Synucleinopathies

引言想象一下，如果大脑里那些掌控你每一个动作的“芯片”突然坏掉，让你无法自如地行走、说话、甚至写字，生活被一点点剥夺……这就是帕金森病（Parkinson's disease, PD）患者面临的残酷现实。这种疾病的核心，在于大脑深处那些制造多巴胺（dopamine）的关键神经元死了，多巴胺就像大脑的“燃料”，没了它，运动系统就陷入了困境。多年来，研究人员一直怀揣着一个大胆的梦想：既然神经元坏死了，能不能直接“种”一些新的进去，像修复电路一样，让大脑重新运转起来？人类胎儿腹侧中脑组织（human fetal ventral mesencephalic tissue, hfVM）中含有多巴胺神经前体细胞，被认为是“修补大脑”的希望之源。早期的移植尝试，有过令人惊叹的成功案例，病人重获新生；但也留下了失败的阴影，甚至带来了无法预期的副作用，让这项技术充满了争议和不确定性。在这种希望与挑战并存的背景下，一项备受关注的欧洲临床试验——TransEuro（试验注册号：NCT01898390）——应运而生。它集合了欧洲顶尖的专家，旨在吸取过往经验，优化移植方案，看看hfVM移植能否真正成为治疗PD的有效手段。移植效果如何？面临了哪些困难？那些移植进去的细胞真的像预期那样工作了吗？试验结果已然揭晓，它没有带来简单的成功故事，却为我们描绘了一幅复杂而真实的画面，揭示了细胞治疗的艰辛与突破方向，尤其为当下正如火如荼进行的干细胞（stem cell）替代疗法试验提供了至关重要的经验。（5月2日 《Nature Biotechnology》 “The TransEuro open-label trial of human fetal ventral mesencephalic transplantation in patients with moderate Parkinson’s disease”）理想很丰满，现实骨感：组织去哪儿了？TransEuro试验计划招募更多的病人进行移植，但现实却给了他们不小的挑战。由于人类胎儿腹侧中脑组织的可获得性非常差（poor availability），尽管试验涉及两个手术中心（英国剑桥和瑞典隆德），并采用了相同的组织准备方案，但最终只有11位病人接受了移植手术。这远少于他们最初的计划人数。在这11位病人中，有10位接受了双侧移植，使用了来自3个胎儿的hfVM组织，每侧脑区使用等量组织。还有1位病人只接受了单侧移植，因为手术规划的不确定性和心理压力，他不想继续第二次手术了。组织来源的困难直接影响了试验的规模，这意味着分析结果可能受到小样本量和个体差异的影响。36个月后：期待的“神奇”效果出现了吗？试验的主要评估指标（primary outcome）是最后一次移植手术后36个月时，病人在“关”状态（OFF state，即停用多巴胺类药物12小时或更长时间后）的运动功能评分（UPDRS Part III score）。结果如何呢？坦率地说，对于整个移植组的11位病人而言，与手术前的基线水平相比，或者与没有接受手术的16位对照组病人相比，UPDRS Part III（OFF状态）评分没有显示出明显的整体改善。换句话说，从这个最核心的运动功能指标来看，移植手术没有带来预期的显著疗效。这个结果可能让一些人失望，毕竟细胞移植的初衷就是为了显著改善运动症状。但这并不意味着试验完全失败，我们还需要看更细致的数据，以及从中能学到什么。剥开数据看真相：哪些指标变好了？虽然整体运动评分没有显著变化，但试验也评估了一些次要指标（secondary outcomes）。在这些次要指标中，移植组的病人在左旋多巴等效日剂量（L-DOPA equivalent daily dose, LEDD）和病人报告的“关”状态时间百分比（% reported OFF time）上，显示出比对照组更好的结果。具体来说，在36个月时，移植组病人报告的平均LEDD变化是15.6毫克，而对照组的变化是306毫克，显示移植组的药物剂量需求更低。同时，移植组病人报告的平均“关”状态时间变化是-7.75%，而对照组是4.23%，表明移植组病人处于“关”状态的时间减少了。这些结果提示，即使主要运动评分没有整体改善，移植的细胞可能还是产生了一定的临床影响，降低了病人对药物的需求，并减少了疾病对日常生活的负面影响。这种影响是温和且缓慢出现的，不像安慰剂效应那样普遍且迅速。大脑的“地图”：PET影像捕捉到的变化为了更深入地了解移植细胞的存活和功能，研究人员对部分病人进行了PET影像扫描，用来评估大脑中的多巴胺系统和5-羟色胺系统。