m6A甲基化修饰在肿瘤中的作用

李慧 综述 庞达 审校

近年来，人们对表观遗传学产生了极大的兴趣，并将其定义为基因的核苷酸序列不发生改变，而基因的表达发生可遗传的变化。其相关的研究内容不但涉及DNA甲基化、组蛋白修饰，还包括染色质重构等[1]。随着各种检测技术的不断发展，科学家们发现了一种可逆性的RNA甲基化修饰，即m6A甲基化修饰。它由多种调节因子共同动态调节，在mRNA剪接、翻译和稳定性方面发挥重要作用[2]。m6A甲基化调节因子的失调改变了细胞的增殖、迁移、侵袭等生物学功能，最终导致多种癌症的发生发展。

1 m6A甲基化修饰

当RNA分子腺苷酸上的第六位氮原子发生甲基化修饰时，我们称之为N6-甲基腺苷修饰，即m6A甲基化修饰。m6A甲基化修饰是高等真核生物中最丰富的mRNA修饰之一[3]。m6A甲基化修饰由甲基转移酶、去甲基化酶及阅读蛋白三种调节因子共同动态调节。m6A甲基化由多组分甲基转移酶复合物催化形成，主要包括甲基转移酶样3(METTL3)、甲基转移酶样14(METTL14)和肾母细胞瘤1相关蛋白(WTAP)。METTL3起中心作用，与METTL14以1∶1的比例形成二聚体复合物，主要定位于核斑点区[3]。WTAP本身不具有甲基化活性，但可与二聚体相互作用，调节m6A甲基转移酶复合物向mRNA靶点募集[4]，影响甲基化效率。此外，病毒样m6A甲基转移酶相关蛋白(VIRMA，又称为KIAA1429)是甲基转移酶复合物的另一组成部分，是一种参与选择性剪接的蛋白质，与WTAP相互作用；目前已知的去甲基化酶包括FTO和ALKBH5，均属于AlkB家族成员。去甲基化酶的发现表明m6A甲基化修饰具有可逆性；发生m6A甲基化修饰的mRNA想要行使特定的生物学功能，需要一种特定的RNA结合蛋白-甲基化阅读蛋白。目前发现的阅读蛋白有YTH结构域蛋白(包括YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3、YTHDC1和YTHDC2)、核不均一核糖核蛋白HNRNP家族(包括HNRNPA2B1、HNRNPC)和IGF2BPs家族(包括IGF2BP1、IGF2BP2、IGF2BP3)，它们参与mRNA的翻译[5]、降解[6]和加工[7]等过程。

2 m6A甲基化修饰在肿瘤中的作用

2.1 乳腺癌

目前，乳腺癌患者仍以分子分型为依据接受相应治疗，但随着内分泌耐药、化学耐药发生率的不断上升，乳腺癌患者的治疗效果及远期预后受到严重影响。因此，对各种靶向治疗的研究成为乳腺癌领域的研究热点。Wang等[8]的研究发现，METTL3在乳腺癌组织和细胞中均处于高表达水平，敲降METTL3降低了Bcl-2上的m6A含量，抑制了乳腺癌的发生发展；Cai等[9]同样对METTL3在乳腺癌中的作用机制进行研究，首先发现HBXIP对METTL3的调控是通过抑制miRNA let-7g实现的。另外，作者发现METTL3在乳腺癌组织中表达上调。METTL3的高表达通过m6A甲基化修饰进一步促进HBXIP的表达，形成HBXIP/let-7g/METTL3/HBXIP的正反馈环，最终提高了乳腺癌细胞的增殖能力；Wu等[10]研究结果表明METTL14和ALKBH5均可影响乳腺癌细胞的活性、迁移和增殖能力；FTO在乳腺癌组织中表达上调，减少了下游促凋亡基因BNIP3上的m6A含量，从而降低了BNIP3的表达，最终促进了肿瘤的生长和转移[11]；大量研究证明，缺氧是促进肿瘤发展的必要微环境。Zhang等[12]发现乳腺癌细胞在缺氧条件下，以HIF-1α和HIF-2α依赖的方式促进ALKBH5的表达。此时ALKBH5作为去甲基化酶发挥作用，减少了NANOG mRNA上的m6A甲基化修饰。由于NANOG是一种肿瘤干细胞中的多潜能因子，因此当ALKBH5缺失时，NANOG mRNA的稳定性降低，从而降低了乳腺癌干细胞的数量，抑制了乳腺癌的发生和转移；该团队还发现缺氧条件下，ZNF217的表达水平升高。ZNF217是一种m6A甲基转移酶抑制剂，可通过抑制METTL3负性调节m6A甲基化，最终导致NANOG和KLF4的表达上调并促进乳腺癌的发生[13]；另外，Klinge等[14]发现HNRNPA2/B1在内分泌抵抗中发挥一定的作用。因此，加强m6A在乳腺癌中的机制研究将改变乳腺癌的治疗现状。

