第 7 章:表观转录组学与动脉粥样硬化(Epitranscriptomics and atherosclerosis)
表观转录组学概述(Definition of epitranscriptomics)
表观转录组学是分子生物学中一个新兴的前沿领域,它在中心法则的传统框架之外提供了基因表达调控的新一层复杂性。这一概念建立在表观遗传学的基础之上——表观遗传学所关注的是由 DNA 序列变化以外的其他机制所导致的、可遗传的基因表达改变。表观遗传学主要聚焦于 DNA 甲基化与组蛋白修饰,而表观转录组学则关心的是 RNA 上的化学修饰。"表观转录组"(epitranscriptome)一词所指的,就是 RNA 上的全部化学修饰的集合。这一短暂却可遗传的表观转录组甚至比表观基因组更加动态,使细胞能够响应环境刺激与细胞信号而对基因表达进行精细调节。
该领域正在快速发展。目前已经在不同类型的 RNA 上识别出超过 170 种不同的化学修饰,包括信使 RNA(mRNA)、转运 RNA(tRNA)、核糖体 RNA(rRNA)、微小 RNA(miRNA)、小核 RNA(snRNA)、环状 RNA(circRNA)以及长链非编码 RNA(lncRNA)。这些修饰可影响 RNA 生命周期的多个阶段,包括转录、剪接(mRNA、lncRNA)、出核转运、稳定性、翻译(mRNA)以及降解。在机制层面,RNA 修饰可以:1)吸引或排斥多种 RNA 结合蛋白(RBP),从而诱导一系列下游分子过程;2)改变 RNA 的化学性质,稳定特定的 RNA 构象;3)改变密码子的解读,在翻译过程中对 RNA 进行重编码;4)促进 RNA 的正确折叠,此时催化修饰的酶起到 RNA 分子伴侣的作用。此外,已有研究表明修饰可以保护 RNA 不被切割、可以重定向 miRNA 的靶标选择,并可能影响 RNA 与 DNA 的相互作用。
近年来,随着先进测序技术的出现,表观转录组学受到了广泛关注。这些技术革新推动了大量证据的积累,将 RNA 修饰与一系列生理与病理生理过程——包括动脉粥样硬化的发病机制——联系起来。因此,理解 RNA 修饰的机制及其对基因表达的影响,不仅对基础生物学至关重要,也蕴含着可观的治疗潜力。
可逆与不可逆修饰(Reversible versus irreversible modifications)
表观转录组学修饰可大致分为两类:可逆修饰与不可逆修饰。这一区分对于理解这些修饰如何影响 RNA 功能并进而影响细胞生理至关重要。
可逆的 RNA 修饰可由细胞内的酶动态调节,这些酶包括"写入器"(writer,负责添加修饰)、"读取器"(reader,负责识别已被修饰的 RNA)以及"擦除器"(eraser,负责去除修饰)。此外,部分 RBP 对未修饰的转录本表现出偏好("被排斥蛋白",repelled proteins)。这些修饰使细胞能够对细胞信号与环境变化做出迅速而灵活的响应。目前研究得最为深入的可逆修饰是 N6-甲基腺苷(m6A),它在 RNA 代谢与功能的调控中起核心作用。m6A 去甲基化酶 FTO(脂肪与肥胖相关蛋白)的发现具有里程碑意义,因为它首次在 mRNA 上提供了可逆转录后修饰的证据,重新点燃了研究者对表观转录组学领域的兴趣。除 m6A 外,常见的可逆修饰还包括 N6,2'-O-二甲基腺苷(m6Am)、N1-甲基腺苷(m1A)以及 5-甲基胞苷(m5C)。
相比之下,不可逆的 RNA 修饰在其调控过程中不涉及擦除酶。然而,含有这些修饰的整条 RNA 分子可以被降解,从而使细胞得以绕过修饰本身不可逆这一性质来调节其功能影响。常见的不可逆修饰包括腺苷脱氨生成肌苷(A-to-I 编辑)以及假尿苷(Ψ)。