使用[18F]FDOPA示踪剂（反映多巴胺合成和储存），在移植后18个月时，8名接受了双侧移植并完成了PET扫描的病人中，平均多巴胺摄取（Kᵢ值）有所改善。这说明移植的细胞确实在尝试重建多巴胺功能。然而，这种改善程度并不高，只有1位病人的多巴胺摄取水平恢复到了接近正常水平（在正常范围的2个标准差以内）。这与之前一些成功案例中多巴胺水平显著恢复甚至正常化的情况有很大差距。与历史数据相比（之前的隆德系列病人），TransEuro组术后[18F]FDOPA Kᵢ相对于正常水平的增加和相对于术前水平的增加百分比都显著较低。使用[11C]PE2I示踪剂（反映多巴胺转运蛋白），在移植后，移植组病人的纹状体（striatum）多巴胺转运蛋白结合潜能（BPND）显著增加，进一步支持了移植细胞存活和功能重建的证据。同时，研究还使用了[11C]DASB示踪剂（反映5-羟色胺转运蛋白）。结果显示，移植组病人的纹状体（主要是壳核 putamen）5-羟色胺神经支配在移植后增加了。这与之前一项研究的结果一致，该研究提示移植组织中的5-羟色胺能神经元可能与移植后异动症的发生有关。PET影像数据与临床结果之间也发现了一些关联：壳核多巴胺参数（[18F]FDOPA Kᵢ和[11C]PE2I BPND）在移植后的变化与异动症评分（AIMS总分和整体严重程度评分）呈正相关。这再次提示了异动症与多巴胺功能恢复之间的复杂关系，以及可能涉及5-羟色胺系统。手术地点和工具的影响：细节决定成败？一个有趣但需要谨慎解读的发现是，两个手术中心（隆德和剑桥）的病人移植结果似乎存在差异。隆德中心的3位病人使用的是一种叫做R-L的移植工具（之前一些成功试验中也用过），而剑桥中心的8位病人使用的是两种新制造的TRN3和TRN4工具。虽然样本量太小，无法进行严格的统计分析，但从趋势上看，隆德的病人似乎比剑桥的病人获得了更多益处。研究人员认为，这可能与使用的手术工具不同有关。尽管组织准备流程标准化了，但移植工具的设计差异（如针头细节）可能会影响细胞递送的方式和效果。此外，病人选择（隆德的病人移植时疾病进展可能稍缓）和手术医生的操作经验也可能带来差异。这个发现强调了，在细胞移植这样的复杂疗法中，不仅细胞本身很重要，如何将细胞精准、温和地递送到目标位置也至关重要。安全性考量：风险与回报除了疗效，安全性是临床试验的另一个关键方面。总的来说，TransEuro试验的移植过程耐受性良好，没有发生与手术或免疫抑制相关的严重长期并发症导致残疾。在11位移植组病人中，有3位（27%）出现了异动症（GIDs），但都被描述为轻度（mild）且不需要额外的神经外科干预来治疗。这个发生率与之前一些试验报告的15-54%相比，处于较低或相似水平，但关键在于，这一次异动症的严重程度较低。正如PET影像所示，这可能与移植组织中的5-羟色胺神经元活动增加有关。此外，有2位移植组病人发生了颅内出血（intracerebral hemorrhages），但都没有导致长期的神经功能障碍。其中1位出血靠近移植区域，被认为与手术操作有关，症状在2周内消退。另1位出血在移植区域上方，没有症状。考虑到每次穿刺都有大约1%的出血风险，这个发生率（105次穿刺中有2次出血）在预期范围之内。有2位病人由于免疫抑制药物引起了并发症（如结肠炎、卡波西肉瘤），需要调整或停用药物。尽管出现了一些不良事件（adverse events），但大多数是轻微或与常规监测相关的异常检查结果（比如免疫抑制期间的血检异常），总的来说，没有出现导致病人永久性残疾或长期严重问题的并发症。面向未来：从“失败”中学习，迎接干细胞新时代TransEuro试验虽然没有达到其主要疗效目标，未能证明hfVM移植作为一种“常规”临床策略的可行性，但它提供了极其宝贵的经验和见解，特别是对于正在开启的新一代细胞疗法——基于干细胞的多巴胺神经元替代疗法。这项试验的失败，主要原因在于：组织来源不可靠： hfVM组织来源稀缺且不可预测，导致无法按计划进行移植，样本量小，难以进行充分的分析。组织质量和组分变异性： 尽管努力标准化流程，但胎儿捐献者的孕周差异、组织处理过程的微小差异，以及难以进行充分的质量控制，都可能导致移植组织中细胞的质量和组分（比如5-羟色胺神经元的比例）存在变异性，进而影响疗效和安全性。细胞存活和功能不足： 大多数病人移植后多巴胺能神经元的存活数量和对壳核的神经支配程度不足以恢复到接近正常水平，这可能是临床疗效不显著的根本原因。手术技术差异： 不同手术工具的使用可能影响了细胞的递送效果，提示递送方法的重要性。TransEuro试验最重要的贡献在于，它为未来基于干细胞的PD细胞治疗试验奠定了基础，并指明了关键方向：标准化、高质量的细胞来源： 需要使用批次生产、质量控制严格的干细胞来源（如诱导多能干细胞 iPSC 或胚胎干细胞 ES 细胞），确保移植细胞的一致性和可靠性，并且可以纯化，去除有害细胞亚群（如5-羟色胺能神经元）。