Nature 子刊：「男女有别」，肝脏性别差异大揭秘！RNA

丁香学术2021-09-09

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要问本世纪最热门的生命科学研究领域是什么？ RNA 甲基化修饰必定榜上有名。

在不同 RNA 上的多种修饰中，最被广泛研究的正是 mRNA 上大名鼎鼎的 m6A（N6-甲基腺嘌呤）修饰。

尽管早在二十世纪七十年代，m6A 的存在就已经被报道，却是 2011 年，著名华人学者何川教授团队发表的一篇论文，让 m6A 再次进入了人们的视野，并快速成为了席卷学术界的新浪潮。

对 m6A 修饰在生理学与病理学中作用的报道，近年来成为了各大顶刊的常客。今天，我们要介绍的，正是 m6A 在性别代谢差异中的作用。

图片来源： Nature Metabolism

近日，来自美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）的 Tamer Sallam 教授带领团队，在 Nature 子刊 Nature Metabolism 上刊登了题为 Transcriptional regulation of N6-methyladenosine orchestrates sex-dimorphic metabolic traits 的研究 [1]，首次报道了 m6A 修饰如何在转录后层面，调节不同性别中的肝脏代谢表型。

研究内容

在肝脏中，转录因子调节的 mRNA 合成变化，对肝脏的代谢功能至关重要。可让学术界迷惑的是，涉及脂肪生成等基因的表达，在节食状态下依旧保持很高的水平，但它们却不能起到应有的作用。同时，脂生成 mRNA 的含量与其对应的蛋白之间的关系，在不同性别中也表现出了明显的差异。

因此，作者将研究目光落在了能够导致这种差异的转录后 mRNA 修饰。

图片来源： Nature Metabolism

首先，通过高脂饮食与西式饮食，研究团队在小鼠中建立了不同饮食习惯的模型，并分析了两种性别小鼠肝脏中，mRNA, m6A 以及脂质组学上的差异。结果显示，性别的不同，导致的变化远高于饮食本身，证明了「男女有别」在被研究的三个方面中普遍存在。

首先，比起其他的脂质，甘油三酯（TAG）受饮食与性别的影响最大。雌性小鼠的 TAG 水平，在三种饮食中都显著高于雄性。

其次，m6A 与基因表达分析结果显示，m6A 在不同组别中表现出了比基因表达更好的区分度。除了肝脏中的脂生成 mRNA 的 m6A 修饰丰度极高之外，作者还发现高脂与西式饮食的小鼠肝脏中，诸如 DGAT2 与 FAS 等关键脂生成 mRNA 在 3' 非翻译区的 m6A 修饰水平显著低于对照组小鼠。

这些数据表明，脂生成 mRNA 的 m6A 修饰，极易受到饮食习惯的影响。

图片来源： Nature Metabolism

为了探究 m6A 修饰水平的变化在肝脏中的影响，作者特异性敲除了肝脏中的 Mettl14 基因（编码m6A 甲基化酶），以降低肝脏中的 m6A 修饰水平。

结果显示，在敲除 Mettl14 后，肝脏中的 TAG 水平出现了明显的提高。相应的，负责脂质生成的 DGAT2, FAS 及 SCD1 等关键蛋白，都出现了显著的表达量上调。这些都与之前高脂与西式饮食小鼠中的表型相似。

同时，Mettl14 敲除小鼠的脂生成 mRNA，表现出了比对照组更强的稳定性，恰好解释了这些基因对应的蛋白层面上的上调。通过 shRNA 敲低 Mettl14，也得到了相同的结果。这些数据足够说明，m6A 修饰能够通过调控脂生蛋白的表达，来抑制 TAG 生成相关通路的功能。

图片来源： Nature Metabolism

在小鼠模型中建立了 m6A 与脂肪代谢的关系后，作者进一步在脂肪肝病人中对这一现象进行了验证。

与健康人及轻度脂肪肝患者相比，非酒精性脂肪性肝炎患者的 METTL14 表达显著更低，进一步证明了 m6A 在肝脏脂肪代谢中的作用。

随后，研究团队通过腺病毒相关载体往小鼠肝脏中敲入了 m6A 甲基转移酶复合物（m6A writers），提高了肝脏中 m6A 修饰的水平。

此前在高脂饮食小鼠中上调的脂合成蛋白，在过写入 m6A 后，出现了显著的下降。相对应的，小鼠肝脏中的脂质染色也显示，m6A 写入组的脂肪积累，明显低于对照组。特异性甲基化脂肪生成基因 SCD1 的 3' 非翻译区，也得到了一致的结果。

