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第35卷 第6期2023年6月生命科学Chinese Bulletin of Life SciencesVol.35,No.6Jun.,2023文章编号：1004-0374(2023)06-0714-10DOI:10.13376/j.cbls/20230039收稿日期：2023-02-10；修回日期：2023-03-23基金项目：国家自然科学基金项目(81770165)*通信作者：E-mail:bs-；Tel:[phone]m6A甲基转移酶METTL3在胚胎发育中的作用研究进展王璇璇1,2,3,4，韩兵社1,2,3,4*，张俊芳1,2,3,4(1 上海海洋大学，水产种质资源发掘与利用教育部重点实验室，上海 201306；2 上海海洋大学，水产科学国家级实验教学示范中心，上海 201306；3 上海海洋大学，科技部海洋生物科学国际联合研究中心，上海 201306；4 临港新片区海洋生物医药科技创新型平台，上海 201306)摘要：胚胎发育调控机制是一个非常重要的生物学基础问题，而其中的表观遗传学机制成为最近的研究热点。研究发现，甲基转移酶样 3(methyltransferase-like 3,METTL3)催化产生的 m6A 修饰在卵母细胞成熟、母源-合子转化、胚胎干细胞命运调控以及血管生成等胚胎发育过程中发挥重要作用。同时，靶向METTL3 的化合物也不断被发现与合成，有望应用于 m6A 相关疾病的靶向治疗。本文就 METTL3 的结构、催化机制、调控机制、在 RNA 代谢和胚胎发育中的作用以及 METTL3 靶向化合物进行介绍。关键词：RNA 甲基化；m6A；METTL3；胚胎发育中图分类号：Q75；Q954.4 文献标志码：AResearch progress on the role of m6A methyltransferase METTL3 in embryonic developmentWANG Xuan-Xuan1,2,3,4,HAN Bing-She1,2,3,4*,ZHANG Jun-Fang1,2,3,4(1 Key Laboratory of Ministry of Education for Exploration and Utilization of Aquatic Genetic Resources,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China;2 National Demonstration Center for Experimental Fisheries Science Education,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China;3 International Research Center of Ministry of Science and Technology for Marine Biosciences,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China;4 Marine Biomedical Science and Technology Innovation Platform of Lin-gang Special Area,Shanghai 201306,China)Abstract:The regulatory mechanism of embryonic development is a very important fundamental question in biology,and the role of epigenetic modification has become a recent research hotspot.Accumulating studies showed that m6A modification produced by methyltransferase-like 3(METTL3)plays important roles during embryonic development such as oocyte maturation,maternal-to-zygotic transition,embryonic