优化细胞数量和递送： 需要确定最佳的移植细胞数量和精确的递送技术，确保足够数量的细胞能够长期存活并在目标区域建立广泛的神经支配。精细的病人选择： 尽早识别适合接受细胞治疗的病人，或根据疾病亚型进行分层。全面的评估方法： 结合详细的临床评估和客观的影像学方法（如PET），长期监测细胞存活、功能和临床效果。设置合适的对照和研究设计： 确保试验设计能够准确评估疗法的真实效果，避免安慰剂效应或自然病程的影响。目前，基于干细胞来源的多巴胺能神经前体细胞的PD治疗试验（如STEM-PD试验，注册号：NCT04802733）已经在全球范围内启动或即将启动。TransEuro试验的经验教训将极大地指导这些新试验的设计和执行，帮助研究者们避开过去的陷阱。TransEuro试验就像一座桥梁，连接了hfVM移植的过去和干细胞治疗的未来。虽然它自己没有完全成功地跨越到临床应用的彼岸，但它用数据和经验，照亮了通往下一代细胞治疗的道路。帕金森病的治疗之路漫长而曲折，细胞治疗仍然充满希望。从TransEuro试验中学到的这些宝贵知识，正是我们走向最终胜利的坚实基础。参考文献Barker RA, Lao-Kaim NP, Guzman NV, Athauda D, Bjartmarz H, Björklund A, Church A, Cutting E, Daft D, Dayal V, Dunnett S, Evans A, Grealish S, Hannaway N, He X, Hewitt S, Kefalopoulou Z, Mahlknecht P, Martín-Bastida A, Farrell K, Moore S, Bulstrode H, Nakornchai T, Nelander-Wahlestedt J, Roupé L, Paul G, Peall K, Rosser A, Roca-Fernández A, Rowlands S, McGorrian AM, Scherf C, Vinh NN, Roberton V, Kelly C, Lelos M, Torres E, Shires K, Hills R, Williams D, Roussakis AA, Sibley K, Tyers P, Wijeyekoon R, Williams-Gray C, Foltynie T, Piccini P, Morris R, Lazic SE, Lindvall O, Parmar M, Widner H; TransEuro consortium. The TransEuro open-label trial of human fetal ventral mesencephalic transplantation in patients with moderate Parkinson's disease. Nat Biotechnol. 2025 May 2. doi: 10.1038/s41587-025-02567-2. Epub ahead of print. PMID: 40316701.声明：本文仅用于分享，不代表平台立场，如涉及版权等问题，请尽快联系我们，我们第一时间更正，谢谢！往期热文：Cell | 颠覆认知！不是被动扩散，CD36介导内吞才是许多“大块头”药物入胞的秘密通道Nature Methods | mScarlet3-H：红色荧光蛋白的新一代王者！Nature Methods | 告别“平面时代”！光学显微镜如何带你看清3D细胞世界的秘密？Nature | 帕金森病新曙光！iPS细胞人体试验结果揭晓，安全有效性初显！Cell | 实时见证“基因之吻”：Oligo-LiveFISH高精度追踪增强子-启动子动态互作Nature Biotechnology | 重磅综述：不止CAR-T！唤醒免疫“特种部队”，工程化先天细胞开启抗癌新纪元

