我们都知道，DNA储存遗传信息，蛋白质执行生命功能，而RNA被视为它两的中介。2010年，芝加哥大学何川教授提出“RNA表观遗传学”概念（后称为epitranscriptomics）；2011年，发现了首个m6A去甲基化酶“FTO”。RNA修饰研究领域开始了爆炸式发展。迄今为止，RNA已鉴定出超170种化学修饰类型，这些修饰及其效应蛋白（Writers、Erasers和Readers）共同构成了基因表达调控的全新维度。在2025年9月，何川教授团队就已经在《Nature Reviews Drug Discovery》发表“RNA modification systems as therapeutic targets"的大综述，系统阐述了六大RNA修饰系统（m6A、m7G、m5C、m1A、Ψ、Nm）的"写入-擦除-读取"调控机制及其疾病关联。

 

 

就在近日，何川教授和新加坡国立大学魏江博助理教授受邀在《Cell》最新一期leading edge发表综述文章“RNA modifications in gene regulation: Functions and pathways”，再一次详细梳理了RNA修饰的转录后调控机制，并前瞻性地总结了近两年的新前沿，即染色质相关调控RNA（carRNA）上的修饰如何直接参与染色质状态和转录层面的调控。

 

DOI: 10.1016/j.cell.2026.01.006

 

 

 

 

RNA修饰的检测方法经历了三代演进：从抗体依赖方法（如meRIP-seq）到单碱基测序方法（如GLORI-seq）再到前沿的单细胞与长度长测序（如ONT Direct RNA-seq、scDART-seq）。甚至已有整合空间转录组学、可实现表观转录组的时空动态解析的技术出现。

 

 

 

 

 

注：AI生成

 

 

为了方便各位老师同学快速浏览这篇综述文章，小编将正文的核心内容提炼分点总结出来了，让我们看看这篇文章展示了哪些宝贵信息：

 

 

mRNA的转录后调控机制

真核mRNA点缀着超过10种不同的化学修饰类型。这些标记由Writers沉积，在某些情况下由Erasers移除，它们的调控作用主要由结合蛋白（Readers）介导，这些Readers通过直接识别修饰核苷酸或感应修饰诱导的RNA结构变化来调节下游分子功能和细胞表型。

1. m6A（N6-甲基腺苷）

m6A是真核细胞mRNA中最丰富且研究最深入的内源修饰。哺乳动物转录本平均含有2-3个m6A位点，主要富集在终止密码子附近和3' UTR，位于DRACH共识序列中（R = G/A/U，H = A/C/U）。

（1）m6A Writers与m6A抑制子的发现

• METTL3-METTL14甲基转移酶复合物在mRNA共识DRACH基序内沉积m6A，该复合物与多种辅助组分协同作用
• 关键发现：EJC（外显子连接复合物）作为m6A抑制子，通过空间位阻作用阻止甲基转移酶复合物接近大量DRACH序列，从而抑制m6A沉积
• 这解释了为什么只有约5%的DRACH基序被甲基化，以及为什么m6A富集在长内含子外显子和终止密码子附近
• 约三分之二的m6A标记是在转录后沉积的，特别是在高度甲基化的转录本中

 

（2）m6A Erasers的底物偏好

• FTO和ALKBH5是已鉴定的两个m6A去甲基化酶，都属于α-酮戊二酸和铁依赖性双加氧酶家族
• 底物差异：
  ① FTO具有更广泛的、上下文依赖性的底物范围，作用于mRNA内部m6A、帽子m6Am和特定tRNA上的m1A
  ② ALKBH5主要专注于mRNA m6A去甲基化
• 在发育系统、多种组织（特别是脂肪和神经元）和人类类器官中，多项研究一致支持m6A是FTO的主要生理底物
• 结构差异决定它们不同的底物偏好和生物学功能：FTO具有独特的C端结构域，而ALKBH5拥有长C端低复杂度区域（LCR），该区域对ALKBH5凝聚体形成和底物特异性很重要

（3）m6A Readers的功能分工

 

YTH结构域家族（YTHDF1/2/3、YTHDC1/2）：

• YTHDF1：主要促进m6A修饰mRNA的翻译，富集在应激颗粒（SG）中
• YTHDF2：经典的mRNA衰变介导者，招募降解复合物加速mRNA衰变，富集在加工小体（P-bodies）中
• YTHDF3：与YTHDF1和YTHDF2协同作用，同时调控mRNA翻译和降解
• YTHDC1：核内读取蛋白，主要调控pre-mRNA剪接和核输出
• YTHDC2：调控翻译和降解，对精子发生至关重要