这些结果表明，m6A 修饰在人体肝脏脂肪代谢中有着重要的调节作用，而且揭示了这种作用的临床潜能。

图片来源： Nature Metabolism

有趣的是，当研究团队检验代谢与 m6A 在不同性别中的关系时，他们发现高脂与西式饮食在雄性中的确能够降低 m6A 甲基化，但这种关系在雌性小鼠中并不存在，甚至出现了相反的趋势。

我们之前提到，雌性小鼠的脂生成 mRNA 甲基化水平普遍高于雄性小鼠，但这种更高的甲基化水平，并未随着高脂饮食降低，反而出现了升高。这表明了 m6A 与代谢的关系，存在明显的性别差异。

图片来源： Nature Metabolism

为了排除性腺带来的差异，作者使用了 XY 染色体的带卵巢小鼠，以及携带 XX 染色体的带睾丸小鼠。在携带同样性腺的情况下，携带 XY 染色体的小鼠，总是有更低的 Mettl14 水平，这表明这种差异是由染色体性别，而非性腺性别决定的。 ATAC–seq 发现，Mettl14 基因，可能受到两个被性别影响的转录因子-STAT5A 与 BCL6 的调节。

更重要的是，这两个转录因子，都会被饮食影响。西式与高脂饮食能够显著提高 Bcl6 水平。在肝脏中特异性敲除 Bcl6 之后，西式饮食喂养的小鼠中，不再出现 Mettl14 的性别差异，意味着 Bcl6 在 m6A 修饰调节的性别代谢差异中，起到了关键的作用。

图片来源： Nature Metabolism

最后，作者敲除了 Mettl14，并发现由性别导致的肝脏代谢差异，被拉到了同一水平。这表明，肝脏脂生成代谢受 m6A 修饰调节，而后者受到了性别的影响。这种差异也解释了，为什么雌性的空腹 TAG 水平总是高于雄性。

研究意义

本研究首次从 RNA 修饰层面，解释了困扰学术界多年的肝脏代谢中的性别差异。是雄性与雌性在相同饮食条件下相反的甲基化水平变化，导致了这种神奇的现象。

尽管雌性空腹 TAG 水平更高，但她们在高脂饮食情况下，能更加有效地利用 m6A 修饰带来的保护作用，并获得更高的健康受益。

这也告诉我们，在代谢疾病的应对中，医学界或许应该针对性别采取差异性的方法。

延伸阅读

「男女有别」，在生物学研究中是不争的事实。性别的差异，对我们的健康造成的影响也不可忽视。

由于女性在历史中受到的不公平待遇，使得她们无法在现代医疗体系中，获得与男性一样的医疗服务。

很多药物的研发过程中主要使用雄性动物进行实验，并在临床试验中以男性的数据为主。例如，不少心脏病药物的用量、功效与副作用，都是基于大量男性受试者的结果得到的。由于女性受试者的不足，当医生使用同样的方法治疗女性时，往往得不到想要的治疗效果，甚至还可能由于性别差异得到负面的治疗效果。

图片来源： Lancet

2020 年 8 月 22 号，来自美国杜兰大学的 Franck Mauvais-Jarvis 与合作者在顶级期刊 《柳叶刀》 上刊登了题为 Sex and gender: modifiers of health, disease, and medicine 的综述文章 [2]，详细论述了性别差异在健康、疾病与医药领域所带来的深远影响。

也许，深入了解生物学上的「男女有别」，是实现最终「男女平等」中过程中，必不可少的一环。

参考文献：

1. Salisbury, D.A., et al., Transcriptional regulation of N6-methyladenosine orchestrates sex-dimorphic metabolic traits. Nature Metabolism, 2021. 3(7): p. 940-953.

2. Mauvais-Jarvis, F., et al., Sex and gender: modifiers of health, disease, and medicine. Lancet, 2020. 396(10250): p. 565-582.