重大发现 | 上海交通大学郑志/许迅教授团队发现改善糖尿病血管内皮损伤新策略

     糖尿病的主要危害是糖尿病慢性血管并发症，包括常见的微血管并发症如糖尿病视网膜病变、糖尿病肾病及大血管并发症如糖尿病心脑血管疾病等，其主要的病理特征是糖尿病引起的血管内皮损伤。然而，糖尿病引起血管内皮损伤的机制不清。

2023年10月2日，上海交通大学郑志、许迅及同济大学陈海冰共同通讯，周传棣、佘新平和顾楚峰共同第一作者在Journal of Clinical Investigation（JCI，1924年创刊，IF:15.9）发表题为“FTO fuels diabetes-induced vascular endothelial dysfunction associated with inflammation by erasing m6A methylation of TNIP1”的研究论文，该研究首先从增生性糖尿病视网膜病变患者手术切除的增殖膜中发现了mRNA甲基化修饰的关键酶FTO上调；随之使用糖尿病小鼠模型和转基因小鼠模型，明确了这种上调的FTO引起了糖尿病视网膜血管内皮损伤；应用体外糖尿病细胞模型包括视网膜血管内皮细胞、心脏血管内皮细胞及肾脏血管内皮细胞模型，通过RNA测序（RNA-seq）及m6A甲基化测序( MeRIP-Seq) 、荧光素酶报告基因实验及RNA-pulldown实验等，揭示了FTO 引起糖尿病血管内皮损伤的机制与TNIP1/ NFκB调节的炎症因子活化有关。进一步通过体内外干预研究，发现了抑制FTO可改善糖尿病血管内皮损伤，抑制糖尿病视网膜病变发生发展。

mRNA是指导蛋白质生物合成的直接模板，体外合成的mRNA碱基修饰技术是新冠mRNA疫苗研发成功的关键，成就了2023年诺贝尔生理学或医学奖。哺乳类动物体内的mRNA碱基修饰纷繁复杂，是近年来表观遗传修饰的研究热点。

目前，已报道100逾种RNA 修饰。1974年发现了首个mRNA碱基修饰N6-甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine，m6A），随后相继发现了N6,2-O-二甲基腺嘌呤（m6Am）、5-甲基胞嘧啶（m5C）、 次黄嘌呤（I）、假尿嘧啶（Ψ）、N1-甲基腺嘌呤（m1A）、2，-O-甲基化（Nm）、N4-乙酰胞嘧啶（ac4C）和N7-甲基鸟嘌呤（m7G）等。

m6A甲基化修饰是一种动态可逆的修饰过程，是真核生物mRNA上存在的最为保守、广泛的中间修饰，约占所有甲基化的80%，主要受m6A 甲基转移酶（writers）（METTL3和METTL14等）、去甲基化酶（erasers）（FTO和ALKBH5等）和识别蛋白（readers）（YTHDC1-3等）共同调控。m6A修饰异常在多种人类疾病中发挥着重要作用，如心脑血管疾病、神经系统疾病、肿瘤、衰老、退行性疾病及糖尿病等。

本研究在增生性糖尿病视网膜病变手术患者切除的增殖膜中检测了m6A甲基化水平及其7个主要组分的基因和蛋白表达水平，发现了m6A水平明显降低，FTO显著升高，动物实验发现FTO升高可引起糖尿病视网膜血管内皮损伤通透性增加。为了揭示FTO的这种作用机制，通过RNA-seq 及 MeRIP-Seq，发现了FTO调节的m6A甲基化潜在的靶基因是TNIP1。TNIP1是一种重要的炎症因子负性调节开关，可抑制炎症因子的活化，既能结合抑制跨膜受体如TNF-aR、EGFR和 TOLL样受体，又能结合抑制核受体如 PPAR、RAR。

本研究通过荧光素酶报告基因实验及RNA-pulldown实验证实，FTO 调节的m6A甲基化靶基因是TNIP1，其作用位点是TNIP1单链 RNA 中3‘UTR区域第433位点的腺嘌呤（A）（图1）。糖尿病状态下，FTO上调，m6A甲基化水平降低，引起TNIP1 mRNA稳定性下降，导致NFκB活化，炎症因子IL-1β、 IL-18表达上调，视网膜血管内皮损伤。进一步体内干预研究发现，抑制FTO可改善糖尿病血管内皮损伤，抑制糖尿病视网膜病变发生发展。

图1 FTO 通过m6A 甲基化修饰调节TNIP1（图源自JCI）

总之，研究表明，mRNA碱基甲基化修饰关键酶FTO调节的TNIP1-NFκB炎症因子通路的异常在糖尿病血管内皮损伤中发挥重要作用（图2），研究结果为糖尿病血管并发症的防治提供了新见解新策略。

图2 基于mRNA碱基甲基化修饰FTO在糖尿病血管损伤中的作用机制模式图（图源自JCI）