综述：m6A RNA 修饰对骨骼生成途径的调控：全面综述

《Calcified Tissue International》：Regulation of Skeletogenic Pathways by m6A RNA Modification: A Comprehensive Review

本文全面综述了 m6A RNA 甲基化在骨骼发育中的作用。m6A 修饰通过调节关键信号通路，如 TGF-β、BMP 等，影响成骨细胞、破骨细胞分化及软骨细胞成熟等过程，且与多种骨骼疾病相关，对深入理解骨骼生物学意义重大。

　　

引言

N⁶- 甲基腺苷（m⁶A）是一种广泛存在的 RNA 修饰，在真核生物中对 RNA 的成熟、剪接、运输、降解和翻译等代谢过程有着显著影响。m⁶A 修饰的动态调控由甲基转移酶复合物（MTC）、去甲基化酶（如 FTO 和 ALKBH5）以及阅读蛋白（如 YTHDF 和 IGF2BP 家族）共同完成。近年来，m⁶A RNA 修饰在骨骼组织的正常和病理过程中的作用备受关注，它参与调节间充质干细胞（MSCs）向成骨、成脂或成软骨谱系的分化，对骨骼组织的发育和形态发生至关重要，还与机械转导过程以及多种骨骼疾病相关。然而，目前缺乏对 m⁶A 修饰与骨骼发育和稳态相关信号通路之间复杂调控关系的全面综述，本文旨在填补这一空白。

m⁶A RNA 甲基化与主要骨骼发育途径的调控联系

1. TGF-β 和 BMPs 超家族介导的途径：TGF-β 超家族包括 TGF-β 和 BMPs 等，在骨骼结构发育、形态发生和再生中起关键作用。虽然 m⁶A RNA 修饰与 TGF-β 信号在骨骼组织中的直接调控联系尚不清楚，但已有研究表明存在潜在关联。例如，GDF11 在异位成骨过程中 RNA 水平 m⁶A 低甲基化，且可抑制成骨细胞分化和骨形成；GAS5 是 TGF-β 信号的上游调节因子，也是 m⁶A 修饰的下游靶点。与 TGF-β 不同，BMP 信号与 m⁶A RNA 修饰之间的直接和间接调控联系已得到较多研究。如 METTL3 对 BMP2 的修饰在促进其表达或增强成骨细胞分化中发挥不同作用，ALKBH5 可通过促进 BMP2 RNA 去甲基化增强骨化等。
2. Hedgehog 信号通路：Hedgehog（Hh）信号在动物发育中起重要作用，在骨骼结构发育和软骨分化启动中也有重要功能。研究发现，m⁶A RNA 修饰可直接调节 Shh 信号通路，如 Mettl3 甲基化 Ptch1 和 Gli2 RNAs 影响其稳定性和翻译；Wtap 通过维持 Shh mRNA 稳定性促进成釉细胞分化。在成骨和牙周组织中，FTO 和 METTL14 的表达变化与 Hh 信号成分相关，但具体调控联系有待进一步研究。
3. Notch 信号通路：Notch 信号在骨骼发育的多个方面发挥作用，包括细胞命运决定、骨骼生长和重塑等。虽然在正常条件下，m⁶A 对骨骼细胞中 Notch 通路成分的直接调控知之甚少，但已有研究表明，在胚胎发育中，Mettl3 依赖的 m⁶A 甲基化抑制 Notch 通路对骨骼组织血管生成很重要；在小鼠成骨分化过程中，Fto 表达增加，其依赖的去甲基化导致 Notch 信号通路成分表达升高。
4. Wnt/β -Catenin 信号通路：Wnt 信号在胚胎生长、形态发育和骨骼生成中至关重要。m⁶A RNA 修饰与 Wnt/β -Catenin 信号通路的调控联系研究较多。在骨癌中，METTL3 增加 LEF1 的 m⁶A 水平，激活 Wnt/β -Catenin 信号通路；在正常骨中，METTL14 依赖的 m⁶A 甲基化增强 TCF1 mRNA 稳定性，促进成骨细胞分化。在软骨中，YTHDF1 通过激活 Wnt/β -Catenin 信号促进软骨分化，而在炎症条件下，WTAP 依赖的 m⁶A 甲基化可导致软骨细胞凋亡。

