背景：

   RNA修飾是RNA分子化學成分的轉錄后改變，具有改變RNA功能的潛能。雖然RNA中已鑒定出100多個不同的變化堿基，但其中大多數局限于非編碼RNA，特別是轉移RNA和核糖體RNA。然而，有報道稱在哺乳動物信使RNAs中發(fā)生了一些明顯的修飾。其中，最普遍的內部修飾堿基是N6-甲基腺苷 (m6A)。然而，由于缺乏在轉錄本上精確定位m6A的方法，以及缺乏關于產生和識別m6A殘基的細胞因子的信息，這一領域受到了很大的限制。m6A在調控mRNA命運中的作用及其在多種細胞類型中的功能重要性已被廣泛研究，m6A正在成為一種廣泛的調控機制，在多種生理過程中調控基因表達。

簡介：

2020年5月，來自以色列魏茨曼科學研究學院的Ziv Shulman和Noam Stern-Ginossar?教授課題組在Nature Immunology（IF: 23.53）雜志上發(fā)表題為“The RNA modification N6-methyladenosine as a novel regulator of the immune system”的綜述[1]。本文總結了最新發(fā)現的N6-甲基腺苷 (m6A)在調控免疫的各個方面的功能，包括免疫識別，先天性和適應性免疫反應的激活，以及細胞命運的決定。還討論了目前該領域遇到的一些挑戰(zhàn)，并描述了揭示m6A的免疫功能及其作用機制的未來方向。

主要結果：

m6A-介導的分子機制。

   使用m6A機制成分的特定缺失的研究表明，m6A調節(jié)了mRNA生命周期的許多方面。m6A修飾的mRNA的路徑開始于轉錄過程中，開始于m6A的寫入和消除。隨后，核m6A閱讀器可以影響mRNA的剪接和輸出，并可能影響其他核過程。m6A輸出到細胞質后，會影響mRNA的穩(wěn)定性、翻譯和定位，這些影響主要是由胞質m6A閱讀器介導的。

圖1：細胞m6A機制及其潛在的分子功能。

m6A是由METTL3、METTL14和一組輔助蛋白組成的寫入器復合物上共轉錄添加而成。兩種m6A去甲基酶ALKBH5和FTO可以在細胞核中去除m6A。FTO也可以去除轉錄本第一個堿基上的m6Am甲基化。而在細胞核中，m6A可以被核閱讀蛋白識別，主要是YTHDC1，它可以調控剪接和mRNA輸出。mRNA輸出到細胞質后，m6A被細胞質讀蛋白識別，主要是YTHDF1、YTHDF2和YTHDF3，介導mRNA的翻譯、穩(wěn)定性和定位等多種轉錄后過程。m6A通過三種不同的機制增強mRNA的翻譯：YTHDF1結合，然后募集真核翻譯起始因子eIF3；eIF3對mRNA 5utr中m6A的直接識別，可能是在應激條件下；以及METTL3直接募集核糖體。YTHDF2，可能還有YTHDF1和YTHDF3，加速含有m6A mRNA的降解。YTHDF1、2和3蛋白在含有多個m6A位點的mRNA存在下導致液相分離。這種相位分離可能介導了含m6A mRNA的募集到無膜分隔層，如應力顆粒和p小體。

m6A調節(jié)抗病毒反應。

   I型IFN反應通過反激活和抑制信號進行微調；這些信號負責誘導快速和有效的抗病毒反應，同時抑制反應的規(guī)模和持續(xù)時間，以避免隨之而來的毒性。因此，必須嚴格控制先天免疫識別激活的基因表達程序。事實上，m6A及其機制在調控參與抗病毒免疫反應的幾個中心mRNA中發(fā)揮了關鍵作用。有研究表明，病毒感染增強了RNA解旋酶DDX46與編碼抗病毒蛋白MAVS、TRAF3和TRAF6的轉錄本的結合，導致ALKBH5的募集，從而去甲基化這些轉錄本。這種去甲基化反過來導致這些轉錄本保留在細胞核中，降低它們的蛋白水平，從而抑制I型IFN反應的產生。m6A修飾除了在調節(jié)對病毒感染的先天免疫應答中發(fā)揮重要作用外，還可直接作用于病毒RNA。病毒RNA的m6A修飾早在40多年前就有報道，但其功能作用尚不清楚。

圖2：m6A通過多種機制調節(jié)對感染的先天免疫應答。

   已提出m6A參與抗病毒反應的幾個機制：(1)水皰性口炎病毒感染時，RNA解旋酶DDX46募集ALKBH5特異性清除MAVS、TRAF3和TRAF6轉錄本的m6A。這些m6A從缺失的轉錄本被保留在細胞核中，導致抗病毒I型IFN反應的嚴重衰減。(2)在單純皰疹病毒-1感染過程中，hnRNPAB1阻斷FTO接觸cGAS、IFI16和STING轉錄本，從而增加其甲基化水平和核輸出，產生更強的抗病毒反應。(3)在感染水皰性口炎病毒或單純皰疹病毒-1時，ALKBH5酶活性受損，通過該蛋白去甲基化。這導致m6A水平升高，從而降低了酶-酮戊二酸脫氫酶(OGDH)轉錄本的穩(wěn)定性，并轉向抗病毒代謝狀態(tài)。(4) IFNB轉錄產物受m6A介導的mRNA降解的調控。在沒有m6A的情況下，IFNB mRNA和蛋白含量增加，導致抗病毒反應增強。

m6A在適應性免疫反應中的作用。

m6A調節(jié)適應性免疫的機制是一個新興的研究領域。METTL3缺失可導致胚胎死亡；因此，為了研究m6A在體內免疫細胞中的作用，我們采用了條件敲除系統(tǒng)。CD4+ T細胞中METTL3的缺失對其在胸腺中的生成和成熟沒有重大影響，這一過程高度依賴于T細胞受體(TCR)的刺激，以及多種協(xié)同刺激信號。m6A機制在CD8+ T細胞胸腺發(fā)育中的作用尚不清楚，需要進一步研究。此外，在體外，METTL3缺陷的CD4+ T細胞能夠對TCR刺激做出反應，這表明TCR的基本機制和下游信號轉導并不依賴于m6A的修飾。

