探秘神经炎症：病理性 α- 突触核蛋白调控 METTL3 的关键作用

本文聚焦帕金森病（PD）、阿尔茨海默病（AD）等神经退行性疾病。研究发现，在 Mn 和 αSynf诱导的小胶质细胞激活中，m6A 甲基转移酶复合物关键成分 METTL3 显著上调且功能异常，影响炎症因子表达，为理解疾病机制及治疗提供新方向。

　　

研究背景

帕金森病（PD）、阿尔茨海默病（AD）和路易体痴呆（DLB）等神经退行性疾病，其特征之一是错误折叠的 α- 突触核蛋白（αSyn_f）积累。αSyn 是一种参与多种细胞功能的小而可溶的突触前蛋白，而病理性 αSyn_f的持续积累会激活小胶质细胞，引发炎症反应，进一步促进 αSyn_f的错误折叠和积累，形成恶性循环，导致多巴胺能神经元变性。

除了遗传因素，衰老和接触神经毒性化学物质是帕金森病的重要风险因素，其中锰（Mn）暴露备受关注。Mn 在职业环境中广泛存在，如金属和煤矿工人、焊工等人群易接触到。研究表明，Mn 暴露会诱导小胶质细胞长期激活、增强炎症小体活性，并增加神经炎症细胞因子和趋化因子的释放。然而，Mn 和 αSyn_f诱导小胶质细胞激活的确切机制尚不清楚。

近年来，N6 - 甲基腺苷（m⁶A）RNA 修饰在神经退行性疾病中的作用逐渐受到关注。m⁶A 是真核细胞中最丰富的 RNA 修饰，由 “writer”（如 METTL3 和 METT14 等甲基转移酶）、“eraser”（如 ALKBH5 和 FTO 等去甲基化酶）和 “reader”（如 YTHDF1/2/3 和 IGF2BP1/2/3 等 m⁶A 结合蛋白）三类蛋白质可逆且动态地调节。m⁶A 修饰参与细胞周期、神经发育和体内平衡等重要过程，其水平改变与多巴胺能神经元死亡和小胶质细胞激活状态有关。已有研究报道，在多种神经退行性疾病模型中，m⁶A 修饰相关蛋白存在失调，但上游 writer 蛋白变化的功能影响尚不清楚。基于此，研究人员推测 METTL3 可能在神经毒性应激下调节神经炎症过程，尤其是在 Mn 诱导的帕金森病和病理性 αSyn 介导的突触核蛋白病中。

