徐峰综述 张艳达，梁春，吴宗贵审校

心血管疾病是目前威胁人类健康的主要疾病之一，具有高发病率和高病死率[1]，有效地防控心血管疾病依赖于对相关发病机制的阐明，以及在此基础上的早期诊断和干预。N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine, m6A)修饰可调控信使RNA (messenger RNA，mRNA)的合成、翻译与降解，改变mRNA折叠和结构，影响mRNA的成熟[2]。m6A修饰是真核生物mRNA中最普遍也是最丰富的内部修饰，主要发生在mRNA分子的3'-非翻译区和终止密码子附近[3]。m6A的修饰由甲基转移酶复合物完成，包括甲基转移酶样蛋白3 (methyltransferase-like 3, METTL3)、METTL14等[4]，METTL3在其中起关键作用。m6A去甲基酶的发现提示这一修饰是可逆的，可通过脂肪质量和肥胖相关蛋白(fat mass and obesity-associated protein, FTO)、alkB同源物5(alkB homologue 5, ALKBH5)来实现m6A去甲基化，两者都具有不同的亚细胞和组织分布[5]。m6A还受阅读蛋白的调控，如YT521-B同源物域家族蛋白2(YT521-B homology domain family of proteins 2，YTHDF2)，这是一种m6A RNA结合蛋白，可以调控mRNA的稳定性和降解，影响mRNA翻译效率。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[6]。

1 mRNA m6A甲基化对心血管疾病危险因素的影响

1.1 mRNA m6A甲基化与肥胖 多种心血管疾病的发病率和病死率升高与肥胖密切相关[7]。与肥胖密切相关的FTO基因是能量稳态的积极调节因子，可通过脂质代谢调节人体RNA序列中m6A的水平[8]。在独立的全基因组关联研究中，FTO基因被证明是导致欧洲和印度尼西亚受试者早发和严重肥胖的高风险因素[9]。

脂肪细胞中FTO缺失以m6A依赖性的方式导致体质量增加，FTO通过调节脂肪细胞中脂肪酸的动员控制体质量[10]，其缺失可导致细胞外脂肪分解增多，使更多的脂肪酸被脂肪组织吸收；还可导致细胞内脂肪分解减少，促进脂肪组织中脂肪酸的储存。FTO缺失可导致血管生成素样蛋白4(angiopoietin-like 4, ANGPTL4)相关转录产物中m6A修饰增加，ANGPTL4蛋白表达水平降低，可能导致脂肪组织中脂肪酸沉积增多[11]。此外，序列相似家族134成员B (family with sequence similarity 134 member B，FAM134B)中m6A的缺失可导致猪脂肪细胞通过m6A-YTHDF2依赖途径引发脂肪生成[12]。目前，FTO在脂肪酸代谢中的作用机制尚未完全阐明。m6A修饰是否也参与其他营养物质的代谢尚需进一步研究。

1.2 mRNA m6A甲基化与2型糖尿病 糖尿病是促进冠心病发病的重要危险因素。由糖尿病引起的血糖异常，包括低血糖和高血糖，已被认为是导致糖尿病患者心血管疾病和全因死亡的主要危险因素。除了控制血糖外，增加胰岛素敏感性已成为治疗糖尿病的一种新策略，特别是在胰岛素抵抗的情况下[13]。此外，在2型糖尿病患者中，高血糖可能通过增强FTO或其他甲基转移酶的表达而导致m6A水平下调，提示m6A在调节糖脂代谢紊乱中具有重要的表观遗传学作用[14]。糖尿病引起的FTO表达升高除了与葡萄糖氧化异常有关外，还与血糖受损引起的多种并发症密切相关。

既往研究发现，m6A的改变与2型糖尿病密切相关，2型糖尿病患者和大鼠的mRNA中总体m6A的水平明显低于对照组。2型糖尿病患者FTO mRNA表达水平明显高于对照组。FTO mRNA表达水平升高可导致2型糖尿病中m6A修饰减少，增加2型糖尿病并发症发生的风险[15]。m6A水平与METTL3、METTL14和FTO的mRNA表达水平呈负相关。高糖可上调FTO蛋白，但对METTL3和METTL14无显著影响。较低的m6A水平可能是甲基转移酶上调的原因。因此，m6A丰度可作为新的检测2型糖尿病潜在的生物标志物。然而，m6A修饰是否在糖尿病中具有基因位点的特异性仍有待进一步阐明。

1.3 mRNA m6A甲基化与心脏内稳态及心肌肥厚调控 通常认为人体心肌细胞在进入成年后仅有少量更新，这些细胞在应激刺激下，如压力超负荷或心肌梗死，会发生肥厚性生长。这种代偿最初是一种适应性过程，以产生足够的力量来应对心脏房室壁张力的增加或工作负荷的增加，但最终可能导致心脏衰竭[16]。心肌肥厚是由心肌细胞中产生特定蛋白的基因转录和翻译增加所介导的[17]。以往研究集中在能够导致促肥厚转录因子激活的信号通路上，这些因子可选择性地增强基因在心脏的表达[18]。在心肌肥厚过程中，尽管基因转录调控方面的研究已经取得了重大进展，但现在已发现转录后调控也是控制心肌肥厚的关键机制[19]。研究发现，mRNA m6A甲基化在心肌肥厚和心力衰竭中会发生显著改变[20]。