Treg細胞中特異性缺乏METTL3的小鼠(Foxp3-Cre小鼠)會出現嚴重的自身免疫性疾病，并在出生幾周后死亡。這些小鼠的Foxp3+ Treg細胞數量正常，但細胞無法介導其抑制功能。與CD4+ T細胞總數的減少一樣，Treg細胞中特異性的METTL3的減少導致SOCS基因家族mRNA的增加。因此，在Treg細胞中，m6A機制通過SOCS mRNA的衰減使IL-2受體有效傳遞信號，從而促進Treg抑制功能。

圖3：m6A修飾調節(jié)細胞因子受體信號轉導。

   SOCS基因是通過干擾STAT5功能，阻礙細胞因子受體信號轉導，降低基因表達的早期基因。SOCS轉錄水平受m6A介導的mRNA降解的調控。在沒有METTL3的情況下，SOCS mRNA和蛋白的數量增加。SOCS通過降低STAT5的激活干擾細胞因子信號轉導，導致CD4+ T細胞穩(wěn)態(tài)增殖的減弱和Treg細胞抑制功能的缺失。

m6A對樹突狀細胞的調控機制。

m6A寫入器復合物，包括METTL3，在成熟的樹突狀細胞（DC）中表達的水平高于不成熟的DC。同樣，METTL3表達在脂多糖(LPS)處理的牙髓細胞中增強，這些細胞很可能包含許多抗原呈遞的DC，以及其他免疫細胞類型。在DC中，Mettl3的缺失導致DC在LPS作用下成熟受損，協(xié)同刺激分子CD40、CD80和炎癥細胞因子表達降低，誘導T細胞反應的能力降低。shRNA敲除YTHDF1也降低了這些協(xié)同刺激分子的表達；然而，使用FLT3配體刺激的YTHDF1缺陷小鼠的DC中沒有觀察到這些缺陷。因此，協(xié)同刺激分子CD40和CD80的最佳表達取決于m6A，但其效果可能與環(huán)境有關。然而，其他DC激活信號或體內不同微環(huán)境中的DC可能并不依賴于m6A機制來實現其適當的成熟和共刺激分子的表達。這些發(fā)現表明，在免疫應答中METTL3依賴機制可能提高DC的成熟和啟動效率來抵抗細菌。此外，CD40的高表達可能會影響抗原特異性T細胞誘導耐受和激活之間的平衡。

在沒有YTHDF1的情況下，腫瘤浸潤的DC在黑色素瘤或結腸腫瘤中的抗原交叉遞呈更有效，成熟的YTHDF1缺失的DC在T細胞活化方面比野生型細胞更有效，無論是在體外還是在體內中。研究發(fā)現，DCs中的Ythdf1缺失會減弱與吞噬體和溶酶體途徑相關的基因的翻譯，包括組織蛋白酶家族成員中的酶。這些酶在吞噬小體中降解蛋白質，從而通過被DC攝取后破壞抗原來限制抗原的交叉作用。在Ythdf1缺陷的DC中，組織蛋白酶蛋白的低表達導致抗原降解速度減慢，并更有效地交叉呈遞到CD8+ T細胞。此外，用抗PD-L1抗體治療小鼠可進一步增強由Ythdf1缺失的DCs誘導的CD8+ T細胞消除腫瘤細胞的能力。總體而言，m6A在DC由未成熟細胞向有效T細胞激活因子轉化過程中發(fā)揮重要作用，可表達共刺激分子，并通過抗原交叉遞呈促進適應性免疫應答的啟動。

圖4：樹突狀細胞功能受m6A修飾的調控。

   在沒有m6A解讀器YTHDF1的情況下，編碼蛋白酶的基因翻譯效率較低，因此吞噬體中發(fā)現的抗原降解酶較少。因此，更多的肽可用于抗原在MHC I類分子表面交叉分布。LPS刺激的樹突細胞中缺乏m6A也會導致共刺激分子的翻譯不足，如CD80、CD40和TLR4適配器TIRAP(也稱為Mal)。

結論和展望：

   最近在mRNAs中繪制m6A圖譜方面的進展，加上操縱m6A沉積和識別酶的能力，已經開始揭示與RNA甲基化相關的不同分子后果，以及它在不同生物過程中發(fā)揮的核心作用，包括調節(jié)免疫的不同方面。盡管近年來取得了巨大的進展，但我們對m6A修飾如何影響免疫表型的理解仍處于起步階段。解密甲基化異常或甲基化位置識別異常如何導致免疫表型的多樣性，仍需今后更多的研究。雖然這篇綜述主要集中在m6A上，但mRNA上的修飾集合顯然可能更廣泛。隨后對動物模型中生理環(huán)境下RNA修飾的分析將進一步加深我們對這些RNA修飾如何起作用以及它們如何調節(jié)免疫的認識。

原文鏈接：https://www./articles/s41590-020-0650-4

參考文獻：

1.    Shulman Z, Stern-Ginossar N: The RNA modification N-methyladenosine as a novel regulator of the immune system. Nat Immunol 2020, 21(5):501-512.

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