甲基轉(zhuǎn)移酶樣3在骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

蔣歡 李奕璇 王靜 吳騰 顧沁晨 孫瓊 應(yīng)振華

骨關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis，OA）以關(guān)節(jié)軟骨組織退行性改變、關(guān)節(jié)退行性炎癥、軟骨細(xì)胞肥大和凋亡為特征[1]，是一種慢性退行性疾病。其發(fā)病年齡主要集中在中老年人，65 歲以上人群中約有80%患有OA，是老年人群慢性殘疾的主要原因之一[2]。一項(xiàng)最新研究顯示，中國人髕骨OA 的患病率為23.9%[3]。隨著人口老齡化和肥胖率的上升，OA 的患病率預(yù)計(jì)將呈遞增趨勢。然而，目前的治療選擇有限，仍缺乏有效的治療方法[4]。

所有主要的生物大分子（包括DNA、RNA 等）都需要經(jīng)過酶催化的共價(jià)修飾，從而影響其結(jié)構(gòu)功能。RNA 甲基化是調(diào)節(jié)特定序列轉(zhuǎn)錄和翻譯或在RNA 成熟過程中消除不必要序列的關(guān)鍵機(jī)制[5]。N6-甲基腺苷（N6-methyladenosine，m6A）是mRNA 最常見且最豐富的共價(jià)修飾，可以影響基因表達(dá)和RNA 的轉(zhuǎn)錄、加工、翻譯和代謝。通過干擾RNA 的剪接、翻譯、核輸出和衰變，m6A 已成為調(diào)節(jié)各種疾病的亮點(diǎn)[6]。m6A水平的變化在OA 進(jìn)展中至關(guān)重要。目前關(guān)于m6A與OA 的研究主要集中在NF - κB、長鏈非編碼RNA（long noncoding RNAs，LNCRNAs）、ATG7、Bcl2 等4 條信號(hào)通路，m6A 參與這些信號(hào)通路，影響細(xì)胞炎癥、凋亡、衰老和自噬，從而控制OA 進(jìn)程[2]。RNA 的m6A甲基化共有三大類酶參與，包括寫作者“writer”、擦拭者“eraser”與閱讀者“reader”，一旦參與m6A 修飾的酶出現(xiàn)異常將會(huì)引起一系列疾病。甲基轉(zhuǎn)移酶樣3（methyltransferase-like 3，METTL3）是一種RNA 甲基轉(zhuǎn)移酶，其主要作用是催化甲基轉(zhuǎn)移到RNA 的N6-腺苷，是催化RNA m6A 修飾的主要酶[7]。近年來關(guān)于METTTL3 在癌癥、心血管疾病及神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)生、發(fā)展及治療中的作用已被大量研究，已有研究證明其與骨代謝相關(guān)[8]。本文就METTL3 在OA 中的作用及其機(jī)制研究作一綜述，并對未來OA 靶向治療提出展望。

1 OA 的發(fā)病機(jī)制

OA 的主要病理機(jī)制是軟骨細(xì)胞凋亡、炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生、細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）降解和多聚蛋白聚糖丟失等導(dǎo)致的關(guān)節(jié)軟骨破壞[1]。軟骨的功能修復(fù)與OA 病情緩解相關(guān)，而軟骨的修復(fù)與軟骨分化及軟骨細(xì)胞ECM 的合成代謝相關(guān)[9]。軟骨細(xì)胞的凋亡和衰老觸發(fā)ECM 的降解[10]，阻止ECM分子的積聚，減少對軟骨細(xì)胞的支持[11]。近年來，越來越多的研究認(rèn)為OA 屬于低度炎癥狀態(tài)，與某些炎癥介質(zhì)密切相關(guān)[12]，炎癥引起軟骨ECM 代謝異常，表現(xiàn)為Ⅱ型膠原α1 和結(jié)構(gòu)蛋白多糖的減少以及軟骨基質(zhì)降解酶增加，導(dǎo)致軟骨ECM 降解，進(jìn)一步加重OA進(jìn)展[13]。相關(guān)研究表明，巨噬細(xì)胞在OA 進(jìn)展中也起著至關(guān)重要的作用，巨噬細(xì)胞相關(guān)炎癥可能是全身受影響關(guān)節(jié)OA 癥狀的病因或加重因素[14]，M1 型巨噬細(xì)胞極化加劇OA，M2 型巨噬細(xì)胞極化抑制OA[15]。