由于 RNA 修饰的种类繁多且目前对其中许多的认识有限,作者选择将本章聚焦于目前已知的、最常见的可逆修饰与最常见的不可逆修饰——即 m6A 与 A-to-I。
N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine)
腺苷在其 N6 位点发生甲基化即形成 N6-甲基腺苷(m6A)。它是真核 mRNA 中最普遍、研究最充分的内部修饰;但它也存在于多种 RNA 物种中,包括 rRNA、tRNA、lncRNA、snRNA、circRNA 与 miRNA,并在这些 RNA 中发挥着多样的功能。虽然 m6A 早在 1974 年便已被鉴定,但其功能角色一直悬而未决,直到近年来测序技术取得进展、参与其调控的蛋白质陆续被识别后,这一状况才得到改变。
m6A 通常出现在一致基序 DRACH(D = G、A 或 U;R = G 或 A;H = A、C 或 U)之中,并在 mRNA 的终止密码子附近及 3' 非翻译区(UTR)特别常见。平均而言,每个 mRNA 分子大约含有三个 m6A 甲基化位点,但大多数只含一个,部分可含超过 20 个。m6A 在 mRNA 上的沉积受到转录过程中组蛋白修饰的影响;反过来,m6A 自身也可通过影响组蛋白修饰来调控基因表达,凸显了表观转录组学与表观遗传学之间的密切互动。在结构上,m6A 使甲基氨基基团旋转至反式构象,从而削弱 RNA 双链的热力学稳定性,并由此促进 RBP 的结合。因此,mRNA 上 m6A 的有无直接影响到其代谢过程,并在基因表达调控中起着关键作用。m6A 修饰同样可影响非编码 RNA 的功能。例如,在 miRNA 的生物发生过程中,初级 miRNA(pri-miRNA)会经历一种依赖于甲基转移酶样蛋白 3(METTL3)的修饰。这些 m6A 修饰由异质性胞核核糖核蛋白 A2/B1(HNRPA2B1)识别——它作为"读取器",通过招募 DGCR8 来增强 DROSHA/DICER 介导的加工过程。m6A 修饰似乎还能抑制非经典碱基配对,从而影响 miRNA 与其靶 mRNA 的结合亲和力。此外,两种与心肌梗死相关的 lncRNA——X 染色体失活特异转录本(XIST)和肺腺癌转移相关转录本 1(MALAT1)——也明显易受 m6A 修饰的影响。对 XIST 而言,m6A 修饰与"读取器"蛋白 RNA 结合基序蛋白 15(RBM15)的结合是其对 X 连锁基因进行转录抑制所必需的;在 MALAT1 中,m6A 修饰则会引起结构变化,从而增强其与多种 RBP 的相互作用。m6A 修饰在 circRNA 的生物发生中也起着关键作用,它促进反向剪接过程,"读取器"蛋白 YTHDF3 与 YTHDC1 在此过程中识别 m6A 修饰的 RNA,以促进 circRNA 的形成。
写入器(Writers)
m6A 在 RNA 上的沉积是由一个多组分的甲基转移酶复合物(MTC)所完成,其中 METTL3 是核心催化亚基,负责将 S-腺苷-L-甲硫氨酸(SAM)上的甲基转移至腺苷。METTL3 的关键作用可由以下事实得到证明:在小鼠中敲除 METTL3 会导致胚胎死亡。METTL3 与甲基转移酶样蛋白 14(METTL14)协同作用,METTL14 增强 RNA 结合并协助底物识别。另一个关键组分是 WTAP(Wilms 瘤 1 相关蛋白),它通过其 N 端结构直接结合 METTL3,从而稳定 METTL3/METTL14 异源二聚体,并将该复合物引导至核散斑(nuclear speckles)——m6A 修饰主要发生的部位。MTC 还包括 RBM15、VIRMA(vir 样 m6A 甲基转移酶相关蛋白)、ZC3H13(CCCH 型锌指蛋白 13)等组分。除 MTC 之外,METTL16 与 METTL5 等酶也参与 RNA 甲基化。