stem cell fate regulation and angiogenesis.Meanwhile,compounds targeting METTL3 have also been continuously discovered and synthesized,which are expected for targeting m6A-related diseases.In this paper,the structure,catalytic mechanism and regulatory mechanism of METTL3 are reviewed,its function in RNA metabolism and embryonic development,and METTL3-targeted compounds are also introduced.Key words:RNA methylation;m6A;METTL3;embryonic development表观遗传学机制可以在不改变 DNA 序列的前提下，产生可以遗传给子代细胞或个体的基因表达模式改变。目前已经发现的表观遗传学机制包括DNA 甲基化、组蛋白修饰以及非编码 RNA 等，这些机制在各种生命活动中发挥重要作用1。前期的表观遗传学机制研究主要探索了 DNA 和不同组蛋白的多种共价修饰在基因表达中的调控作用，近年来科学家发现 RNA 也可以发生各种共价修饰，如王璇璇，等：m6A甲基转移酶METTL3在胚胎发育中的作用研究进展第6期715甲基化、羟甲基化、乙酰化等。其中已经发现的RNA甲基化类型包括N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine,m6A)、N1-甲基腺苷(N1-methyladenosine,m1A)、5-甲基胞嘧啶(N5-methylcytidine,m5C)和 N7-甲基鸟苷(N7-methyladenosine,m7G)等2。RNA 甲基化可以在多种生命活动中发挥作用，包括胚胎发育、DNA损伤修复、细胞应激、神经系统发育和癌症发生等3。m6A 是真核细胞中常见的一种化学修饰，指RNA 分子腺嘌呤第六位 N 处发生甲基化。m6A 修饰可通过影响 mRNA 的剪接、出核、降解、稳定性和翻译等过程，进而影响基因的表达，调控多种生物学过程4。Desrosiers 等5在哺乳动物细胞mRNA 中首次发现 N6-甲基腺苷残基、N7-甲基鸟苷残基和 2-O 甲基核苷残基的存在。m6A 修饰可由甲基转移酶复合物(METTL3、METTL14、WTAP 和KIAA1429)生成，由去甲基化酶(FTO 和 ALKBH5)去除，并被结合蛋白(YTHDF13、YTHDC12 和hnRNP 家族蛋白)识别6。其中，甲基转移酶样 3(methyltransferase-like 3,METTL3)在卵母细胞成熟、精子发生和母源-合子转化(maternal-to-zygotic transition,MZT)等胚胎发育过程中发挥重要作用。1METTL3的结构与催化机制METTL3 是第一个被发现与 m6A 修饰过程相关的甲基转移酶。1994 年，Bokar 团队利用 HeLa 细胞核提取物和牛催乳素 mRNA 组成的体外甲基化系统分离纯化出了 N6-腺苷甲基转移酶复合物，其主要由三种组分组成，相对分子质量分别为 30、200和 875 kDa。其中，200 kDa 组分的一个 70 kDa 亚基上含有 S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl methionine,SAM)结合位点，被称为 MT-A70(MT-A 亚单位，70 kDa)，也就是现在所称的 METTL37。METTL3可与 METTL14 形成异源二聚体，再与 WTAP 结合形成 m6A 甲基转移酶复合物，METTL3 作为催化核心发挥作用(图 1)8-9。METTL3 的编码基因位于人类染色体 14q11.2处，该蛋白由前导螺旋结构域(LH)、核定位序列(NLS)、CCCH 型锌指结构域(ZFD)和甲基转移酶结构域(MTD)组成(图 2A)8-9。LH 含有疏水氨基酸残基，可能是 WTAP-METTL3 相互作用的部位9；NLS 介导 METTL3-METTL14 甲基转移酶异源二聚体入核；ZFD 作为识别域，特异性结合到含有5-GGACU-3 识别序列的 RNA 上，并与 METTL3-NLS：核定位序列；RRACH：m6A修饰主要发生序列；LH：前导螺旋结构域。