mRNA m6A甲基化修饰在2型糖尿病发生发展中的作用机制研究进展

张鑫芳，乔成栋

1 兰州大学第一临床医学院，兰州 730030；2 兰州大学第一医院老年病二科

2 型糖尿病（T2DM）的病理生理机制主要包括胰岛β 细胞功能受损和胰岛素抵抗。目前研究认为，糖毒性、脂毒性、氧化应激等因素会诱发胰岛的慢性炎症反应，导致胰岛β 细胞损伤［1］，在 T2DM 的发生发展过程中起重要作用。肥胖是T2DM 的一个主要危险因素，对其他致病因素有明显促进作用。N6-甲基腺苷（m6A）甲基化修饰是真核生物mRNA中最普遍也最丰富的内部修饰，通过影响mRNA 前体的可变剪切、与miRNA 结合效率、蛋白翻译效率及 mRNA 稳定性等来调控 mRNA［2］。m6A 甲基化修饰是一个动态可逆的过程，该过程基于m6A 甲基转移酶、m6A 去甲基化酶和m6A 结合蛋白的动态变化［3］。m6A 甲基转移酶是一个复合体，以 m6A 甲基转移酶 3（METTL3）和 m6A 甲基转移酶 14（METTL14）为核心，辅助蛋白肾母细胞瘤1 相关蛋白（WTAP）、vir 样 m6A 甲基转移酶相关蛋白（VIRMA）、锌指蛋白 3H13（ZC3H13）、RNA 结合蛋白 15（RBM15）等共同组成，甲基转移酶可促进mRNA 上腺苷酸发生m6A 甲基化；m6A 去甲基化酶主要包括脂肪与肥胖相关蛋白（FTO）和烷基化修复同源蛋白5（ALKBH5），可使已发生m6A 修饰的碱基去甲基化［4］；m6A 结合蛋白主要包括YTH 蛋白家族（YTHDC1/2、YTHDF1/2/3）、核不均一核糖核蛋白家族（HNRNPC、HNRNPG 和HNRNPA2B1）、胰岛素样生长因子2 mRNA 结合蛋白（IGF2BP/IMP2）等，其主要功能是识别发生m6A 修饰的碱基，从而激活下游的调控通路，如RNA 的剪接、加工、翻译和降解等过程［5］。m6A 介导真核生物的各种生物学过程，参与多种细胞基因表达调控，可直接或间接参与T2DM的发生发展。现将m6A参与T2DM 发生发展的机制研究进展综述如下。

1 m6A参与胰岛β细胞功能的调控

胰腺β细胞主要通过分泌胰岛素来调节葡萄糖动态平衡。在正常生理状况下，成人胰岛β 细胞通过低水平增殖和凋亡维持在稳定的数量，成年期间维持β细胞数量和质量对于血糖稳态和糖尿病预防至关重要。纵向研究证明，不管治疗方案如何，糖尿病患者β细胞功能通常会随着时间的推移而恶化。

m6A 涉及调控T2DM 患者胰腺β 细胞中基因的表达，m6A 合成下调可能导致胰岛素分泌相关基因表达减少，趋化因子表达增加，从而促进β 细胞衰竭［6］。研究发现，m6A 甲基转移酶复合体中的METTL3、METTL14 以 m6A 依赖机制调控新生小鼠 β 细胞发育和功能成熟［7］；在成年小鼠中，β 细胞 METTL3、METTL14 缺失会诱导β 细胞衰竭和葡萄糖耐量异常［8］。DE JESUS 等［9］报道，非糖尿病对照者的胰腺切片进行免疫荧光分析后可检测到丰富的METTL3、METTL14，而 T2DM 患 者 胰 岛 组 织 中METTL3、METTL14 表达减少，这种甲基转移酶的差异表达导致了转录本的差异甲基化，低m6A 甲基化转录本会降低AKT 磷酸化和PDX1 蛋白水平而导致细胞周期停滞和胰岛素分泌受损。与T2DM 患者胰岛表型相似的是，特异性敲除小鼠β 细胞METTL14后也表现为m6A 水平降低，最终由于β 细胞增殖减少和胰岛素脱颗粒而导致早期糖尿病发作和死亡。这提示通过小分子或遗传学方法挽救或提高胰岛β细胞METTL3、METTL14的表达，可能是改善糖尿病β细胞衰竭的新途径。

m6A 去甲基化酶FTO 在多种组织中广泛表达，且在内分泌胰腺组织中表达较高。研究发现FTO过表达可以抑制葡萄糖刺激下的胰岛素分泌，然而，FTO沉默并不影响胰岛素的分泌［10］。这可能是由于FTO 沉默只是部分抑制了FTO 的表达，而剩余的FTO 仍能维持胰岛细胞的生物学功能。当然，这一解释还需要实验进一步验证。