为了确定mRNA m6A甲基化在心脏中的作用，研究人员分离了原代心肌细胞，通过控制体外和体内的METTL3水平来调节心肌细胞中的m6A水平。该研究建立了心脏功能受限的小鼠模型，以评估METTL3-m6A通路在心脏内稳态中的作用，发现在致心肌肥厚刺激因素作用下m6A甲基化水平显著升高，提示m6A甲基化可能在心肌细胞肥厚的发生发展中发挥关键作用。减少METTL3的表达可抑制心肌细胞在应激下发生肥大的能力，而增加METTL3的表达足以在体外和体内促进心肌细胞肥大。该研究发现，METTL3介导的mRNA m6A甲基化增加可导致心肌代偿性肥厚，而m6A降低可导致异常的心肌细胞重构和功能障碍[21]。近来有学者进一步完善了相关研究，把小鼠动物模型分为3组：METTL3过表达的主动脉缩窄术后组、单纯主动脉缩窄术后组、假手术组。2周后发现，METTL3过表达小鼠心脏的病理增生性细胞生长有所减弱，与假手术组相比，过表达METTL3组的心肌细胞在主动脉缩窄术后2周明显肥大，但小于单纯主动脉缩窄术的小鼠[22]。这项研究结果与前者的研究结果相反，可能与实验动物模型的不同有关。2项研究都证实了METTL3能够控制心肌细胞中负责调节心脏重构和功能的基因表达程序，提示METTL3在心脏中发挥关键作用，以该通路为靶点对病理性心脏重构具有潜在的治疗价值。

1.4 mRNA m6A甲基化与缺血性心脏病 随着生活和医疗水平的提高，一些发达国家的心血管病死率显著下降，但心血管疾病仍然是全球范围内死亡的主要原因[23]。表观遗传学在调节心血管修复功能中发挥主导作用[24]。目前的治疗方法在缺血性心脏病治疗和减轻心肌缺血后不良重构方面作用有限。因此，必须探究心肌修复和再生的新治疗策略。由心肌冠状动脉狭窄或闭塞引起的缺血性心脏病，包括心肌梗死和心力衰竭，直接影响心肌细胞的氧合能力[25]。在低氧/复氧处理的心肌细胞和缺血/再灌注处理的小鼠心脏组织中，METTL3对m6A的修饰增加，是m6A异常调控的主要因素。这是由于其促进了特定mRNA的翻译而引起的。沉默METTL3可增加心肌细胞的自噬通量，抑制缺氧/复氧细胞凋亡，提示METTL3是自噬的负调控因子。进一步研究表明，METTL3缺乏导致的自噬通量增加依赖于转录因子EB(transcription factor EB,TFEB)。

FTO作为一种m6A去甲基酶，在缺血缺氧等应激状态下，心脏的稳态、重构和再生过程中发挥着重要功能。FTO在哺乳动物衰竭心脏和缺氧心肌细胞中表达减少，可增加RNA中m6A甲基化的程度，降低心肌细胞的收缩功能。改善FTO在小鼠衰竭心脏中的表达，可减轻缺血引起的m6A升高和心肌收缩功能下降。这是通过FTO的去甲基化活性来实现的，FTO选择性地去甲基化心脏收缩相关转录产物，防止其降解，改善缺血时的心肌收缩蛋白表达，从而改善心肌收缩力。该研究还证明FTO在心肌梗死小鼠模型中的过表达，可以减少纤维化并促进血管生成。由此可得出依赖FTO的心脏m6A甲基化在心力衰竭时心脏收缩中的重要功能，提示使用FTO或FTO类似物进行靶向治疗的可行性[26]。

2 mRNA m6A甲基化调节心血管疾病的可能机制

2.1 mRNA m6A甲基化与脂质代谢 昼夜节律相关蛋白的转录调控对维持脂质代谢稳态至关重要，如果昼夜节律调节紊乱导致脂质代谢稳态被破坏，则可引起代谢性疾病。近来有研究证实，小鼠肝脏mRNA m6A甲基化波动依赖于一个功能性生物钟的调节，小鼠肝脏昼夜节律基因芳香烃受体核转位蛋白样1 (brain and muscle arnt-like 1, Bmal1)缺失可导致活性氧(reactive oxygen species, ROS)积聚，进而通过提高METTL3来增加mRNA m6A甲基化，尤其是增加过氧化物酶体增殖剂激活受体α(peroxisome proliferators-activated receptors,PPARα)的mRNA甲基化，同时活性氧的积聚会显著诱导 YTHDF2的表达，两者共同影响PPARα的转录和翻译，影响下游的脂质代谢，最终导致脂质积聚增加。这些发现进一步揭示了昼夜节律基因缺失、mRNA m6A修饰和代谢状态之间的关系，mRNA m6A甲基化，特别是PPARα甲基化在下游基因和脂质代谢的生物钟调节机制中起重要作用[27]。