m⁶A RNA 甲基化与生长因子介导信号的调控联系

1. 生长因子信号通路：成纤维细胞生长因子（FGFs）和胰岛素样生长因子（IGFs）在脊椎动物发育和骨骼形成中起重要作用。目前对 IGF 和 FGF 信号通路与 m⁶A RNA 修饰在骨骼生成中的直接调控联系了解有限。已知 ALKBH5 对 IGF - 2 的去甲基化促进其表达，进而促进成骨和骨化；Mettl3 依赖的 m⁶A 甲基化促进 miR - 7212 - 5p 成熟，抑制成骨细胞分化。此外，IGF 结合蛋白（IGFBPs）在骨骼形成中作为 m⁶A 阅读蛋白发挥作用，如在牙髓干细胞（DPSCs）中，METTL3 通过 IGF2BP2/3 增强某些基因的 mRNA 稳定性，诱导成牙本质细胞分化。
2. MAPKs 介导的信号：丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）包括 ERK、JNK 和 p38 MAPK 等，在细胞信号转导中起关键作用，对骨骼和牙齿发育至关重要。研究表明，m⁶A RNA 修饰与 MAPK 信号之间存在广泛的调控联系。在炎症性骨病中，METTL3 缺失可放大 MAPK 信号通路；在正常条件下，METTL3 通过调节 lncRNA（RP11 - 44）激活 MAPK 信号通路，促进成骨细胞分化。在破骨细胞生成和软骨细胞增殖等过程中，m⁶A 阅读蛋白也参与调节 MAPK 信号。
3. PI3K - AKT 通路：PI3K - AKT 信号通路在骨骼生成和维持中起重要作用，可调节成骨细胞、破骨细胞和软骨细胞的活动。该通路与 m⁶A RNA 修饰的相互作用研究较多。在骨组织中，miR - 451a 通过阻断 YTHDC1 介导的 PDPK1 的 m⁶A 甲基化，抑制 AKT/mTOR 通路，抑制骨肉瘤进展；而在成骨分化过程中，METTL3 表达增加可激活 PI3K - AKT 信号通路。在其他骨骼组织中，如牙齿和软骨，也存在 m⁶A 修饰对 PI3K - AKT 通路的调控作用。
4. Hippo 信号通路：Hippo 信号通路通过 YAP/TAZ 调节器官生长和组织稳态，在骨骼细胞分化和组织发育中起重要作用。目前，Hippo 信号通路与 m⁶A RNA 修饰之间的直接调控联系证据较少。研究发现，KIAA1429 介导的 CHST11 的 m⁶A 甲基化影响其 mRNA 稳定性，进而可能影响 Hippo - YAP 信号；m⁶A 甲基化的 YAP 转录本可促进骨肉瘤细胞增殖，ALKBH5 介导的 YAP 去甲基化则抑制其增殖。