2 METTL3 的功能

在哺乳動(dòng)物中，m6A 修飾是動(dòng)態(tài)可逆的，由甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物安裝并由去甲基化酶去除。在甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物中至少發(fā)現(xiàn)了8 種甲基轉(zhuǎn)移酶，包括METTL3、METTL14 和METTL16 等。在甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物中，METTL3 是第一個(gè)被鑒定的，也是唯一可以催化甲基從S-腺苷蛋氨酸轉(zhuǎn)移到腺苷N6 位的催化亞基[16]。METTL3 在多個(gè)生物過程中具有至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用，如細(xì)胞周期、增殖、凋亡、轉(zhuǎn)移、分化和炎癥反應(yīng)等。METTL3 介導(dǎo)的m6A RNA 甲基化可以促進(jìn)自然殺傷細(xì)胞的抗腫瘤免疫[12]。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，METTL3 還與M1 型巨噬細(xì)胞分化相關(guān)[17]。METTL3 在骨代謝的作用也愈發(fā)明確。多項(xiàng)研究顯示，METTL3 在調(diào)節(jié)成骨分化、破骨細(xì)胞分化等方面起著重要作用[18]，并提示METTL3 可能作為骨代謝疾病的治療靶點(diǎn)。

3 METTL3 在OA 中的機(jī)制

3.1 METTL3 通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)參與OA 的進(jìn)展 一些炎癥因子可通過自分泌的方式加速細(xì)胞衰老，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，從而加速OA 的進(jìn)展。龐春燕等[19]通過構(gòu)建顳下頜關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎（temporomandibular joint osteoarthritis，TMJOA）大鼠模型和巨噬細(xì)胞焦亡模型進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在METTL3 過表達(dá)模型組中NLRP3 等炎癥小體明顯升高，在METTL3 沉默組明顯降低，說明METTL3 可誘導(dǎo)滑膜巨噬細(xì)胞NLRP3 炎性小體和焦亡，且與NF-κB 信號(hào)通路有關(guān)。研究表明，METTL3 沉默可通過拮抗NF-κB信號(hào)通路抑制滑膜巨噬細(xì)胞NLRP3炎性小體和焦亡改善TMJOA 軟骨損傷。

在另一項(xiàng)研究中，Liu 等[20]通過體外模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)干擾METTL3 顯著降低了IL-8、IL-6、IL-12 和TNF-α等炎癥因子的mRNA 水平，干擾沉默METTL3 導(dǎo)致細(xì)胞炎癥反應(yīng)相關(guān)信號(hào)NF-κB 失活，明確了METTL3 在炎癥因子IL-1b 刺激下對軟骨細(xì)胞凋亡、炎癥因子分泌和ECM 降解中的積極作用，表明METTL3 可通過調(diào)控炎癥反應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)促進(jìn)OA 的發(fā)生、發(fā)展。

3.2 METTL3 通過影響ECM 降解參與OA 的進(jìn)展 目前已有研究證明，m6A 和lncRNAs 在OA 中的生物學(xué)作用。Ren 等[10]研究者通過收集OA 軟骨細(xì)胞和構(gòu)建OA細(xì)胞模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)m6A 相關(guān)的lncRNA LINC00680 在OA 組織和IL- 1β 誘導(dǎo)的原代軟骨細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)。IL-1β 誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞中，LINC00680 的沉默恢復(fù)了細(xì)胞的增殖并抑制了ECM 的降解。而METTL3 結(jié)合LINC00680 的m6A 位點(diǎn)能夠上調(diào)其表達(dá)。該研究揭示了METTL3 介導(dǎo)的LINC00680 加速OA 進(jìn)展。