METTL16 修饰 mRNA 与非编码 RNA,而 METTL5 则以 18S rRNA 为底物,凸显出 m6A 写入器在 RNA 调控中所涉及的更广范围。最近的研究表明,METTL4 是 miRNA 与 snRNA 的一个重要 m6A 写入器,尤其是在动脉粥样硬化的背景下。然而,至少在哺乳动物的 snRNA 中,先发生的 2'-O 甲基化是 METTL4 进行 m6A 甲基化的必要前提,最终形成的是 m6Am 而非典型的 m6A。与此形成对比的是,在线虫与果蝇等其他生物中,METTL4 的同源蛋白可以直接生成 m6A 而非 m6Am。
擦除器(Erasers)
腺苷上甲基的去除由三种已知的去甲基化酶介导,分别是 FTO 和 AlkB 同源蛋白 5 与 3(ALKBH5、ALKBH3)。FTO 以逐步氧化的方式作用于 m6A,依次生成中间产物 N6-羟甲基腺苷(hm6A)与 N6-甲酰基腺苷(f6A),最终将分子恢复为腺苷。FTO 的功能因其细胞内定位而不同:在细胞核内,FTO 主要对 mRNA 上的 m6A 进行去甲基化;而在细胞质中,它则同时作用于 mRNA 上的 m6A 与 mRNA 5' 帽端的 m6Am。虽然 FTO 并非只对 m6A 具有特异性,但 m6A 在核内仍然是其主要底物;在核内 FTO 还可与 mRNA、snRNA、tRNA 等多种 RNA 相互作用。FTO 与 ALKBH5 同属 ALKB 酶家族,均依赖 Fe2+ 与 α-酮戊二酸来催化去甲基化反应。ALKBH5 是直接去除 mRNA 与 snRNA 上 m6A 修饰的主要去甲基化酶,且其过程不涉及氧化步骤,这一点与 FTO 有所不同。ALKBH5 的活性在调控 mRNA 出核与代谢方面起着关键作用。此外,ALKBH3 已被证明可促进哺乳动物 tRNA 的去甲基化。有趣的是,负责 rRNA 去甲基化的擦除酶目前尚未被鉴定出来。
读取器(Readers)
m6A 读取器是识别并结合特定靶 RNA 上 m6A 修饰位点的专门蛋白,它们由此启动一系列下游信号效应,影响 RNA 的代谢、稳定性、剪接、翻译与降解。这些读取器作为关键调控因子,通过解读 m6A 修饰来介导影响基因表达模式与细胞反应的过程。关键的读取器包括 YTH 结构域家族蛋白 1–3(YTHDF1-3)以及 YTH 结构域包含蛋白 1–2(YTHDC1-2)。YTHDF1-3 主要介导 mRNA 的降解,YTHDC1 调控 mRNA 的剪接,YTHDC2 则增强翻译。除这些核心读取器之外,诸如真核翻译起始因子 3(eIF3)、异质性胞核核糖核蛋白(HNRNP)以及胰岛素样生长因子 2 mRNA 结合蛋白(IGF2BP)等其他蛋白也已被识别,它们在细胞中各自发挥不同的功能。m6A 读取器功能的复杂性还因部分 RBP 偏好结合未修饰 RNA 而非 m6A 修饰的转录本而进一步扩展。
m6A 修饰在动脉粥样硬化性心血管疾病中的意义(The significance of m6A modification in atherosclerotic CVD)
对人类颈动脉组织进行分析显示,在动脉粥样硬化动脉中,m6A 甲基转移酶、去甲基化酶以及结合蛋白的表达与健康动脉相比均发生了变化。这些发现提示 m6A 修饰可能参与动脉粥样硬化的进展。本节将考察越来越多的证据,具体说明 m6A 修饰如何影响动脉粥样硬化性心血管疾病中的关键过程,并阐明 m6A 在疾病机制中的作用与潜在的治疗靶点。
