的作用机制尚不清楚，但最近研究表明，FTO 和ALKBH5 在DR中具有调控视网膜炎症和病理性血管生成的作用。在DR 中，ALKBH5 低表达可介导抗炎因子A20 的m6A 修饰，导致视网膜小胶质细胞M1 极化增强，使其分泌IL-1β、IL-6、TNF-α 增加，促进Toll 样受体、NF-κB 等多种信号通路激活，诱导炎症［25］。在眼血管内皮细胞中，FTO 表达可通过YTHDF2 依赖性方式抑制促血管生成关键基因（如FAK）的m6A 甲基化水平，调节血管内皮细胞功能和异常血管生成［26］。由此可见，ALKBH5 低表达可激活DR 炎症，而FTO过表达可促进DR角膜的病理性血管生成。

2.2.3 阅读蛋白对DR 的调节作用 最近研究发现，YTHDF2、HNRNPA2B1 介导的m6A 修饰参与了DR 的发病。在链脲佐菌素诱导的DR 小鼠模型中，内向整流钾离子通道蛋白1 表达上调可通过触发YTHDF2 介导的整合素β1 mRNA 不稳定性，激活FAK/PI3K/AKT 信号通路，进而减轻视网膜炎症反应、Müller 细胞活性及视网膜微血管内皮细胞的增殖和迁移能力，从而抑制视网膜组织的新生血管形成和血管渗漏，减轻DR 的进展［27］。在DR 患者的视网膜增生性纤维血管膜和高糖诱导的视网膜色素上皮细胞中，circFAT1表达显著下调，而circFAT1过表达可通过与YTHDF2结合显著增强视网膜色素上皮细胞中微管相关蛋白轻链3B的表达，同时降低胃泌素D 表达，促进细胞自噬并抑制细胞焦亡［28］。在糖尿病环境中，甲状腺素转运蛋白与HNRNPA2B1 结合后可通过调节STAT-4/miR-223-3p/FBXW7 和Notch1 信号来抑制DR 的新生血管形成［29］。因此认为，内向整流钾离子通道蛋白1上调可抑制DR 小鼠视网膜新生血管形成和血管渗漏，而circFAT1 过表达可抑制DR 患者视网膜的增殖性纤维血管膜形成，且它们均通过与阅读蛋白YTHDF2 结合发挥作用；甲状腺素转运蛋白可与阅读蛋白HNRNPA2B1结合，达到抑制DR新生血管形成的作用。

2.3 m6A 与糖尿病性肾病（DN） 近年来有研究表明，表观遗传学修饰在DN 的发生发展中起着十分重要的作用。m6A 修饰可通过METTL14、METTL3、WTAP、FTO、YTHDF1、IGF2BP1/2 等对DN 的发生发展进行调节。

2.3.1 甲基化蛋白对DN 的调节作用 m6A 修饰的甲基化蛋白METTL3、METTL14 和WTAP 均对DN有调节作用。在db/db 小鼠肾皮质中，METTL3、METTL14和WTAP的基因和蛋白表达升高，以METTL14表达升高最为显著［30］。

METTL14 对DN 的肾小球足细胞、肾小球内皮细胞和肾小管上皮细胞均有调节作用。在阿霉素或DN 小鼠及局灶节段性肾小球硬化症和DN 患者的肾组织中，METTL14 上调可通过促进Sirt1 mRNA的m6A 修饰和降解而加重肾小球足细胞损伤和蛋白尿，是DN 小鼠肾脏中m6A RNA 修饰增加的关键调节因子；而在体内外敲除METTL14 可减轻炎症、促进细胞自噬和抑制细胞凋亡，对损伤的肾小球足细胞具有保护作用［30］。此外，在DN 患者肾脏和高糖诱导的人肾小球内皮细胞中，METTL14 mRNA 和蛋白表达均增高，且在高糖诱导的人肾小球内皮细胞和DN 小鼠肾损伤中，METTL14 过表达可通过m6A 修饰α-klotho 从而负调控α-klotho 的表达水平，增加了肾小球内皮细胞中的活性氧、TNF-α、IL-6水平，诱导细胞凋亡，加重肾脏病变［31］。在人肾小管上皮细胞系HK2 和肾间质中，METTL14 和METTL3 的mRNA 和蛋白表达降低，而METTL14 过表达可通过增强PTEN 的调节导致PI3K/Akt 信号通路失活，组蛋白脱乙酰基酶5 和TGF-β1表达下调，抑制组蛋白脱乙酰基酶5 介导的DN 肾小管细胞上皮间质转化［32］。因此，METTL14 过表达对DN 小鼠或人肾小球足细胞、肾小球内皮细胞及肾小管上皮细胞均起着重要调节作用，可促进DN 病理组织损伤的修复。