研究结果

1. METTL3 在 Mn 和 αSyn_f诱导的小胶质细胞激活过程中失调且活性增强：小胶质细胞在 Mn 诱导的神经毒性中会诱导神经炎症因子，αSyn_f也是驱动神经炎症激活的强效炎症原。研究人员通过将 C20 人小胶质细胞暴露于 LPS、Mn 或 αSyn_f不同时间，利用免疫细胞化学（ICC）检测 METTL3 的表达和定位。结果发现，LPS 在处理 1 小时后就诱导 METTL3 显著上调，48 小时后下降；Mn 在 3 小时和 12 小时显著增加 METTL3 表达，12 小时时其主要定位于细胞质；αSyn_f在 12 小时诱导 METTL3 上调，且主要定位于细胞核。在星形胶质细胞中，METTL3 在 LPS、Mn 或 αSyn_f处理 3 小时和 12 小时后也显著增加，但未观察到定位变化。蛋白质免疫印迹（WB）分析进一步证实，在 Mn 和 αSyn_f处理 12 小时的小胶质细胞中，METTL3 水平显著增加。同时，研究人员还分析了 m⁶A 甲基转移酶复合物（MAC）的其他关键成分，发现 WTAP 和 VIRMA 显著增加，而 METTL14 表达无变化。m⁶A 甲基转移酶活性测定显示，在 Mn 和 αSyn_f处理的小胶质细胞中，甲基转移酶活性显著增加，且 m⁶A mRNA 修饰也显著增加。这些结果表明，METTL3 可能通过新的机制参与 Mn 和 αSyn_f诱导的促炎反应。
2. METTL3 介导 Mn 和 αSyn_f诱导的小胶质细胞激活过程中促炎细胞因子的产生：为评估失调的 METTL3 在神经退行性疾病中的病理相关性，研究人员分析了公开数据集。利用 Allan Brain Institute Brain Explorer 发现，METTL3 在海马体、杏仁核、基底神经节（包括纹状体）和后脑（包括小脑）等区域高度表达，这些区域与神经退行性疾病相关。通过 Human Microglial Atlas 和 Broad Institute Single Cell Portal 分析发现，METTL3 在 AD、DLB 和 PD 患者的小胶质细胞中表达增加，且 m⁶A reader 蛋白 YTHDF2、IGF2BP1 - 3 存在失调。通过在线 m⁶A 位点预测软件 SRAMP，研究人员发现 IL - 1α、IL - 1β、IL - 6 和 TNF - α 等促炎细胞因子的转录本具有强烈的 m⁶A 修饰。功能研究表明，通过 siRNA 介导的 METTL3 敲低显著抑制了 Mn 和 αSyn_f诱导的这些促炎细胞因子的增加；过表达野生型 METTL3（METTL3^WT-FLAG）显著上调了某些促炎细胞因子的基础表达，而过表达催化失活的 METTL3（METTL3^APPA-FLAG）则缓解了 Mn 和 αSyn_f刺激后促炎细胞因子的增加。此外，m⁶A MeRIP 实验证实，某些促炎细胞因子的转录本在激活的小胶质细胞中被 METTL3 活性高度甲基化。这些结果表明，METTL3 在促炎细胞因子的上游调节中起重要作用，是神经炎症的主要驱动因素。
3. 促炎细胞因子的产生受 METTL3 - YTHDF2 - IGF2BP1/2/3 依赖的方式调节：研究人员发现，YTHDF2 在 Mn 诱导的星形胶质细胞激活和神经毒性应激中调节关键炎症通路。在本研究中，ICC 分析显示，12 小时的 Mn 或 αSyn_f处理导致小胶质细胞中 YTHDF2 显著减少，YTHDF3 则在 Mn 处理后显著上调，这表明 YTHDF2 - 3 复合物的失调可能导致促炎细胞因子上调。对于 IGF2BP 蛋白，IGF2BP1 在稳态表达上无差异，IGF2BP2 在 Mn 和 αSyn_f处理后表达显著增加，IGF2BP3 在 Mn 处理后表达增加，但在 αSyn_f处理后无变化。功能研究发现，YTHDF2 敲低显著加剧了促炎转录本的上调，而 IGF2BP1 和 2 的敲低减轻了促炎细胞因子的增加，IGF2BP3 敲低则显著上调了 Mn 和 αSyn_f诱导的促炎细胞因子。这些结果表明，METTL3、YTHDF2 和 IGF2BP 蛋白相互作用，动态且独特地调节激活小胶质细胞中促炎分泌组的动态变化。
4. METTL3 在体内神经炎症模型和神经退行性疾病患者的死后脑组织中增加：为了在体内验证上述发现，研究人员利用环境和病理小鼠模型。给小鼠饮用含 0.4mg/L Mn 的水 30 天，或向小鼠注射 5μg αSyn_f并老化 60 天，然后进行免疫组织化学（IHC）分析。结果发现，在 Mn 暴露的小鼠中，纹状体中的 METTL3 显著增加，且部分定位于细胞质；在 αSyn_f注射的小鼠中，纹状体中的 METTL3 也显著增加，且保留在细胞核中。在人类死后组织中，免疫印迹分析显示，AD 和 DLB 患者的基底神经节组织样本以及 PD 患者的黑质样本中，METTL3 均显著增加。这些结果表明，异常的 METTL3 表达和功能可能是小胶质细胞驱动的神经炎症和下游神经退行性过程的驱动调节因子。

