N6-甲基腺苷(m6A)RNA修饰在生殖系统疾病中作用的研究进展

张 妍，朱孟雯，刘 桐，杨 圣，梁戈玉

(东南大学 公共卫生学院 环境医学工程教育部重点实验室，江苏 南京 210009)

N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine，m6A)修饰是真核生物mRNA中最常见的甲基化修饰形式，于1974年首次提出，它在不同水平上调控mRNA并参与疾病发生发展。m6A修饰不仅广泛存在于哺乳动物中，还存在于植物、原虫、各种病毒中。随着检测技术快速发展和表观遗传学研究逐步深入，m6A修饰在不同生物学过程中的作用不断被发现，其与疾病发生发展的关系目前已成为研究的热点。近年来，生殖系统疾病发病率越来越高，不孕不育已成为世界性问题，生殖系统癌发病率较高且预后不良。因此，本文综述了m6A修饰对生殖系统生物学功能的影响，重点阐述m6A修饰在生殖系统疾病发生发展及预后中的作用。

1 m6A修饰的调节机制

m6A修饰发生在共有基序：RRm6ACH([G/A/U][G>A]m6 AC[U>A>C])，主要集中在3个非翻译区(untranslated regions，UTRs)和内部长外显子上。m6A甲基化修饰受甲基转移酶、去甲基转移酶和功能管理者共同调控，调节mRNA结构、稳定性、剪接、输出、转译和衰变等，进而广泛影响生命过程、细胞分化、肿瘤进展。甲基转移酶主要包括：METTL3、METTL14、WTAP、RBM15、KIAA1429和ZC3H13，其中，METTL3是第一个被发现的。METTL3和METTL14通过与WTAP结合形成稳定的甲基化位点复合物，METTL3将甲基从S-腺苷蛋氨酸(s-adenosine methionine，SAM)转移到受体腺苷上，而METTL3-14复合物二聚体诱导m6A在核RNA上沉积，WTAP与METTL3-14复合物相互作用，影响m6A甲基转移酶在体内活性和定位。去甲基转移酶主要包括：FTO和ALKBH5，能够靶向不同种类的mRNA。功能管理者有YTH蛋白域家族成员(YTHDF1、YTHDF2、 YTHDF3、 YTHDC1、YTHDC2)、不均一核糖核蛋白(HNRNPA2B1、HNRNPC)、IGF2BPs(IGF2BP1、IGF2BP2、IGF2BP3)、FMR1、LRPPRC，主要负责识别、读取m6A介导的生理作用。

2 m6A修饰在女性生殖系统疾病及乳腺癌发生发展中的作用

2.1 卵巢疾病

卵巢癌组织中EIF3C蛋白表达显著升高，并与YTHDF1蛋白的表达呈正相关[1]，蛋白质翻译起始因子EIF3的亚基EIF3C是YTHDF1的直接靶点，YTHDF1通过与m6A修饰的EIF3C mRNA结合，以m6A依赖的方式增强EIF3C的翻译，从而促进卵巢癌的发生和转移。ALKBH5在上皮性卵巢癌中高表达，激活EGFR-PIK3CA-AKT-mTOR信号通路，并通过调节m6A的修饰来增强Bcl-2 mRNA的稳定性，从而促进Bcl-2与Beclin1的相互作用，通过此机制来调节肿瘤的增殖、侵袭和自噬，且ALKBH5高表达的患者往往有更差的无进展生存期(progression free survival，PFS)和总生存期(overall survival，OS)[2]。FTO表达水平的降低导致原发性卵巢功能不全(primary ovarian insufficiency,POI)中m6A甲基化分子的升高，增加了POI并发症的风险[3]。环磷酰胺(cyclophosphamide，CTX)常用于肿瘤化疗中，但其可通过上调甲基转移酶METTL13、METTL14的表达及抑制去甲基转移酶FTO和功能管理者YTHDF1、YTHDF2、YTHDC1、YTHDF3的表达上调总m6A的水平，从而对卵巢造成损伤[4]。此外，m6A修饰在卵泡选择过程中也发挥着重要作用[5]。综上所述，m6A修饰相关蛋白异常在卵巢疾病中起重要作用，未来通过调控 m6A 将可以为卵巢疾病提供新的治疗策略。

2.2 乳腺癌

研究表明，m6A修饰相关蛋白在乳腺癌发生发展中具有重要作用。与正常组织相比，乳腺癌患者的组织中m6A相关基因KIAA1429、RBM15、YTHDF1、YTHDF2、HNRNPC 及HNRNPA2B1上调，WTAP、METTL14、METTL16、YTHDC1及 FTO下调，其靶点广泛分布于细胞质、细胞核中，参与调控RNA衰变、翻译和剪接，在蛋白水平上表现出相似的表达模式，且YTHDF1、YTHDF3及KIAA1429高表达的患者OS较差[6]。另有研究显示，甲基转移酶METTL3、METTL14和WTAP表达下调，去甲基转移酶FTO和ALKBH5表达上调，过表达METTL14、敲除ALKBH5能够有效抑制乳腺癌细胞的增殖、迁移及细胞集落的形成[7]。 FTO以促凋亡基因BNIP3为靶点，介导BNIP3 mRNA的3′-UTR m6A去甲基化，并通过YTHDF2诱导其降解，从而促进乳腺癌细胞增殖和迁移[8]。但也有研究表明，METTL3以Bcl-2为靶点，其在乳腺癌组织中上调促进癌细胞的增殖、抑制凋亡[9]。造成差异的原因尚不清楚。另外，m6A水平在乳腺上皮恶性转化细胞中显著降低，这可能与METTL3减少、ALKBH5增加有关，但当METTL3和METTL14过表达或ALKBH5被敲除时，恶性转化细胞的增殖和迁移能力增强。这表明m6A修饰可能在永生化细胞中被下调，从而阻止恶性进展[10]。m6A修饰在乳腺癌发生发展中的潜在机制为乳腺癌治疗提供药物靶点，且可为预测预后提供依据。

