FTO调控PYCR1-RNA-m6A促进膀胱癌发生发展的研究进展*

肖帅，宋伟，夏明，张佳晨

［湖南省人民医院（湖南师范大学附属第一医院）泌尿外科，湖南 长沙410005］

膀胱癌（bladder cancer,BLCA）是最常见的泌尿系统恶性肿瘤，也是全球最常见的癌症之一。据统计，2018 年全球共有549 393 例患者诊断出BLCA，199 922 例死于该病［1］，其主要危险因素为吸烟［2］等。N6-甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine,m6A）是真核生物mRNA 最常见的转录后修饰形式［3］，参与BLCA 的发生发展。肥胖相关蛋白（FTO）通过m6A 依赖性的去甲基化酶活性广泛参与脂肪形成和肿瘤的发生，影响多个mRNA 的转录后修饰［4］，在肿瘤的发生发展过程中，FTO 常过表达且可通过降低吡咯啉-5-羧酸还原酶1（PYCR1）的m6A 甲基化，延长PYCR1 mRNA 半衰期，以促进癌细胞在体外增殖和迁移以及肿瘤在体内的生长［5］。本文就FTO 调控PYCR1-RNAm6A 促进膀胱癌发生发展的最新研究进展作一综述。

1 m6A 修饰与BLCA

1.1 m6A 概述

基因的表达调控包括基因转录调控、转录后修饰和翻译调控等多个层面，目前RNA 的转录后修饰是学术界的研究热点，现已发现171 种RNA修饰形式［6］。m6A 甲基化修饰是一种动态且可逆的过程，RNA m6A 甲基化主要在转录后水平上调节基因表达，并参与RNA 代谢的各个方面，包括前mRNA 剪接，3′末端处理、核输出、翻译调控、mRNA 衰变和长非编码RNA（lncRNA）处理［7］，特别是在3'-UTR 起始靠近翻译终止密码子的附近，常嵌入序列5'-RRACH-3'［8］。m6A 甲基化修饰过程主要由m6A 甲基转移酶（作家蛋白）、m6A 去甲基化酶（橡皮擦蛋白）、m6A 结合蛋白（阅读蛋白）3 种工具蛋白参与，其中作家蛋白主要是由甲基转移酶样蛋白3（methyltransferase-like protein 3,METTL3）、甲基化转移酶样蛋 白 14（methyltransferase-like protein14,METTL14）和Wilms 肿瘤1 相关蛋白（Wilms tumor 1-associated protein,WTAP）为核心组成的甲基转移酶复合物［9］。METTL3 和METTL14 形成异二聚体，WTAP 通过募集METTL3 和METTL14 来协同介导m6A 甲基化过程［10］。橡皮擦蛋白主要包括FTO 和α-酮戊二酸依赖的加双氧酶ALKB 同源蛋白5（ALKBH）［11］。阅读蛋白主要包括YTHN6 甲基腺苷RNA 结合蛋白1-3（YTHDF1-3）、YTHN6 甲基腺苷RNA 结合蛋白1-3（YTHDF1-3）、YTH 结构域蛋白1-2（YTHDC1-2）以及胰岛素样生长因子2结合蛋白（IGF2BP）［12］。