2025年4月16日，Nature专职撰稿人Smriti Mallapaty在该刊上发表新闻，题目为：‘Big leap’ for Parkinson’s treatment: symptoms improve in stem-cell trials——Studies show the therapy is safe, but bigger trials are needed to prove its efficacy。文中指出，帕金森病是一种由多巴胺产生神经元的丧失所驱动的进展性神经性疾病，它会导致震颤、僵硬和运动迟缓。预计到2050年，全球将有2500万人受到该病的影响。但目前，这种疾病还没有治愈方法。细胞疗法旨在替代受损的神经元，但之前使用胎儿组织移植的试验结果喜忧参半。两项早期临床试验表明，将干细胞衍生的神经元移植到帕金森病患者大脑中是安全的，并显示出改善症状的初步迹象。其中一项试验在美国和加拿大进行：9名男性和3名女性参与，中位年龄67岁。研究人员将捐赠胚胎干细胞诱导为神经祖细胞后冷冻保存，手术前解冻并注入大脑豆状核。5名受试者接受90万细胞剂量，7名接受270万细胞剂量。结果显示，接受低剂量的个体症状平均改善9分，高剂量组改善23分。另一项试验在日本进行：4名男性和3名女性参与，年龄50 - 69岁。试验使用成年供体细胞逆转为多能干细胞后分化为神经祖细胞并直接注入。3名受试者接受多达500万细胞，4名接受多达1100万细胞。在两年观察期内，参与者多巴胺产生水平增加，症状平均改善10分。两项试验均证明了干细胞疗法的安全性，并显示出改善症状的积极迹象。研究人员计划开展更大规模的试验，以进一步验证疗法的有效性。未来也可能通过使用受者自身细胞来避免免疫抑制需求，从而改善治疗效果。（郭苗苗 摘译）

引言你以为RNA只是传递遗传信息的“信使”？太简单了！细胞内的RNA远比我们想象的更加复杂而动态。它们身上布满了各种化学修饰，就像隐藏的“暗号”或“指令”，精密地调控着基因的表达。在这张神秘的“RNA表观转录组图谱”（RNA Epitranscriptomics）上，“N⁶-甲基腺苷”（N⁶-methyladenosine, 简称 m⁶A）无疑是最受瞩目的标记之一。它被发现与mRNA的命运息息相关，尤其是加速mRNA的衰变——简单来说，带有m⁶A的信使分子似乎活不长。然而，一个令人困惑的“罗生门”出现了：如果mRNA带着加速降解的标记，它怎么来得及被细胞的“翻译机器”——核糖体读取并合成蛋白质呢？特别是当m⁶A出现在指导蛋白质合成的“编码序列”（Coding Sequence, CDS）里时，这个矛盾似乎更加突出。难道m⁶A是基因表达的“自毁开关”？核糖体是如何理解并应对这个标记的？4月30日发表在《Cell》上的一项重磅研究“tRNA modifications tune m⁶A-dependent mRNA decay”，揭开了这个谜团的惊人真相。研究人员发现，m⁶A对mRNA衰变的影响并非孤立存在，它竟然与另一种RNA分子——转运RNA（tRNA）上的特定化学修饰“握手”合作！这项研究精确地揭示，m⁶A在mRNA的编码序列中会成为核糖体的“减速带”，降低翻译效率，而tRNA上的一种特殊修饰“5-甲氧基羰基甲基-2-硫代尿苷”（mcm⁵s²U）则能像“助推器”一样，巧妙地缓解这种“减速”效应。这场mRNA与tRNA修饰之间的“双簧戏”，共同构成了调控特定mRNA（特别是那些编码关键信号通路的mRNA）命运的精妙开关。更令人警醒的是，研究发现，这套系统的失衡，竟然与人类健康，尤其是肿瘤的发生和侵袭性紧密相关！细胞如何通过协调不同类型RNA上的化学标记，来决定一个信使分子的生死？这种全新的泛表观转录组学相互作用，又将如何改写我们对基因表达调控和癌症机制的理解？m⁶A的“神秘”位置：为何有的加速衰变，有的却稳定mRNA？以往的研究发现，m⁶A修饰并非随机分布，它倾向于出现在mRNA的编码序列（Coding Sequence, 简称CDS）内部以及接近终止密码子（Stop Codon）的区域。但这种分布模式具体如何影响mRNA功能，我们并不完全清楚。为了弄清楚m⁶A的位置效应，研究人员首先利用高分辨率的m⁶A图谱技术（miCLIP）在人HEK293T细胞中绘制了m⁶A的精确位置地图。通过将m⁶A位点明确划分到mRNA的不同区域（5'UTR, CDS, 3'UTR），他们发现：那些mRNAs，如果它们的m⁶A位点仅位于3'UTR，它们的平均衰变速率并没有比没有m⁶A的mRNA更快，甚至在某些情况下，它们的稳定性略有增加。在人类细胞中，没有m⁶A的mRNA平均半衰期约7小时，而m⁶A仅在3'UTR的mRNA半衰期略长于7小时。然而，如果mRNAs的m⁶A位点位于编码序列（CDS）内部，这些mRNAs的平均衰变速率则显著提高。在人类细胞中，m⁶A位于CDS的mRNA平均半衰期显著短于7小时，而在小鼠胚胎干细胞（mESCs）中也观察到了类似的模式。这表明，m⁶A对mRNA衰变的影响并非一概而论，其位置至关重要。位于CDS的m⁶A才是加速mRNA衰变的主要“推手”。进一步分析发现，高度不稳定的mRNA在CDS中富集了m⁶A，而稳定的mRNA的CDS区域m⁶A含量较低。