RNA m7G 甲基化调控因子在慢性阻塞性肺疾病中的关键作用揭秘

《Scientific Reports》：RNA m7G methylation regulators and targets significantly contribute to chronic obstructive pulmonary disease

为探究 RNA m7G 甲基化在慢性阻塞性肺疾病（COPD）中的作用，研究人员经多方法研究，发现关键基因及靶点，意义重大。

　　慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一种常见的肺部疾病，严重威胁着全球数亿人的健康，它就像一个隐藏在呼吸道中的 “恶魔”，悄无声息地破坏着肺部功能，成为世界第三大死因。COPD 与衰老、空气污染和吸烟等因素密切相关，给社会经济和医疗保健带来了沉重的负担。

在众多影响 COPD 的因素中，RNA 的甲基化修饰逐渐进入人们的视野。RNA 甲基化修饰种类繁多，其中 7 - 甲基鸟苷（m7G）RNA 甲基化是一种广泛存在且在进化上保守的修饰方式，它在 mRNA 的输出、翻译等过程中发挥着关键作用，还参与维持 tRNA 的稳定性等。然而，目前关于 m7G 甲基化在 COPD 中的作用机制尚不清楚，这就像一层迷雾笼罩着该领域的研究。

为了揭开这层迷雾，暨南大学医学院公共卫生与预防医学系的研究人员开展了一项深入的研究。他们希望通过探索 m7G 甲基化调控因子在 COPD 中的作用，为 COPD 的防治提供新的思路和靶点。这项研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。他们从公共数据库中获取了基因表达数据，包括 GSE76925（包含 111 例 COPD 患者和 40 例正常对照的肺组织样本）和 GSE196638（用于单细胞水平验证）。利用 R 语言相关的多种包进行数据分析，如使用 “limma” 包筛选差异表达基因，运用 “ConsensusClusterPlus” 包进行共识聚类分析等。还通过细胞培养构建人胚胎肺成纤维细胞（HEFs）的细胞早衰（PS）模型，并进行实时定量聚合酶链反应（qRT-PCR）验证。

研究结果如下：

1. m7G RNA 甲基化调控因子的差异分析：对 25 种 m7G RNA 甲基化调控因子进行差异表达分析，发现 15 种在 COPD 患者和正常对照之间存在显著差异。多数 m7G 调控因子在 COPD 患者中表达上调，这表明 m7G 修饰在 COPD 肺组织中普遍增加，对 COPD 的发展有着重要影响。
2. m7G 模式分类：基于 15 种关键 m7G 调控因子进行共识聚类分析，将患者分为 A、B 两个亚型。主成分分析（PCA）显示，这 15 种调控因子能很好地区分这两种 m7G 模式。且两个亚型的患者在临床指标和免疫细胞浸润上存在差异，这对于 COPD 的精准治疗具有重要意义。
3. 疾病特征基因筛选及相关性分析：运用 LASSO、随机森林（RF）和支持向量机递归特征消除（SVM-RFE）三种机器学习算法，筛选出 7 个疾病特征基因，包括 CYFIP2、EIF3D、EIF4G3、GEMIN5、METTL1、NCBP2 和 SNUPN。这些基因的表达水平与 COPD 的关键临床指标 FEV₁/FVC 及疾病严重程度相关，表明它们在 COPD 进展中发挥着重要作用。
4. 关键靶点及基因相互作用分析：通过蛋白质 - 蛋白质相互作用（PPI）网络分析，筛选出 CAT 作为 m7G 甲基化的关键靶点。COPD 患者中 CAT 基因表达水平低于健康对照，且与多个 m7G 调控因子存在相关性，这揭示了 m7G 调控因子与 COPD 关键基因之间的潜在调控机制。
5. 基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）分析：对差异表达基因进行 GO 和 KEGG 富集分析，发现多数差异表达基因富集在炎症和免疫反应相关的类别和通路中，如胰腺分泌、白细胞介素 17（IL-17）信号通路等，这进一步解释了 COPD 的发病机制与炎症和免疫反应密切相关。
6. 免疫细胞浸润分析：评估 COPD 患者和健康对照之间免疫细胞的差异，发现 10 种免疫细胞存在显著差异。且 m7G 模式 A 和 B 在免疫细胞浸润上也有不同，部分 m7G 调控因子与免疫细胞存在相关性，表明 m7G 调控因子与 COPD 的免疫微环境密切相关。
7. 单细胞测序及亚聚类分析：对肺气肿组织进行单细胞测序，发现 7 个疾病特征基因在不同细胞类型中的表达存在差异。对 T 细胞和 B 细胞进行亚聚类分析，发现疾病特征基因与 T 细胞、B 细胞亚群密切相关，进一步证实了 m7G 调控因子在免疫细胞中的重要作用。
8. 疾病本体（DO）分析：DO 分析表明差异表达基因与多种肺部疾病相关，且多个基因在多种肺部疾病中存在交叉，提示这些基因在肺部疾病的发生发展中可能具有协同作用。
9. 细胞衰老模型验证及基因集富集分析（GSEA）：利用 HEFs 细胞早衰模型进行验证，发现 7 个疾病特征基因和目标基因 CAT 的 mRNA 水平变化与 GSE76925 数据集一致。GSEA 分析显示，相关通路在细胞早衰模型和生物数据集中均上调，表明 m7G 相关疾病特征基因在 COPD 和衰老相关疾病中发挥重要作用，且与炎症免疫通路密切相关。通过 RNA 免疫沉淀技术（RIP-Q-PCR）证实了 METTL1 与 CAT 的结合，且在 PS 组中结合水平显著升高。

研究结论和讨论部分指出，该研究首次全面分析了 m7G 调控因子在 COPD 发病机制、亚型分类、免疫浸润和临床指标方面的作用。筛选出的 7 个疾病特征基因可能通过调节 FEV₁/FVC 和免疫浸润影响 COPD 进展，为 COPD 的研究提供了重要参考。CAT 基因作为 m7G 甲基化的潜在靶点，为 COPD 的预防和干预提供了新的方向。然而，该研究也存在局限性，如样本量有限等，未来还需要进一步的体外研究和临床样本验证。但总体而言，这项研究为深入了解 COPD 的发病机制和治疗策略提供了新的视角和理论依据，具有重要的科学意义和临床价值。