基于m6A甲基化探讨痰瘀同治动脉粥样硬化的科学内涵*

李兰兰,吴茜,吕乾瑜,李俊佳,杨盈天,叶雪姣,王师菡

1.中国中医科学院广安门医院,北京 100053; 2.北京中医药大学,北京 100029

动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)是一种累及血管系统的长期慢性炎症性疾病,其病变特点是脂质进入动脉管壁并沉积于内膜形成粥样硬化斑块,导致血流受阻,血管壁增厚、硬化,血管腔狭窄[1-2]。AS是心血管疾病的重要病理基础,由AS引起的心血管疾病已成为世界范围内的主要死亡原因[3]。《中国心血管健康与疾病报告2021》显示,我国心血管疾病现患人数3.3亿,发病年龄日趋年轻化,其发病率仍处于持续上升阶段[4]。因此,有效地减缓AS发生发展以减少心血管事件的发生,一直是心血管领域的研究热点。

中医学本无AS的病名,但根据其病理变化及临床表现,可将其归属“痰证”“瘀证”“脉痹”等范畴[5]。中医学理论认为,因痰致瘀,痰瘀互结为贯穿AS的核心病机,其中痰浊、瘀血既是其致病因素,亦是AS发生与发展进程中的病理产物,因而治痰、治瘀在AS的治疗中尤为重要。近年来从痰瘀论治AS的研究取得了多方面的进展,活血化痰中药被广泛应用于AS的治疗[6-7]。N6-甲基腺嘌呤(m6A)修饰是指发生在mRNA腺苷N6位点的甲基化修饰,是哺乳动物mRNA中最常见的可逆性转录后修饰过程,其中甲基转移酶样蛋白 14(METTL14)是一种重要的m6A甲基化酶,介导m6A修饰不同分子机制和信号通路[8-9]。

本文试图从中医“痰、瘀”的视角认识m6A甲基化,探讨“痰、瘀”与m6A甲基化的相关性,以“因痰致瘀,痰瘀互结”与m6A修饰信号途径为切入点,探讨痰瘀同治法对AS的治疗作用和可能机制,阐明其治疗AS的科学内涵。

1 痰瘀同治法治疗AS的理论基础

痰浊、瘀血作为气血津液运化失常而形成的病理性产物,既为致病因素又为证候特征[10]。张仲景在《金匮要略》中强调化痰祛瘀类药物的运用,提出“痰饮”和“瘀血”概念,开创痰瘀同治之先河。痰瘀互结与“津血同源”理论相关,津液气化失常,凝结为痰,血液运行迟缓,停滞成瘀,痰瘀互结于血脉,造成气血运行不畅,久致脉道狭窄、闭塞,正如《医学正传》所言:“津液稠黏,为痰为饮,积久渗入脉中,血为之浊[11]。”现代中医证候学及证素研究发现,痰瘀互结证是AS的常见证型,痰浊、瘀血是AS发病中常见的病理因素[12-13]。综上,痰瘀互结是AS的关键致病因素,在AS的发生、发展过程中起重要作用。

近年来,越来越多的学者经过长期临床观察和实验研究证明,活血化痰中药对预防和改善动脉粥样硬化有效[14-16]。本课题组前期研究亦证实活血化痰药丹蒌片通过HIF-1α-Angptl4 mRNA信号通路抑制Angptl4蛋白水平,对改善血脂异常和动脉硬化有积极作用[17]。由此可见,活血化痰法已广泛应用于AS的治疗。