m6A 修饰与多种肿瘤发生发展有关，抑癌基因SPRED2 可通过与Raf/MEK/ ERK 途径相互作用防止癌细胞迁移和侵袭［13］。PENG 等［14］研究表明，METTL3 在结直肠癌（CRC）中过表达并参与异常pri-miR-1246 m6A 修饰，促进从pri-miR-1246到成熟miR-1246 的过渡，而miR-1246 可通过直接与SPRED2 结合来抑制SPRED2 的表达，METTL3 介导的miR-1246 上调对SPRED2 的表达呈负调节，过表达的miR-1246 和受抑制的SPRED2 可阻碍RAF/MEK/ERK 的激活，由此可见METTL3 通过METTL3/miR-1246/SPRED2轴，抑制RAF/MEK/ERK 通路，促进CRC 癌细胞的增值和侵袭。LI 等［15］研究发现，在肝细胞癌中，缺氧诱导因子HIF-1α 通过与YTHDF1 的启动子结合来促进YTHDF1 的过表达，然后通过识别自噬相关基因ATG2A 和ATG14 的m6A 修饰来与其结合，促进了缺氧诱导的自噬和自噬相关的肝细胞癌发生。QIAN 等［16］研究表明肺癌相关转录本3（LCAT3）是一种新的致癌性lncRNA，通过METTL3 介导的m6A 修饰使LCAT3 稳定，并在肺癌中过表达，LCAT3 将上游元素结合蛋白1（FUBP1）招募到MYC 远上游元素（FUSE）序列中，从而激活MYC 转录以促进肺癌细胞的增殖、存活、入侵和转移。

1.2 m6A 对BLCA 影响

METTL3、YTHDF2 促进BLCA 癌细胞的增殖迁移。XIE 等［17］通过TCGA 数据库和Western Blot分析发现METTL3 和YTHDF2 在BLCA 中高度表达，且两者之间存在正相关关系，METTL3/YTHDF2 m6A 调控轴可以降解BLCA 细胞系（T24,UM-UC-3）中肿瘤降解因子SETD7（组蛋白赖氨酸甲基转移酶）和KLF4（Kruppel 样因子），从而促进BLCA 的发生发展。研究发现METTL14 在BLCA 和膀胱肿瘤起始细胞（TIC）中表达较低，而METTL14 和m6A 参与抑制在BLCA 发生和膀胱TIC 自我更新中起重要作用的Notch1 mRNA 的稳定性。GU 等［18］在实验中将METTL14 敲除后，m6A 水平随之降低，两者减少对Notch1 mRNA 稳定性的抑制共同促进TIC 的增值、自我更新、转移，导致BLCA 的发生发展，而METTL14 过表达则起相反的作用。m6A 甲基化修饰通过信号轴METTL3-AFF4-SOX2/MYC 在膀胱癌干细胞（BCSCs）的自我更新和致瘤性中发挥关键作用，METTL3 通过m6A 甲基化修饰AFF4 mRNA，促进AFF4 的表达，而AFF4 又与SOX2 和MYC 的启动子区域结合，激活维持其转录活性，增强了BLCA的肿瘤发生和肿瘤启动能力［19］。HAN 等［20］在研究中发现在BLCA 中METTL3 过表达，METTL3 通过与微处理器蛋白DGCR8 相互作用增强对primiR221/222 的识别，促进pri-miR221/222 m6A 甲基化修饰并以此加速其成熟，间接导致抑癌基因PTEN 蛋白表达降低，促进膀胱癌的肿瘤增殖。

2 FTO 与BLCA

2.1 FTO 概述

FTO 作为第一个RNA 去甲基化酶，在RNA甲基化研究中取得了巨大的发展，并且揭示了m6A 是一种可逆和动态的RNA 修饰［21］。FTO 通过调节脂肪生成途径和诱导脂肪细胞前分化来促进脂肪发生，由FTO 基因编码的FTO 蛋白属于双加氧酶家族，其酶活性依赖于Fe（II）和2-氧代戊二酸［22］。在酶学上，FTO 是真核细胞中的RNA m6A 去甲基化酶，全基因组关联研究（GWAS）确定了FTO 中的单核苷酸多态性（SNP）与肥胖以及包括子肺癌、乳腺癌、宫内膜癌在内的癌症有关［23］。

