m7G修饰在肿瘤中的作用

汤新媛，李絮，刁鸿涛，张越

（广东药科大学中医药研究院，广东广州 510006）

转录后修饰在多种生理和病理过程中发挥关键作用[1-3]。迄今为止，已发现了170 多种RNA 修饰方式，主要包括6-甲基腺嘌呤（m6A）、1-甲基腺嘌呤（m1A）、5-甲基胞嘧啶（m5C）和N-7 甲基鸟嘌呤（m7G）等，分别作用于信使RNA（mRNA）、核糖体RNA（rRNA）、转移RNA（tRNA）和长链非编码RNA（lncRNA）等[1，4]。其中，m7G是转录后调控中最常见的碱基修饰之一，广泛分布于tRNA、rRNA 以及真核生物mRNA 的5′帽子区[5-8]。此外，最近研究发现microRNA（miRNA）也会发生m7G甲基化修饰[9]。

m7G 修饰参与调控多种疾病，包括异常干细胞生长和分化[10]、Galloway Mowat 综合征[11]、侏儒症[12]等。目前大量研究表明，m7G甲基化与肿瘤的发生、发展密切相关，并参与多种生物学过程[13-15]。本文综述重点关注m7G 修饰研究在肿瘤中的进展，特别关注m7G 在肿瘤发生和进展中的功能，以及探讨m7G 研究的未来方向及临床应用前景。

1 m7G修饰相关蛋白

酵母中的m7G 修饰相关蛋白主要是Trm8p/Trm82p异二聚体复合物和Bud23/Trm112，与其对应的是哺乳动物中的同源物METTL1/WDR4 和WBSCR22/TRMT112[16]。此外，哺乳动物中的m7G 修饰相关蛋白还包括RNMT和RAM[17]。

1.1 METTL1/WDR4

哺乳动物中，最受关注的m7G 修饰相关蛋白是甲基转移酶样蛋白1（METTL1），它与辅因子WD 重复结构域4（WDR4）结合，介导tRNA、miRNA 和mRNA 发生m7G 修饰[16]。同时，这种METTL1/WDR4 复合物对于正常的mRNA 翻译、神经自我更新和谱系分化也是必不可少的[10]。

tRNA 是mRNA 翻译过程中协助破译遗传密码的关键分子，以往的传统观点认为tRNA 在所有细胞中都稳定表达，随着研究的深入发现tRNA 的基因表达存在组织特异性和细胞类型特异性，并且tRNA 基因的表达和功能都受到转录后修饰的动态调节。m7G甲基化修饰是tRNA 主要修饰方式之一，m7G 修饰位于tRNA子集的46位，该子集在其可变环中含有RAGGU模体。G46 与C13 和G22 形成碱基三重作用，有助于稳定tRNA 的三级结构[18]。WDR4 基因突变可导致tRNA m7G修饰受损，降低大量生物功能相关的基因的表达，导致脑畸形、脑病和面部二型性为特征的原始性小头畸形侏儒症[12]以及Galloway-Mowaty综合征[11]。

此外，miRNA也会发生由METTL1/WDR4复合物介导的m7G 修饰。METTL1/WDR4 在主要miRNA 转录物（pri-miRNA）的G-四联体结构中发生m7G 修饰来促进miRNA的形成[19]。在A549细胞中，缺失METTL1 会减少let-7 miRNA 的形成并促进细胞迁移[19]。

还有，METTL1/WDR4 已被确定为mRNA 的m7G修饰蛋白。METTL1作为m7G甲基转移酶在靶mRNA中发生m7G 修饰，而WDR4 则促进异二聚体复合物与靶mRNA 的结合[20]。这种由METTL1/WDR4 介导的m7G mRNA 修饰与翻译效率高低有关。在HeLa 细胞中，瞬时和稳定敲除METTL1 都会显著降低METTL1介导的m7G 修饰的相关mRNAs 的翻译效率[20]。同时METTL1 还通过m7G 修饰促进血管内皮生长因子A（VEGFA）mRNA 的翻译，从而刺激缺血后血管生成[21]。