2.2 mRNA m6A甲基化对巨噬细胞清除受体1表达的影响 动脉粥样硬化是一种慢性炎性疾病，其特征是动脉壁上脂质、细胞及纤维成分的逐渐积累[28]。巨噬细胞在动脉粥样硬化的各个阶段起着关键作用，受损的动脉壁促使单核细胞在内膜中分化为巨噬细胞，巨噬细胞吸收并代谢过多的氧化低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein, oxLDL)，导致酯化胆固醇在细胞质中沉积，产生泡沫细胞。巨噬细胞清除受体1(macrophage scavenger receptor A, MSR1)和白细胞分化抗原36(cluster of differentiation 36, CD36)在巨噬细胞表面大量表达，是结合、摄取和清除oxLDL的主要受体[29]。

近来有学者发现，oxLDL可诱导死盒蛋白5(dead box protein 5，DDX5)表达，进而促进巨噬细胞MSR1的表达，接受oxLDL处理的巨噬细胞DDX5上调，抑制了METTL3作用于MSR1 mRNA的甲基转移酶活性，降低MSR1 mRNA中m6A的甲基化程度，从而维持MSR1 mRNA的稳定性，增加MSR1表达并促进脂质摄取。该研究提示，DDX5通过抑制METTL3与MSR1 mRNA结合并抑制METTL3甲基转移酶活性起作用[30]。但DDX5抑制METTL3甲基转移酶活性的具体机制尚不明确，且DDX5是否影响巨噬细胞分泌各种促炎因子和趋化因子也有待进一步研究。

2.3 mRNA m6A甲基化与炎性反应 各种慢性炎症性疾病可刺激心血管疾病的发生和发展。这些异常的生化特征是通过氧化应激途径、细胞因子和肾素—血管紧张素系统的相互作用而产生[31]。炎性反应是动脉粥样硬化各阶段的主要和基本危险因素之一[32]。由于炎性反应与动脉粥样硬化关联的具体机制尚未完全阐明，m6A成为研究心血管疾病临床治疗策略的新焦点。最近的研究表明，METTL3敲除可以抑制一些炎性细胞因子的增加和各种与炎性反应相关的基因表达，主要是通过改变相关信号通路的磷酸化水平，如在脂多糖诱导的人牙髓炎中，可调节骨髓分化因子88 (myeloid differentiation factor 88，MyD88)的剪切变体。这提示m6A在炎性反应过程中可能参与心血管疾病的病理生理过程[33]。

METTL3可驱动M1巨噬细胞极化，发挥促炎作用。METTL3直接甲基化信号传导与转录活化因子1(signal transducers and activators of transcription 1，STAT1)的mRNA，提高其mRNA的稳定性，从而上调STAT1的表达，促进M1巨噬细胞极化。STAT1是启动促炎巨噬细胞的关键转录因子。鉴于M1巨噬细胞在各种炎性疾病发病机制中的关键作用，METTL3-STAT1介导的巨噬细胞极化可能导致动脉粥样硬化、肥胖相关的脂肪重构、腹主动脉瘤等疾病的发生和发展，因此可以作为潜在的抗炎目标[34]。

2.4 mRNA m6A甲基化与下游基因调控 不同病理刺激下心肌基因表达水平的改变在一些动物心力衰竭模型发生和进展中发挥了重要作用。最近的一项研究强调了可逆mRNA序列中特定修饰的重要性，可逆mRNA序列在表观遗传水平上控制基因表达。由于m6A甲基化水平的升高与心肌病相关，因此研究m6A内部修饰对相关基因表达的影响具有重要意义。m6A的动态甲基化通过调节应激心肌细胞mRNA翻译的效率影响转录的稳定性。例如，除心肌细胞的大小和心脏功能外，与肥厚相关的下游标志物利钠肽前体的表达也会受到METTL3酶活性的影响。这表明m6A修饰在体内外调节心脏基因表达和细胞生长反应中发挥着综合作用[22]。

总之，m6A相关酶或任何其他类型的小分子在特定位点的调控，可能是治疗一些由m6A失调引起的心脏病的新途径。然而，m6A与其他心血管相关疾病(如高血压和先天性心脏病)之间的联系仍需进一步的探索。

3 小结和展望

mRNA m6A甲基化异常可作为潜在的心血管疾病标志物，其与泡沫细胞的形成、血管内皮炎性反应、肥胖和2型糖尿病、心脏内稳态、心肌肥厚、心脏重构与修复高度相关，对认识心血管疾病发病机制、诊断和治疗提供新的线索。开发多种m6A调节剂治疗m6A修饰相关心血管疾病具有广阔的前景，也可为研究心血管疾病的分子机制及治疗药物的开发提供理论依据。