PDX1 是控制β 细胞发育、增殖、存活和功能的最重要的转录因子之一［11］。REGUÉ 等［12］研究发现，β 细胞中的m6A 结合蛋白IMP2 能够直接结合PDX1 mRNA，并以m6A 依赖性方式促进其翻译。此外，IMP2 还能增强 IGF2-AKT-GSK3β 信号，防止PDX1 多肽降解。当β 细胞中IMP2 特异性缺陷时，PDX1 和IGF2 下调，导致β 细胞代偿性增殖受损和胰岛素分泌减少。因此，以β 细胞特异性的IMP2为靶点来对抗T2DM 胰岛m6A 水平的降低，可能也是促进β细胞增殖和增加胰岛素分泌的一种途径。

因此，m6A 甲基化在调节人β 细胞生物学中具有重要作用，为保护T2DM 患者β 细胞功能提供了一个新的方向，为潜在的m6A 调节剂的靶向治疗提供了理论基础。

2 m6A参与胰岛素敏感性的调节

胰岛素抵抗是指靶组织（主要是肝脏、肌肉和脂肪组织）对胰岛素敏感性下降，产生生物效应减低的现象，是T2DM 的主要致病因素之一。其中，肝脏对胰岛素的敏感性在维持血糖稳态中尤为重要，人体内产生的胰岛素能够促进肝脏对葡糖糖的摄取、促进肝糖原合成及抑制肝糖原的分解，从而使血糖稳定在一个相对正常的水平。近年来，发现m6A 对肝脏胰岛素敏感性有一定影响。

肝细胞中METTL3 过表达会加重高脂饮食（HFD）所致的肝脏代谢紊乱和胰岛素抵抗，而肝细胞METTL3 缺失能够增加肝脏对胰岛素的敏感性［13］。XIE 等［14］报道，T2DM 患者与 HFD 小鼠肝组织中m6A RNA 及METTL3 表达升高，胰岛素抵抗增强。在HFD小鼠中，特异性敲除肝细胞METTL3后，脂肪酸合酶（Fasn）的m6A甲基化水平和总mRNA水平降低，脂肪酸代谢受到抑制，肝脏胰岛素敏感性和葡萄糖耐量增加。在HepG2 细胞和原代肝细胞中，沉默METTL3表达可显著抑制胰岛素信号转导关键因子IRβ、AKT、GSK3β 的磷酸化，从而改善肝脏胰岛素抵抗。

此外，有研究发现，IMP2 在小鼠肝脏过表达会导致甘油三酯沉积增加，而肝细胞特异性IMP2缺失的小鼠在高脂饮食中脂肪质量较低，并伴随着循环脂质减少、肝脏甘油三酯沉积明显减少，从而葡萄糖耐量和胰岛素敏感性大大提高［15］。

m6A 甲基化对肝脏胰岛素敏感性的调节作用为改善肝脏胰岛素抵抗、维持血糖稳态提供了新的思路，为T2DM的治疗提供了新的靶点。

3 m6A参与脂肪细胞代谢的调节

肥胖对T2DM 的发生发展有明显的促进作用。在T2DM 患者中，肥胖者的胰岛β 细胞数量较正常体质量者明显减少，糖代谢速度减慢，胰岛素抵抗增加，且抵抗程度与肥胖程度呈正比。m6A 甲基化可从多方面调节脂肪细胞的生成与代谢，进而影响肥胖的发生发展。

自噬是胞质细胞器和蛋白质降解的一种非选择性溶酶体途径，可以调节脂肪细胞的质量和分化。WANG 等［16］报道，FTO 通过促进靶向自噬相关蛋白5（ATG5）和靶向自噬相关蛋白7（ATG7）表达，增强自噬功能，促进脂肪细胞生成。当特异性敲除猪前体脂肪细胞中的 FTO 时，ATG5 和 ATG7 mRNA 转录本上的 m6A 水平显著升高，YTHDF2 识别 m6A 水平较高的ATG5 和ATG7 mRNA 转录本，介导其降解导致ATG5 和ATG7 表达减少，从而抑制自噬功能，使得脂肪组织发育受损。此外，FTO 还可通过影响细胞周期进程来调控前体脂肪细胞的增殖［17-19］。细胞周期分为间期的G1期、S期、G2期和分裂期即M 期两个阶段。不同的周期蛋白（Cyclin）及周期蛋白依赖性激酶（CDK）形成的复合物驱动细胞周期各个时期的运转。WU 等［17］报道，FTO 的缺失使 Cyclin A2和 CDK2 mRNA 的 m6A 水平显著上调，YTHDF2 识别并降解 Cyclin A2 和 CDK2 的 m6A 甲基化 mRNA，导致Cyclin A2 和CDK2 表达降低，从而延长细胞周期进程，抑制脂肪生成。进一步研究发现，FTO可通过抑制猪肌内前体脂肪细胞中的Wnt/β-catenin 信号转导通路促进前体脂肪细胞的分化，从而促进脂肪形成［20］，也可通过JAK-STAT-C/EBPβ信号轴调节脂肪生成。在猪和小鼠前体脂肪细胞中，FTO 通过去除JAK2 mRNA m6A 甲基化修饰促进JAK2 表达，促进脂肪形成［21］。