这与m⁶A的“元基因”（metagene）分布模式相吻合，表明m⁶A在CDS区域的富集与mRNA的快速衰变密切相关。为了在受控条件下验证这一结论，研究人员构建了一系列报告基因（Reporter Gene）。这些报告基因表达的mRNA经过精心设计，不含天然的m⁶A修饰位点，但在特定位置引入了可被甲基化的DRACH序列（m⁶A的识别基序）。他们构建了三种主要的报告mRNA：一种不含可甲基化位点作为对照；一种在CDS的末端（紧邻3'UTR之前）插入DRACH序列；另一种在3'UTR的起始位置插入DRACH序列。当将这些报告基因转染到HEK293T细胞中，并阻断转录后，研究人员监测了报告mRNA的衰变速率。结果发现：含有CDS m⁶A的报告mRNA的衰变速度最快，半衰期约为2.3小时（使用Actinomycin D阻断转录）或7小时（使用Triptolide阻断转录）。对照报告mRNA（无m⁶A）的半衰期约为7小时（Actinomycin D）或19小时（Triptolide），比CDS m⁶A报告mRNA稳定得多。含有3'UTR m⁶A的报告mRNA的半衰期约为3.4小时（Actinomycin D）或330小时（Triptolide），其稳定性介于前两者之间，且在Triptolide处理下甚至比无m⁶A报告mRNA更稳定（虽然Actinomycin D处理下略快，这可能与阻断机制差异有关）。为了确认这种差异是由m⁶A修饰本身引起的，研究人员使用了METTL3抑制剂STM2457（METTL3是主要的m⁶A甲基转移酶）。STM2457处理后：CDS m⁶A报告mRNA的衰变速度显著减慢，半衰期从7小时增加到5.9小时（Triptolide），变得与无m⁶A对照报告mRNA的6小时半衰期相似。3'UTR m⁶A报告mRNA在STM2457处理后显示出稳定性增加，这与之前观察到的m⁶A在3'UTR的稳定作用一致。这些实验有力地证明，m⁶A在编码序列（CDS）中的存在是导致mRNA快速衰变的关键因素。翻译机器的“秘密”：mRNA衰变与核糖体的速度之舞为什么m⁶A在CDS会加速mRNA衰变呢？研究人员推测，这可能与mRNA的翻译过程紧密相关。核糖体是负责将mRNA序列翻译成蛋白质的“机器”，它们沿着CDS前进。如果CDS上的m⁶A影响了核糖体的运动速度，这或许会引发下游的衰变机制。为了验证翻译是否是m⁶A介导的mRNA衰变所必需的，研究人员使用了翻译抑制剂（如cycloheximide和emetine）处理了表达报告基因的HEK293T细胞。结果显示：无论是使用cycloheximide还是emetine，含有CDS m⁶A的报告mRNA的衰变速度都显著减慢，其稳定性大大提高。这强烈支持CDS m⁶A介导的衰变是翻译依赖性的。其他报告mRNA（无m⁶A或3'UTR m⁶A）的稳定性也有所提高，但效果不如CDS m⁶A报告mRNA那样显著和一致。随后，研究人员将目光转向了内源性（细胞自身）的m⁶A靶mRNA。他们分析了在emetine处理的小鼠胚胎干细胞中，内源性mRNAs的衰变速率。结果发现：与未处理的细胞相比，在emetine处理的细胞中，CDS区域含有m⁶A的mRNA的稳定性提高最多，其稳定性与不含m⁶A的mRNA相当。进一步对人HEK293T细胞的数据分析也发现，mRNA的m⁶A水平（特别是CDS中的m⁶A）与其在emetine处理后的稳定性高度相关，相关系数平方（R²）约为0.66，显示出很强的线性关系。虽然单个mRNA的稳定性变化可能不大，但这种关联在转录组水平上普遍存在，超过20%的基因表现出超过20%的稳定性提高。这些结果表明，m⁶A介导的mRNA衰变严重依赖于mRNA的翻译过程。这提出了一个重要的假说：CDS中的m⁶A可能通过影响核糖体的翻译速度来调控mRNA的衰变。m⁶A如何“绊倒”核糖体：解码效率的微调如果翻译是关键，那么m⁶A具体是如何影响核糖体的呢？一种可能性是，m⁶A修饰的密码子在核糖体翻译过程中被“低效”解码，导致核糖体速度减慢，甚至“暂停”。我们知道，低效的密码子（Non-optimal codons）会减慢翻译速度，并且与mRNA半衰期缩短有关。早期体外实验也显示，m⁶A可以干扰细菌核糖体对tRNA的识别。为了在活细胞中验证这一假说，研究人员结合了m⁶A高分辨率图谱和核糖体分析技术（Ribosome Profiling）。核糖体分析可以捕捉mRNA上被核糖体保护的片段，从而揭示核糖体在mRNA上的位置和密度。核糖体停留在某个密码子上的时间越长，该密码子的A位点（Aminoacyl-tRNA binding site）的覆盖度就越高，这通常意味着该密码子正在被低效解码。