IGF2BP家族（IGF2BP1/2/3）：

• 使用KH结构域识别m6A，主要稳定其靶标mRNA，但也可在特定背景下调控翻译
• IGF2BP蛋白在多种癌症中作为癌基因，其关键靶标包括MYC和PD-L1

 

 

2. m6A在发育和疾病中的核心作用

（1）发育调控
核心机制：m6A介导的转录组切换

• 在幼稚的未分化细胞中，谱系特异性主转录因子招募m6A写入复合物甲基化编码细胞命运决定因子的转录本
• 读取蛋白调控这些m6A标记mRNA的正确翻译和衰变以维持未分化状态
• 分化时，转录程序转变，配合谱系特异性m6A甲基化/去甲基化和后续读取蛋白识别，协调两个细胞状态之间甲基化转录本的转换
• 这使得快速转录组切换和产生新的谱系特异性转录本成为可能

 

关键发现：

• METTL3或FTO敲除导致小鼠胚胎致死
• METTL3介导的m6A沉积促进编码多能性因子和细胞类型特异性主转录因子的转录本周转
• YTHDF2是平衡干细胞自我更新和分化的分子开关，通过促进其m6A结合靶标（包括许多维持HSC状态的转录因子）的衰变来发挥作用

 

（2）免疫调控和肿瘤微环境（TME）

 

去甲基化酶在免疫中的作用：

• FTO：促进肿瘤免疫逃逸（糖酵解调控）；FTO抑制可恢复CD8⁺ T细胞功能，与anti-PD-1协同
• ALKBH5：调控CD4⁺ T细胞致病性，影响anti-PD-1疗效

 

（3）代谢疾病、神经元功能和癌症

• 代谢稳态：METTL3调节β细胞先天免疫反应、棕色脂肪组织发育；ALKBH5通过GCGR和mTORC1信号调节葡萄糖和脂质稳态
• 神经元功能：Mettl14或Mettl3缺陷延长放射胶质细胞细胞周期；YTHDF2介导mRNA衰变抑制TGF-β信号；突触活动招募YTHDF1激活可塑性相关基因的局部翻译
• 癌症：异常RNA甲基化在AML等癌症中广泛研究，现被认为是跨越多种实体瘤的普遍特征

 

3. 其它mRNA修饰

（1）假尿苷（Ψ）

生物学功能：

• Ψ可影响RNA二级结构、终止密码子通读、翻译保真度和mRNA稳定性
• PUS7介导的tRNA假尿苷化产生特定tRNA片段（mTOG），在干细胞中抑制翻译；PUS7缺失损害胚胎发生和造血定向
• PUS7在胶质母细胞瘤中过表达，通过密码子特异性翻译控制促进肿瘤发生

mRNA疫苗中的应用：

• m1Ψ和Ψ广泛用于稳定IVT mRNA，降低先天免疫原性
• 最新研究表明m¹Ψ可能减慢翻译延伸速率，并促进+1核糖体移码，导致潜在的错误翻译，机制仍在深入研究中

RNA密码子扩展（RCE）：

• 利用Ψ密码子（ΨGA、ΨAA、ΨAG）结合工程化tRNA，在哺乳动物细胞中引入非天然氨基酸（ncAA），无需基因组改造，将RNA修饰从"调控元件"升级为"编码元件"

（2）2′-O-甲基化（Nₘ）

 

 

• 封闭2′羟基，影响RNA结构和RBP结合
• mRNA 5′帽的Nₘ可阻断RIG-I等核酸传感器，抑制先天免疫激活
• 内部mRNA Nₘ与广泛的3′UTR缩短相关，全局增加mRNA稳定性
• FUBP1被鉴定为Nₘ结合蛋白，主要结合内含子区域的Nₘ，介导Nₘ依赖的剪接调控

 

（3）5-甲基胞苷（m5C）

• 由NSUN家族蛋白和DNMT2安装，可被TET家族蛋白和ALKBH1进一步氧化为hm5C和f5C
• 读取蛋白包括ALYREF（出核）、YBX1/2（稳定性）、FMRP（翻译）、SRSF2（剪接）
• 在tRNA中防止内切酶切割和tRNA片段化；在rRNA中维持核糖体结构稳定性

 

（4）N7-甲基鸟苷（m7G）

• 5′帽m7G稳定转录本并调控转录延伸、剪接、出核和翻译
• 内部mRNA m7G可增加翻译效率；IGF2BP3识别m⁷G并促进癌基因转录本降解
• QKI蛋白优先识别m7G，将m7G标记的转录本导入SG，调控应激下的mRNA稳定性和翻译

