作者：兰州大学第二医院骨科 陈毅
骨质疏松症是一种以骨代谢异常、骨量减少和骨微结构不完整为特征的全身性慢性代谢性疾病，从而增加了骨质疏松性骨折的风险。骨质疏松症患者骨代谢异常主要源于破骨细胞功能亢进，成骨细胞数量和活性降低。近来，有研究发现骨质疏松症相关的新的分子机制与表观遗传修饰有关。由于基因与环境的相互作用，各种环境因素可以触发不同的表观遗传过程，从而调节基因转录。迄今为止，已经报道了多种细胞的RNA化学修饰，其中m6A是最常见的RNA修饰，核苷转录后修饰对RNA的正常功能起着重要作用。m6A是在
m6A甲基化修饰
m6A甲基化修饰过程是动态可逆的，涉及三种关键的分子，即m6A甲基转移酶（写入器）、去甲基化酶（擦除器）和m6A识别因子（读取器），它们分别可以添加、去除和识别m6A位点，对人体组织和细胞的正常生物过程和发育至关重要。甲基化酶主要启动m6A修饰过程，包括甲基转移酶样3（METTL3）、甲基转移酶样14（METTL14）、Wilm肿瘤相关蛋白（WTAP）等。去甲基化酶，包括ALKB同源物5（ALKBH5）和
m6A甲基转移酶在骨质疏松症中的调节作用
METTL3 METTL3在骨骼发育中扮演着重要的角色。通过在小鼠体内选择性敲除METTL3，Wu等发现METTL3功能缺失能够引起骨形成能力下降，且成骨分化受到抑制，并导致骨髓脂肪细胞增多。此外，他们还观察到过表达METTL3可以改善去卵巢（OVX）小鼠的骨质疏松症。有研究表明，METTL3在骨形成中起到了关键作用。一方面，METTL3通过介导m6A修饰RUNX2以及METTL3/miR-7212-5p/FGFR3信号轴的调控，对成骨发育进行关键调节。另一方面，MAPK信号传导通路在成骨细胞的增殖、分化和骨代谢中有重要的作用，METTL3通过对生理和炎症环境中MAPK信号传导途径的调控，与成骨分化和骨形成之间呈正向相关性。Li等首先证实了miR-99AHG在未分化的骨髓间充质干细胞（BMSCs）中过表达，这与成骨分化受到抑制有关，同时也发现了miR-99AHG在过表达METTL3的诱导下发生m6A甲基化修饰，从而通过海绵化miR-4660促进BMSCs的成骨分化。最近的一项研究表明，高糖高脂饮食可以诱导成骨细胞铁死亡，这一过程通过激活METTL3/ASK1-p38信号通路，进而引发了糖尿病骨质疏松，这提示m6A甲基化可能在糖尿病骨质疏松的发病机制中发挥重要作用。METTL3在骨质疏松症患者和骨质疏松小鼠模型中的异常表达结果进一步加强了其在骨生成中的功能定位。
然而，除了上述机制，有研究发现，METTL3缺乏也能通过调节进髓样分化因子88（MyD88）和NF-κB信号通路来促进成骨分化。虽然在这些研究中，METTL3在成骨分化中的调控是相互矛盾的，但这可能是由于不同类型的间充质干细胞的成骨与不同的信号通路有关。进一步研究这些信号通路的相互作用和调控机制，将有助于全面理解成骨的分子调控网络。通过上述研究，可以发现，METTL3在骨形成方面起着重要的作用。这一发现为了解骨质疏松相关的调控机制提供了新的视角，为骨质疏松症的治疗提供了全新的认识与理解。
METTL14 在骨生物学方面，METTL14对脂肪生成具有正向调控作用，其缺失导致细胞周期阻滞和成脂分化减少。Kobayashi等报道WTAP、METTL3和MET⁃TL14通过加速细胞周期转变过程促进脂肪形成。Wang等研究发现，METTL14的含量在骨质疏松症患者和OVX小鼠骨组织中下降，在体内和体外实验中，过表达METTL14可增加小鼠骨量，促进成骨，抑制骨丢失。其机制为METTL14通过m6A甲基化促进TCF1的表达，TCF1通过提高骨形成的关键分子RUNX2蛋白水平增加成骨活性。同样，有研究发现，在OVX小鼠中SIRT1和METTL14下调，过表达SIRT1或METTL14可增加成骨标志物基因的表达，但降低破骨细胞标志物基因的表达。此外，METTL14过表达增加了SIRT1mRNA的m6A水平，增加了成骨细胞分化，同时使破骨细胞分化减少，而这一过程可以通过敲低SIRT1来逆转。结果表明，METTL14通过m6a依赖性上调SIRT1mRNA，使成骨细胞分化增加，从而缓解骨质疏松的发展。He等研究发现，METTL14在诱导自噬和阻碍骨质疏松过程中起关键作用。在体内，MET⁃TL14+/-敲低小鼠表现出与OVX小鼠相似的骨质流失增加和自噬受损，而METTL14过表达显著促进骨形成并抑制OVX手术引起的骨质疏松症的进展。在体外，METTL14过表达通过m6A修饰调控beclin-1的表达，诱导自噬，进而导致BMSCs向成骨方向分化；沉默METTL14则相反。他们的研究揭示了METTL14/IGF2BP/beclin-1信号轴在BMSCs成骨分化中的作用，并强调了METTL14介导的m6A修饰在骨质疏松症中的关键作用。此外，Dong等发现，METTL14通过调控m6A修饰促进pri-miR-873加工为成熟的miR-873。此外，过表达miR-873可显著抑制BMSCs的增殖。Huang等研究结果表明，敲低METTL14抑制BM⁃SCs成骨，并通过抑制SMAD1的稳定性来抑制m6A修饰。结果表明，METTL14可通过m6A抑制BSMCs的成骨分化，提示METTL14可能是改善骨质疏松症的新途径。通过进一步研究这些机制，可以更好地了解METTL14在骨生物学中的作用。