m⁶A RNA 甲基化与核受体介导信号的调控联系

1. 维甲酸信号通路：维甲酸（RA）在骨骼早期形态发生和胚胎前后轴模式形成中起关键作用。目前仅有一项研究探讨了 m⁶A RNA 修饰与 RA 信号在骨骼组织中的直接调控联系，发现 METTL14 通过 m⁶A 甲基化增加 MN1 的 mRNA 稳定性，抑制 RAR/RXR 介导的转录，促进骨肉瘤进展。此外，在牙齿 / 颌骨发育中，RA 信号通过抑制 miR - 185 - 5p 促进成釉细胞和骨细胞分化，而 METTL3 和 ALKBH5 可间接影响 miR - 185 - 5p 的表达，但具体调控关系尚未在骨骼组织中研究。
2. 糖皮质激素信号通路：糖皮质激素（GCs）通过与糖皮质激素受体（GR）结合调节基因转录，在骨骼生成和形态适应中起作用。研究表明，GC 信号可作为 m⁶A RNA 甲基化过程的上游抑制剂，抑制成骨细胞分化；而 Mettl14 通过增加 GPX4 的 m⁶A 介导的稳定性，抑制破骨细胞分化，增强骨形成。这些结果表明 GC 信号和 Mettl14 依赖的 m⁶A 甲基化在破骨细胞分化中起相反作用，在软骨和牙齿中的调控关系有待进一步研究。
3. 雌激素信号通路：雌激素通过雌激素受体（ER）和 G - 蛋白相关受体在骨骼系统形成和再生中起重要作用。在软骨细胞中，雌激素信号影响细胞增殖和分化；在骨组织中，雌激素缺乏可导致骨质疏松，与 METTL3 和 METTL14 的表达变化有关。例如，雌激素缺乏可导致 Mettl3 下调，降低 Runx2 的 mRNA 稳定性，抑制成骨细胞分化；同时，雌激素可通过间接调节 METTL3 表达，影响破骨细胞分化。

m⁶A RNA 甲基化与钙依赖途径的调控联系

1. NFAT 信号通路：NFAT 信号通路在骨骼发育和形态发生中起关键作用，通过调节成骨细胞和破骨细胞的分化维持骨骼稳态。越来越多的研究揭示了 NFAT 信号与 m⁶A RNA 修饰在骨骼组织中的复杂调控联系。在破骨细胞生成过程中，NFATc1 与 Atp6v0d2 的表达调控存在复杂关系，METTL3 和 METTL14 对 NFATc1 的调控作用相反，FTO 则通过不同机制促进破骨细胞分化。此外，WTAP 和一些 m⁶A 阅读蛋白也参与调节 NFATc1 的功能。
2. 一氧化氮信号通路：一氧化氮（NO）信号通路在骨骼细胞分化和机械适应中起作用。目前仅有两项研究探讨了 m⁶A RNA 修饰与 NO 信号通路在骨骼组织中的直接调控关系。在炎症诱导的破骨细胞生成过程中，METTL3 表达降低，增加 NOS2 mRNA 和 iNOS 蛋白的稳定性，抑制破骨细胞分化；在骨再生过程中，METTL3 通过促进 iNOS 的 m⁶A 甲基化和增加其 mRNA 稳定性，诱导巨噬细胞介导的成骨细胞分化和骨形成。
3. PTH 信号通路：甲状旁腺激素（PTH）和甲状旁腺激素相关肽（PTHrP）在调节骨代谢和骨骼发育中起重要作用。目前仅有两项研究在牙齿和骨骼中探讨了 m⁶A RNA 修饰与 PTH 信号通路的直接调控联系。在小鼠中，Mettl3 的条件性敲除导致骨质疏松样症状，影响 Pth/Pth1r 信号轴；在牙齿发育过程中，Mettl3 的缺失导致 Pthr1 翻译减少，影响成牙本质细胞的增殖、迁移和分化。

结论

m⁶A RNA 甲基化与骨骼生成信号通路之间存在复杂的相互作用，对骨骼发育、稳态和疾病有着重要影响。m⁶A 修饰通过调节关键信号通路，调控成骨细胞、破骨细胞和软骨细胞的分化，以及骨骼重塑等过程。m⁶A 修饰剂具有促进和抑制特定信号级联的双重作用，其影响具有组织特异性和环境依赖性。此外，m⁶A 甲基化与正常和病理骨骼组织中的信号通路的联系，表明其在维持骨骼稳态和驱动骨骼疾病（如骨肉瘤、骨质疏松和骨关节炎）发生发展中的重要作用。尽管在该领域已取得显著进展，但仍有许多问题有待解决，如 m⁶A 动态变化的精确上游调节因子、m⁶A 与非编码 RNA 在骨骼生物学中的相互作用，以及环境和机械因素对这些调控网络的影响等。未来的研究应利用先进技术，如单细胞转录组学和表观转录组分析，进一步揭示 m⁶A 修饰在不同骨骼细胞类型和发育阶段的特定作用，为治疗骨骼疾病和促进组织再生提供新的策略和靶点。