 

（5）其它修饰

• m1A：带正电荷，干扰Watson-Crick碱基配对，在tRNA结构中至关重要；mRNA内部m1A的数量和化学计量仍存争议
• A-to-I编辑（ADAR介导）：在CDS中可"重编码"密码子，产生功能不同的蛋白质亚型，扩展蛋白质组多样性

 

 

RNA修饰前沿：carRNA修饰与染色质/转录调控

核心亮点，重点关注

近几年表观转录组领域的一个范式转变新前沿是发现RNA修饰在染色质和转录调控中的关键作用。修饰如m6A和m5C频繁出现在增强子RNA（eRNA）、启动子相关RNA（paRNA）和重复元件衍生的RNA（重复RNA）上，统称为染色质相关调控RNA（carRNA）。

 

1. carRNAs作为表观遗传调控模块

carRNA类似于组蛋白尾巴——携带化学修饰编码表观遗传信息；但与组蛋白尾巴不同，carRNA额外具有序列特异性，可实现位点特异性的顺式调控，且能整合多个转录因子网络，协调数百至数千个基因的表达。

 

2. carRNA修饰及其调控

m6A修饰

• 2020年发现METTL3共转录地将m6A沉积到carRNA上，高水平的carRNA m6A与染色质压缩和转录抑制相关
• 最近研究表明，carRNA特别是重复衍生的RNAs也被m5C修饰和调控

 

m5C修饰

• m5C在carRNAs上的识别通过MBD6或MBD5招募BAP1去泛素化酶复合物去除H2AK119ub，增加染色质可及性
• NSUN2负责carRNA m5C沉积
• TET2通过氧化m5C对抗这一调控轴，其缺失导致H2AK119ub全局减少、染色质更开放和转录激活

 

3. 与核RNA降解机器和凝聚体的相互作用 

在mES细胞中：

• carRNA m6A招募核m6A读取蛋白YTHDC1，后者进而招募核外泌体靶向（NEXT）复合物促进甲基化carRNA的降解，从而强制染色质压缩和基因沉默
• 在某些人类癌细胞中，YTHDC1结合m6A标记的eRNA和paRNA阻断整合蛋白依赖性的过早终止，维持生产性转录

 

在白血病细胞中：

• YTHDC1诱导的细胞核内凝缩物形成保护m6A-mRNA免受PAXT复合物和外泌体相关RNA降解，这对白血病维持至关重要
• 在缺氧、富含乳酸的环境中，YTHDC1发生乳酸化，促进其核相分离并保护癌基因转录本免受PAXT-外泌体复合物降解

4. 与组蛋白修饰因子的相互作用

 

YTHDC1显示多样化、上下文依赖的解读carRNA m6A的模式：

（1）在mES细胞中：

• 偶联RNA衰变与异染色质形成，通过招募NEXT复合物驱动甲基化carRNAs的快速周转
• 同时结合特定m6A标记的重复RNA（IAPs、ERVK、LINE-1）招募SETDB1沉积抑制性H3K9me3

（2）在K562细胞和HSPCs中：

• m6A富集在复合SINE-VNTR-Alu（SVA）转座子RNA上，通过促进H3K9me3沉积同时抑制H3K27ac来驱动抑制，从而调控二价染色质状态

（3）在mES细胞中：

• YTHDC1结合基因体内共转录pre-mRNA m6A招募KDM3B，导致H3K9me2去甲基化和后续基因激活

 

RBFOX2在白血病细胞中也已被鉴定为carRNA m6A结合蛋白：

• RBFOX2结合启动子m6A，通过YTHDC1-PRC2轴促进H3K27me3介导的异染色质形成，导致RBFOX2结合位点的转录抑制

FTO主动去除carRNA特别是LINE1 RNA上的m6A：

• 降低YTHDC1结合，增加局部染色质可及性，在顺式激活附近基因
• 这一FTO-LINE1调控轴在mES细胞、多种组织和早期小鼠发育中保守，高FTO表达与激活超过1000个含有LINE1的基因相关

 