2.3 宫颈癌

宫颈癌是常见的妇科癌之一，其中宫颈鳞状细胞癌占90%。研究显示，宫颈癌中m6A水平显著降低，促进了癌的发生发展，造成了较差的生存率，这与METTL3、METTL14的减少及FTO、ALKBH5的增多有关[11]。其中，FTO发挥去甲基酶活性，通过控制E2F1和Myc这两个致癌基因的相互作用，促进癌细胞的增殖和转移[12]。FTO还与宫颈鳞状细胞癌的放射治疗、化学药物治疗(放疗、化疗)耐药性相关，它通过降低β—连环蛋白mRNA的m6A甲基化水平调节该蛋白的表达影响耐药性，后续激活ERCC1，进一步促进FTO/β—连环蛋白诱导的耐药性[13]。这些发现为进一步了解宫颈癌的发病机制提供新的依据，以期为其药物治疗提供新的靶点，改善耐药性，提高疗效，预测和改善预后。

2.4 其他女性生殖系统疾病

在子宫内膜癌发生发展中，多种调节因子参与其中： METTL14突变或METTL3表达减少，导致m6A水平降低，从而使得负调节因子PHLPP2减少、正调节因子mTORC2复合物增多，激活AKT通路，最终导致癌细胞的增殖[14]。

m6A异常修饰还与流产有关。ALKBH5在反复流产患者的滋养层细胞中过表达，从而降低了滋养层细胞中CYR51的表达，最终抑制了细胞滋养层细胞的增殖和侵袭能力[15]，正是这种能力的不足导致了反复流产。

m6A mRNA甲基化还是卵母细胞成熟重要因素之一， YTHDF2参与了卵泡发育的各个阶段，是卵母细胞成熟过程中所必需的，有助于产生能够维持早期合子发育的卵母细胞[16]。敲除METTL3会严重抑制卵母细胞成熟，影响母细胞向合子的转变[17]。

3 m6A修饰在男性生殖系统疾病发生发展中的作用

3.1 男性生殖系统癌

mRNA的m6A修饰与男性生殖系统癌的发生有关。METTL3在前列腺癌细胞系中过表达，通过调节Hedgehog(Hh)途径促进前列腺癌细胞的增生和运动[18]。YTHDF3在精原细胞瘤的表达水平高于非精原细胞瘤，在表型维持中起重要作用[19]。因此，未来针对男性生殖系统肿瘤药物的研发可考虑m6A调控蛋白的选择性抑制剂。这些研究揭示了m6A修饰对男性生殖系统癌的影响，虽然有许多新的发现可以解释肿瘤发生发展的机制，但迄今仍未找到完全治愈的方法，需要进一步研究证实。

3.2 睾丸发育与功能异常

睾丸间质细胞(Leydig cells, LCs)的自体吞噬活动可调节睾丸激素的合成，m6A mRNA甲基化通过调节间质细胞自噬来调节睾酮的合成[20]，在LCs从茎干LCs向成体LCs分化过程中，METTL14逐渐减少，ALKBH5升高，导致LCs中m6A甲基化水平降低、自噬增强。邻苯二甲酸二酯(DEHP)是一种常见的环境内分泌干扰物，其通过调节FTO和YTHDC2的表达上调总m6A水平[21]，诱导青春期前睾丸损伤，引起生殖障碍。与此同时，m6A修饰在哺乳动物和两栖动物基因表达中均具有调控作用，可影响睾丸生长，去甲基转移酶ALKBH5在睾丸的大小和发育中发挥重要作用[22]。因此可以利用m6A RNA甲基化作为治疗睾丸相关功能障碍患者的靶点，为研究新的治疗策略提供思路。

3.3 精子发育异常

哺乳动物精子发生是一个高度特化的分化过程，涉及转录、转录后和翻译水平的精确调控，大量研究表明m6A是一种基因表达的表位调控因子，在男性生殖系中确保基因的协调表达。识别蛋白YTHDF2会促进精子黏附、调控细胞增殖[23]；上调m6A RNA修饰可以抑制精原细胞增殖；去甲基转移酶ALKBH5通过调控m6A水平控制长3′-UTR mRNA在雄性生殖细胞中的剪接和稳定性，从而控制晚期减数分裂和单倍体生精细胞mRNA的命运[24]；男性不育是一个世界性的医学问题，弱精症是不孕不育的常见原因，人精子m6A水平升高为弱精症的危险因素[25]。综上所述，m6A 甲基化修饰在精子的发生、活性、功能中发挥重要作用，这将为研究哺乳动物生殖和男性不孕提供新的思路。

4 结语与展望

m6A RNA修饰是由甲基转移酶、去甲基酶及识别蛋白所催化的动态可逆修饰方式，在生殖系统疾病发生发展及预后中具有重要作用。目前，某些药物治疗存在一定的副作用，可通过对m6A修饰的靶向调节将其减缓；且通过对m6A修饰作用机制的研究，可研制出具有高度选择性的靶向药物，提高疗效；另外，m6A甲基化的修饰为疾病早期诊断和预后判断提供可能。但目前关于m6A在生殖系统中的研究较少，存在着诸如m6A作用的具体机制，m6A作为肿瘤标志物的特异性和敏感性如何等一系列的问题。未来还需要更多、更深入的研究，以期阐明m6A修饰在人体生殖系统疾病中作用的具体机制，从而为疾病的早期诊断、治疗及预后判断提供新的思路。