1.2 WBSCR22/TRMT112

人类中另一个受关注m7G调节因子是WBSCR22/TRMT112 复合物，它介导真核细胞18 S rRNA 处的m7G 修饰[22]。有趣的是，WBSCR22 和它的代谢稳定剂TRMT112 一起参与了18 S rRNA 前体加工，而且与40 S rRNA 的前体亚单位催化活性无关，其只需提供有效的核输出即可促进核糖体的生物发生[22-23]。沉默WBSCR22会促进细胞核中18 S rRNA 前体的积累，最终延缓18 S rRNA 的成熟[24]。这些证据表明m7G 调节因子是核糖体生物发生过程中的一种质量控制机制。

1.3 RNMT/RAM

真核细胞转录早期过程中，RNMT/RAM 甲基转移酶复合物会催化发生m7G cap 修饰[25]。RAM 负责稳定RNMT结构并招募靶RNA，然后发生m7G修饰产生5′m7GpppX，它不仅保护RNA 免受核酸外切酶切割，而且还影响RNA 加工、输出和翻译[26]。真核翻译起始因子4E（EIF4E）特异性地直接结合到该m7G-cap，影响靶RNA 的输出和翻译效率[27]。过表达RNMT/RAM 通过增加其mRNA 的m7G-cap 促进细胞周期蛋白D1（CCND1）的翻译，从而促进乳腺上皮细胞和成纤维细胞的转化[28]。

综上，m7G 修饰是tRNA 可变环，真核18 S 核糖体RNA（rRNA）和mRNA 分子帽等位置中最常见的修饰之一。主要在酵母和小鼠中鉴定出含有m7G 修饰的tRNA 亚群，且在G46 处由酵母中的Trm8/Trm82 复合物和人的METTL1/WDR4 复合物催化。真核18 S rRNA 中m7G 修饰也是保守的，这种修饰由酵母中的Bud23/Trm112 复合物和人中的WBSCR22/TRMT112复合物调节以对核糖体生物发生产生潜在影响。而RNMT/RAM 甲基转移酶复合物介导m7G-cap 修饰和增加mRNA稳定性。

2 m7G在肿瘤中的功能

m7G 修饰似乎是肿瘤发生发展中的一把双刃剑，在不同类型的肿瘤中发挥不同的作用。m7G甲基转移酶通常在癌症中异常表达，并催化tRNA 或miRNA 中的m7G 修饰，最终影响靶基因表达并调节肿瘤相关的生物学功能。在此，本文总结了m7G 修饰在多种肿瘤中潜在的分子机制、功能以及作用。见表1。

表1 m7G修饰在多种肿瘤中的作用机制Table 1 Molecular mechanisms of m7G modification in tumors

2.1 m7G与肺癌

在全球所有恶性肿瘤中，肺癌（LC）的发病率和病死率最高[29]。METTL1 和WDR4 在肺癌中高表达，促进肺癌细胞的增殖、迁移和侵袭，并与肺癌患者的不良预后呈正相关[30]。METTL1/WDR4 复合物通过介导tRNA m7G 修饰，调控细胞周期蛋白CCND3 和CCNE1发挥致癌作用[30]。此外，最新的研究还表明METTL1在A549 细胞中通过调控AKT/mTORC1 信号通路，促进细胞自噬和增殖[31]。但也有不同的报道，这些研究显示，在肺癌中METTL1与let-7e miRNA前体结合，影响let-7e miRNA 成熟体表达，并通过负性调节HMGA2 抑制A549 细胞的增殖[19]。综上，METTL1 在肺癌中的作用及机制仍需进一步研究。

2.2 m7G与肝癌

肝细胞癌（HCC）是最常见的恶性肿瘤之一，每年约有超过80 万新发病例和78 万死亡病例[32]。与癌旁组织相比，METTL1 和WDR4 在肝癌组织中表达显著升高，抑制METTL1/WDR4 会降低tRNA m7G 修饰延缓肝癌进展[13]。研究显示，METTL1 和WDR4 的表达与肝癌患者瘤分期、分级及预后具有显著的相关性[33]。

