|
综述：N6-甲基腺苷修饰在肺部疾病中的作用肺部疾病是全球范围内的高发疾病。N6-甲基腺苷（m6A）修饰是真核生物中一类重要的RNA修饰，可显著调控多种生物学过程。多项研究已证实，m6A RNA甲基化在免疫应答、炎症通路调控中发挥关键作用，并有望成为人类肺癌与肺损伤的诊断、预后评估及治疗的潜在靶点，使其成为肺部疾病领域极具前景的研究方向。鉴于m6A甲基化在多种肺部疾病中的动态调控特征及其对关键RNA的影响，靶向m6A修饰的调节因子或可成为可行的治疗策略。本综述系统阐释了m6A修饰在肺部疾病中功能的最新研究进展，并着重探讨了其在改善与治疗此类疾病中的潜在应用价值。 引言 RNA修饰类型多样，在包括N1-甲基腺苷、N6-甲基腺苷（m6A）、5-甲基胞嘧啶、N7-甲基鸟苷、假尿苷（Ψ）、腺苷至肌苷编辑、尿苷化等多种生物学过程中发挥关键作用，其中m6A修饰是研究最为深入的修饰类型。m6A修饰通过甲基转移酶复合物的活性，将S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的甲基转移至腺苷六元环结构的氮原子上，是真核生物中普遍存在的RNA修饰。该过程由甲基转移酶、去甲基酶及甲基化结合蛋白共同调控，且m6A主要富集于信使RNA（mRNA）的3'非翻译区（3' UTR）及终止密码子附近，参与RNA剪接、翻译、降解及核输出等多种代谢活动，在基因表达调控中发挥重要作用。肺部疾病是全球范围内致残与致死的主要原因之一，给患者带来沉重经济负担，亟需开发新的诊疗手段。现有研究表明，m6A RNA甲基化参与多种重大呼吸道疾病的发生发展，例如脓毒症诱导的急性肺损伤、甲基转移酶样3（METTL3）通过m6A依赖机制增强促肿瘤趋化因子表达并 destabilize 程序性死亡配体1（PD-L1）mRNA，从而塑造非炎症性肿瘤微环境；乳酸通过YTH结构域家族2（YTHDF2）介导的m6A修饰抑制叉头框蛋白O3（FOXO3）表达，进而通过白细胞介素6受体（IL6R）/miR-664b-3p轴调控膜相关鸟苷酸激酶倒置结构域1（MAGI1）内含子转录本1（IT1），最终促进非小细胞肺癌（NSCLC）顺铂耐药；此外，m6A修饰还与哮喘炎症机制、慢性阻塞性肺疾病（COPD）中肺微血管内皮细胞功能调控相关，且m6A阅读蛋白在NSCLC及肺腺癌组织中高表达，可作为总生存期的预后因子。因此，m6A修饰与肺部疾病密切相关，通过调节m6A水平可干预肺部疾病进程，本综述旨在系统总结m6A在肺部疾病中的最新研究进展，涵盖其基础特征、在肺部疾病中的意义及现有研究的局限性，为未来研究方向奠定基础。 m6A修饰概述 m6A甲基化过程 m6A甲基化是一种可逆的转录后RNA修饰，在真核生物中参与多种生物学过程。该修饰指腺苷第6位氮原子上的甲基化，广泛分布于RNA序列中，尤其富集于RNA的终止密码子及3' UTR区域，存在于mRNA及microRNA（miRNA）、核糖体RNA（rRNA）、转运RNA（tRNA）、长链非编码RNA（lncRNA）、小核RNA（snRNA）、环状RNA（circRNA）等非编码RNA中，通过“写入者”“擦除者”“读取者”三类蛋白调控RNA代谢，进而影响基因表达。