血管内皮细胞功能障碍在动脉粥样硬化的发展中起着关键作用。TNF-α 刺激会使内皮细胞中的 METTL14 水平升高,并通过读取器蛋白 YTHDF1 的识别增强 FOXO1 mRNA 的翻译。该过程上调黏附分子的表达,并促进内皮-单核细胞黏附。METTL14 的缺失会导致内皮炎症减轻及动脉粥样硬化斑块形成减少。举例来说,m6A 修饰的 miRNA 已被报道在血管新生中起作用,Chamorro-Jorganes 等人发现 METTL3 可诱导 miR-18a-5p 与 let-7e-5p 的加工,从而增强内皮细胞功能与血管新生,而 METTL3 的缺失则会导致内皮功能丧失。由于内皮功能障碍也是动脉粥样硬化的标志之一,类似的机制很可能在动脉粥样硬化中起作用。事实上,Zhang 等人与 Chen 等人独立证明,类似的机制在促动脉粥样硬化条件下培养的血管细胞中调控 miRNA 的生物发生。
Zhang 等人发现,在动脉粥样硬化条件下培养的内皮细胞中,与 METTL3 协同发挥作用的 METTL14 表达被诱导。作者证明,METTL14 对 pri-miR-19a 进行 m6A 修饰可通过 DGCR8 诱导 miRNA 的生物发生。成熟的 miR-19a 表达减少则会抑制内皮细胞增殖。类似地,Chen 等人发现,METTL3 对 DROSHA 介导的 miR-375-3p 生物发生至关重要,无论是在血管平滑肌细胞(VSMC)中还是在动脉粥样硬化小鼠模型(高脂饮食喂养的 ApoE−/− 小鼠)中。miR-375-3p 表达增加会通过抑制 3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶 1(PDK1)而增强 VSMC 的表型转换并增加斑块易损性。然而,正如 van den Homberg 等人在人成纤维细胞的缺血模型中所展示的,miRNA 的 m6A 甲基化也可以通过生物发生以外的方式影响 miRNA 功能。在缺血培养条件下,许多血管活性 miRNA 的 m6A 甲基化水平升高,且这一过程独立于 METTL3、METTL14 与 miRNA 生物发生的速率。相反,血管活性 miRNA 的 m6A 甲基化由甲基转移酶 METTL4 诱导,m6A 水平的升高增强了这些 miRNA 抑制其已知 mRNA 靶标的能力。
周细胞是支持性细胞,在调控血管(尤其是毛细血管及小血管)中起着关键作用。其功能似乎也受到 m6A 介导的机制影响。在自发性高血压大鼠中,微血管周细胞中总体 m6A 甲基化水平下降,但 mRNA 的 3' 与 5' UTR 中 m6A 修饰仍很常见。这些观察提示周细胞中 m6A 甲基化的下降可能与高血压的发生存在联系。
由巨噬细胞及其他免疫细胞激活所驱动的炎症在动脉粥样硬化发生与发展中起着关键作用,部分受 m6A 修饰机制调控。METTL3 已被证明可通过抑制 NF-κB 通路减轻巨噬细胞中脂多糖诱导的炎症;而敲除 METTL14 则会降低内皮细胞中的炎症反应,进而抑制动脉粥样硬化斑块的形成。干扰素调节因子 1(IRF-1)的过表达会增加 circ_0029589 上的 m6A 甲基化并增强 METTL3 的表达,从而促进动脉粥样硬化巨噬细胞的凋亡与炎症。STAT1 是促炎信号中的关键转录因子,可被 METTL3 介导的 m6A 甲基化所稳定,并促进 M1 型巨噬细胞的极化。METTL3-STAT1 轴参与了动脉粥样硬化、肥胖相关脂肪重塑及腹主动脉瘤等病变下的炎症过程,使之成为潜在的抗炎治疗靶点。在动脉粥样硬化中,泛素羧基末端水解酶 L5(UCHL5)的表达升高,尤其是在 ox-LDL 刺激的 VSMC 中,并由此驱动关键的病理改变。METTL14 在这一过程中发挥作用,它通过 YTHDF1 对 UCHL5 mRNA 添加 m6A 修饰以增强其稳定性与表达。UCHL5 进而通过阻止 NLRP3 的降解而激活 NLRP3 炎症小体,从而放大炎症。