图1 甲基转移酶复合体中METTL3、METTL14和WTAP的相互作用示意图生命科学第35卷716METTL14 的 MTD 共同进行催化10。MTD 可以和SAM 结合11。METTL3 在从酵母到人类的大多数真核生物中高度保守12，其磷酸化修饰位点在物种间也是保守的，分别位于 N 端 LH 附近(S2、S43、S48、S50)、中央 NLS 区域(S219)、ZFD 附近(S243)以及 MTD 附近(T348、S350)，磷酸化修饰可能对其活性起调节作用9。m6A 修饰在 mRNA 和非编码 RNA 中均可以发生，研究人员通过突变分析发现 m6A 修饰主要发生在RRACH共识基序中(其中，R=A/G，H=U/A/C)12。而 METTL3 和 METTL14 的 MTD 可以识别这些序列位点，利用甲基转移酶的催化活性将甲基从SAM 转移到腺苷上13。METTL3 催化位点内的保守序列 DPPW 基序中的 Asp 是引发甲基化的催化残基，MTD 在分子间结合界面附近有个大空腔，SAM 结合位点位于 MTD 内部空腔的一侧，空腔的其余部分可能用于识别 RNA 底物，组成该腔的氨基酸序列在进化上高度保守11。2METTL3在RNA代谢调控中的作用及其功能调节2.1METTL3在RNA代谢调控中的作用METTL3 在 RNA 整个生命周期中扮演着重要角色，包括影响 RNA 稳定性、RNA 剪接、RNA翻译及出核等过程。目前已发现 METTL3 的多个RNA 底物，这些 RNA 底物的代谢受到 METTL3 的调控，进而影响肿瘤发生、炎症反应、昼夜节律、血管生成和胚胎发育等过程。2.1.1mRNA翻译METTL3 介导的 m6A 修饰对于 mRNA 翻译有多种调控机制。第一种调控机制主要与 YT521-B同源结构域家族蛋白 1(YT521-B homology domain family 1,YTHDF1)和翻译起始因子 3(eukaryotic initiation factor 3,eIF3)有关：YTHDF1 与 mRNA 3非翻译区(3UTR)中的 m6A 结合，并招募 eIF3 到5 端；利用闭环模型即 eIF4G-eIF4E-poly(A)结合蛋白(PABP)-poly(A)的相互作用，使 mRNA 的 5 和3 末端结合在一起，从而促进翻译14。第二种调控机制为 METTL3 直接与 eIF3 作用促进翻译15。另外有研究报道 METTL3 还可以在 mRNA 的编码区域进行甲基化修饰，通过减少核糖体停滞促进翻译16。METTL3 对于 mRNA 的翻译调控具有双重作用。例如，METTL3 可以促进 TRAF6(TNF receptor associated factor 6)、MYC(MYC proto-oncogene,BHLH transcription factor)、BCL-2(B-cell lymphoma-2)mRNA 翻译17-20，也可以降低 ABCE1(ATP-binding cassette E1)、NLRP4E(NLR family pyrin domain containing 4E)、YWHAH(tyrosine 3-monooxygenase/tryptophan 5-monooxygenase activation protein eta)mRNA 翻译速率21。2.1.2mRNA稳定性研究发现，METTL3 可以催化 mRNA 3UTRA：METTL3结构域和磷酸化位点；B：METTL3三维结构。LH：前导螺旋结构域；NLS：核定位序列；ZFD：CCCH型锌指结构域；MTD：甲基转移酶结构域；S2、S43、S50、S219、S243、T348、S350：磷酸化位点。图2 METTL3的结构域、磷酸化位点及三维结构王璇璇，等：m6A甲基转移酶METTL3在胚胎发育中的作用研究进展第6期717甲基化，增强 mRNA 稳定性22。但同时有研究发现，METTL3 也可以通过 YTHDF2(YT521-B homology domain family 2)降低 mRNA 稳定性23，其降解机制为：YTHDF2 的 C 末端结构域能够特异性地与含m6A 的 mRNA 结合，而 N 末端结构域则负责将YTHDF2-mRNA 复合物定位到 mRNA 降解位点，从而调节 mRNA 的降解24。