“写入者”为促进甲基化修饰的甲基转移酶，核心复合物为METTL3-METTL14异二聚体，其中METTL3具有催化活性，METTL14作为变构激活剂与靶RNA结合并稳定复合物，Wilms瘤1相关蛋白（WTAP）、VIR样m6A甲基转移酶相关蛋白（VIRMA）、RNA结合基序蛋白15/15B（RBM15/15B）、CBLL1/HAKAI、锌指CCCH型包含13（ZC3H13）等蛋白可增强甲基化特异性与效率；此外，METTL16可介导U6 snRNA、非编码RNA及前体mRNA（pre-mRNA）的m6A甲基化，METTL5则催化18S rRNA的m6A修饰。“擦除者”负责去除腺苷残基上的甲基，主要包括脂肪量与肥胖相关蛋白（FTO）及AlkB同源蛋白5（ALKBH5），二者属于ALKB家族双加氧酶，可诱导氧化去甲基化，FTO还可体外氧化去甲基化单链DNA（ssDNA）及单链RNA（ssRNA）中的m3T与m3U，ALKBH5则特异性参与m6A去甲基化，调控小鼠精子发生与凋亡。“读取者”可识别并结合m6A修饰的RNA，间接影响RNA加工，多含有YT521-B同源（YTH）结构域，包括YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3等直接读取者，可选择性结合m6A位点，调控mRNA稳定性与翻译效率——YTHDF1促进翻译，YTHDF2介导mRNA降解，YTHDF3则调控YTHDF1与YTHDF2的功能，还可通过翻译上调FOXO3 mRNA激活自噬；胰岛素样生长因子2结合蛋白（IGF2BP）1/2/3、脆性X智力低下蛋白（FMRP）等其他读取蛋白，以及异质核核糖核蛋白（HNRNP）等间接读取者，也参与m6A信号通路调控。m6A调节因子的动态互作调控RNA代谢，其甲基化状态可影响mRNA稳定性、加工、核输出及翻译效率，为疾病治疗提供潜在靶点。 m6A调节因子的非m6A依赖性作用 越来越多的研究表明，m6A调节因子可发挥非m6A依赖性功能。细胞质中，METTL3可通过直接蛋白-蛋白相互作用及信号通路调控发挥非m6A功能，例如胞质锚定的METTL3与多聚腺苷酸结合蛋白1（PABPC1）互作，稳定其与真核起始因子4F（eIF4F）的结合，在不依赖m6A修饰的情况下促进表观遗传因子的翻译；METTL3与METTL14还可通过转录方式驱动衰老相关分泌表型（SASP），该过程不依赖m6A。细胞核中，METTL16作为m6A写入者，而在胞质中则以非m6A依赖性方式参与翻译调控；VIRMA可非m6A依赖性调控结构维持染色体1A（SMC1A）；WTAP可通过非m6A机制上调巨噬细胞中肌球蛋白重链11（MYH11）表达，诱导巨噬细胞凋亡；YTHDF1/2、YTHDC1等读取蛋白也存在非m6A依赖性功能。综上，m6A调节因子兼具m6A依赖与非依赖的双重功能，参与多种生物学过程，具有深入研究的潜力。 m6A的生物学功能 m6A甲基化是调控细胞过程与基因表达的核心机制，在生物发育与疾病发生中发挥关键作用。其通过调控可变剪接、核输出、翻译、稳定及降解等RNA代谢过程，决定靶RNA的命运，并显著影响配子发生、胚胎发育、干细胞维持及神经发生等生物发育过程；还可通过改变免疫调节网络参与细菌与病毒感染的先天免疫调控。此外，m6A甲基化与肿瘤、糖尿病等疾病密切相关，在肿瘤中可发挥致癌或抑癌作用，例如METTL14参与骨髓增生异常肿瘤的生成，而ALKBH5可抑制头颈部鳞状细胞癌的生长；同时，m6A阅读蛋白YTHDC1对维持β细胞功能至关重要，其下调可导致β细胞功能障碍与糖尿病。