METTL1/WDR4 介导tRNA m7G 修饰调节细胞周期蛋白A2（CCNA2）、表皮生长因子受体（EGFR）和血管内皮生长因子A（VEGFA）mRNA 的翻译[13]，促进肝癌细胞增殖和迁移。并且，与对照小鼠相比，METTL1基因敲除小鼠的肝癌发生率降低，肿瘤形成速度减慢，肿瘤形成能力减弱。WDR4[34]通过增加G2/M 细胞周期转换抑制肝癌细胞凋亡，同时通过影响上皮-间充质转换（EMT）过程增强转移和索拉非尼耐药性。并且，WDR4 通过促进真核翻译起始因子2A（EIF2A）与CCNB1 mRNA 转录物的结合来促进细胞周期蛋白B1（CCNB1）的转录。在肝内胆管癌中，METTL1/WDR4介导tRNA m7G 修饰，通过激活EFGR 和VEGFA 信号通路中的Akt和MAPK，促进肝癌细胞增殖和迁移。

此外，WBSCR22[35]和RNMT 在肝癌中也发挥重要作用，与癌旁组织相比，WBSCR22 和RNMT 的启动子在HCC 中去甲基化。沉默WBSCR22 或RNMT 会抑制肝癌细胞增殖和侵袭。总之，RNA m7G 修饰选择性促进致癌因子转录和相关基因的翻译，影响肝肿瘤的发生和发展。

2.3 m7G与结肠癌

结肠癌（CC）是全世界范围内发生最广泛的消化道恶性肿瘤。METTL1 在结肠癌中表达降低，促进结肠癌细胞凋亡，并抑制肠癌细胞的增殖、迁移和侵袭[36]。METTL1/WDR4 复合物以m7G 依赖的方式促进let-7e miRNA 合成，介导下游靶基因高迁移率家族AT-hook 2（HMGA2）抑制结肠癌细胞的增殖、迁移和侵袭。此外，METTL1 通过促进miR-149-3p、P53 表达并同时降低S100 钙结合蛋白A4（S100A4）的表达，增强结肠癌细胞对顺铂药物的敏感性[37]。

WBSCR22[38]在CC 中也显著过度表达，是患者生存率低的预测因素。缺失WBSCR22 可以激活奥沙利铂诱导的细胞凋亡，显著降低CC 对奥沙利铂的耐药性。m7G修饰参与CC多种肿瘤进展相关过程，这可能成为CC治疗的新靶点。

2.4 m7G与头颈癌

头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）是头颈部最常见的恶性肿瘤，由口腔、咽和喉的粘膜上皮发展而来[39]。HNSCC生长迅速，恶性程度高，预后较差，严重威胁人类健康。在头颈部鳞状细胞癌中METTL1 和WDR4表达异常增高，促进HNSCC发生、发展。

METTL1/WDR4增加tRNA 的m7G修饰，通过m7G tRNA 解码的密码子依赖方式，激活HNSCC 癌中雷帕霉素复合物（mTORC）信号通路的磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/Akt/哺乳动物靶点，促进肿瘤发生[40-41]。值得注意的是，METTL1参与TIME 重塑。METTL1基因敲除小鼠具有抗肿瘤微环境，具有较高的CD4+memory T 细胞、CD4+naive T 细胞和CD8+naive T 细胞浸润，以及较低的Tregs 和Th17 细胞浸润。同时，在METTL1基因敲除小鼠中，癌细胞和巨噬细胞之间的相互作用[白细胞介素1β（IL1β）-白细胞介素1 受体2 型（IL1R2）]也受到抑制[40]。综上所述，这些发现为METTL1/WDR4 相关的HNSCC 治疗策略提供了证据。