在炎症的角色之上,程序性细胞死亡通过放大免疫激活并直接促成斑块形成而进一步加剧疾病进展。失调的细胞凋亡、自噬、焦亡与铁死亡已被确认为动脉粥样硬化发展的贡献因素。越来越多的证据显示,m6A 修饰格局的改变可显著调控这些细胞死亡通路,从而影响疾病进展。例如在内皮细胞中,METTL3 介导的 NPC1L1 mRNA 过度甲基化会促进凋亡,从而加速动脉粥样硬化斑块的发展。METTL3 也被牵涉到血管内皮细胞中病毒诱导的凋亡过程;而 METTL14 的减少则显示出保护效应,可降低 ox-LDL 诱导的凋亡,并减少高脂饮食喂养小鼠的斑块面积。
除凋亡外,m6A 修饰也影响自噬。例如,m6A 擦除器 FTO 减少自噬关键启动因子 ULK1 转录本上的 m6A 甲基化,从而稳定 ULK1 并促进动脉粥样硬化相关细胞中的自噬。类似地,METTL3 通过提高自噬相关蛋白 ATG5 与 ATG7 的水平来促进 VSMC 中的自噬,进而抑制细胞迁移及与斑块发展相关的合成表型的形成。有趣的是,FTO 与 METTL3 在促进自噬方面表现出看似矛盾的作用,提示 m6A 可能在自噬调控中扮演双刃剑的角色,其效应依赖于所涉及的特定 RBP 与识别位点。
炎症性细胞死亡通路也与 m6A 修饰相关联,尤其是在巨噬细胞的焦亡过程中,炎症由 m6A 引起的变化所触发。METTL3 提高 lncRNA MALAT1 上的 m6A 水平,进而促进 USP8 mRNA 的降解,驱动巨噬细胞中的焦亡与炎症。有趣的是,锻炼已被证明可通过 m6A 修饰下调另一 lncRNA NEAT1,从而缓解这些炎症效应,凸显出外部因素如何影响 m6A 在炎症中的作用。
此外,m6A 修饰最近还与铁死亡(一种由铁依赖性氧化损伤驱动的细胞死亡方式)联系起来。中性粒细胞胞外诱捕网(NET)已被证明可通过 METTL3 介导的 GPX4 m6A 甲基化促进铁死亡,从而加剧斑块形成。反过来,Mettl3 敲除则被证明可抑制 NET 诱导的铁死亡,从而在脓毒症模型中保护机体免受炎症与肺损伤。METTL3 还可通过下调 SLC7A11 与 FSP1 等关键调控蛋白,在人主动脉平滑肌细胞(HASMC)中触发铁死亡,将 m6A 修饰与动脉粥样硬化中铁死亡与炎症的加剧联系起来。
由于缺血也是动脉粥样硬化的标志之一,这一机制很可能在动脉粥样硬化中直接起作用。最近,Woudenberg 等人报道了 METTL4 甲基化的 miRNA 之一 miR-494-3p 参与颅内动脉粥样硬化——缺血性卒中的主要原因。该 miRNA 增强了颅外动脉粥样硬化的早期病变形成、斑块进展及斑块易损性,并在颅内动脉粥样硬化的进展与失稳中起着关键作用。其表达在晚期动脉粥样硬化的人椎动脉内皮层中显著升高,并与 m6A 共定位。miR-494-3p 受到 m6A 甲基化修饰,m6A 修饰的 miR-494-3p(而非未甲基化的 miR-494-3p)以位点特异性的方式抑制紧密连接蛋白 ZO1 的表达。miR-494-3p 理论上可在三个不同的腺苷位点上发生甲基化,但只有成熟 miR-494-3p 5 号位点上的 m6A 才能有效抑制 ZO1 的表达。紧密连接蛋白 ZO1 是血脑屏障的组成部分,ZO1 表达的丧失会降低内皮的完整性,并可能加速斑块的失稳。
在心肌缺血的背景下,m6A 甲基化已成为一个重要的调控因子,影响受损心脏组织中的细胞反应。缺血心肌组织中 mRNA 的 m6A 甲基化水平显著高于非缺血区域。还已证明,在缺氧/复氧(H/R)条件下的心肌细胞以及遭受缺血/再灌注(I/R)损伤的小鼠心肌组织中,m6A 修饰水平与 METTL3 表达均升高,而其他甲基化酶未见显著变化。该研究将 METTL3 鉴定为 H/R 心肌细胞及 I/R 损伤心肌中异常 m6A 修饰的主要贡献因素。此外,METTL3 的过表达已被证明会抑制 H/R 心肌细胞中的自噬通量并增加凋亡,提示其作为自噬负调控因子的角色。
