Nature：首次发现m6A修饰调控T细胞稳态

8月10日，来自耶鲁大学医学院，暨南大学，斯坦福大学的研究人员发表了题为“m6A mRNA methylation controls T cell homeostasis by targeting the IL-7/STAT5/SOCS pathways”的文章，首次报道了m6A mRNA修饰在哺乳动物免疫细胞中的生理功能。该项研究发现，m6A通过靶向Naive CD4 T细胞中IL-7/STAT5/SOCS信号通路中的信号分子mRNA来调控Naive CD4 T细胞的分化，从而维持免疫系统的动态平衡。METTL3作为重要的甲基转移酶调控m6A  RNA甲基化修饰，在CD4 T细胞中特异性敲除Mettl3基因，Naive CD4 T细胞的分化受阻，从而抑制了T细胞过继转输诱导的肠炎模型中肠炎的发生。该项研究首次揭示了体内m6A甲基化修饰在T细胞介导的肠炎中的生理功能，为T细胞体内稳态和信号依赖的mRNA的降解提供了新的分子机制。

这一研究成果公布在Nature（IF=40.137）杂志上，文章的通讯作者分别是暨南大学长江学者尹芝南教授，耶鲁大学医学院Richard A. Flavell教授，以及出生于台湾的斯坦福大学首席研究员Howard Y. Chang。暨南大学尹芝南教授于2013年被引进到暨南大学筹建生物医学转化研究院并出任院长，主要研究领域为γδ T细胞的分化发育及其在肿瘤免疫、肝炎和肠道菌群调控中的作用，与赛业生物保持长期合作关系。

m6A （N6-腺苷甲基化修饰）是RNA中最丰富、分布最广泛的RNA修饰。2011年，m6A RNA去甲基化酶FTO的发现，让人们重新开始关注RNA甲基化修饰在生理上的作用。近期研究发现，在胚胎干细胞（ESC）中敲除m6A甲基化酶METTL3后，在诱导分化条件下，ESC仍持续高表达多潜能相关基因（Oct3/4、Nanog、Rex1），无法上调分化相关基因(Gata6、Sox1、Otx2等)的表达，使ESC一直处于多潜能化阶段。与ESC分化类似，Naive T细胞可在体内/外特定分化条件下分化为不同的T细胞亚群，但m6A在T细胞稳态和分化中的作用仍然未知。

在这项研究中，研究人员通过构建CD4-Cre Mettl3fl/fl条件性敲除小鼠（以下简称KO鼠）系统性地研究了N6-腺苷甲基化修饰调控T细胞稳态的分子机制。该研究发现，分选的Naive CD4 T细胞在体外相应的细胞因子诱导下，KO小鼠来源的Naive T细胞分化为Th1和Th17细胞的比例显著下降，分化为Th2细胞的比例显著上调，而Treg细胞比例几乎没有变化。且在将KO小鼠CD4+CD25-CD45RBhi Naive T细胞转输至RAG2-/-小鼠体内后，无法诱导小鼠慢性肠炎。对转输至RAG2-/-小鼠体内的细胞进行分析发现：1） KO小鼠Naive T细胞可在RAG2-/-小鼠体内长期存活（至少12周）；2） 转输的KO小鼠Naive T细胞无法进行稳态增殖和分化，始终维持Naive T细胞状态 (图1) 。

图1. Mettl3 KO Naive T细胞转输至RAG2-/-小鼠体内不会导致自发性肠炎（a），继续保持初始状态，无法进行稳态增殖（b）

Naive T细胞的稳态和存活主要受IL-7/STAT5和TCR信号通路共同调控。因此，METTL3的敲除可能影响了IL-7R下游信号分子，从而影响了转输的T细胞的增殖和分化。为了验证这一猜想，分选的WT和KO小鼠的Naive T细胞体外给予IL-7/IL-2或anti-CD3/CD28刺激，实验结果表明KO小鼠 Naive T细胞的IL-7信号通路下游的JAK1 和STAT5 磷酸化水平显著降低，而TCR下游信号分子ERK和AKT的本底磷酸化程度增强。进一步研究发现，KO小鼠 Naive T细胞中，一类细胞因子信号抑制分子（SOCS）家族的mRNA水平显著上调，这其中包括SOCS1、SOCS3、CISH，而这些蛋白是已知的IL-7信号抑制分子，其中SOCS1还可抑制Ras-GAP的活性, 从而促进ERK和AKT的磷酸化。上述结果揭示了为何KO小鼠 Naive T细胞无法稳态增殖却可以长期存活，同时也表明，m6A可靶向SOCS蛋白家族，调控IL-7和TCR信号通路，影响Naive T细胞的稳态增殖和分化。

有研究表明，大部分基因（~87%）的mRNA丰度的变化主要是由mRNA的转录速率决定的，但小部分基因（~13%）的mRNA丰度是由降解速率决定。这一小部分基因主要为早期快速诱导基因，而SOCS家族的大部分成员属于IL-7刺激诱导的早期快速诱导基因。然而，T细胞中的m6A其如何选择性靶向SOCS蛋白家族呢？通过RNA降解试验以及全基因组测序的s4U-Seq试验发现: 1） IL-7可诱导SOCS mRNAs的快速降解，解除SOCS家族蛋白对IL-7受体信号通路的抑制作用，促进Naive T细胞重编程（Reprogram）进而启动T细胞的增殖、分化；2）m6A介导了一类基因（包括SOCS 基因）mRNAs的快速降解（图2）。

图2. m6A控制T细胞稳态分布的分子机制。 a. Mettl3 KO 初始T细胞内的Socs基因表达升高阻止了IL-7诱导的激活；b.初始T细胞激活的新模型

机体内T细胞的稳态为机体免疫监视和免疫防御提供了重要保障。该项研究首次揭示了体内m6A甲基化修饰在T细胞介导的肠炎中的生理功能，阐明了m6A甲基化修饰在调控辅助性T细胞的效应分化中的作用，为T细胞体内稳态和信号依赖的mRNA的降解提供了新的分子机制，并且表明m6A RNA修饰系统可以作为减轻自身免疫疾病的药物靶点。

作者简介：

尹芝南教授1988年获得上海第二医科大学免疫学硕士学位，1997年获得德国柏林自由大学博士学位。同年赴耶鲁大学医学院风湿科从事博士后研究，2006年晋升为副教授，获得耶鲁大学内科系科研成就奖。2007年起被聘任为南开大学生命科学学院院长，同年被评为国家杰出青年基金获得者，并以首席科学家身份担任科技部重大科学研究计划。2008年被评为教育部“长江学者”特聘教授。2013年被引进到暨南大学筹建生物医学转化研究院并出任院长。主要研究方向为γδ T细胞的分化发育及其在肿瘤免疫、肝炎和肠道菌群调控中的作用，共发表文章96篇，其中以通讯或共同通讯作者发表文章47篇。

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