2.2 肝细胞癌(Hepatocellularcinoma，HCC)

HCC发病率高，是世界范围内肿瘤相关死亡的主要原因。虽然根治性肿瘤切除是目前最可行的方法，但术后生存率低仍然是临床上的巨大挑战[15]。有研究结果表明METTL3在HCC中发挥重要作用，不但可以通过上调SOCS2 mRNA的m6A修饰，还可以通过METTL3-LINC00958-miR-3619-5p-HDGF轴促进HCC的发展[16-17]；此外，KIAA1429也可作为甲基转移酶上调ID2 mRNA上的m6A修饰，抑制ID2的表达，促进肝癌细胞的迁移和侵袭[18]。还有研究发现GATA3是KIAA1429介导的m6A修饰的直接下游靶点。KIAA1429在HCC中高表达，促进GATA3 pre-mRNA的3′UTR发生m6A修饰，导致RNA结合蛋白HuR的分离和GATA3 pre-mRNA的降解，最终促进肿瘤的增殖和转移[19]；Chen等[20]首次探索WTAP在HCC中的作用，发现WTAP在HCC中的表达明显上调，并引导m6A修饰通过Hur-EtS1-P21/P27轴促进HCC的发生发展，为肝癌的治疗和预后提供一个潜在的新靶点。除此之外，去甲基化酶FTO也被证明在肝癌组织和细胞中表达上调，影响肿瘤生长[21]。m6A阅读蛋白YTHDF2也与HCC的发生发展密切相关。Yang等[22]发现YTHDF2在HCC中表达上调，miR145作为YTHDF2的负性调节因子抑制YTHDF2的表达，而YTHDF2作为m6A阅读蛋白降低mRNA上的m6A水平，最终抑制mRNA的降解。与之相反，Hou等[23]的研究表明，YTHDF2在HCC中的表达水平低于癌旁组织，发挥抑癌作用。Ma等[24]研究同样发现METTL14在HCC中也处于低表达状态，它作为一种肿瘤抑制因子，与DGCR8相互作用并正向调节miR126的表达以抑制肿瘤的转移 。

2.3 急性髓系白血病(Acute myeloid leukemia，AML)

AML是最常见且最具侵袭性的急性白血病类型，主要的治疗方法是化疗，但60%～80%的患者在最初完全缓解后复发[25]。因此，寻找新的治疗靶点具有重要的临床意义。METTL3是AML细胞生长的必需基因，它可定位于mRNA转录起始点增加m6A修饰，并增强mRNA的翻译。该途径对于维持白血病状态是必要的[26]；Vu等[27]的研究表明，METTL3通过增加c-MYC、BCL-2和PTEN mRNA的表达来促进AML的发生发展。因此，METTL3可能成为AML的潜在治疗靶点。METTL14通过m6A修饰调节MYB和MYC mRNA靶点，发挥其促癌作用，而METTL14本身则受到癌基因SPI1的负调控。Weng等[28]的研究结果揭示了SPI1-METTL14-MYB/MYC轴在AML发生发展中的关键作用。此外，Bansal等[29]还对WTAP在AML中的作用进行了初步研究，发现WTAP可减少白血病细胞的增殖、促进其凋亡并阻止分化。可见，WTAP也有望成为AML治疗的新靶点，但具体的作用机制还有待于进一步研究。另外，FTO作为一种m6A去甲基化酶，在AML中也起着重要的致癌作用。某些AML亚型中高表达的FTO抑制下游ASB2和RARA靶基因的表达，从而促进了AML的发生，也抑制了全反式维甲酸(ATRA)诱导的AML细胞分化[30]。Su等[31]发现R-2-羟基戊二酸(R-2HG)可通过抑制FTO升高MYC/CEBPA mRNA的m6A水平，最终抑制白血病细胞的增殖、促进细胞的凋亡及细胞周期的阻滞。这些研究结果表明，m6A在AML的发病机制中扮演重要的角色，对其更加深入的探索对改善AML患者的预后具有必要性。