综上所述,m6A 修饰正日益被认为是动脉粥样硬化中的核心调控因子,影响炎症、程序性细胞死亡与血管重塑等过程。随着 Oxford Nanopore 等直接 RNA 测序技术的出现,研究者现在拥有了更细致探索表观转录组学格局的工具。这些进展有望识别转录组范围内的全局 m6A 模式,带来新的发现,并提供对 m6A 在动脉粥样硬化中作用的更全面理解。
腺苷至肌苷编辑(A-to-I editing)
A-to-I 编辑是一种在更广泛的 RNA 编辑过程(其中还包括胞嘧啶至尿苷的编辑以及核苷酸的插入与缺失)中使转录组多样化的保守机制。从腺苷 C6 位点上脱去供氢的氨基而代之以受氢的氧,即将腺苷转化为肌苷。肌苷的行为类似于鸟苷,可产生多种下游效应。A-to-I 编辑主要发生在灵长类特有的 Alu 序列(长度约 300 个核苷酸)之中。该过程发生于这些重复序列在转录后进行排列与配对,从而形成双链 RNA(dsRNA)结构之时。A-to-I 编辑可在转录后改变密码子、引入或去除剪接位点、修饰 miRNA 的靶向、影响 RNA 与自身或其他 RNA 的碱基配对,以及它与 RNA 结合蛋白的相互作用。具体到编码区时,这种编辑可导致蛋白质氨基酸序列的改变,从而潜在地改变其功能。有趣的是,编辑图谱在不同组织之间差异显著,动脉是编辑程度最高的组织之一,凸显了 A-to-I 编辑在动脉粥样硬化发病机制中的潜在作用。
A-to-I 的水解脱氨反应由作用于 RNA 的腺苷脱氨酶(ADAR)家族执行,在哺乳动物中该家族由三个 ADAR 同源蛋白(ADAR1-3)代表。ADAR1 与 ADAR2 广泛表达并具有催化活性,且与 METTL3 类似,敲除其中任一酶在小鼠中均致死,反映了它们在细胞功能中的关键作用。ADAR1 在非编码重复区域(如 Alu 元件)内结合 dsRNA 并将腺苷转化为肌苷,从而在细胞稳态中起着关键作用。这种 A-to-I 编辑所承担的基本功能是减少 dsRNA 的积累——如果 dsRNA 不被及时处理,可能会触发不当的免疫反应。ADAR2 专注于编辑特定编码区以修饰蛋白质功能,与之不同,ADAR1 的作用更为广泛,并在多数人类组织中表达,凸显出其在系统层面的重要性。通过修饰 dsRNA,ADAR1 可有效防止 MDA5(由 IFIH1 编码)的激活——MDA5 是一种胞质内模式识别受体,可感知外源 dsRNA 并启动抗病毒免疫反应。因此,ADAR1 不仅有助于维持 RNA 完整性,还调节免疫敏感性,在对内源 dsRNA 的细胞耐受与对潜在自身免疫反应的防护之间保持平衡。第三个同源蛋白 ADAR3 仅在脑中表达,且缺乏脱氨酶活性,提示其在 RNA 代谢中起调节性而非酶促性的作用。事实上,已有报道 ADAR3 可抑制 ADAR1 介导的编辑,表明它可能在精细调控 RNA 编辑活性方面发挥作用。目前尚无已知的酶能将肌苷逆转回腺苷。然而,某些蛋白能作用于肌苷修饰的 RNA:人抗原 R(HuR 或 ELAVL1)以依赖于肌苷存在的方式结合 RNA,而核酸内切酶 V(ENDOV)则专门靶向并切割富含肌苷修饰的 Alu 序列。
A-to-I 修饰在动脉粥样硬化性心血管疾病中的意义(The significance of A-to-I modification in atherosclerotic CVD)
与 m6A 修饰在动脉粥样硬化中相对深入的研究相比,我们对该疾病中 A-to-I 编辑的理解仍然有限。然而,越来越多的证据显示,主要由 ADAR1 介导的 A-to-I RNA 编辑参与了对动脉粥样硬化发生与斑块稳定性具有贡献的多种机制。A-to-I 编辑在 dsRNA 区域内将腺苷残基转化为肌苷,似乎在调节炎症反应、稳定斑块以及调控促动脉粥样硬化信号通路中起着重要作用。