综上，m6A甲基化是一种复杂动态的机制，参与众多生理与病理过程，其在不同疾病中的具体机制仍需进一步阐明。 m6A检测方法 2012年首次实现了m6A修饰RNA的全转录组检测，研究人员利用m6A抗体富集含修饰的RNA片段，获得了100-200 nt分辨率的图谱。目前多数m6A检测方法依赖抗体，如甲基化RNA免疫沉淀，存在分辨率与定量局限性。近年来开发的m6A-REF-seq、MAZTER-seq、DART-seq、m6A-SEAL等技术部分解决了上述问题；Li等开发了基于滚环扩增与环介导等温扩增的非qPCR、超灵敏、等温、肉眼可见的m6A检测方法m6A-Rol-LAMP；Hu等提出的m6A-SAC-Seq可实现m6A的直接标记，覆盖几乎所有经典基序，支持单碱基分辨率定量分析，无需抗体且适用于微量RNA样本；Guo等构建了基于抗原-抗体特异性结合的电化学方法，以激光诱导石墨烯电极修饰金纳米颗粒为基底，用于m6A水平检测，灵敏度高且成本低，但需更多临床验证；Ma等筛选出可区分m6A与腺苷（A）的Bst 2.0温启动DNA聚合酶，开发了单碱基分辨率、等温、超灵敏的m6A RNA定量检测方法；2024年出现的绝对定量方法GLORI，利用亚硝酸盐与乙二醛高效将腺苷转化为次黄苷，有望成为m6A检测的“金标准”；2025年开发的基于纳米孔测序的跨物种m6A检测方法RMNet，为跨物种m6A检测提供了高效工具，但在人类数据集中的错误率较高，可能与复杂的二级结构有关。随着m6A-seq技术的持续应用与优化，研究人员对全转录组水平m6A修饰的理解不断深入，但仍需更多研究验证这些方法的可行性与效率。 m6A在肺部疾病中的功能 多种m6A调节因子参与维持肺内环境的稳定，其功能异常可通过调控多种生物学过程影响上皮细胞、内皮细胞等功能，与急性肺损伤、哮喘、特发性肺纤维化、COPD、PM2.5相关肺部疾病及肺癌等多种肺部疾病密切相关。m6A写入者（如METTL3、METTL14、METTL16、RBM15）、擦除者（如FTO、ALKBH5）及读取者（如IGF2BP1/2/3、YTHDF1/2/3、YTHDC1）均在肺部疾病中发挥重要作用。 急性肺损伤 急性肺损伤是常见的肺部疾病，可由工业化学品、感染、PM2.5颗粒等诱发，特征为非心源性肺水肿与低氧血症，目前归类为轻度急性呼吸窘迫综合征，以血管通透性增加、肺泡水肿、表面活性物质功能障碍为核心表现，治疗以支持性肺保护通气及病因处理为主，虽为最轻类型但仍具有高死亡率与长期致残风险。m6A修饰在其发病机制中具有双重作用：一方面，脓毒症肺组织中m6A RNA水平显著降低，METTL3是主要调控因子，其下调可通过YTHDF1依赖的方式降低三结构域蛋白59（Trim59）mRNA稳定性，进而通过Trim59相关的核因子κB（NF-κB）失活影响内皮屏障破坏与炎症反应；FTO缺失可通过硫氧还蛋白相互作用蛋白（TXNIP）/NOD样受体蛋白3（NLRP3）通路减轻脂多糖（LPS）诱导的肺泡上皮细胞焦亡，为治疗提供新靶点；肥胖相关FTO过表达可通过m6A去甲基化抑制pri-miR-192合成，降低肺泡巨噬细胞与肺组织中miR-192水平，进而通过靶向Brefeldin A抑制鸟嘌呤核苷酸交换蛋白1（BIG1）抑制蛋白激酶B（AKT）/NF-κB通路，促进促炎巨噬细胞活化。