2.4 胶质母细胞瘤(Glioblastoma multiforme，GBM)

GBM是成年人最常见的原发性恶性脑肿瘤，预后极差，生存率低[32]。METTL3在胶质母细胞瘤干细胞(GSC)中的表达升高，作用于靶基因SOX2。METTL3对SOX2 mRNA的m6A修饰增强了其稳定性。同时还发现人类抗原R(HuR)向m6A修饰的RNA募集是METTL3稳定SOX2 mRNA的必要条件[33]；Jin等[34]首次探究WTAP在GBM中的作用，发现WTAP在GBM中表达上调，通过调节EGFR的活性影响GBM细胞的迁移和侵袭。小鼠实验也表明，WTAP过度表达使肿瘤的增殖速度明显加快。这些结果揭示了WTAP的一种新功能。此外，ALKBH5在GSC中也处于高表达状态，敲降ALKBH5可抑制GSC的增殖。ALKBH5作用于FOXM1的新生转录本使其m6A水平升高，导致FOXM1表达增强，促进GBM的发生发展。该研究揭示ALKBH5的去甲基化活性对GSC的致瘤性至关重要[35]；Cui等[36]同时对甲基转移酶和去甲基化酶在GBM中的作用机制进行研究，发现当敲降METTL3或METTL4时，癌基因如ADAM19、EPHA3和KLF4表达上调，抑癌基因如CDKN2A、BRCA2和TP53I11表达下调，促进GSC增殖和自我更新。作者还发现MA2作为一种选择性的FTO抑制剂，能提高人细胞mRNA中m6A的水平，从而促进肿瘤的发生发展。这些研究表明m6A甲基化修饰有望成为GBM治疗的新靶点。

2.5 结直肠癌

大量实验表明，METTL3参与多种恶性肿瘤的发生发展，其在结直肠癌中的作用也得到了学者们的证实。METTL3在结直肠癌中表达上调，既可以以m6A依赖的方式稳定CCNE1的mRNA促进结直肠癌细胞的增殖，又可以增加SOX2 mRNA上的m6A水平促进肿瘤的增殖和转移[37-38]；与上述研究结果不同的是，Deng等[39]认为METTL3的下调通过活化P38和ERK蛋白激酶促进结直肠癌细胞的增殖、迁移和侵袭。另外，有研究发现METTL3、METTL14也可通过改变MicroRNA上的m6A水平影响结直肠癌细胞的生物学功能[40-41]。YTHDF1、YTHDF3、hnRNPA2B1阅读蛋白在结直肠癌中发挥的关键性作用也通过大量实验得以证明[42-44]。

3 小结与展望

m6A甲基化修饰的发现丰富了表观遗传学的研究范畴。甲基转移酶、去甲基化酶和阅读蛋白各司其职，共同调节靶基因上的m6A含量，进而促进肿瘤的发生发展。本文仅对几种常见的恶性肿瘤中m6A甲基化的作用进行综述，但其在胰腺癌[45]、子宫内膜癌[46]、非小细胞肺癌[47]等其他肿瘤中的作用也得到了证实。虽然m6A甲基化修饰在肿瘤中的研究才刚刚起步，但相信随着高通量测序等生物学技术的飞速发展，m6A甲基化修饰在不同肿瘤中的具体作用机制将日渐明确，m6A作为治疗的新靶点将成为可能。