2 m6A甲基化与AS

2.1 m6A概述m6A修饰是指腺嘌呤的第6位氮原子发生了甲基化修饰,主要发生在信使RNA (messenger RNA,mRNA)分子的3′-非翻译区和终止密码子附近[18-20]。作为真核细胞中最常见、最丰富的RNA表观遗传修饰[21],m6A由甲基转移酶“writers”介导“写入”,可被去甲基化酶“erasers”可逆地“擦去”,并被甲基化阅读蛋白“readers”识别并结合,调控mRNA的合成、翻译与降解,改变mRNA折叠和结构,影响转录后基因的表达和细胞命运,参与疾病的病理生理过程[22-24]。m6A甲基转移酶可促进RNA中m6A甲基化修饰。该酶由甲基转移酶样蛋白3 (METTL3)、甲基转移酶样蛋白14(METTL14)、肾母细胞瘤1相关蛋白等构成[25-26]。METTL3和METTL14以11的比例共存于核斑点中,形成稳定的异二聚体复合物,负责mRNA中绝大多数位点m6A的安装。METTL3是甲基转移酶复合体的活性组分,起主要催化作用;METTL14是变构激活剂,识别RNA序列“RRACH”作为催化底物,寻找潜在的m6A甲基化位点,协同促进转移酶与RNA底物的结合,提高复合物的稳定性[27]。m6A去甲基化酶包括脂肪与肥胖相关蛋白和Alk-B同源物5,其可逆转m6A的甲基化修饰[28]。而甲基化阅读蛋白能识别m6A介导的生理行为并影响RNA的功能[29]。随着甲基化RNA免疫沉淀技术、甲基化RNA免疫沉淀测序和高通量测序方法的逐渐成熟,越来越多的证据显示,m6A在心血管疾病中具有重要作用。mRNA m6A甲基化作为连续、动态、可逆的修饰异常与多种心血管疾病的发生发展相关[30]。

2.2 m6A甲基化在AS中的作用AS是冠状动脉疾病最常见的病理改变,巨噬细胞的激活和平滑肌细胞增生与迁移影响着动脉粥样斑块[31]。作为真核生物mRNA最普遍的化学修饰,m6A甲基化已成为表观遗传中的研究热点[32]。近年来,大量研究表明m6A修饰对AS的进展和增殖具有重要影响。Dong等[33]通过一系列体内外实验研究METTL3敲低对ox-LDL诱导的内皮细胞功能障碍、AS发育和血管生成的影响以及相关的m6A依赖性调节机制,结果表明,METTL3在ox-LDL诱导的失调人脐静脉内皮细胞中高度表达,METTL3敲低抑制细胞增殖、迁移和血管内皮生长因子表达,阻碍体内AS过程。此外,Chien等[34]研究发现,METTL3通过上调NOD样受体蛋白1等途径,在暴露于小鼠主动脉内皮细胞中发挥促炎作用,从而促进炎症细胞的黏附和AS的启动。巨噬细胞是免疫系统中重要的效应细胞,有研究发现在敲低METTL14的巨噬细胞中,巨噬细胞抗炎M2表型增加,并且泡沫细胞形成减少。在机制上,敲低METTL14后能够促进巨噬细胞向M2型极化、抑制泡沫细胞形成及巨噬细胞迁移,同时证明METTL14通过Myd88/NF-κB途径调节 IL-6 表达,最终发挥抗动脉粥样硬化的作用[35]。综上所述,m6A修饰通过调节内皮细胞功能、内皮细胞炎症反应和细胞周期进程,影响AS的发生和发展,提示m6A甲基化对动脉粥样硬化的发生发展至关重要。

3 活血化痰中药治疗AS的作用机制假说

3.1 METTL14 在内皮细胞炎症中高表达,进而调控m6A修饰METTL14是催化m6A修饰的主要甲基化酶之一,是RNA的m6A甲基化过程中的核心成分[36]。研究表明,METTL14协助甲基的定位,在结构上对RNA结合起重要作用[37]。

