m6A甲基化修饰与泌尿系统疾病的研究进展

黄亚鹏 纪卫东 吴文起

近年来，RNA的化学修饰研究揭示了真核生物转录后基因调控的新机制，N6-腺苷酸甲基化(m6A)修饰作为最丰富的修饰类型，在mRNA的剪切、输出、稳定性和转译等方面起着重要的调控作用[1]。研究表明该修饰不仅影响胚胎和细胞分化，同时可以通过调节特定基因的翻译或者降解，进而在细胞信号响应中发挥功能，并最终导致诸多疾病，如癌症等[2]。研究报道肿瘤细胞的抗原决定簇多与m6A相关蛋白的表达失调有关，其不仅影响肿瘤生长、增殖、肿瘤侵袭、肿瘤迁移和转移扩散，同时可以紊乱机体免疫监测和局部反应压力等[3]。以膀胱癌(bladder cancer, BCa)、前列腺癌(prostate cancer, PCa)和肾癌(renal cell carcinoma, RCC)为主的泌尿系肿瘤作为泌尿系统常见疾病，其发病机制未明，致病因素众多，且发病率与死亡率呈现出明显的递增趋势[4]。近年来，大量文献报道m6A甲基化修饰在泌尿系肿瘤的发生、发展中发挥了重要的生物学功能，本文就m6A甲基化修饰在各泌尿系肿瘤发病过程中的研究进展做一综述。

一、m6A甲基化修饰概述

传统观念认为，生物表型的决定权在于DNA的一级结构，即碱基对序列。但随着对遗传层面研究的日益深入，学界逐渐发现这一观念已不足以解释基因同表型之间的复杂联系。Conrad Waddington最先于1942年提出“遗传学”这一观点，随着半个世纪的发展，这一理念不断完善，并在20世纪90年代日趋成熟[5]。经典表观遗传学修饰的研究内容主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA的调控、染色质重塑等[6]。但随着研究的深入，研究者发现了新的研究热点：转录后水平的修饰。主要的修饰方式包括：m6A、N1-腺苷酸甲基化(m1A)、5-胞嘧啶甲基化(m5C)，假尿苷(pseudouridine)、7-尿苷酸甲基化(7methylguanosine, m7G)、2′甲氧基修饰(2′O-methylated，2′OMe)、N6, 2′O-二甲基腺苷酸甲基化(N6,2′O-methylated, m6Am)。研究表明RNA上存在100余种化学修饰，其中以RNA甲基化修饰为主，广泛分布于各种类型的RNA中，如mRNA、tRNA、snRNA和snoRNA等，其中mRNA内部修饰丰度最高的m6A在真核生物中存在最广泛[7]。m6A甲基化修饰是指腺嘌呤在甲基化转移酶的催化下，在第6位的N原子上添加一个甲基的修饰过程[2]。m6A甲基化修饰过程主要涉及3种蛋白：甲基转移酶、脱甲基转移酶及同修饰位点结合的蛋白酶。其中甲基转移酶又称写入基因，目前发现的有METTL3、METTL14、METTL16以及配体蛋白WATP、VIRMA、ZC3H13、HAKAI、RBM15/15B，它们介导甲基基团转导至RNA修饰位点的N原子上[8]。脱甲基转移酶又称擦除基因，目前发现的有FTO及ALKBH5，该酶负责RNA修饰位点N原子的甲基基团去除[9-10]。最后一种蛋白则是能同甲基化修饰位点结合发挥特殊功能的蛋白酶，又称读取基因，目前主要发现有YTHDFs(YTHDF1、YTHDF2和YTHDF3)和YTHDCs(YTHDC1和YTHDC2)两种亚型[11]。

m6A甲基化修饰可以调节部分基因的mRNA甲基化水平，影响其蛋白表达，却不涉及其DNA碱基对序列的改变，这种不遵循“中心法则”且与外界环境变化有着密切联系的遗传方式引起了学界极大的兴趣[12]。长期以来，局限于传统遗传学理念，很多疾病的病因我们都无法做出合理解释，传统遗传学理念的滞后性日益突出。越来越多的研究认为m6A甲基化修饰以其灵活多变的调控方式在多种疾病中发挥功能[13]，如m6A甲基化修饰与RCC、BCa、PCa等肿瘤进展都有着密切联系[3]。本文将对m6A甲基化修饰在泌尿系肿瘤及其他泌尿系疾病中发挥的生物学作用进行阐述，希冀为临床早期防治提供分子靶点和策略。

