【原】Nat Commun：渐冻症为何难治？陈俊安团队揭示m6A修饰失衡致运动神经元退化机制

脑声常谈 2025-05-02 发布于上海

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2025年4月30日，台湾中央研究院陈俊安在Nature communications发表：The motor neuron m6A repertoire governs neuronal homeostasis and FTO inhibition mitigates ALS symptom manifestation，揭示了运动神经元的m6A调控组维持神经元稳态，抑制FTO可缓解肌萎缩侧索硬化症（ALS）症状表现。

ALS是一种迅速进展、致死性的神经退行性疾病，其特征是运动神经元（MNs）发生退化。为何在大多数散发病例中运动神经元特别易受损害，仍然是一个谜。作者证明了N⁶-甲基腺苷（m⁶A）一种由METTL3/METTL14甲基转移酶复合体催化的RNA修饰是ALS发病机制中的关键因素。通过对小鼠运动神经元中Metttl14进行条件性敲除，几乎重现了ALS疾病的全部特征。从机制上来看，广泛的m⁶A低甲基化引发了与ALS相关的高风险基因表达失调，并导致运动神经元中染色质可及性的显著降低。此外，在来源于家族性和散发性ALS患者的诱导多能干细胞所分化出的运动神经元（iPSC-MNs）中也观察到了m⁶A水平的下降。通过小分子药物或基因疗法恢复m⁶A的平衡，可以保护运动神经元免于退化，并在ALS iPSC-MNs和小鼠模型中缓解运动功能障碍。本研究揭示了RNA修饰在疾病干预中的巨大潜力。

图一 m⁶A RNA修饰水平在ALS中下调

作者分析了来自“Answer ALS”项目的大量转录组数据集，以明确m⁶A RNA修饰是高甲基化（hyper-m⁶A）还是低甲基化（hypo-m⁶A）与ALS相关。分析重点在于评估甲基转移酶METTL3、METTL5、METTL14和METTL16的表达水平。METTL16主要参与非编码RNA（ncRNA）的m⁶A修饰，METTL5则主要作用于rRNA的m⁶A修饰。有趣的是，只有METTL3和METTL14在多个家族性和散发性ALS患者的iPSC来源运动神经元（iPSC-MNs）中显示出表达下调的趋势。与这一结果一致的是，在大多数ALS患者死后大脑皮层样本中也观察到了METTL3和METTL14表达水平的下降，所检测到的蛋白水平下降一致。还分析了另一项独立研究的数据，该研究对另一组人类ALS iPSC-MNs进行了转录组分析，结果显示这些iPSC-MNs中METTL3和METTL14的表达也普遍下调。综上所述，m⁶A调控通路的受损可能是ALS发病机制中一个重要方面。作者将三个家族性ALS相关的iPSC系（SOD1^+/L144F、C9ORF72^{exp~800 G4C2}和 TDP43^G298S）及其对应的同基因型对照细胞以及健康对照诱导分化为脊髓运动神经元，并在应激诱导条件下对其分化过程中的m⁶A动态进行分析。三种ALS iPSC系在应激处理引发的MN丢失之前就已经呈现出明显的hypo-m⁶A状态。METTL3i通过m⁶A ELISA和点杂交实验显著降低了m⁶A修饰的mRNA谱，同时伴随着显著的突起退化和MN数量减少。数据表明，METTL3/METTL14可能是一个与家族性和散发性ALS均密切相关的调控复合体；并且运动神经元对METTL3/METTL14表达下调尤为敏感。尤为重要的是，m⁶A全转录组甲基化水平的整体下调会引发明显的运动神经元退化。

图二 m⁶A缺失小鼠表现出运动功能障碍，模拟了ALS表型

尽管一些已有的ALS小鼠模型表现出ALS病理的分子标志，但它们的运动神经元生理功能或整体行为表现相对正常。为了验证ChAT-Cre; Mettl14^floxed小鼠是否代表了一种更具潜力的ALS小鼠模型，对这些小鼠从出生后第40天（P40）到第210天进行了系列行为学检测，以进一步表征其表型。首先，通过转棒实验和前肢握力测试的结果证实，小鼠的运动能力逐渐下降，并伴随肌肉力量的减弱，这重现了ALS患者观察到的两个主要病理表现。接下来，在旷场实验中，发现 ChAT-Cre; Mettl14^floxed小鼠的一般活动水平逐渐受损，在新环境中探索行为减少，反映了运动功能障碍以及类似额颞叶痴呆（FTD）的表型。最后，作者进行了运动学分析，结果显示虽然脊髓中间神经元（IN）环路基本保持完整，但在 ChAT-Cre; Mettl14^floxed小鼠中，运动输出已经中断。通过对 ChAT-Cre; Mettl14^floxed小鼠在分子、细胞、生理和行为层面上的深入研究表面，m⁶A修饰储备是维持成年运动神经元功能的关键因素，而m⁶A水平的降低会引发类似于ALS疾病进程的运动神经元退化过程。

图三 m⁶A修饰基因的鉴定及其在运动神经元退化中的作用

本研究通过构建ChAT-Cre; Mettl14^floxed小鼠模型特异性敲除运动神经元中的m⁶A修饰酶Mettl14，从而模拟m⁶A水平下降对运动神经元的影响。研究人员在疾病早期阶段（P100~120）采集脊髓胆碱能神经元，利用snATAC/RNA-seq技术结合CAG-Sun1/^sfGFP报告系统和FACS分选，全面分析了染色质可及性与基因表达变化。结果发现，敲除Mettl14导致多个运动神经元亚型中大量基因表达失调，其中骨骼肌MN中有652个差异表达基因，包括多个与ALS相关的风险基因；功能富集分析显示，下调基因显著富集于轴突发育、突触组织、细胞骨架、微管结构、RNA剪接以及钙信号通路等功能模块；特别是如Fus、Nefm、Nefl、Tubb3、Kif5c、Nup93等关键ALS相关基因表达显著下降，这些变化与ALS患者中观察到的病理机制高度一致；此外，部分ALS风险基因如Fus和Bscl2表达减少而PIKfyve表达上调，进一步验证了m⁶A调控在ALS发病中的作用。综上所述，m⁶A修饰水平的降低直接引发运动神经元中多个关键功能通路的紊乱，进而导致神经元退化和行为障碍，揭示了m⁶A在ALS发病机制中的核心地位。该研究为基于RNA修饰的ALS治疗策略提供了新的理论基础和潜在靶点。