肺癌中FTO 过表达，其发挥去甲基化酶效应降低骨髓锌指蛋白（MZF1）和泛素特异性蛋白酶（USP7）m6A 甲基化修饰水平，提高了其mRNA 稳定性，使USP7、MZF1 的表达与FTO 水平呈正相关，促进了肺癌细胞的增殖速率，提高了肺癌细胞在体外形成集落的能力［24-25］。在临床乳腺癌患者中FTO 过表达，促凋亡基因BNIP3 具有缓解FTO 依赖性肿瘤生长和转移来抑制肿瘤的作用，而BNIP3 是FTO 介导的m6A 修饰的下游靶点，与FTO 表达呈负相关，FTO 使BNIP3 mRNA 的3'UTR 中的m6A 去甲基化并导致其降解，显著促进乳腺癌细胞增殖、集落形成和细胞凋亡减少［26］。在子宫内膜癌（EC）中，FTO 可催化HOXB13 mRNA 的3'UTR 区的去甲基化修饰，从而消除YTHDF2 通过识别m6A 峰来促进HOXB13 mRNA的衰变，HOXB13 mRNA 衰变的减少和HOXB13蛋白表达的增加使Wnt 信号通路异常激活和下游蛋白高表达，从而导致EC 的转移和侵袭，其中Wnt 信号通路抑制剂ICG-001 可以阻断HOXB13基因诱导的肿瘤转移［27］。

2.2 FTO 对BLCA 的影响

在BLCA 患者中FTO 过表达，FTO 以m6A 依赖性的方式通过FTO/miR-576/CDK6 途径促进膀胱癌细胞增殖、迁移和侵袭，细胞周期蛋白依赖性激酶6（CDK6）是miR-576 的直接下游靶标，FTO 和miR-576 表达之间呈负相关，而miR-576模拟转染后CDK6 的表达降低，CDK6 过表达会增加细胞增殖并降低DNA 修复能力，并促进膀胱癌中的细胞增殖［28］。TAO 等［29］通过研究发现FTO通过MALAT1/miR-384/MAL2 轴促进BLCA 的增值和迁移［肺腺癌转录本1（MALAT1）、mal T 细胞分化蛋白2（MAL2）与miR-384 可相互影响并受FTO 调节，但其具体机制尚不清楚］，FTO 可消除MALAT1 5'末端m6A 甲基化修饰，从而提高MALAT1 mRNA 的半衰期和表达，进而上调MAL2在异种移植肿瘤组织中的蛋白表达，并减弱miR-384 表达，减弱miR-384 通过降低CDK6 的表达水平来抑制的肿瘤发生的效应。SUN 等［30］实验研究指出miR-5581-3p 作为一种新型的BLCA 肿瘤抑制剂，SMAD3 和FTO 为miR-5581-3p 的直接靶标，miR-5581-3p 减弱FTO 的表达，使BLCA 中m6A水平降低，同时miR-5581-3p 可通过沉默SMAD3来抑制EMT 进展并最终抑制BLCA（T24 和UMUC3 细胞系）的增殖和迁移能力。

3 PYCR1 与BLCA

3.1 PYCR1 概述

脯氨酸在人体很多方面发挥重要作用，如细胞信号传递、细胞生物能学以及恶性肿瘤细胞代谢。恶性肿瘤细胞生长、生存相关的脯氨酸代谢方面，成为近年来研究工作热点［31］。PYCR1 是一种线粒体内膜蛋白［32］，其通过NADPH 的氧化作用，将吡咯啉-5-羧酸（P5C）还原成脯氨酸，进而催化脯氨酸循环的生物合成反应。多种恶性肿瘤通过调节脯氨酸循环和生物合成改变脯氨酸代谢，沉默PYCR1 可以抑制其肿瘤细胞增殖。越来越多的证据显示，PYCR1 与恶性肿瘤的发生发展密切相关，可能作为基因靶向治疗的潜在靶点［33］。