m6A 去甲基化酶FTO 通过促进脂肪细胞的生成及增殖促进了肥胖的发生发展，增加了T2DM 的发病风险。但也有研究发现，m6A 甲基化转移酶复合体中的WTAP、METTL3、METTL14 通过促进有丝分裂扩增过程的细胞周期转变，从而促进脂肪细胞的分化和增殖，也可促进脂肪形成［22］，这似乎与作为去甲基化酶的FTO 促进脂肪生成相矛盾。因此推测，某些基因的表达可能是由单独的METTL3 或FTO 调节的，而非两者共同调节。这一猜测仍需进一步研究来验证。

4 m6A参与脂代谢的调节

脂质沉积会诱发胰岛的慢性炎症反应，损伤胰岛β 细胞，导致T2DM 发生。一项全基因组关联研究（GWAS）分析发现，大量m6A 相关单核苷酸多态性（SNPs）与血脂代谢相关，提示m6A 修饰与脂代谢调控密切相关［23］。

研究发现，METTL3 通过增加Fasn 表达促进长链脂肪酸的合成［14］。过氧化物酶体增殖物激活受体α（PPARα）是调节脂质代谢基因表达的关键转录因子，细胞实验显示，敲除METTL3 可使HepG2 细胞PPARα mRNA 的 m6A 水平降低，稳定性增强，从而提高PPARα表达水平，减少脂质沉积［24］。

脂多糖可通过FTO 介导的m6A 甲基化，增加脂质代谢相关酶的表达，抑制脂质转运相关基因的表达，从而促进肝脏甘油三酯沉积［25］。此外，FTO会正向调节激活转录因子4（ATF4）的表达，增加肝脏FTO-ATF4 系统的活性，促进肝脏脂质积累，而抑制该系统可能会减少肝脏脂质沉积［26］。

另外，肝脏YTHDC2 通过识别m6A 位点，降低肝脏成脂基因mRNA的稳定性，阻止其翻译和表达，从而减少肝脏脂肪生成［27］。序列相似家族134 成员B（FAM134B）中m6A 的缺失可使猪脂肪细胞以m6A-YTHDF2 依赖途径增加脂肪生成［28］，线粒体载体同源蛋白2（MTCH2）通过m6A-YTHDF1 依赖性机制促进猪肌内脂肪生成［29］。

m6A 修饰以调控脂质代谢的方式参与T2DM 的发生发展过程，这也为潜在的m6A 调节剂对T2DM的靶向治疗提供了更多依据。

5 m6A参与糖代谢的调节

T2DM 患者由于胰岛素缺乏或胰岛素抵抗导致血糖升高，血糖升高反过来又会诱发胰岛炎症进一步损伤胰岛β 细胞，形成恶性循环。m6A 水平对维持葡萄糖稳态有重要意义，而葡萄糖也参与T2DM中 m6A 的动态调节。YANG 等［30］报道，在 T2DM 患者血液中，m6A 水平降低，FTO、METTL3 和 METTL14 水平升高，提示高糖刺激可增强FTO 表达导致m6A 减少，而 METTL3 和 METTL14 表达上调可能是m6A 含量降低导致的继发性增加。此外，FTO 还可诱导糖代谢关键因子叉头转录因子（FOXO1）、葡萄糖-6-磷酸酶（G6PC）和二酯酰甘油转移酶2（DGAT2）的mRNA 表达，在调控糖代谢中发挥重要作用。PENG 等［31］研究发现，FTO 通过使肝细胞FOXO1 mRNA 上的m6A 位点去甲基化来特异性调节肝细胞FOXO1 表达，从而调节肝脏糖异生，影响血糖浓度；特异性敲除小鼠肝脏FTO 后，其空腹血糖低于对照组，糖耐量也有所改善。MIZUNO［26］研究认为，FTO 可能在转录后和翻译水平上调控肝脏糖异生基因表达来调节糖异生的作用。

综上所述，m6A 修饰具有组织特异性，在机体不同组织，m6A 水平存在差异，发挥不同的作用，其动态调控依赖于m6A 甲基转移酶、去甲基化酶、m6A 结合蛋白的动态改变。m6A 修饰通过调控胰岛β细胞功能、调节靶组织对胰岛素的敏感性、影响糖、脂代谢及肥胖发生来参与T2DM 的发生发展。RNA m6A 动态调控与T2DM 关系的研究，可帮助确定潜在的治疗靶点，为T2DM 治疗提供新的思路。但参与T2DM 的这些m6A 调节因子是否完全是以m6A 介导方式发挥作用，对基因表达的调控是共同调节、相互制约，还是也存在单独调节，目前尚无定论，仍需进一步研究探索。