研究人员首先在HEK293T细胞中鉴定了被m⁶A修饰的密码子，并进行了核糖体分析。为了排除不同mRNA之间密码子使用频率差异带来的偏差，他们采取了严格的对照策略：对于每一个m⁶A修饰的密码子，都找到了同一mRNA中最近的、未被m⁶A修饰的同类型密码子进行比较。比较结果显示：与未被修饰的同类型密码子相比，m⁶A修饰的密码子在核糖体A位点的覆盖度显著更高，表明这些密码子在活细胞中确实被低效解码了。这种低效解码效应并非由m⁶A结合蛋白引起，通过分析核糖体在m⁶A位点附近的阅读框偏移，研究人员确认核糖体是停留在m⁶A所在的密码子上，而不是在其他位置，这符合解码效率降低的模式。为了进一步确认这种低效解码是m⁶A本身造成的，研究人员使用了METTL3抑制剂STM2457处理HEK293T细胞，抑制m⁶A的形成，并再次进行核糖体分析。结果令人惊叹：在STM2457处理后，原本被m⁶A修饰的密码子在核糖体A位点的覆盖度显著降低，回到了未修饰密码子的基线水平。此外，通过计算单个密码子的m⁶A化学计量度（即该密码子被m⁶A修饰的比例），研究人员发现在未处理的细胞中，m⁶A化学计量度与密码子A位点覆盖度之间存在强烈的正相关关系（R²约为0.66）。而在STM2457处理的细胞中，这种相关性几乎完全消失（R²小于0.01）。这些数据有力地证明，m⁶A修饰确实会降低哺乳动物核糖体对密码子的解码效率，导致核糖体在含有m⁶A的密码子处减速。“密码”不是铁板一块：m⁶A对不同密码子的区别对待m⁶A的识别基序通常是DRACH序列，它可以存在于九种不同的有义密码子（Sense Codons）中。研究人员进一步探究了这九种可被甲基化的密码子是否受到m⁶A的同等影响。他们分析了这些密码子在被m⁶A修饰后的A位点覆盖度。结果发现：在这九种密码子中，有八种在被m⁶A修饰后，其A位点覆盖度都有所增加，表明普遍存在低效解码现象。然而，不同密码子受到的影响程度差异巨大。例如，GGA密码子即使被甲基化，其A位点覆盖度变化很小；而GAA密码子即使未甲基化时覆盖度已较高，被m⁶A修饰后覆盖度进一步显著增加。这种差异是为什么呢？研究人员推测这可能与密码子-反密码子（Codon-Anticodon）相互作用的强度有关。GGA密码子与tRNA的反密码子通过沃森-克里克（Watson-Crick）碱基配对形成三个氢键，是一种固有强相互作用的密码子。而GAA密码子形成一个G-C碱基对，相互作用强度中等。看起来，m⁶A对密码子的影响程度，与其固有的密码子-反密码子相互作用强度有关，对于相互作用中等强度的密码子，m⁶A的“减速”效应更为明显。在STM2457处理后，这些密码子（特别是那些对m⁶A敏感的）的A位点覆盖度增加效应几乎完全逆转，再次确认这是m⁶A本身的作用。因此，m⁶A对不同密码子的解码效率影响是存在差异的，这种差异性取决于密码子-反密码子相互作用的强度。tRNA的“救援”：mcm⁵s²U如何解除m⁶A的“减速”魔咒？我们知道，tRNA上的化学修饰会影响其对mRNA密码子的解码效率。研究人员注意到，m⁶A位于密码子的第三位（即“摆动”位置，Wobble Position）时，引起的核糖体暂停效应比m⁶A位于前两位时更强。而沃森-克里克碱基配对规律允许反密码子的第三位（U34）与密码子的第三位（“摆动”碱基）进行非沃森-克里克配对。恰好，某些tRNA在U34位点含有修饰“5-甲氧基羰基甲基-2-硫代尿苷”（5-methoxycarbonylmethyl-2-thiouridine, 简称 mcm⁵s²U）。mcm⁵s²U修饰已知可以提高解码效率。这让研究人员产生了一个大胆的猜想：tRNA上的 mcm⁵s²U修饰，是否能够“救援”或缓解m⁶A修饰密码子的低效解码？为了验证这一猜想，研究人员构建了敲除ELP1或CTU2基因的HEK293T细胞系。ELP1和CTU2是mcm⁵s²U生物合成途径中的关键酶。敲除这些基因会导致tRNA缺乏mcm⁵s²U修饰。他们确认了敲除细胞系中tRNA缺乏mcm⁵s²U修饰，并再次进行了核糖体分析。他们特别关注了那些既能被m⁶A修饰，又被含有mcm⁵s²U的tRNA解码的密码子，例如AAA、AGA和GAA。对这些密码子在野生型（WT）细胞以及ELP1 KO和CTU2 KO细胞中的A位点覆盖度进行分析后发现：在缺乏mcm⁵s²U修饰的ELP1 KO和CTU2 KO细胞中，m⁶A化学计量度与这些密码子的A位点覆盖度之间的相关性显著增强。特别是对于AGA密码子，在野生型细胞中m⁶A对其影响不大，但在缺乏mcm⁵s²U的细胞中，m⁶A导致了强烈的核糖体暂停。这表明AGA密码子对mcm⁵s²U的缺乏特别敏感。