2.5 m7G与胶质瘤

胶质瘤（Glioma）是最常见的中枢神经系统肿瘤，METTL1 在胶质瘤中表达异常增加，并随着肿瘤分级的增加而增加，同时，在胶质瘤中METTL1 还表现出高水平的基因组扩增[42]。METTL1[43]作用于肿瘤相关的MAPK 信号通路增强胶质瘤的增殖和生长。WBSCR22[44]在胶质瘤中也异常上调，通过调节PI3K/Akt/GSK3β信号通路促进胶质瘤细胞生长和转移。沉默WBSCR22 减少Akt 和GSK3β的磷酸化，调节细胞内CCND1和β-连环蛋白的水平，从而可抑制胶质瘤的进展。这些发现为治疗胶质瘤提供了更多可能。

2.6 m7G与胰腺癌

胰腺癌（PC）特点是高侵袭性和致命性，患者5 年内生存率不超过10%[45]。WBSCR22 在PC 样本中下调，下调程度与患者存活时间相关。致癌因子干扰素刺激基因15（ISG15）在PC 标本中显著上调，促使癌细胞增殖、侵袭和肿瘤形成。研究表明，WBSCR22 与TRMT112 共同减弱ISG15 的翻译发挥抑制肿瘤作用[46]。综上，m7G 修饰可能是未来PC 治疗的一种新方式。

2.7 m7G与其他癌症

METTL1在其他肿瘤中也表达上调。包括浸润性乳腺癌[42]（BRCA）、肾透明细胞癌[43]（KIRC）、食管鳞状细胞癌[41]（ESCC）、膀胱癌[47]（BC）、鼻咽癌[48]（NPC）、直肠癌[49]（READ）和子宫内膜癌[50]（UCEC）。

ESCC 中METTL1 和WDR4 的表达异常上调，抑制自噬相关途径（mTOR 调节相关蛋白（RPTOR）和Unc-51 样自噬激活激酶1（ULK1））负性调节因子的转录水平[41]。并且，METTL1的过度表达将以m7G tRNA密码子依赖的方式介导m7G tRNA修饰，上调EGFR和含EGF 的纤维蛋白细胞外基质蛋白1（EFEMP1）的水平，以激活EFGR 通路并促进膀胱肿瘤的发生[47]。此外，沉默METTL1 和WDR4 降低鼻咽癌的肿瘤发生几率，显著抑制肿瘤的生长、迁移和侵袭，促进肿瘤细胞凋亡[48]。

3 m7G在肿瘤治疗中的应用

射频消融（RFA）是肝细胞癌（HCC）的重要治疗方法[51]，发现在RFA 后复发性HCC 中METTL1 表达增强，伴随着CD11b+CD15+PMN-MDSCs增加和CD8+T淋巴细胞减少[52]。METTL1 上调通过诱导髓源性抑制细胞（MDSCs）增强TGF-β2 翻译形成免疫抑制环境。肝脏特异性过表达或敲除METTL1 显著影响PMN-MDSCs 的积累并随后影响CD8+T 淋巴细胞浸润。与假手术相比，完全RFA（cRFA）成功消除了肿瘤，而不完全消融（iRFA）治疗的小鼠表现出肿瘤生长和转移增强，PMN-MDSCs积累增加，CD8+T淋巴细胞减少，METTL1表达和m7G tRNA修饰增强[53]。

METTL 家族是一类RNA 修饰蛋白，与细胞的复制、迁移和侵袭等过程有重大关联。在特定癌细胞中这些蛋白高表达，包括某些脑癌、皮肤癌和胰腺癌细胞等，且与患者的不良预后直接相关。此前研究者Tzelepis 等[54]利用CRISPR-Cas9 基因编辑技术对癌细胞的易感位点进行了筛选，最后确定了METTL1基因作为新型药物开发的靶点，METTL1 基因能产生RNA修饰METTL1 蛋白。研究发现，METTL1 基因发生突变导致METTL1 蛋白水平升高，促进细胞快速复制，形成致癌转变，从而产生高度侵袭性的肿瘤组织[55]。