AS的发生始于血管内皮细胞的功能障碍和炎症,Zhang等[38]通过检测AS患者的心血管内皮细胞,发现METTL14可以增加miR-19a上的m6A表达,促进成熟miR-19a的产生,从而加速心血管内皮细胞的增殖和侵袭。随后的动物实验表明,METTL14 基因敲除后可以通过人类内皮细胞中的PI3K-Akt和 TNF信号通路显著抑制TNF-α诱导的内皮细胞炎症[39]。此外,Zheng等[35]通过体内实验表明,METTL14通过NF-κB/IL-6信号通路在动脉粥样硬化的巨噬细胞炎症中起着至关重要的作用。Chen等[40]的研究亦证实在细胞实验和动物实验中,METTL14在钙化动脉和硫酸吲哚酚诱导人动脉平滑肌细胞中表达增加,从而诱导RNA中m6A甲基化修饰,降低血管修复功能。由于METTL14唯一已知的主要功能是使单链核RNA中的m6A甲基化,可见m6A甲基化修饰在AS中有重要作用。

研究m6A甲基化修饰是探讨AS病变的基础,METTL14 在内皮细胞炎症中高表达,进而调控m6A修饰,可能是治疗AS的一个重要环节。综上所述,与m6A修饰相关的METTL14 RN修饰信号途径有望成为动脉粥样硬化的新型治疗靶点。

3.2 从“活血化痰”调控m6A甲基化视角探索AS的治疗思路中医学遵循整体观念,强调人与环境、人体自身的“不可分割性”,重视环境因素对人体的影响,从时间、空间、个体的角度对人体进行干预,以恢复机体内在平衡状态,从而发挥治疗作用[41-42]。而表观遗传学也把遗传和环境这两种因素结合起来,使基因组不仅具有稳定性,而且针对外界环境具有精确的反应性和适应性,这与中医整体观的理论不谋而合。同时,m6A修饰是动态、可逆的,既能被m6A甲基转移酶安装,也能被m6A去甲基化酶“擦去”,从而逆转和控制甲基化依赖的过程[43]。因此,采用表观遗传学手段研究AS病变的中医病机、证候和治法具有很大的研究前景和可行性。综上所述,表观遗传学可作为中医学与现代医学重要的契合点之一,可以相互借鉴,共同发展[44-45]。

痰、瘀是AS的主要病理因素,在AS致病过程中扮演重要角色。现代人喜食肥甘厚味有损脾胃,脾失健运,痰浊内生,阻滞气机,气滞血瘀,痰浊、瘀血两种内生之邪相互兼夹,壅遏脉道,则AS乃生。“痰瘀互结,阻于脉道”的中医病机与现代医学“METTL14在内皮细胞炎症中高表达,进而调控m6A修饰”的AS发病机制有异曲同工之妙。从中医学角度分析,痰瘀互结是导致AS发生的重要病机变化;从现代医学角度而言,m6A甲基化的异常修饰是AS的重要病理过程。两者从不同角度阐释了AS的病理机制。

痰浊、瘀血是机体的内生之邪,饮食失宜,损伤脾胃,运化不利,即内生痰浊,阻碍脉道气血运行,导致脉道不利;METTL14同样是机体的表观遗传分子,在内皮细胞炎症中高表达,进而影响m6A修饰,逐步形成AS的病理特征。因此,METTL14高表达与中医“痰、瘀”相对应,活血化痰与抑制METTL14高表达在AS的治疗中异曲同工。

4 需要解决的关键科学问题及应用前景

痰瘀互结是AS的主要病机,活血化痰是其有效治法。本文从中医学及现代医学不同视角阐释了痰、瘀和m6A甲基化异常修饰在AS发生、发展中的重要性,并认为痰瘀互结可能与METTL14在内皮细胞炎症中高表达相关。基于此,在前期研究基础上提出痰瘀同治调控m6A甲基化治疗AS的作用机制假说:推测m6A甲基化修饰可能是活血化痰中药发挥抑制内皮细胞损伤的主要途径,从而发挥抗AS的作用。为进一步验证此假说,需明确化痰活血中药是否能够通过调控m6A甲基化修饰抑制内皮细胞损伤从而抗动脉粥样硬化,明确在体内实验中痰瘀同治法可抑制m6A甲基化修饰的表达抗动脉粥样硬化。进一步深化探讨化痰活血药治疗动脉粥样硬化的理论,希望从表观遗传学角度为 AS的防治提供一个新思路、新靶点和新的技术平台。