在胃癌（GC）中PYCR1 表达上调，在GC 患者的的肿瘤标本和尿液样本中的脯氨酸水平显著增加，且PYCR1 蛋白表达高低与晚期肿瘤分期、侵袭性组织学类型相关［34-35］。XIAO 等［36］研究发现，PI3K/Akt 途径通过GC 中的PYCR1 影响脯氨酸代谢，PI3K/Akt 通路是PYCR1 的上游调控因子，PI3K/Akt 的激活导致4E-BP1 失活，导致转录因子eIF4E 的释放，eIF4E 触发包括c-MYC 等多种致癌基因的转录进一步导致PYCR1 的表达上调，因此PYCR1 mRNA 的表达与PIK3CB 和Akt1 mRNA 表达呈正相关，该研究表明PYCR1 过表达可以通过增强肿瘤增殖和响应代谢应激来促进GC进展，并作为GC 患者预后的标志物。LI 等［37］在研究中指出鼻咽癌（NPC）中PYCR1 呈过表达，MicroRNA hsa-miR-150-5p 可直接抑制PYCR1 来减弱NPC 癌细胞的活性、增殖、迁移和侵袭。YAN等［38］实验得出在CRC 中PYCR1 呈过表达，实验可通过降低PYCR1 的表达来使STAT3 介导的p38 MAPK 和NF-κB 信号通路失活来抑制CRC 癌细胞中的细胞增殖、耐药性和上皮-间充质转变。

3.2 PYCR1 对BLCA 的影响

PYCR1 在多种癌症的恶性进展中起重要作用。然而，PYCR1 在BLCA 中的作用尚未得到很好的研究。CHENG 等［39］在研究中发现Rac 家族的小GTPase 3（RAC3）在BLCA 组织和细胞系中过表达，RAC3 的过表达提高了PYCR1 mRNA 的表达和蛋白质水平，RAC3 作为致癌基因通过PYCR1的上调显著增加了JAK2，磷酸化的JAK2，STAT3，磷酸化的STAT3 和STAT3 依赖性基因c-MYC 的蛋白质水平，激活了BLCA 中由PYCR1 介导的JAK/STAT 信号传导，促进了BLCA 细胞增殖，迁移和侵袭。SONG 等［5］研究表明泛素特异性肽酶18（USP18）对FTO N-末端蛋白结构域施加翻译后去泛素化，抑制蛋白酶体对FTO 降解，稳定的FTO 通过降低PYCR1 上的m6A 甲基化，延长了PYCR1 mRNA 半衰期，以此促进BLCA 细胞在体外增殖和迁移以及肿瘤在体内的生长。DU等［40］研究发现PYCR1 在BLCA 中高表达，其通过调节Akt/Wnt/β-catenin 信号通路促进BLCA 肿瘤细胞的增值迁移，在BLCA 中PYCR1 基因过表达提高了BLCA 组织中Akt 的磷酸化，导致引起βcatenin 降解的糖原合酶激酶-3β（GSK-3β）失活，使Wnt/β-catenin 信号通路异常激活介导肿瘤形成，复活的Wnt/β-catenin 信号通路能显著逆转PYCR1敲除介导的肿瘤形成抑制。

4 总结与展望

m6A 甲基化修饰通过m6A 甲基化转移酶、m6A去甲基化酶和m6A 结合蛋白在恶性肿瘤中主要起到了促进癌基因表达的作用。FTO 依靠m6A 依赖性的去甲基化酶活性去除mRNA、miRNA 等的m6A 修饰，改变其稳定性，进而促进肿瘤的发生发展。PYCR1 可影响多种经典癌基因或信号通路，包括c-MYC 基因以及Wnt、PI3K/ AKT 通路等，相较于FTO、m6A 对BLCA 发生促进作用的阐明，PYCR1 在BLCA 中的作用机制尚未得到很好的研究。如能通过后续研究，进一步阐明PYCR1 促进BLCA 发生发展的分子机制，m6A、FTO、PYCR1将可能成为未来BLCA 治疗的潜在靶点，为整体提高临床上BLCA 的诊疗水平、提升BLCA 患者生存率提供重要的理论和实践依据。