甲基转移酶样3在骨关节炎发病机制中的研究进展

蒋欢 李奕璇 王静 吴腾 顾沁晨 孙琼 应振华

骨关节炎（osteoarthritis，OA）以关节软骨组织退行性改变、关节退行性炎症、软骨细胞肥大和凋亡为特征[1]，是一种慢性退行性疾病。其发病年龄主要集中在中老年人，65 岁以上人群中约有80%患有OA，是老年人群慢性残疾的主要原因之一[2]。一项最新研究显示，中国人髌骨OA 的患病率为23.9%[3]。随着人口老龄化和肥胖率的上升，OA 的患病率预计将呈递增趋势。然而，目前的治疗选择有限，仍缺乏有效的治疗方法[4]。

所有主要的生物大分子（包括DNA、RNA 等）都需要经过酶催化的共价修饰，从而影响其结构功能。RNA 甲基化是调节特定序列转录和翻译或在RNA 成熟过程中消除不必要序列的关键机制[5]。N6-甲基腺苷（N6-methyladenosine，m6A）是mRNA 最常见且最丰富的共价修饰，可以影响基因表达和RNA 的转录、加工、翻译和代谢。通过干扰RNA 的剪接、翻译、核输出和衰变，m6A 已成为调节各种疾病的亮点[6]。m6A水平的变化在OA 进展中至关重要。目前关于m6A与OA 的研究主要集中在NF - κB、长链非编码RNA（long noncoding RNAs，LNCRNAs）、ATG7、Bcl2 等4 条信号通路，m6A 参与这些信号通路，影响细胞炎症、凋亡、衰老和自噬，从而控制OA 进程[2]。RNA 的m6A甲基化共有三大类酶参与，包括写作者“writer”、擦拭者“eraser”与阅读者“reader”，一旦参与m6A 修饰的酶出现异常将会引起一系列疾病。甲基转移酶样3（methyltransferase-like 3，METTL3）是一种RNA 甲基转移酶，其主要作用是催化甲基转移到RNA 的N6-腺苷，是催化RNA m6A 修饰的主要酶[7]。近年来关于METTTL3 在癌症、心血管疾病及神经系统疾病发生、发展及治疗中的作用已被大量研究，已有研究证明其与骨代谢相关[8]。本文就METTL3 在OA 中的作用及其机制研究作一综述，并对未来OA 靶向治疗提出展望。

1 OA 的发病机制

OA 的主要病理机制是软骨细胞凋亡、炎性细胞因子产生、细胞外基质（extracellular matrix，ECM）降解和多聚蛋白聚糖丢失等导致的关节软骨破坏[1]。软骨的功能修复与OA 病情缓解相关，而软骨的修复与软骨分化及软骨细胞ECM 的合成代谢相关[9]。软骨细胞的凋亡和衰老触发ECM 的降解[10]，阻止ECM分子的积聚，减少对软骨细胞的支持[11]。近年来，越来越多的研究认为OA 属于低度炎症状态，与某些炎症介质密切相关[12]，炎症引起软骨ECM 代谢异常，表现为Ⅱ型胶原α1 和结构蛋白多糖的减少以及软骨基质降解酶增加，导致软骨ECM 降解，进一步加重OA进展[13]。相关研究表明，巨噬细胞在OA 进展中也起着至关重要的作用，巨噬细胞相关炎症可能是全身受影响关节OA 症状的病因或加重因素[14]，M1 型巨噬细胞极化加剧OA，M2 型巨噬细胞极化抑制OA[15]。

2 METTL3 的功能

在哺乳动物中，m6A 修饰是动态可逆的，由甲基转移酶复合物安装并由去甲基化酶去除。在甲基转移酶复合物中至少发现了8 种甲基转移酶，包括METTL3、METTL14 和METTL16 等。在甲基转移酶复合物中，METTL3 是第一个被鉴定的，也是唯一可以催化甲基从S-腺苷蛋氨酸转移到腺苷N6 位的催化亚基[16]。METTL3 在多个生物过程中具有至关重要的调节作用，如细胞周期、增殖、凋亡、转移、分化和炎症反应等。METTL3 介导的m6A RNA 甲基化可以促进自然杀伤细胞的抗肿瘤免疫[12]。近年来的研究发现，METTL3 还与M1 型巨噬细胞分化相关[17]。METTL3 在骨代谢的作用也愈发明确。多项研究显示，METTL3 在调节成骨分化、破骨细胞分化等方面起着重要作用[18]，并提示METTL3 可能作为骨代谢疾病的治疗靶点。

