主要发现 一、筛选锁定 m⁷G 修饰的 mt-tRF3b-LeuTAA。 2024
期刊与年份：《Biomaterials》（IF: 12.8），2024 年
研究团队：中山大学附属第一医院运动医学科康焱主任与关节外科张紫机主任团队
主要结论：一、筛选锁定 m⁷G 修饰的 mt-tRF3b-LeuTAA。
成果 2024 年发表于《Biomaterials》（IF: 12.8），研究中的 m⁷G small RNA 修饰芯片由数谱生物提供技术服务。
研究背景
骨关节炎（OA）是退行性疾病，以软骨下骨重塑、软骨退化、骨赘形成与炎症为特征；软骨细胞的状态改变是病程推进的关键节点。近年研究热点之一是 RNA 表观修饰——m⁷G、m⁶A 等修饰，尤其是带有修饰的小 RNA。tRF&tiRNA 由 tRNA 被内切酶切割产生，参与应激反应、干细胞分化与肿瘤发生等过程；它们上的表观修饰如何影响疾病，还需要更多证据。
研究设计与方法
中山大学附属第一医院运动医学科康焱主任与关节外科张紫机主任团队长期研究关节软骨退变机制。本工作先用高通量测序比较 OA 退变与正常软骨细胞，再用 Arraystar m7G small RNA 修饰芯片在 Mettl1 敲除与对照细胞中筛选 m⁷G 修饰发生显著变化的 tRF，得到 mt-tRF3b-LeuTAA；随后通过过表达/敲低做功能验证，用靶基因预测与双荧光素酶实验定位下游，并用纳米载体递送抑制剂在小鼠 OA 模型中验证治疗效果。成果 2024 年发表于《Biomaterials》（IF: 12.8），研究中的 m⁷G small RNA 修饰芯片由数谱生物提供技术服务。
主要发现
一、筛选锁定 m⁷G 修饰的 mt-tRF3b-LeuTAA。RNA 测序显示 m⁷G 修饰酶 Mettl1 在 OA 退变软骨细胞中上调（图1A），细胞整体 m⁷G 修饰水平同步升高；m⁷G small RNA 修饰芯片在敲低 Mettl1 后筛出修饰水平显著变化的 tRF&tiRNA 分子（图1B），其中 mt-tRF3b-LeuTAA 经 qPCR 与 m⁷G-MeRIP-PCR 验证在退变细胞中表达与修饰均升高（图1C、1D）。
图1：mt-tRF3b-LeuTAA参与软骨细胞退变过程。 A RNA测序结果显示Mettl1在OA退变软骨细胞中表达水平显著上调； B Arraystar m7G small RNA修饰芯片结果显示，敲低m7G修饰酶 Mettl1之后，tRF&tiRNA m7G修饰水平有显著差异； C qPCR验证mt-tRF3b-LeuTAA在OA退变细胞中的表达水平； D m7G-MeRIP-PCR验证mt-tRF3b-LeuTAA在OA退变软骨细胞中的m7G修饰水平。
二、mt-tRF3b-LeuTAA 推动软骨细胞退变。过表达该分子会升高细胞外基质分解代谢标志物、降低合成代谢标志物，加速退变；抑制它则使退变程度明显减轻。功能层面，敲低或过表达会改变 OA 细胞的凋亡与自噬状态、耗氧率与乳酸代谢水平（图2A、2B），免疫荧光显示细胞内 ROS 积累随之变化（图2C）。
图2：功能实验，mt-tRF3b-LeuTAA促进软骨细胞退变。 A 敲低、过表达mt-tRF3b-LeuTAA显著影响OA细胞的凋亡和自噬； B 敲低、过表达mt-tRF3b-LeuTAA显著影响细胞耗氧率和乳酸代谢水平； C 免疫荧光成像显示mt-tRF3b-LeuTAA显著影响细胞内ROS的积累。
三、靶向 SENP1 经 SIRT3-PINK1/Parkin 轴破坏线粒体自噬。过表达或敲低 mt-tRF3b-LeuTAA 会相应改变 SENP1 的蛋白水平，mRNA-qPCR 与靶基因预测显示它结合在 SENP1 mRNA 的 3′UTR，双荧光素酶实验验证了两者的结合（图3A–3D）。SENP1 被抑制后，下游 SIRT3 的 SUMO 修饰水平升高、去乙酰化酶活性受抑（图4A、4B），PINK1/Parkin 通路活性下降、线粒体自噬受阻（图4C），线粒体膜电位下降、氧化应激增加，ROS 与乳酸在细胞中堆积。
图3：机制研究1，mt-tRF3b-LeuTAA靶向结合SENP1 mRNA。 A 过表达、敲低mt-tRF3b-LeuTAA影响SENP1蛋白的表达水平； B mRNA-qPCR验证mt-tRF3b-LeuTAA抑制SENP1 mRNA表达； C靶基因预测显示mt-tRF3b-LeuTAA能够结合SENP1 mRNA 3’UTR区域； D双荧光素酶实验验证mt-tRF3b-LeuTAA与SENP1的结合。
图4：机制研究2，SENP1影响下游蛋白SIRT3的SUMO修饰水平和PINK1/Parkin通路相关蛋白的表达。 A 过表达SENP1导致SIRT3蛋白的SUMO修饰水平显著下调； B 过表达、敲低mt-tRF3b-LeuTAA影响SIRT3的表达和SUMO修饰水平； C 敲低SENP1或mt-tRF3b-LeuTAA显著影响PINK1/Parkin通路蛋白的表达水平。
四、纳米递送抑制剂可减轻关节退变。把 mt-tRF3b-LeuTAA 的小分子抑制剂用纳米颗粒包被后注射到 OA 模型小鼠的患病关节，能显著减轻软骨退化程度（图5A、5B，机制见图6）。
图5：机制研究3，纳米颗粒包被的mt-tRF3b-LeuTAA抑制剂能有效减轻小鼠OA退变程度。 A包被mt-tRF3b-LeuTAA抑制剂纳米颗粒的组装流程； B mt-tRF3b-LeuTAA抑制剂直接注射OA模型小鼠的患病关节能够显著回复软骨退变程度。
图6：作用机制图。 mt-tRF3b-LeuTAA与SENP1 mRNA特异性结合并抑制SENP1蛋白表达，从而上调SIRT3的SUMO化修饰水平，沉默下游PINK1/Parkin通路，导致线粒体自噬功能异常、有害代谢物积累，最终使软骨细胞发生病变。
这项工作的意义
研究把"m⁷G 修饰的 tRF&tiRNA → 结合 SENP1 mRNA 3′UTR → SIRT3 SUMO 化升高 → PINK1/Parkin 与线粒体自噬受阻 → 代谢紊乱与软骨细胞退变"这条链路讲清楚，为 tRF&tiRNA 调控线粒体功能与软骨退变提供了新的机制解释；同时证明用纳米载体递送抑制剂在动物模型中具有可行性，为骨关节炎的靶向治疗提供了一个具体候选。