此外，RNA 结合蛋白HuR、YTHDF1、IGF2BP2(insulin-like growth factor 2 mRNA-binding protein 2)可通过识别 METTL3 在mRNA 上不同区域产生的 m6A 位点，增强 mRNA的稳定性22,25-26。METTL3 对 mRNA 稳定性的调控同样具有双重作用。METTL3 可增强 mRNA 的稳定性，上调MYC、VEGF-A(vascular endothelial growth factor A)、GATA3(GATA binding protein 3)、NANOG(Nanog homeobox)、SOX2(SRY-box transcription factor 2)、CDX2(caudal-type homeobox protein 2)和 SOX17(SRY-box transcription factor 17)mRNA 水平22,25-30；也可促进 ATG5(autophagy related 5)、SOCS2(suppressor of cytokine signaling 2)、HOXA10(homeobox A10)mRNA降解22-23,31-32；此外，METTL3经SUMO(small ubiquitin-like modifier)化后可以上调环状RNA(circular RNA)circ_0000677 水平33。2.1.3mRNA剪接近年来研究发现，YTHDC1(也称剪切因子YT521)通过募集 pre-mRNA剪接因子SRSF3(serine and arginine rich splicing factor 3)，同时抑制 SRSF10 的 RNA 结合活性，促进 SRSF3 与靶向转录本结合，从而调节选择性剪接，该过程依赖于 METTL3 介导的 m6A 甲基化34。2.1.4mRNA出核在 HeLa 细胞中，YTHDC1 可介导甲基化 mRNA从细胞核输出到细胞质。敲降 YTHDC1 可导致甲基化 mRNA 的核积累，而 YTHDC1 的结合可促进转录本向细胞质的重新分布；YTHDC1 通过与 SRSF3和核输出衔接蛋白相互作用，促进 m6A 甲基化修饰的靶 mRNA 出核35。2.1.5miRNA加工METTL3 参与 microRNA(miRNA)的加工，主要通过促进 miRNA 成熟参与调控各种生理活动。研究人员发现哺乳动物细胞中的 METTL3 可以甲基化标记 miRNA 初级转录本(pri-miRNA)，敲降METTL3 可抑制 DGCR8(DiGeorge syndrome critical region gene 8)与 pri-miRNA 结合，导致成熟 miRNA减少，伴随未加工的 pri-miRNA 的积累36。香烟烟雾浓缩物(cigarette smoke condensate,CSC)可促进 METTL3 过表达，增强 miR-25-3p 的 m6A 修饰，促进其成熟37。另有研究表明，METTL3可增强DGCR8对 pri-miR-873 和 pri-miR221/222 的识别，促进成熟miR-873-5p 与 miR221/222 的产生38-39。METTL3 在 RNA 代谢中的功能总结见表 1。表1 METTL3在RNA代谢中的功能在RNA代谢中的功能 METTL3表达 RNA底物 生物学效应 参考文献促进mRNA翻译 TRAF6、MYC、BCL-2 促进炎症反应；抑制骨髓分化、17-20 囊肿生成；促进乳腺癌细胞 的增殖，抑制其凋亡 抑制mRNA翻译 ABCE1、NLRP4E、YWHAH 抑制卵母细胞成熟，导致母源-21 合子转化缺陷 提高mRNA水平 MYC、VEGF-A、GATA3、介导膀胱癌细胞的增殖；促进 22,25-30,33 NANOG、SOX2、CDX2、肿瘤血管生成；导致胚胎发 SOX17、Circ_0000677 育缺陷；促进胶质母细胞瘤 和结直肠癌发生 降低mRNA水平 ATG5、SOCS2、HOXA10 促进囊胚发育；促进肝癌发生；22-23,31-32 不利于胚胎体外植入 干扰mRNA选择性剪接 34干扰mRNA出核 PER2和ARNTl 延长昼夜节律周期 40促进miRNA成熟 miR-25-3p 促进胰腺癌发展 37-39 miR-873-5p 减少氧化应激与细胞凋亡 miR221/222 促进膀胱癌细胞增殖 注：表示METTL3表达上调，表示METTL3表达下调。