另一方面，METTL3介导的谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）m6A甲基化可通过METTL3-YTHDF2轴降解GPX4 mRNA，上调肺泡上皮细胞铁死亡，与中性粒细胞胞外诱捕网积累密切相关；中性粒细胞胞外诱捕网可升高p300水平，催化H3K27ac介导的METTL3转录，进一步促进m6A-胰岛素样生长因子2 mRNA结合蛋白2（IGF2BP2）依赖的线粒体重编程，加剧铁死亡及缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）表达；METTL3还可通过结合脑啡肽酶（neprilysin）mRNA降低其表达，加重LPS诱导的肺泡上皮细胞凋亡与肺损伤；METTL14介导的NLRP3 mRNA m6A甲基化可通过IGF2BP2依赖的方式增加其稳定性，促进NLRP3炎症小体激活；METTL4可通过YTHDF2依赖的方式促进核因子E2相关因子2（Nrf2）降解，加重脓毒症诱导的肺泡上皮铁死亡；人参皂苷Rg1可通过抑制YTHDF1与F-box蛋白3（FBXO3）mRNA的结合，减轻LPS诱导的上皮细胞线粒体功能障碍，缓解脓毒症急性肺损伤。综上，m6A与急性肺损伤的病理过程高度相关，靶向m6A调节因子或为潜在干预策略。 哮喘 哮喘是常见的呼吸系统疾病，以可变气流受限导致呼吸困难、喘息为特征，症状呈暴露触发波动性，需通过肺功能检查确认可逆性气流受限，治疗以抗炎控制与个性化管理为主，虽可控但需长期干预以防气道重塑。m6A甲基化参与其发病调控：儿童过敏性哮喘患者单核细胞来源的巨噬细胞m6A写入者METTL3低表达，髓系细胞条件性敲除METTL3可促进M2巨噬细胞活化，加重Th2细胞反应与过敏性气道炎症，该过程与m6A-YTHDF3介导的五聚素3（PTX3）mRNA降解受阻相关；m6A甲基转移酶复合物还可通过调控细胞因子转录本稳定性，参与肥大细胞活性调节，影响过敏反应与哮喘；PM2.5暴露哮喘小鼠中FTO表达下调可显著改善病理改变，机制为FTO通过降低IKBKB mRNA的m6A甲基化增强其稳定性，上调IKBKB表达，加重上皮屏障损伤。另一方面，PM2.5相关外泌体lncRNA PAET在儿童哮喘中高表达，可通过增强METTL3稳定性促进其积累，进而通过m6A阅读蛋白YTHDF3降低细胞色素c氧化酶亚基4I1（COX4I1）水平，导致DNA损伤；过敏性气道上皮细胞中METTL3与YTHDF1高表达，可通过m6A依赖机制促进昼夜节律输出周期蛋白（CLOCK）翻译，进而上调NLRP3与IL-1β表达，参与过敏性气道炎症。综上，m6A甲基化在哮喘中具有双向调控作用，是潜在的治疗靶点。 肺纤维化 肺纤维化是一组病因各异的纤维化性间质性肺疾病，以进行性肺组织瘢痕形成与僵硬为核心特征。m6A在其中同样发挥双重作用：PM2.5暴露后METTL3表达上调，可通过YTHDF1/IGF2BP1依赖的方式调控Nrf2表达，增强Nrf2翻译并激活抗氧化信号通路，影响肺纤维化进展；砷诱导的特发性肺纤维化中，肺泡上皮细胞m6A与YTHDF1表达升高，YTHDF1/m6A/神经元再生相关蛋白（NREP）轴可增加转化生长因子β1（TGF-β1）分泌，促进成纤维细胞向肌成纤维细胞转化，推动疾病进展；博来霉素诱导的肺纤维化小鼠模型及特发性肺纤维化患者肺组织中，m6A甲基化水平升高，可通过YTHDF1依赖的方式调控钾电压门控通道亚家族H成员6（KCNH6）mRNA翻译，促进成纤维细胞向肌成纤维细胞转化，沉默METTL3可降低m6A水平并抑制该过程；PM2.5暴露肺上皮细胞中m6A擦除者ALKBH5表达下调，可促进自噬相关13（Atg13）mRNA的m6A修饰，上调Atg13表达并通过ULK复合物激活自噬，促进肺上皮炎症反应与纤维化。