WTAP WTAP敲除会导致胚胎死亡，这表明了WTAP在脊椎动物发育过程中的重要生物学特性。值得注意的是，在BMSCs中下调WTAP抑制了脂肪形成，表明WTAP是通过调节BMSCs的脂肪形成来治疗脂肪积累相关骨质疏松症的潜在靶点。因此，在可预见的未来，抑制WTAP可能成为对抗骨质疏松症的新分子靶点和治疗方法。然而，WTAP在骨发育中的分子基础尚不清楚。为了解决这些问题，需要进一步研究WTAP在骨发育和骨重塑中的直接作用。
m6A去甲基转移酶在骨质疏松症中的调节作用
FTO FTO在骨形成和骨丢失中的作用是有争议的。越来越多的证据表明，FTO通过调节m6A去甲基化水平和控制mRNA的稳定性，在骨发育中发挥关键作用。Liu等研究发现，FTO能够引起BMSCs中GDF11-C/EBP的激活，使破骨细胞生成增多，成骨细胞分化减少，从而引起骨质疏松。与此一致的是，当小鼠体内FTO基因被敲除之后，发现脂肪组织和瘦体重明显减低。此外，FTO缺乏导致细胞周期进程受损，从而阻断BMSCs的脂肪形成。然而，也有研究结果显示，FTO可以促进成骨分化。Zhang等研究发现，FTO通过Hspa1a-NF-κB信号通路，在保护成骨细胞免受基因毒性损伤方面发挥关键作用，这对维持骨量至关重要。目前关于FTO在骨质疏松症中的调节作用存在争议，需要进一步展开深入的研究以揭示FTO的具体作用机制。未来可以尝试探究FTO在成骨细胞分化、骨形成和骨重塑等方面的具体调节机制。同时，结合临床数据和人群研究，分析FTO基因与骨质疏松症发病的关联性，以评估FTO作为潜在治疗靶点的可能性。
ALKBH5 越来越多的证据表明，ALKBH5通过RNA去甲基化调节骨形成和骨发育。ALKBH5通过骨形态发生蛋白2（BMP2）去甲基化，激活AKT信号通路，正向调节成骨相关基因的表达，加速黄韧带细胞骨化和异位骨形成。另一方面，ALKBH5介导TNF受体相关因子4（TRAF4）的m6A去甲基化，负调控BMSCs的脂肪形成。然而，ALK⁃BH5是否直接调控骨发育及其潜在机制有待进一步研究。
m6A阅读器蛋白在骨质疏松症中的调节作用
YTHDF1 m6A修饰的mRNA结合蛋白YTHDF1是m6A修饰的另一关键部分，通过与m6A结合并参与蛋白募集，YTHDF1在RNA代谢中发挥关键作用，包括转录、剪接和稳定性等。有研究发现，YTHDF1参与猪前脂肪细胞和骨骼肌组织的脂肪形成，对骨代谢有显著影响。这些发现为YTHDF1介导的m6A修饰通过影响骨发育和骨重塑进而引起骨老化和骨质疏松的进展提供了线索。
YTHDF2 YTHDF2是一种m6A选择性结合蛋白，通过将含m6A的mRNA重组并分布到不同的加工体中，发现其在维持mRNA稳定性方面发挥双重作用。Song等研究发现，YTHDF2依赖性m6A修饰通过抑制Zfp217从而抑制3T3L1细胞的成脂分化。此外，研究发现，YTHDF2介导的JAK1mRNA稳定性对于METTL3缺失诱导的BMSCs的脂肪生成是必需的。然而，目前对于YTHDF2在骨质疏松症治疗中的应用还处于早期阶段，需要更深入的研究来明确其治疗骨质疏松症的潜力和作用机制。
总结与展望
综上所述，m6A修饰和m6A甲基化调节因子水平与骨代谢有密切的相关性，这可能成为治疗包括骨质疏松症在内的骨相关疾病的潜在策略。但m6A修饰的功能可能像一把“双刃剑”，它能够以不同的方式促进或抑制骨形成。m6A调控骨代谢的分子机制为骨质疏松症的药物治疗提供了新的方向。然而，m6A修饰对骨代谢的研究相对有限且处于初始阶段。此外，m6A修饰在破骨细胞介导的骨吸收方面的相关研究较少。其次，虽然已经初步观察到阅读蛋白在骨质疏松症中的重要作用，但目前对阅读蛋白具体是如何发挥作用的研究较少。由于骨代谢中m6A甲基化调控的复杂性，其潜在机制有待进一步研究。研究m6A修饰与骨质疏松症之间的具体机制，将为骨质疏松症的诊断和治疗提供新的认识，未来有望通过调节m6A修饰来控制骨质疏松症的进展和长期预后。
来源：中国矫形外科杂志2024年9月第32卷第18期
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