生命科学第35卷7182.2METTL3的功能调节METLL3 可以被磷酸化、乙酰化与类泛素化修饰。胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinases,ERKs)在三个高度保守的残基(S43、S50和 S525)上磷酸化 METTL3，减少 METTL3 泛素化与降解，从而增加 METTL3 活性，促进小鼠胚胎干细胞分化和肿瘤发生发展41。共济失调毛细血管扩张突变基因(ataxia telangiectasia-mutated,ATM)也可以通过 S43 磷酸化激活 METTL3，促进 DNA 损伤修复42。METTL3 被组蛋白乙酰转移酶(P300)在 K177 位点上乙酰化后活性降低，可以抑制乳腺癌细胞的生长和转移43。SUMO1(small ubiquitin like modifier 1)在 K177、K211、K212 和 K215 位点上修饰 METTL3，SUMO 化可以降低其针对 mRNA 的甲基转移酶活性，但对其稳定性、细胞定位及蛋白质相互作用没有影响44。METTL3 在 K459 处也可以发生 SUMO 化修饰33。3METTL3与胚胎发育动物胚胎发育大体经历受精、卵裂、桑葚胚、囊胚、原肠胚与器官形成等阶段，胚胎发育各阶段中基因的表达受表观遗传修饰调控，如在早期胚胎发育过程中 DNA 甲基化需要经历重编程45。组蛋白修饰能够影响转录调控因子与染色质的结合，从而调控受精后染色质重塑等早期胚胎发育过程46。RNA m6A、m5C 和假尿苷()修饰均参与调节干细胞自我更新与命运决定47。其中，m6A 在胚胎干细胞的自我更新与分化、细胞重编程、配子发生、母源-合子转化等过程中发挥重要作用48。3.1METTL3在胚胎发育不同阶段中的作用研究表明，METTL3 所介导的 m6A 修饰在卵母细胞成熟、受精、囊胚形成、胎盘发育与着床和早期胚胎器官发生等阶段至关重要(图 3)。3.1.1卵母细胞成熟及受精研究发现，METTL3 在卵母细胞成熟与受精过程中发挥重要作用。METTL3 mRNA 水平在卵母细胞阶段最高，随细胞分裂逐渐降低，在 8 细胞阶段达到较低水平，随后趋于稳定，直到囊胚阶段水平再次升高49。METTL3 功能障碍可抑制卵母细胞成熟。在猪卵母细胞减数分裂过程中，METTL3 和m6A 的水平上升，利用环亮氨酸抑制 METTL3 活性可以通过下调多能性标志物 LIN28 的转录来抑制卵母细胞成熟50。此外，在生发泡期(germinal vesicle,GV)卵母细胞中显微注射 METTL3 siRNA(small interfering RNA)或 反 义 吗 啉 环 寡 核 苷 酸(morpholino anti-sense oligos,MOs)，可观察到卵母细胞中 CLTC(clathrin heavy chain)、PCNT(pericentrin)、SPDL1(spindle apparatus coiled-coil protein 1)和MSY2(也称 Ybx2,Y box binding protein 2)的翻译效率降低21。METTL3 siRNA 显微注射小鼠 GV 期卵母细胞可导致减数分裂中纺锤体和第一极体形成缺陷，研究显示 METTL3 功能下调会导致核糖体亚基蛋白 mRNA 水平下降51。敲降 METTL3 还可抑制母源-合子转化。在GV 期卵母细胞中微注射 METTL3 siRNA 或 MOs，卵母细胞中 ABCE1、NLRP4E、YWHAH 的 mRNA发生降解21，说明METTL3介导的m6A修饰在母源-合子转化阶段能够维持卵母细胞中 mRNA 的稳图3 METTL3与胚胎发育王璇璇，等：m6A甲基转移酶METTL3在胚胎发育中的作用研究进展第6期719定性52。3.1.2囊胚形成METTL3 也是囊胚形成所必需的。m6A 水平在桑葚胚到囊胚过渡阶段升高，利用甲基酶抑制剂环亮氨酸处理原核期猪胚胎 7 d 后，m6A 水平与囊胚形成减少，BCL-2 mRNA 水平显著降低，LC3(light chain 3)mRNA 水平及翻译水平提高，猪囊胚的凋亡与自噬增强53。此外，在缺氧条件下敲降 METTL3降低了山羊胚胎转录因子(GATA3、NANOG、CDX2和 SOX17)的 mRNA 水平，导致胚胎发育迟缓；然而，在常氧条件下 METTL3 过表达对囊胚发育并无显著影响30。