5. 与DNA甲基化酶的相互作用

m6A读取蛋白已被证明介导carRNA m6A和DNA 5mC之间的对话：

• 在特定癌症背景下，RBP FXR1识别RNA m6A并招募DNA去甲基化酶TET1去除特定位点的DNA 5mC，从而重编程染色质状态和基因转录
• 在人ES细胞中，YTHDC2引导TET1到m6A标记的LTR7/HERV-H位点去除DNA 5mC并防止表观遗传沉默，最终通过抑制hESCs的神经分化来维持多能性
• METTL3-METTL14与DNA 5mC甲基转移酶DNMT1物理互作以指导基因体DNA甲基化，导致RNA m6A和DNA 5mC在共享位点的频繁共出现

 

新兴RNA调控元件

• 重复RNA如LINE1经常被m6A和m5C修饰
• 其他修饰包括Ψ、Nm、m7G、m1A和m3C也可能出现在特定carRNA上以介导染色质调控
• 重复RNA m6A调控系统的关键特征是其协调数百到数千个基因转录的能力
• 提出的假设是m6A最初进化为宿主防御机制以抑制逆转录转座子衍生的RNAs。随着这些元件后来被适应到宿主基因组作为调控枢纽，m6A对这些逆转录转座子转录本的甲基化被适应以沉默附近基因并保护基因组稳定性

除化学修饰外，作者进一步提出carRNA的二级结构和小非编码RNA构成染色质调控的额外层次

 

（1）RNA二级结构：

• G-四链体招募核仁素（nucleolin）和tRNA片段（tRF）参与转录调控
• LINE1 RNA可以反式方式招募核仁素和KAP1/TRIM28，抑制Dux和rDNA转录
• RNA修饰可进一步调控这些二级结构及其与RBP的互作

（2）小非编码RNA：

• piRNA、endo-siRNA、miRNA、snoRNA及tRNA/rRNA来源的片段可与carRNA特异性碱基配对，引导染色质因子至特定基因组位点，调节附近染色质状态和局部转录
• AAGUGC-seed引导AGO1/2到甲基化carRNA,随后通过m6A reader “FXR1/2”将AGO-miRNA复合物桥接至甲基化位点，随后招募染色质重塑因子SMARCA4和TET1，增加染色质可及性并激活转录

 

两个关键特征将这种carRNA介导的调控与组蛋白尾巴或DNA介导的调控区分开来：

• RNA调控元件和相关过程与转录密切相关，主要影响转录活跃区域
• RNA携带序列特异性上下文信息，使得能够在特定位点或大部分在顺式调控大量位点

 

最后，梳理下作者在文章讨论中提到的未来科学问题：

• 特定m6A Readers与染色质因子如何协调决定位点特异性结果（激活 vs. 抑制）？
• 这些通路如何建立"表观遗传预激活（epigenetically primed）"染色质状态和转录记忆，实现对二次刺激的更快更强响应？
• carRNA修饰通路是否参与染色质状态的表观遗传遗传？
• 其他修饰（如Ψ、Nm、m7G、m1A和m3C）是否也出现在carRNAs上并介导染色质调控，其功能和机制有待全面阐明

 

tRNA片段和小RNA的新兴作用

• 许多RNA修饰酶作用于tRNA并调控tRNA片段的生物发生（如METTL1、METTL3、NSUN、TRMT6/61、PUSs、FTO、TET2、ALKBH1和ALKBH3）。这些tRNA片段已知调控翻译并且也可能通过序列互补性在反式作用中引导染色质修饰因子到特定位点来控制转录，这是未来十年增长的希望领域。
• 最近的LIME-seq揭示tRNA（包括tRNA片段）是细胞游离RNA的主要成分，其相当一部分来自微生物，其修饰特征可能作为非侵入性、早期诊断结直肠癌的生物标志物。
• 其它小RNA，特别提到了糖基化RNA（glycoRNA），glycoRNA的生物发生、运输和在细胞命运决定和细胞间通讯中的功能影响有待进一步探索

 

治疗转化前景：

• 靶向m6A效应蛋白（METTL3、FTO、YTHDF1/2）的小分子抑制剂已进入临床试验
• m6A通路与免疫检查点抑制剂、放疗、化疗的理性联合方案是最具前景的近期临床方向
• 靶向YTHDF2-m6A轴可促进干细胞扩增，同时降低iPSC相关的致瘤风险
• RNA修饰在自身免疫、纤维化、神经退行性疾病中的角色有待深入探索

同时，文章也提出了一个统一原则：

m6A在mRNA水平通过YTHDF2等蛋白群组化降解数百至数千个转录本，实现转录后快速转录组切换；类似地，carRNA（尤其是重复元件RNA）上的m6A，可能在转录水平协调庞大基因网络的调控，整合多个转录因子网络，驱动发育和应激响应中的基因表达程序。