另外，Xiao 等[21]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)METTL3 介導(dǎo)的m6A修飾可以通過影響張力抑制終板軟骨細(xì)胞ECM 合成。Liu 等[20]也認(rèn)為METTL3 能夠調(diào)節(jié)IL-1β 刺激的軟骨細(xì)胞中ECM 的降解，影響OA 的發(fā)展。

3.3 METTL3 通過介導(dǎo)細(xì)胞自噬參與OA 的進(jìn)展自噬可以通過降解受損的細(xì)胞器和自身蛋白，讓細(xì)胞適應(yīng)應(yīng)激條件來促進(jìn)細(xì)胞活性。自噬有利于骨代謝相關(guān)細(xì)胞的分化和功能[22]。在OA 中，自噬的激活對軟骨細(xì)胞的存活具有積極意義，其通過去除基質(zhì)金屬蛋白酶、清除活性氧、抑制細(xì)胞凋亡等調(diào)節(jié)OA病理變化，從而發(fā)揮保護(hù)軟骨的功能[23-24]。目前為止，有多項(xiàng)研究表明METTL3 在調(diào)控細(xì)胞自噬環(huán)節(jié)中起作用。

Chen 等[25]收集了正常者和OA 患者的滑膜組織，并且利用m6A 甲基化的RNA 和RNA 免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)探究METTL3 在自噬調(diào)控中的作用。研究發(fā)現(xiàn)，衰老的成纖維樣滑膜細(xì)胞（fibroblast-like synoviocyte，F(xiàn)LS）在患者和小鼠模型中隨著OA 的進(jìn)展而顯著增加。在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型中，靶向抑制METTL3 可以緩解FLS 的衰老。METTL3 介導(dǎo)的m6A 修飾通過減弱自噬相關(guān)酶7 的RNA 穩(wěn)定性，降低對自噬體形成至關(guān)重要酶的表達(dá)。沉默METTL3 會(huì)增強(qiáng)OA - FLS 中自噬流，抑制衰老相關(guān)分泌表型表達(dá)?；?nèi)注射靶向METTL3 的小干擾RNA 抑制了關(guān)節(jié)中細(xì)胞衰老的傳播，改善了內(nèi)側(cè)半月板誘導(dǎo)的軟骨破壞，限制OA 發(fā)展，為OA 治療提供了潛在的策略。

cAMP 反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP-responsive element binding protein，CREB）作為轉(zhuǎn)錄因子，在保護(hù)細(xì)胞免受有害刺激和凋亡的同時(shí)，對細(xì)胞的存活和增殖起著積極作用[26]。Zhang 等[27]首次提供了確鑿的證據(jù)，證明在OA 中人為提高CREB 水平可以保護(hù)軟骨細(xì)胞免于活性喪失甚至細(xì)胞死亡。作為轉(zhuǎn)錄因子，CREB控制微小RNA-373（microRNA-373，miR-373）的表達(dá)，通過miR-373 調(diào)控軟骨細(xì)胞凋亡和自噬，而METTL3是miR-373 的直接作用靶點(diǎn),該研究提示了MRTTL3 在調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞凋亡和自噬中的潛在作用。

4 METTL3 在OA 治療 中 的展望

METTL3 作為一種甲基化酶，其可通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、影響ECM 降解、介導(dǎo)細(xì)胞自噬等多方面影響OA 的進(jìn)展，因此，METTL3 有望成為OA 的靶向治療方法之一。國內(nèi)外已有多項(xiàng)研究認(rèn)為沉默METTL3 能緩解OA 的進(jìn)展，但尚存在爭議，這可能與各實(shí)驗(yàn)選擇的細(xì)胞樣本不同相關(guān)。目前已有甲基轉(zhuǎn)移酶小分子抑制劑被證明在癌癥治療中有效[8]，這為METTL3 在OA 的靶向治療中提供了一定的證據(jù)。雖然METTL3 有望成為治療OA 的靶點(diǎn)，但目前有關(guān)METTL3 的研究以動(dòng)物實(shí)驗(yàn)為主，因此未來需要更多的基礎(chǔ)及臨床試驗(yàn)進(jìn)一步明確METTL3在OA 發(fā)展中的具體作用機(jī)制及相關(guān)通路，為OA 的治療提供幫助。