研究人员发现敲除METTL1 基因可以抑制METTL1 蛋白产生和癌细胞的生长，而不损伤健康细胞。这表明，METTL1 蛋白或许能作为一种新型癌症疗法的潜在靶点[55]。最近研究人员开发了一种类似于蛋白质METTL3 的小分子抑制剂[56]来治疗急性髓性白血病（AML），该药物于2022 年进入临床试验阶段；研究人员希望该研究能提供强有力的证据来帮助开发靶向作用METTL1 的类似药物，从而用于治疗一系列携带METTL1基因突变或存在高水平METTL1蛋白的侵袭性癌症类型。

4 展望

1957 年发现了第1 个RNA 修饰，而到目前为止其中tRNA 修饰所占有的数量和种类最多。尽管研究了60 多年，但tRNA 亚群可变环46 位的N7-甲基鸟苷（m7G）修饰仍然还有很多未知秘密等待我们探索。m7G tRNA 修饰是最常见的tRNA 修饰之一，其依赖于酵母中Trm8p/Trm82p 异二聚体复合物和Bud23/Trm112 的m7G 甲基转移酶活性[16]（哺乳动物中的METTL1/WDR4 和WBSCR22/TRMT112 复合物）。哺乳动物中，甲基转移酶样蛋白1（METTL1）与辅因子WD 重复结构域4（WDR4）结合，介导tRNA、miRNA和mRNA发生m7G修饰[16]。RNA鸟嘌呤-7甲基转移酶（RNMT）及其辅因子RNMT 激活微小蛋白（RAM）调控mRNA 5'端的m7G 修饰[25]。Williams-Beuren 综合征染色体区域22（WBSCR22）和tRNA 甲基转移酶激活亚基11-2（TRMT112）参与介导rRNA 中的m7G 甲基化[22]。

本文阐述了m7G 修饰及其相应调节因子在癌症中的生理和病理功能。尽管与m7G 相关的研究仍处于初步阶段，但现有研究足以表明m7G 在肿瘤发展过程中的关键作用。m7G甲基转移酶的功能是确保在靶RNA 的特定位置发生m7G 修饰，从而影响RNA 分子（包括mRNA、miRNA 和rRNA）的产生、结构和成熟，最终调节翻译过程。

但m7G 修饰似乎是肿瘤进展中的一把双刃剑。m7G 调节因子在多种肿瘤中异常表达，且在不同类型的肿瘤中发挥不同作用。例如，METTL1在LC、HCC、HNSCC、Glioma、ESCC、BC和NPC中显著过度表达并促进肿瘤的发生和发展，而在CC 中发挥显著的抗癌作用。WBCCR22 促进Glioma、HCC 和CC 的进展而抑制PC 发育。这些m7G 调节因子通过影响各种RNA的m7G 修饰来发挥生物学功能。m7G 修饰与各种RNA 之间的相互作用对癌细胞的生长、增殖、侵袭和转移有很大影响。此外，m7G 修饰也参与肿瘤的耐药性。METTL1 与各种肿瘤的化疗敏感性有关：过表达METTL1 增加CC 对顺铂的敏感性，而稳定敲除METTL1 可以缓解NPC 对顺铂和多西紫杉醇的耐药性。在HCC 中，WDR4 通过促进EMT 过程提高索拉非尼耐药性。METTL1和WDR4还与免疫抑制性肿瘤微环境相关，并参与调节各种免疫细胞的浸润和癌细胞与免疫细胞之间的相互作用，这可能为未来的免疫治疗方法提供潜在的思路[40，57]。

总之，m7G修饰参与多种生理和病理活动，尤其是肿瘤的发生和进展；然而，我们对m7G 调节因子的了解尚不全面。到目前为止，只发现3 种甲基转移酶复合 物，即METTL1/WDR4、WBSCR22/TRMT112 和RNMT/RAM。关于m7G 修饰的复杂过程仍然未完全清楚，尤其在肿瘤中m7G 和其他转录后修饰是否存在相互协同影响并发挥更多作用，有必要进行进一步的机理研究。