Stellos 等人发现,在冠状动脉与颈动脉的动脉粥样硬化动脉、主动脉瘤以及用 TNF-α 与干扰素 γ(IFN-γ)处理的缺氧或炎症的内皮细胞中,ADAR1 驱动的 A-to-I 编辑水平升高。该编辑活性通过上调与炎症相关的组织蛋白酶 S(Cathepsin S)而增强炎症环境。此外,动物研究提示,ADAR1 介导的 A-to-I 编辑通过对 Cathepsin S mRNA 的编辑而支持抗 oxLDL 抗体的斑块稳定作用,这对于旨在增强动脉粥样硬化斑块稳定性的治疗策略具有意义。
在被 TNF-α 等炎症细胞因子激活的内皮细胞中,ADAR1 还在促进趋化因子与黏附分子表达方面起作用。例如,在 TNF-α 刺激的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)中,ADAR1 对 lncRNA NEAT1 的编辑可稳定其表达,导致 CCL2、CXCL8、ICAM-1 与 VCAM-1 等促动脉粥样硬化分子水平升高。这些分子在将炎症细胞招募至内皮方面至关重要,从而加剧动脉粥样硬化病变的发展。此外,在外周血单个核细胞(PBMC)中,ADAR1 对 NEAT1 进行编辑并使其稳定,这与动脉粥样硬化疾病严重程度相关,进一步强调了 ADAR1 对动脉粥样硬化发生的影响。
此外,在人颈动脉斑块中,ADAR1 的表达与核酸内切酶 V(ENDOV)mRNA 及肌苷水平的升高相关,这可能进一步影响斑块的稳定性与炎症细胞的浸润。在缺乏 ENDOV 的 ApoE−/− 小鼠中,斑块大小明显缩小,单核细胞浸润减少,提示靶向 ENDOV 可能成为减轻动脉粥样硬化严重程度的有效策略。
平滑肌细胞与炎症之间的相互作用是动脉粥样硬化进展中的关键因素。最近的研究发现,SMC 中 ADAR1 介导的 A-to-I RNA 编辑在调节免疫激活中起着重要作用,尤其是通过 RNA 感受器 MDA5 实现。ADAR1 对 SMC 中具有免疫原性的 dsRNA 进行编辑,可防止 MDA5 触发干扰素刺激反应,否则该反应将加重动脉粥样硬化斑块内的炎症。当 ADAR1 在 SMC 中被选择性敲除时,失控的 MDA5 激活会导致炎症信号增强、细胞应激与血管重塑,从而加速动脉粥样硬化的进展。这些结果凸显了 ADAR1 在维持斑块稳定性与控制炎症方面的重要性,提示靶向 ADAR1-MDA5 轴可能是动脉粥样硬化的一种有前景的治疗策略。
综上,这些发现表明 A-to-I 编辑在调节动脉粥样硬化中的炎症、斑块稳定性与免疫细胞动态方面扮演着复杂的角色。针对 ADAR1 开发的疗法(如针对 α1-抗胰蛋白酶缺乏症的疗法)提供了有前景的模型,可能被改造用于动脉粥样硬化的治疗。靶向该 RNA 编辑通路可能为控制乃至减缓动脉粥样硬化疾病的进展提供创新方法。
本章个人批注
本章将"表观转录组学"作为对中心法则之外调控层的系统性介绍落到了 RNA 化学修饰的层面,重点放在 m6A 与 A-to-I 两种最常被研究且与心血管疾病相关的修饰上。读完后我的几点感受与判断。
第一,作者对"writers / erasers / readers"的介绍框架非常工整,但读完发现可逆/不可逆的二分对 m6A 来说很自然(FTO、ALKBH5 等擦除器确实存在),而对 A-to-I 来说只是形式上的归类——文中也明说目前没有任何酶能把肌苷还原回腺苷。这说明二分法其实在机制层面并不对称,更像是一个教学性框架,把所有 RNA 修饰强行纳入一个"动态调控"叙事。如果未来出现 A-to-I 的"eraser",这一框架就会被反向支撑;否则,它对 A-to-I 而言只是一个名义上的标签。