METTL3 可对DN 的小鼠系膜细胞进行调节。在DN 小鼠模型和高糖处理的系膜细胞细胞系SV40-MES-13 中，METTL3 过 表 达 可 促 进NDS2 mRNA 的m6A修饰，并通过YTHDF1增强其稳定性，减轻肾小球损害和间质纤维化［33］。在T1DM 和T2DM小鼠肾脏中，由METTL3水平升高引起的m6A修饰显著上调；且DN 患者肾小球足细胞中METTL3表达也升高，METTL3 可通过促进基质金属蛋白酶抑制因子2 的m6A 修饰，以IGF2BP2 依赖性方式调节Notch信号转导，并发挥促炎和促凋亡作用［34］。

WTAP除了对DN 的系膜细胞进行调节外，还可调节炎症反应。研究发现，WTAP在DN患者和高糖处理的HK2 细胞中表达上调，WTAP 过表达通过促进NLRP3 mRNA 的m6A 甲基化以IGF2BP1 依赖性方式上调NLRP3 炎症小体表达和活性Caspase-1 表达，从而诱导细胞调亡和炎症反应［35］。

2.3.2 去甲基化蛋白对DN的调节作用 FTO在蛋白尿性肾病模型中的表达水平升高［30］。最新研究发现，FTO 蛋白在DN 患者中的表达显著降低，而FTO过表达导致的m6A 水平下降可增加SOCS1 的表达，并通过FTO/SOCS1/JAK-STAT 轴来减轻炎症反应和肾损伤［36］。

2.3.3 阅读蛋白对DN 的调节作用 研究发现，参与DN 调节的阅读蛋白包括YTHDF1、IGF2BP1 和IGF2BP2。一方面，METTL3可通过YTHDF1、IGF2BP2对DN 小鼠的系膜细胞进行调节［33-34］，WTAP 可通过IGF2BP1对DN小鼠的肾小管上皮细胞进行调节［35］。另一方面，在肾小球足细胞中，IGF2BP2可与基底膜成分中的层粘连蛋白β2mRNA 结合，共同调节肌动蛋白细胞骨架的定位并激活其翻译，在维持正常肾功能和预防蛋白尿方面具有重要作用。在高糖刺激的肾小球足细胞中，IGF2BP2 和非编码RNA IGF2R反义链（AIRN）水平降低，当AIRN 过度表达时，IGF2BP2 及其下游靶点激活，从而恢复肾小球足细胞的活力和肾小球基底膜的完整性［37］。此外，IGF2BP2 基因多态性位点rs4402960 是突尼斯人群T2DM 易感性和超重/肥胖风险的候选基因，且与T2DM 相关的CDKAL1 基因多态性位点rs7756992对DN 具有保护作用［38］。因此，YTHDF1、IGF2BP2可对DN 的系膜细胞或肾小球足细胞发挥保护性调节作用。

综上所述，m6A 甲基化对T2DM 及其并发症的影响涉及到甲基化蛋白、去甲基化蛋白和阅读蛋白的作用，主要对炎症反应、细胞凋亡（或焦亡）及氧化应激等过程的基因和蛋白进行调节，但具体机制仍待充分阐明。m6A 甲基化调节剂有望成为包括糖尿病在内的多种疾病的新的治疗药物，为临床诊治提供新线索和理论依据，具有广泛的研究前景和应用价值。