这种现象在STM2457处理的细胞中被逆转，再次确认这是m⁶A与mcm⁵s²U相互作用的结果。这些结果表明，m⁶A和mcm⁵s²U这两种在不同RNA分子上的修饰，在翻译核糖体的A位点上存在功能性相互作用，mcm⁵s²U能够缓解m⁶A对密码子解码效率的降低作用。低效解码往往会导致核糖体“碰撞”（Ribosome Collisions），即一个核糖体在前面慢速或暂停时，后面的核糖体赶上来发生碰撞。核糖体碰撞被认为是激活mRNA衰变机制（如无停顿衰变No-Go Decay）的信号。研究人员也检测了在不同细胞系中m⁶A修饰密码子处的核糖体碰撞情况：在野生型细胞中，AGA和GAA等对m⁶A敏感的密码子处检测到了核糖体碰撞。这种碰撞在STM2457处理后减少，确认是由m⁶A引起的。更重要的是，在缺乏mcm⁵s²U的细胞中，AGA和GAA密码子处的核糖体碰撞显著增加。这些数据绘制出了一幅清晰的图景：m⁶A修饰导致核糖体减速，特别是当tRNA缺乏mcm⁵s²U“救援”时，减速更加严重，从而引发核糖体碰撞。这些局部的核糖体碰撞可能就是生理性的mRNA衰变信号。双重调控的“管家”：mcm⁵s²U/m⁶A系统如何管理重要mRNA的命运既然mcm⁵s²U能够对抗m⁶A引起的低效解码，那么它是否也能影响m⁶A介导的mRNA衰变呢？研究人员回到了报告基因实验。他们构建了一个报告基因，其CDS中的DRACH位点包含一个AGA密码子。如前所述，AGA密码子的解码需要完整的mcm⁵s²U修饰，且对mcm⁵s²U缺乏非常敏感。将这个含有AGA密码子的报告基因转染到野生型、ELP1 KO和CTU2 KO细胞中后，研究人员检测了报告mRNA的衰变速率：在ELP1 KO和CTU2 KO细胞中，报告mRNA的半衰期都比野生型细胞中缩短了，衰变速度加快。这种加速衰变是由m⁶A驱动的，因为STM2457处理可以稳定报告mRNA。这表明，缺乏mcm⁵s²U确实会加速m⁶A修饰mRNA的衰变。为了在全转录组水平上验证这一发现，研究人员使用了SLAM-seq技术测量了mcm⁵s²U缺陷细胞中细胞内源性mRNAs的衰变速率。SLAM-seq可以通过标记新合成的RNA来区分新旧mRNA，从而更精确地测量衰变速率。结果显示，在ELP1 KO和CTU2 KO细胞中，m⁶A修饰的mRNA的衰变确实加速了。这证明mcm⁵s²U对m⁶A介导的内源性mRNA衰变具有抑制或缓解作用。缺乏mcm⁵s²U会增强m⁶A的“破坏力”。这两种RNA修饰之间的相互作用，构成了一个全新的mRNA衰变调控机制。研究人员称之为“泛表观转录组学”（Pan-epitranscriptomic）调控系统。这个系统就像一个“管家”，协同管理着细胞内功能相关的mRNA“调控子”（Regulons）的命运。那么，这个“管家”系统具体调控哪些重要的mRNA呢？研究人员分析了受mcm⁵s²U/m⁶A系统调控的mRNA在癌细胞标志性通路（Cancer Hallmark Pathways）中的富集情况。结果揭示了一个显著的差异：负责细胞“内务管理”（Housekeeping）功能的代谢通路相关的mRNAs通常稳定，且CDS中的m⁶A含量较低。然而，编码信号通路关键组分的mRNAs则含有高水平的m⁶A，且衰变速度快。这些富含m⁶A、快速衰变的信号通路mRNAs在emetine处理后稳定性显著提高，再次确认其衰变是翻译依赖的。更重要的是，这些高度修饰、不稳定的信号通路mRNAs在缺乏mcm⁵s²U的细胞中衰变速度进一步加快。这意味着，m⁶A通过耦合翻译与快速衰变，来精确控制关键信号通路的表达。而mcm⁵s²U则像一个“许可”（Licensing）机制，通过缓解m⁶A的负面影响，确保这些重要信号通路mRNA能够获得更持续的表达，不至于过快被降解。这个mcm⁵s²U/m⁶A平衡系统，实际上是在微调这些紧密调控信号通路的mRNA的“寿命”。当RNA修饰失衡，疾病“趁虚而入”：mcm⁵s²U/m⁶A与癌症mcm⁵s²U/m⁶A系统调控着信号通路mRNA的命运，而信号通路的异常是癌症的标志。早期研究已经表明，m⁶A促进多能性因子mRNA衰变，帮助干细胞分化；而mcm⁵s²U则支持多能性因子表达，维持干细胞状态。持续表达多能性基因和致癌信号通路与肿瘤干性（Tumor Stemness）密切相关。这些都暗示mcm⁵s²U/m⁶A系统可能在癌症中发挥作用。研究人员分析了正常人体组织中mcm⁵s²U和m⁶A生物合成相关基因的表达水平，发现mcm⁵s²U生物合成基因相对于m⁶A生物合成基因的表达比例与组织的干性程度相关。