二、m6A甲基化修饰与泌尿系统肿瘤

1.m6A甲基化修饰与RCC：RCC以其复杂的生物过程和分子机制为人们熟知，长期以来的研究并未出现突破性进展，治疗方式仍以手术切除为主，且往往预后不佳[14]。基于这一现象，学界开始尝试从表观遗传修饰尤其是m6A修饰层面进一步探讨其遗传调控机制。当前，已有部分文献报道了m6A甲基化修饰在RCC发生、发展中的功能，Wang等[15]利用癌症基因组图谱(Cancer Genome Atlas, TCGA)数据库根据肾透明细胞癌(clear cell renal cell carcinoma, ccRCC)不同的临床病理特征，揭示出13种m6A RNA甲基化调节因子在ccRCC中的差异表达。而Chen等[16]的研究则首次展示了m6A转录组水平范围内的人类ccRCC图谱，分析m6A RNA异常修饰所调控的基因表达和癌症相关通路，阐明了肿瘤与邻近正常组织之间的m6A整体修饰模式的差异。Li等[17]则在组织芯片中检测发现METTL3在肾细胞癌组织中的表达明显高于癌旁组织，且在肾细胞癌细胞系(CAKI-1、CAKI-2和ACHN)中的表达也低于肾正常上皮细胞HK-2。细胞功能试验和裸鼠皮下成瘤试验表明METTL3下调可明显促进癌细胞的增殖、迁移和侵袭功能，并引起细胞周期G0/G1的阻滞；此外，上皮间质转化和PI3K-Akt-mTOR通路也发生了显著变化。Gong等[18]和Wang等[19]的研究表明肿瘤组织中METTL14的低表达可能调节P2RX6 mRNA的甲基化水平来增加P2RX6 pre-mRNA的剪接，并影响ATP-P2RX6调节Ca2+介导的p-ERK1/2/MMP9信号来促进RCC细胞的迁移和侵袭。Zhuang等[20]的研究表明FTO蛋白在ccRCC中是下调的，FTO可以调节线粒体的生物发生和氧化磷酸化，同时在转录水平上诱导氧化应激，证明了FTO-PGC-1α信号轴通路在肿瘤细胞的生长和凋亡过程中发挥了重要作用。基于前者的研究，Zhou等[21]则利用大数据分析纳入数据库528例ccRCC患者的测序和拷贝数变化数据，结果表明，m6A调节因子的改变与病理分期有关。Strick等[22]进一步通过检测临床标本发现ALKBH5和 FTO蛋白在肿瘤组织中的表达趋势相同，结合临床资料发现ALKBH5和FTO mRNA水平的降低与肾切除术后肿瘤特异性生存率和总生存率的降低有关。

2.m6A甲基化修饰与BCa：研究表明m6A甲基化修饰在BCa的疾病进程中发挥了重要功能。Cheng等[23]研究发现METTL3在BCa组织中显著上调，显著促进BCa细胞的生长和侵袭；揭示了METTL3介导m6A甲基化修饰在BCa进展AFF4/NF-κβ/MYC信号通路的机制研究。接着Han等[24]研究发现METTL3可能通过与DGCR8蛋白相互作用，并以依赖于m6A甲基化修饰的方式调节pri-miR221/222的形成过程，并发挥致癌作用，这是首次研究报道METTL3调节非编码RNA中的m6A甲基化修饰进而致瘤的综合性研究。Yang等[25]的研究则进一步揭示了METTL3-m6A-CDCP1信号轴可与化学致癌物协同作用，共同促进尿上皮细胞在体内外的恶性转化。Xie等[26]的研究也表明METTL3/YTHDF2 m6A轴可直接降解肿瘤抑制因子SETD7和KLF4的mRNA，从而促进BCa的进展。最后，Chen等[27]分析了TCGA 数据库，并分析了其与BCa患者临床病理变量之间的联系，结果显示 m6A RNA甲基化调节因子METTL3、YTHDF1在BCa中高表达，且与BCa患者不同的临床病理变量存在联系。

3.m6A甲基化修饰与PCa：目前m6A甲基化修饰在PCa进展中的机制研究较少。Cai等[28]研究发现m6A甲基转移酶METTL3在PCa细胞系中过表达，进一步的机制研究表明METTL3可通过调控Sonic Hedgehog(SHH)-GLI信号通路来影响PCa细胞系的细胞增殖、存活、侵袭。Li等[29]则通过免疫组化染色和原位杂交发现PCa组织细胞中YTHDF2经常上调，miR-493-3p均下调，两者呈负相关；YTHDF2的敲除则显著提高了细胞系m6A的水平，抑制了DU-145和PCa细胞系的增殖和迁移，且双荧光素酶报告基因实验证实YTHDF2是miR-493-3p的直接靶点；研究进一步揭示了YTHDF2和miR-493-3p作为两个关键的m6A调节因子，通过间接调节m6A甲基化水平参与了PCa的进展。

三、m6A甲基化修饰与其他泌尿系统疾病

目前已有部分文献报道了YTHDF2可调节巨噬细胞MAP2K4 mRNA的甲基化表达水平，促进促炎细胞因子的表达[30]；同时在LPS诱导的成骨细胞炎症模型中，METTL3基因修饰的部分基因会被YTHDF2识别进而调节MAPK信号转导激活炎症反应[31]。这些研究表明m6A甲基化修饰在机体炎症反应甚至是泌尿系统感染中也可能发挥了生物学功能。同时泌尿系结石疾病本身的特征便易受地域、饮食习惯、温差等多种环境因素影响，这同m6A甲基化修饰为代表的表观遗传学遗传特征高度吻合。

四、总结和展望

已有文献报道泌尿系统感染同DNA甲基化为代表的表观遗传学存在着联系[32]。以m6A甲基化修饰为代表的表观遗传学研究已在多种疾病尤其是泌尿系统肿瘤的发生、发展中显示出其重要的生物学效应，为肿瘤的机制研究开辟了新的方向。这些m6A甲基化修饰调节因子可以通过调节不同的信号通路对肿瘤的生长、增殖、侵袭、转移乃至凋亡等产生影响，对肿瘤患者的预后起着重要作用。同时其他泌尿系统疾病如泌尿系结石、尿路感染的疾病特征同m6A甲基化修饰为代表的表观遗传学遗传特征高度吻合，因此存在着广阔的研究前景。