胚胎干细胞来源于囊胚期内细胞团，METTL3参与调控胚胎干细胞的基态、启动与分化。m6A 甲基化会阻碍 RNA 结合蛋白 HuR 与 mRNA 特别是编码发育调控因子的 mRNA，如胰岛素样生长因子结合蛋白-3(insulin like growth factor binding protein 3,IGFBP3)的结合，使 mRNA 稳定性降低，从而维持小鼠胚胎干细胞(mouse embryonic stem cells,mESCs)的基态稳定；如果 METTL3 缺失，mESCs则变得不稳定28。METTL3 作为终止幼稚多能性(nave pluripotency)的调节因子，其催化的 m6A 修饰可以降低幼稚多能性关键基因 mRNA 的稳定性；当敲除 METTL3 时，mESCs 中 m6A 缺失将抑制其启动和分化，导致“超”幼稚多能表型以及植入后发育异常54。囊胚在子宫内选择合适位置开始着床，随后胎盘逐渐形成与发育，METTL3 在其中发挥重要作用。先兆子痫胎盘滋养层中 METTL3 蛋白水平和 m6A水平明显高于血压正常的胎盘，抑制 METTL3 可降低先兆子痫胎盘滋养层中m6A水平以及hnRNPC1/C2(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein C1/C2)的表达55。在大鼠孕期给予恐惧刺激后，出生率、出生体重和胎盘质量均降低，胎盘中METTL3、METTL14和WTAP表达水平升高，去甲基化酶FTO水平降低，RNA 甲基化水平升高；同时，该研究运用 MeRIP-seq 和 RNA-seq 技术分析了受到影响的基因56。子痫患者胎盘中 METTL3 和 METTL14 的表达均上调，研究发现 Wnt/-catenin 信号通路以及癌症相关通路基因过高的 m6A 修饰水平可能导致先兆子痫的发生57。有研究报道 METTL3 敲降和过表达均可导致猪滋养外胚层细胞(trophectoderm)发育缺陷，其机制可能是：在滋养外胚层细胞中 METTL3 作为自噬基因 ATG5 和 LC3 的负调控因子发挥作用，而自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine,3-MA)可以挽救部分 METTL3 敲降导致的发育异常31。复发性植入失败患者子宫内膜中 METTL3 和 m6A水平均显著升高，在人子宫内膜癌细胞(Ishikawa)中过表达 METLL3 可抑制人胎盘绒毛膜癌细胞(BeWo)细胞球黏附，机制可能为 METTL3 促进HOXA10 mRNA 的 m6A 甲基化修饰和降解32。第二次细胞命运决定发生在囊胚由输卵管进入子宫发生着床时，METTL3 表达被抑制后胚胎干细胞命运转换停滞。细胞命运转变涉及基因表达变化和染色质重塑58：METTL3 可以上调肌球蛋白重链6(myosin heavy chain 6,MYH6)与 微管蛋白(beta tubulin,TUJ1)的 mRNA 水平；敲除 METTL3则结果相反，进而阻断细胞定向分化，导致畸胎瘤形成。敲除 METTL3 同时可增强 NANOG mRNA 的稳定性，抑制其降解，延迟谱系启动和命运转换59。METTL3 缺失还能提高成纤维细胞生长因子 5(fibroblast growth factor 5,FGF5)mRNA 的稳定性，进而激活 MEK1/2(mitogen-activated extracellular signal-regulated kinase 1/2)、ERK1/2和AKT(protein kinase B,PKB)通路；MEK1/2 与 ERK1/2 激活导致 NANOG下调，AKT 激活则导致 NANOG 上调，从而调节胚胎干细胞的多能性退出60。其中，ERK 被磷酸化激活可以促进胚胎干细胞多能性退出；而 AKT被激活后可进一步激活 Wnt 信号通路，促进多能性的维持61。3.1.3早期胚胎器官发生METTL3 参与早期胚胎器官发生。早期胚胎发育从受精卵开始，经过一系列重编程和转化获得全能性，在此过程中伴随表观遗传修饰的变化62。有研究报道敲降METTL3抑制胚胎干细胞自我更新28，导致胚胎发育与组织分化缺陷63。m6A 甲基转移酶是小脑、眼睛与神经管等器官早期发育所必需的。