第二,关于 m6A 在血管生物学中的功能,作者几乎完全沿着"特定甲基转移酶/读取器—特定靶 mRNA—特定细胞表型"的线性链条展开叙述。这种结构非常适合产生候选靶点(METTL3、METTL14、YTHDF1、FTO 等都被提及),但读起来会给人一种"一切都是通路"的感觉。文中自己也点出了这一点——FTO 与 METTL3 在自噬上作用相反,被解读为"m6A 是一把双刃剑"。我对这一点的理解是:当效应依赖于 RBP 与识别位点时,m6A 的功能后果不可单看修饰本身,必须连同位点上下文一起评估;这恰好是表观转录组学最不像表观遗传学之处——它的"位点效应"比组蛋白修饰还要精细。
第三,miR-494-3p / ZO1 / 血脑屏障这一段我觉得是本章里生物学含义最具体的一节。同一个 miRNA 有三个潜在甲基化位点,但只有 5 号位点上的 m6A 才能有效抑制 ZO1。这种"位点特异性的功能输出"是表观转录组学区别于简单 mRNA 表达调控的关键,也最直接提示将来如果要开发 m6A 相关疗法,靶向位点本身(而不只是酶)是一条合理思路。当然,作者也只是把这一观察转述出来,机制层面还远没有解释清楚。
第四,A-to-I 在动脉粥样硬化中的部分写得很克制——作者明确说"理解仍然有限",并以 ADAR1 在 SMC 中通过 MDA5 抑制干扰素反应作为代表性例子。我认为这一节最值得注意的是 ADAR1-MDA5 轴这一较新的概念,它把"RNA 编辑不足 → dsRNA 累积 → 天然免疫误激活"和动脉粥样硬化连起来,是有可能打通"RNA 修饰—炎症—斑块稳定性"三者的一个潜在枢纽。ENDOV 在 ApoE−/− 敲除小鼠中的表型也很有意思,因为它把"识别肌苷的核酸酶"和"单核细胞浸润"连起来,机制尚不清晰,但提供了另一种治疗切入点的暗示。
最后,从全书结构看,第六章讲的是细胞内信号通路(NF-κB、AP-1、JAK/STAT 等),本章则把视角拉到了"信号通路作用完之后,RNA 分子上发生了什么"。这两章是互补的:第六章告诉我们哪些信号被激活,本章告诉我们这些信号最终如何通过 RNA 上的化学修饰被进一步放大或衰减。这与第 5 章讲 ncRNA 是从"哪些 RNA 分子参与调控"的角度切入,三个章节合起来构成"信号—ncRNA—化学修饰"的三层结构。
与上下章的衔接(一段话)
本章位于全书的第 7 章,紧接第 6 章对细胞内信号通路(NF-κB、AP-1、JAK/STAT、mTOR、Notch 等)的系统讨论。两者之间存在明显的递进关系:第 6 章回答的是"在动脉粥样硬化过程中哪些信号通路被激活并调控基因表达",本章则把视角推进到"被这些信号通路调控的转录本上,又进一步发生了什么化学修饰"——也就是表观转录组层面的精细调控。向前看,第 5 章已经讨论过 ncRNA 在斑块发展中的作用,本章虽然没有显式回到 ncRNA,但其中关于 m6A 修饰影响 miRNA 生物发生(METTL3/pri-miRNA/HNRPA2B1/DGCR8 通路)、影响 lncRNA XIST 与 MALAT1 功能、影响 circRNA 反向剪接的内容,实际上为第 5 章 ncRNA 主题提供了"化学修饰如何调控 ncRNA"的另一维度。向后看,第 8 章将转入"转录组学方法学要点"(Essentials of transcriptomic methods),因此本章为读者建立了一个具体的生物学问题域(m6A、A-to-I),让方法学章节在介绍 RNA 修饰测序(如 miCLIP、SCARLET、Oxford Nanopore 直接 RNA 测序等)时有明确的应用对象;也就是说,第 7 章是连接"信号通路"(第 6 章)与"方法学"(第 8 章)的关键过渡——它为读者提供了一组具体的修饰系统(m6A、A-to-I)以及它们在疾病中的生物学意义,使方法学章节中讲到的检测与定量技术有所指向。