综上，靶向m6A调节因子或为肺纤维化治疗的新方向。 COPD COPD是以高免疫与炎症为核心的常见呼吸道疾病，主要由吸烟诱发，导致不可逆性气流受限，是慢性致残与死亡的主要原因之一，目前治疗以戒烟、支气管扩张剂、康复及急性加重期干预为主，虽无法治愈但可延缓进展。m6A甲基化在其发病中起关键作用：PM2.5诱导的COPD大鼠模型中METTL16表达上调，可通过m6A修饰调控硫酸酯酶2（Sulf2）表达，参与PM2.5诱导的微血管损伤；但吸烟相关COPD患者肺组织、香烟烟雾诱导的小鼠模型及肺上皮细胞培养中，METTL16水平显著降低，其沉默可通过m6A甲基化降低谷氨酸草酰乙酸转氨酶2（GOT2）稳定性并下调其表达，重编程肺上皮细胞谷氨酰胺代谢，推动疾病进展；METTL3介导的铁死亡抑制蛋白1（FSP1）mRNA甲基化可通过YTHDF2依赖的方式降低FSP1表达，加重铁死亡与肺气肿。综上，同一m6A调节因子在不同诱因、不同细胞类型的COPD中可能发挥不同功能，需进一步阐明其具体机制。 其他PM2.5相关肺部疾病 PM2.5暴露可显著增加呼吸系统疾病风险，参与肺纤维化、COPD、肺癌等多种疾病的发生发展。m6A甲基化在其中发挥广泛调控作用：PM2.5可通过上调METTL3介导的m6A甲基化增加外泌体circCLIP1表达，被受体人支气管上皮细胞与平滑肌细胞内化后，通过上调septin 10（SEPT10）表达诱导异常黏液分泌与收缩；PM2.5还可刺激m6A RNA甲基化上调，伴随TGF-β、Smad3、METTL3、METTL14表达增加，m6A水平调控可能参与肺纤维化与肺癌进展；长链非编码RNA linc01515参与PM2.5诱导的氧化应激，METTL3介导的m6A修饰可增强linc01515表达，下调Nrf2并导致气道上皮细胞氧化损伤；METTL3还可通过靶向氧化应激诱导生长抑制剂1（OSGIN1）促进PM2.5诱导的细胞损伤，敲低METTL3或OSGIN1可减少PM2.5导致的细胞凋亡、周期阻滞与自噬；PM2.5诱导的YTHDF1上调可增强白细胞介素24（IL24）mRNA翻译效率，METTL3/YTHDF1/IL24轴或是机体抵御PM2.5损伤的抗炎机制；二氧化硅暴露小鼠中m6A去甲基化酶ALKBH5下调，导致全局m6A甲基化水平升高，增强SLAM家族成员7（Slamf7）稳定性，通过抑制巨噬细胞自噬促进肺部炎症。综上，m6A修饰广泛参与PM2.5相关肺炎症与损伤，具有潜在治疗价值。 肺癌 肺癌是全球发病率与死亡率最高的恶性肿瘤之一，每年新发病例约200万，死亡约176万，主要危险因素包括吸烟、遗传易感性、营养不足、职业暴露与空气污染，主要分为NSCLC与小细胞肺癌两类，治疗已进入精准分型指导下的靶向治疗与免疫治疗时代。