在斑马鱼胚胎中使用反义 MOs敲除 WTAP 和 METTL3 后出现组织分化与胚胎发育缺陷，同时发生细胞凋亡。光活性增强的核糖核苷交联和免疫共沉淀(photoactivatable ribonucleoside-enhanced crosslinking and immunoprecipitation,PAR-CLIP)结果显示，METTL3 主要影响转录和 RNA加工相关基因的表达和可变性剪接63。在小鼠神经系统内条件性敲除 METTL3 可导致小脑发育不全，同时小脑发育相关基因(Atoh1、Cxcr4、Notch2 及其 配 体 Jag1)和 凋 亡 相 关 基 因(Dapk1、Fadd 和Ngfr)mRNA 稳定性增加，小脑板外表面的外颗粒生命科学第35卷720细胞层细胞凋亡增加64。核不均一核糖核蛋白 A2/B1(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein A2/B1,hnRNPA2/B1)对早期胚胎发育过程至关重要，敲降hnRNPA2/B1 导致小鼠胚胎发育停滞，而 METTL3敲降会导致 hnRNPA2/B1 定位错误，继而影响早期胚胎发育65。METTL3/METTL14/WTAP 甲基转移酶复合体在发育中的斑马鱼眼部大量表达，敲降该复合物后，p53 信号通路被激活，细胞凋亡增加，视网膜祖细胞(retinal progenitor cell,RPC)延迟分化，导致小眼症形成66。据报道，METTL3 还与神经管发育相关，其敲降可抑制 Wnt/-catenin 信号通路并促进细胞凋亡，导致神经管发育缺陷67。血管形成对于胚胎发育、着床、侵入母体及构建母体-胚胎之间丰富的毛细血管网非常重要。RNA 修饰已经被证实和血管生成有关，其中 RNA的 m6A 修饰可通过多种机制影响造血过程，而敲降METTL3 可以抑制造血祖细胞(hematopoietic stem and progenitor cells,HSPCs)的产生以及造血干细胞(hematopoietic stem cells,HSCs)的自我更新和血管生成68-69。METTL3敲除小鼠Vav-Cre METTL3-/-(VCM3-/-)胚胎死亡率升高，幸存小鼠体型变小，体色苍白，全血细胞减少，骨髓细胞数量显著降低。E14.5 胚胎肝脏中 Lin-Sca+c-Kit+(LSK)、HPC-1(CD48+CD150-)和 HPC-2(CD48+CD150+)比例增高，克隆形成能力下降，克隆形态异常，且无法通过移植挽救辐射处理小鼠的造血功能70。斑马鱼 METTL3 功能缺失导致胚胎发育过程中 HSPCs 生成受阻，NOTCH1a(Notch receptor 1a)与 RHOCa(Ras homolog family member Ca)mRNA 的降解受到抑制，从而阻碍了内皮-造血转化(endothelial to hematopoietic transition,EHT)过程71。METTL3 也是造血干细胞自我更新的重要调节因子，其敲降后 NR4A2(nuclear receptor subfamily 4 group A member 2)、P21(cyclin-dependent kinase inhibitor 1A)、BMI1(B lymphoma Mo-MLV insertion region 1)和 PRDM16(PR domain-containing 16)mRNA 水平显著降低69。人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)中的IGF2BP1(insulin like growth factor 2 mRNA binding protein 1)通过直接结合 JAK2(Janus kinase 2)mRNA内的 m6A 位点，正向调控 JAK2 mRNA 稳定性和表达；敲低 METTL3 可通过下调 JAK2 的表达抑制JAK2/STAT3(signal transducer and activator of transcription 3)信号通路，从而抑制内皮细胞增殖、迁移和血管生成72。研究表明，敲除比格犬内皮祖细胞(endothelial progenitor cells,EPCs)中的 METTL3时，VEGF mRNA稳定性以及PI3K(phosphatidylinositol 3-kinases)催化亚基 p110 和 AKT mRNA 翻译效率均下降，PI3K/AKT 通路活性降低，导致 EPCs 血管生成能力减弱73，说明 METTL3 是祖细胞血管生成的重要调节器。