更有趣的是，对TCGA（癌症基因组图谱）泛癌数据集的分析显示：与正常组织相比，多种肿瘤样本中都观察到mcm⁵s²U与m⁶A生物合成相关基因表达比例的失衡，具体表现为mcm⁵s²U相关基因表达相对于m⁶A相关基因升高。这种mcm⁵s²U/m⁶A比例的失衡（偏向mcm⁵s²U）与肿瘤的侵袭性增加和预后不良有关。这表明，肿瘤的发生和发展可能与mcm⁵s²U/m⁶A“管家”系统的失衡有关。为了进一步评估mcm⁵s²U/m⁶A系统作为癌症生物标志物的潜力，研究人员在METABRIC乳腺癌患者队列中，计算了mcm⁵s²U和m⁶A生物合成相关基因的表达水平对患者总生存期（Overall Survival）的单变量Cox比例风险模型。结果惊人地一致：mcm⁵s²U相关因子与患者风险增加相关（风险比>1，例如，mcm⁵s²U硫化相关因子URM1、MOCS3、CTU1、CTU2的风险比分别为1.019、1.011、1.008、1.005，均大于1），这意味着这些基因的高表达预示着较差的预后。而m⁶A相关因子（如METTL3、METTL14、WTAP等）与患者风险降低相关（风险比<1，例如，METTL3、METTL14、WTAP的风险比分别为0.986、0.989、0.992，均小于1），意味着这些基因的高表达与较好的预后相关。这种与两者分子功能相反方向的关联，在独立的SCAN-B乳腺癌患者队列中也得到了验证，再次强调了mcm⁵s²U/m⁶A系统失衡与乳腺癌患者预后不良之间的联系。研究人员基于METABRIC队列的系数，构建了一个“泛表观转录组学基因表达评分”（Pan-epitranscriptomic Gene Expression Signature），用于预测患者预后。结果显示：该评分能够显著区分不同预后风险的患者群体。评分较高的患者组（代表mcm⁵s²U相关基因表达相对较高）与较差的生存率显著相关（Log-rank检验p值小于0.0001）。在不同的乳腺癌亚型中，这个评分在更具侵袭性的亚型（如Basal亚型）中显著升高。这表明，mcm⁵s²U/m⁶A平衡系统可能在多种人类癌症中发挥作用，并有望作为一个新的泛癌生物标志物，帮助评估肿瘤的侵袭性和患者预后。癌症中观察到的密码子偏好性（Codon Bias）变化，或许并非直接通过改变蛋白质合成速度起作用，而是通过调控mcm⁵s²U/m⁶A系统来影响mRNA的周转。这项开创性的研究揭示了一个全新的基因表达调控机制：mRNA上的m⁶A修饰和tRNA上的mcm⁵s²U修饰并非各自为营，它们在翻译核糖体上“相遇”，协同作用，精细地调控着细胞内重要mRNA的命运。m⁶A像是一个“减速带”，让核糖体在CDS中停顿；mcm⁵s²U则像一个“助推器”，帮助tRNA更好地解码m⁶A修饰的密码子，缓解这种停顿。两者的平衡，决定了mRNA是快速衰变（m⁶A占优，特别是在mcm⁵s²U不足时）还是相对稳定（mcm⁵s²U有效“救援”）。这个“泛表观转录组学”调控系统，尤其对那些编码关键信号通路组分的快速衰变mRNA至关重要，确保了这些通路能够在需要时被激活，又能在完成任务后迅速“关闭”，维持细胞的动态平衡。当mcm⁵s²U/m⁶A的平衡被打破，偏向mcm⁵s²U时，重要信号通路mRNA的寿命延长，可能导致信号通路过度激活，推动肿瘤的发生和发展，预示着更具侵袭性的疾病和不良预后。这项发现不仅加深了我们对RNA修饰复杂性的理解，提供了一个解释m⁶A如何与翻译偶联调控衰变的新模型，也为癌症诊断和治疗提供了新的视角。未来，深入研究这个mcm⁵s²U/m⁶A系统如何精确识别靶标mRNA、如何与其他RNA结合蛋白（如YTHDF家族蛋白）协作或并行工作，以及如何利用这一系统失衡的特性进行干预，无疑是令人兴奋的研究方向。RNA的世界远比我们想象的更加精彩和复杂！参考文献https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00415-5声明：本文仅用于分享，不代表平台立场，如涉及版权等问题，请尽快联系我们，我们第一时间更正，谢谢！往期热文：Cell | 颠覆认知！不是被动扩散，CD36介导内吞才是许多“大块头”药物入胞的秘密通道Nature Methods | mScarlet3-H：红色荧光蛋白的新一代王者！Nature Methods | 告别“平面时代”！光学显微镜如何带你看清3D细胞世界的秘密？Nature | 帕金森病新曙光！iPS细胞人体试验结果揭晓，安全有效性初显！Cell | 实时见证“基因之吻”：Oligo-LiveFISH高精度追踪增强子-启动子动态互作Nature 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