3 METTL3 在OA 中的机制

3.1 METTL3 通过调节炎症反应参与OA 的进展 一些炎症因子可通过自分泌的方式加速细胞衰老，导致细胞凋亡，从而加速OA 的进展。庞春燕等[19]通过构建颞下颌关节骨关节炎（temporomandibular joint osteoarthritis，TMJOA）大鼠模型和巨噬细胞焦亡模型进行研究，发现在METTL3 过表达模型组中NLRP3 等炎症小体明显升高，在METTL3 沉默组明显降低，说明METTL3 可诱导滑膜巨噬细胞NLRP3 炎性小体和焦亡，且与NF-κB 信号通路有关。研究表明，METTL3 沉默可通过拮抗NF-κB信号通路抑制滑膜巨噬细胞NLRP3炎性小体和焦亡改善TMJOA 软骨损伤。

在另一项研究中，Liu 等[20]通过体外模拟实验发现干扰METTL3 显著降低了IL-8、IL-6、IL-12 和TNF-α等炎症因子的mRNA 水平，干扰沉默METTL3 导致细胞炎症反应相关信号NF-κB 失活，明确了METTL3 在炎症因子IL-1b 刺激下对软骨细胞凋亡、炎症因子分泌和ECM 降解中的积极作用，表明METTL3 可通过调控炎症反应相关基因的表达促进OA 的发生、发展。

3.2 METTL3 通过影响ECM 降解参与OA 的进展 目前已有研究证明，m6A 和lncRNAs 在OA 中的生物学作用。Ren 等[10]研究者通过收集OA 软骨细胞和构建OA细胞模型进行实验，发现一个m6A 相关的lncRNA LINC00680 在OA 组织和IL- 1β 诱导的原代软骨细胞中表达上调。IL-1β 诱导的软骨细胞中，LINC00680 的沉默恢复了细胞的增殖并抑制了ECM 的降解。而METTL3 结合LINC00680 的m6A 位点能够上调其表达。该研究揭示了METTL3 介导的LINC00680 加速OA 进展。

另外，Xiao 等[21]通过实验发现METTL3 介导的m6A修饰可以通过影响张力抑制终板软骨细胞ECM 合成。Liu 等[20]也认为METTL3 能够调节IL-1β 刺激的软骨细胞中ECM 的降解，影响OA 的发展。

3.3 METTL3 通过介导细胞自噬参与OA 的进展自噬可以通过降解受损的细胞器和自身蛋白，让细胞适应应激条件来促进细胞活性。自噬有利于骨代谢相关细胞的分化和功能[22]。在OA 中，自噬的激活对软骨细胞的存活具有积极意义，其通过去除基质金属蛋白酶、清除活性氧、抑制细胞凋亡等调节OA病理变化，从而发挥保护软骨的功能[23-24]。目前为止，有多项研究表明METTL3 在调控细胞自噬环节中起作用。

Chen 等[25]收集了正常者和OA 患者的滑膜组织，并且利用m6A 甲基化的RNA 和RNA 免疫共沉淀实验探究METTL3 在自噬调控中的作用。研究发现，衰老的成纤维样滑膜细胞（fibroblast-like synoviocyte，FLS）在患者和小鼠模型中随着OA 的进展而显著增加。在实验动物模型中，靶向抑制METTL3 可以缓解FLS 的衰老。METTL3 介导的m6A 修饰通过减弱自噬相关酶7 的RNA 稳定性，降低对自噬体形成至关重要酶的表达。沉默METTL3 会增强OA - FLS 中自噬流，抑制衰老相关分泌表型表达。滑膜内注射靶向METTL3 的小干扰RNA 抑制了关节中细胞衰老的传播，改善了内侧半月板诱导的软骨破坏，限制OA 发展，为OA 治疗提供了潜在的策略。

cAMP 反应元件结合蛋白（cAMP-responsive element binding protein，CREB）作为转录因子，在保护细胞免受有害刺激和凋亡的同时，对细胞的存活和增殖起着积极作用[26]。Zhang 等[27]首次提供了确凿的证据，证明在OA 中人为提高CREB 水平可以保护软骨细胞免于活性丧失甚至细胞死亡。作为转录因子，CREB控制微小RNA-373（microRNA-373，miR-373）的表达，通过miR-373 调控软骨细胞凋亡和自噬，而METTL3是miR-373 的直接作用靶点,该研究提示了MRTTL3 在调节软骨细胞凋亡和自噬中的潜在作用。

4 METTL3 在OA 治疗 中 的展望

METTL3 作为一种甲基化酶，其可通过调节炎症反应、影响ECM 降解、介导细胞自噬等多方面影响OA 的进展，因此，METTL3 有望成为OA 的靶向治疗方法之一。国内外已有多项研究认为沉默METTL3 能缓解OA 的进展，但尚存在争议，这可能与各实验选择的细胞样本不同相关。目前已有甲基转移酶小分子抑制剂被证明在癌症治疗中有效[8]，这为METTL3 在OA 的靶向治疗中提供了一定的证据。虽然METTL3 有望成为治疗OA 的靶点，但目前有关METTL3 的研究以动物实验为主，因此未来需要更多的基础及临床试验进一步明确METTL3在OA 发展中的具体作用机制及相关通路，为OA 的治疗提供帮助。