3.2METTL3参与胚胎发育中的重编程在小鼠胚胎发育重编程过程中，当过表达METTL3时，OCT4(octamer-binding transcription factor 4)、SOX2 和 NANOG mRNA 水平上调，促进胚胎成纤维细胞(MEFs)重编程为多能干细胞；相反，当敲低 METTL3 时，OCT4、SOX2 和 NANOG mRNA水平下调，阻碍重编程74。m6A 修饰能够调节卵母细胞向胚胎的转变和体细胞诱导为多能干细胞的重编程，在 8 细胞阶段，体细胞核移植(somatic cell nuclear transfer,SCNT)胚胎中 METTL3 的表达水平显著高于孤雌激活(PA)胚胎53。因此，METTL3对 m6A 修饰的调节对于正常的早期胚胎发育以及SCNT 胚胎中的异常重编程必不可少。4METTL3调节剂METTL3 在胚胎发育、肿瘤发生等生理过程中起重要作用，可作为药物治疗的相关靶点。近年来研究人员致力于开发 METTL3 调节剂，希望可以改变 METTL3 活性，进而调控 RNA 修饰并治疗相关疾病。-榄香烯(-elemene)是一种从姜黄中分离出来的主要活性成分，研究发现其能够抑制METTL3 转录和翻译，使得 METTL3 mRNA 与蛋白质水平下降，从而抑制肺癌细胞生长75。转录因子 EB(transcription factor EB,TFEB)作为溶酶体生物发生和自噬基因的主要调节因子，不仅受 METTL3调节，反过来还可以下调METTL3 mRNA的稳定性，负调控其表达，有望成为缺血性心脏病治疗靶点76。研究人员还开发了特异性的METTL3抑制剂(UZH1a、STM2457、腺嘌呤衍生物)，在 METTL3 依赖性肿瘤的抗癌药物开发方面展现出了较好的应用潜力77-79。还有研究人员通过新型药物筛选平台(SBDD)筛选了 METTL3-METTL14-WTAP 复合物的分子库，发现该复合物的小分子激活剂可以诱导细胞分化，而胚胎和其他干细胞应用于组织再生的安全性和有效性取决于尽可能安全地引导细胞分化到所需表型80。这些调节剂(表 2)的发现为 m6A靶向药物治疗开辟了新途径。王璇璇，等：m6A甲基转移酶METTL3在胚胎发育中的作用研究进展第6期7215总结与展望METTL3 作为 m6A 甲基转移酶的催化核心，可以影响 RNA 代谢，在胚胎干细胞分化、肿瘤发生、DNA 损伤修复等过程中发挥重要调控作用。研究表明在胚胎发育整个进程中，表观遗传扮演着重要角色。组蛋白甲基化及乙酰化、DNA 甲基化都被证实可以调控胚胎发育，近些年发现 RNA也参与调控此过程，例如 miRNA、长链非编码 RNA(lncRNA)。本文主要综述了催化 RNA 发生 m6A 修饰的甲基转移酶 METTL3 在胚胎发育中的作用，为进一步探究胚胎发育中的表观遗传修饰提供了更多新思路。现今多种 METTL3 靶向化合物被发现，为治疗 METTL3 相关疾病提供了新手段。METTL3的靶向药物多为治疗癌症的抗癌药物，虽然一些小分子激活剂可用于再生医学，引导细胞分化到所需表型，但在胚胎发育中的应用仍存在空白。利用蛋白质-配体复合物和 SBDD 进行虚拟筛选，开发靶向 METTL3 的调节剂，在生殖和其他 m6A 相关疾病治疗方面应用前景广阔。参考文献1 Peixoto P,Cartron PF,Serandour AA,et al.From 1957 to nowadays:a brief history of epigenetics.Int J Mol Sci,2020,21:75712 Zha LF,Wang JL,Cheng X.The effects of RNA methylation on immune cells development and function.FASEB J,2022,36:e225523 Song PZ,Tayier S,Cai ZH,et al.RNA methylation in mammalian development and cancer.Cell Biol 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