研究讨论

1. 研究的创新性与意义：本研究首次在神经退行性疾病模型中，以时间依赖的方式研究 METTL3 的表达，发现其在小胶质细胞、动物模型和人类突触核蛋白病脑组织中均上调。这与之前一些研究认为 METTL3 在神经退行性疾病模型中下调的观点不同，突出了 m⁶A 动态调节的复杂性和特异性。研究还发现，METTL3 的失调伴随着 MAC 其他成分的变化，以及 m⁶A RNA 修饰和甲基转移酶活性的增加，支持了 m⁶A 修饰在神经退行性疾病中的动态和可逆性，且这种特性在疾病状态下可能更为明显。此外，研究人员还发现 METTL3 在 Mn 诱导的小胶质细胞激活中有独特的细胞质易位现象，这可能表明其在环境诱导的神经炎症中具有翻译作用。
2. METTL3 在神经炎症中的作用机制：功能研究表明，METTL3 是促炎细胞因子的关键调节因子。siRNA 介导的 METTL3 敲低可抑制 Mn 和 αSyn_f诱导的促炎细胞因子上调，而过表达 METTL3 则加剧这一现象，且这种调节作用部分依赖于 m⁶A 修饰。m⁶A - MeRIP - PCR 研究进一步证实了 METTL3 对促炎转录本的甲基化作用。由于 METTL3 是甲基转移酶，其敲低的影响可能是由于转录本 m⁶A 修饰的丧失，导致转录本提前降解或异常剪接。未来研究应进一步明确 METTL3 的转录靶点以及它们在神经毒性应激下的变化，以更好地理解 METTL3 通过 RNA 甲基化调节基因表达的机制。
3. METTL3 与其他蛋白的相互作用：本研究首次鉴定出一种依赖于 METTL3 - YTHDF2 - IGF2BP1 - 3 的促炎机制。研究发现，IGF2BP2 在 Mn 和 αSyn_f诱导的小胶质细胞激活后表达增加，且与促炎细胞因子的增加相关，IGF2BP2 敲低可缓解这一现象；IGF2BP1 虽然稳态表达未变，但敲低后也能减轻促炎细胞因子的增加；IGF2BP3 在 Mn 诱导的神经毒性中表达增加，但其敲低却加剧了促炎信号。这表明 IGF2BP 蛋白家族在调节促炎细胞因子产生方面具有复杂且独特的功能。结合 YTHDF2 敲低加剧促炎信号的结果，提示持续的小胶质细胞激活和神经毒性因子的释放可能由 m⁶A - METTL3 - YTHDF2 - IGF2BP 轴调节。
4. 体内研究与临床意义：通过两种体内小鼠模型，研究人员验证了细胞实验的结果。在 Mn 暴露和 αSyn_f诱导的神经炎症小鼠模型中，均观察到 METTL3 在小胶质细胞中的显著增加，且在人类死后组织中也得到了证实。这表明 METTL3 在神经退行性疾病的病理过程中具有重要作用，未来可进一步研究 METTL3 抑制剂的治疗潜力。

研究局限性

尽管本研究有力地支持了 METTL3 介导的 m⁶A 和下游促炎细胞因子在 Mn 和 αSyn_f激活的小胶质细胞中的失调，但无法排除其他 m⁶A writer 蛋白（如 YTHDF1 和 3）的功能贡献，也未明确橡皮擦蛋白（FTO 或 ALKBH5）在该模型中的作用。在功能研究方面，RT - qPCR 是一种靶向方法，未来应采用 m⁶A - meRIP - seq、METTL3 RIP - seq 和 METTL3 PAR - clip 结合空间转录组学等非靶向方法，更精确地了解 METTL3 在神经退行性疾病神经炎症过程中的作用。此外，虽然研究发现 METTL3 在星形胶质细胞中失调，但尚未明确其功能影响。最后，尽管在体内和人类死后样本中验证了关键发现，但在 iPSC 衍生的小胶质细胞中进行验证可能会进一步加强研究结论。