m6A修饰在肺癌中发挥核心调控作用：多数研究显示其发挥促癌效应，NSCLC组织中METTL14与m6A水平显著高于癌旁组织，敲低METTL14可通过m6A修饰长链非编码RNA MSTRG.292666.16抑制肿瘤生长；METTL14还可通过上调lncRNA KCTD21-AS1抑制巨噬细胞吞噬功能，促进NSCLC发生；另一写入者RBM15在NSCLC中高表达，可通过YTHDF1上调Krüppel样因子1（KLF1）表达，通过YTHDF2下调TRIM13表达，进而增强膜联蛋白A8（ANXA8）转录与蛋白水平，促进NSCLC细胞增殖、侵袭与迁移；RBM15还可通过m6A-IGF2BP3依赖机制上调lncRNA CBR3-AS1，招募髓源抑制细胞并抑制T细胞活性，诱导NSCLC放射抵抗；METTL3可通过调控lncRNA表达、m6A修饰赖氨酸乙酰转移酶2A（KAT2A）等途径增强NSCLC恶性特征，还可通过m6A-YTHDF1依赖方式上调ATP结合盒亚家族C成员2（ABCC2），导致NSCLC对紫杉醇、卡铂等化疗药物耐药；小细胞肺癌中METTL3高表达，可通过促进DCP2 m6A甲基化导致其降解，通过Pink1-Parkin通路增强线粒体自噬，诱导化疗抵抗；METTL16可通过YTHDC1依赖方式调控谷氨酸氨连接酶（GLUL）表达，参与铬（VI）暴露诱导的肺癌发生。m6A擦除者ALKBH5在NSCLC中核内表达降低，导致抑制因子SOCS2的m6A修饰升高及表达下调，激活Janus激酶（JAK）-信号转导与转录激活因子（STAT）通路促进恶性进展；KRAS突变可通过ERK/JNK/ALKBH5翻译后修饰调控DNA损伤修复基因的m6A修饰，诱导NSCLC化疗抵抗；表皮生长因子受体（EGFR）酪氨酸激酶抑制剂耐药NSCLC中，抑制ALKBH5可通过m6A去甲基化上调CD47，介导免疫抑制；ALKBH5还可通过IGF2BP2依赖的m6A修饰通路上调透明质酸介导的运动受体（HMMR），促进NSCLC转移；但亦有研究显示ALKBH5在原发性NSCLC组织中高表达，可通过YTHDF2调控JAK2 mRNA的m6A水平，上调JAK2表达，促进NSCLC进展并调控肿瘤相关巨噬细胞功能。另一擦除者FTO在NSCLC中高表达且与不良预后相关，可通过m6A-YTHDF2依赖方式调控成纤维细胞激活蛋白（FAP）mRNA的m6A水平，激活FAP/整合素/ focal adhesion kinase（FAK）信号通路促进NSCLC转移；还可通过上调转化素样增强子1（TLE1）表达，调控下游Akt/NF-κB通路促进肺癌细胞转移。此外，m6A修饰也可发挥抑癌作用：METTL14上调可通过增强溶质载体家族3成员2（SLC3A2）mRNA的m6A修饰下调其表达，促进肺癌细胞铁死亡；阅读蛋白YTHDC1可通过调控FSP1介导的铁死亡抑制发挥肺癌生长抑制作用；YTHDF2可通过识别METTL3催化的长散在核元件-1（LINE-1）m6A修饰，通过自噬降解LINE-1 mRNA，阻断其逆转座以维持基因组稳定性，可能影响肺癌发生发展。综上，m6A修饰在肺癌发生发展中具有复杂调控网络，是潜在的诊疗靶点。 结论与未来展望 m6A修饰作为真核生物RNA最主要的修饰类型，已在包括肺部疾病在内的多种疾病中发挥关键作用。本综述总结了m6A修饰与肺部疾病相关性的最新研究进展，现有证据表明METTL3、METTL14等m6A调节因子在多种肺部疾病小鼠模型及患者肺组织中表达显著异常，为肺部疾病治疗提供了潜在方向。m6A修饰不仅参与肺癌调控，还在急性肺损伤、哮喘、COPD等疾病中发挥重要作用，深入理解其调控机制可为新药研发 |
