N6-甲基腺苷及其調(diào)控蛋白在腫瘤中的研究進(jìn)展

谷仕艷，李萌竹，何作順

(大理大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，云南 大理 671000)

N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine，m6A)是指腺嘌呤(A)第6位氮原子發(fā)生甲基化而形成的一種修飾，是真核生物RNA最常見的甲基化修飾[1]。既往認(rèn)為，RNA上的m6A修飾一旦形成就無法改變，但近年來的研究表明，m6A修飾可由相應(yīng)的甲基轉(zhuǎn)移酶催化形成，同時(shí)也能被去甲基化酶移除，m6A修飾還能在相應(yīng)甲基結(jié)合蛋白的介導(dǎo)下調(diào)控細(xì)胞增殖、凋亡和分化等多種重要的生物學(xué)過程[1-2]。甲基轉(zhuǎn)移酶、去甲基化酶和甲基結(jié)合蛋白均能影響m6A的修飾水平，統(tǒng)稱為m6A調(diào)控蛋白[2]。有證據(jù)表明，m6A及其調(diào)控蛋白可參與肺癌、肝癌、胃癌、乳腺癌和白血病等多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展，m6A及其調(diào)控蛋白水平的異常還與部分腫瘤患者的藥物治療效果及預(yù)后密切相關(guān)[3-5]?，F(xiàn)對(duì)m6A調(diào)控蛋白的作用和種類及其調(diào)控蛋白在呼吸、消化、神經(jīng)和血液等多系統(tǒng)腫瘤中的作用進(jìn)行歸納總結(jié)，并對(duì)其參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的具體機(jī)制予以綜述。

1 m6A的調(diào)控蛋白

目前發(fā)現(xiàn)的m6A調(diào)控蛋白主要有甲基轉(zhuǎn)移酶、去甲基化酶和甲基結(jié)合蛋白3大類[2]。m6A甲基轉(zhuǎn)移酶指能催化m6A修飾形成的酶類，甲基轉(zhuǎn)移酶樣(methyltransferase like，METTL)3是最早被發(fā)現(xiàn)的m6A甲基轉(zhuǎn)移酶；METTL3的同系物蛋白METTL14也能催化m6A修飾的形成；而作為接頭蛋白的威爾姆斯腫瘤1相關(guān)蛋白可通過引導(dǎo)METTL3和METTL14定位而間接影響m6A的修飾水平。此外，多種接頭蛋白(KIAA1429、VIRMA、HAKAI、ZC3H13、RBM15等)均參與m6A修飾的形成過程[5-6]。METTL16亦可催化前體信使RNA(messenger RNA，mRNA)和長(zhǎng)鏈非編碼RNA上的m6A修飾形成[7]?？梢?，m6A甲基轉(zhuǎn)移酶是一組復(fù)合物，這些組分可獨(dú)立或以相互協(xié)同的方式催化m6A修飾。

與甲基轉(zhuǎn)移酶不同，m6A去甲基化酶是以單一組分移除m6A修飾。脂肪量與肥胖相關(guān)蛋白(fat mass and obesity associated protein，F(xiàn)TO)具有移除m6A甲基化修飾的能力；隨后研究證實(shí)，AlkB同源蛋白5(AlkB homologue 5，AlkBH5)也能有效移除RNA上的m6A修飾[5-6]。

甲基結(jié)合蛋白的種類較多，主要有YTH結(jié)構(gòu)域家族蛋白(YTH domain family protein，YTHDF)(如YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3)、含YTH結(jié)構(gòu)域的蛋白(YTH domain containing protein，YTHDC)(YTHDC1和YTHDC2等)以及異質(zhì)核糖核蛋白A2B1、真核生物轉(zhuǎn)錄起始因子3、胰島素樣生長(zhǎng)因子2 mRNA的結(jié)合蛋白1/2/3等[5-6]。

2 m6A及其調(diào)控蛋白與腫瘤

2.1m6A及其調(diào)控蛋白與呼吸系統(tǒng)腫瘤 肺癌是最常見的呼吸道腫瘤，其發(fā)病率和死亡率在我國(guó)均位居第一，嚴(yán)重威脅居民健康。m6A及其調(diào)控蛋白參與肺癌的發(fā)生發(fā)展。在原發(fā)性非小細(xì)胞肺癌患者的腫瘤組織中，METTL3的陽性表達(dá)率高于癌周正常組織，且METTL3水平與患者腫瘤大小、浸潤(rùn)深度和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移等有關(guān)[8]。采用小干擾RNA干擾技術(shù)降低肺癌細(xì)胞中METTL3的水平后，RNA上m6A的修飾水平降低，細(xì)胞增殖、遷移和侵襲等惡性表型受到抑制[9]。另有研究則表明，在非小細(xì)胞肺癌的腫瘤組織中，微RNA(microRNA，miRNA/miR)-33a可靶向作用于METTL3 mRNA的3′非翻譯區(qū)，引起METTL3表達(dá)水平降低，從而影響肺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[10]。非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞系中METTL3蛋白發(fā)生泛素樣修飾，該修飾不影響METTL3蛋白的穩(wěn)定性及定位，但能顯著降低METTL3的甲基轉(zhuǎn)移酶活性，從而降低mRNA上的m6A修飾水平，影響肺癌細(xì)胞的惡性表型[11]。此外，通過對(duì)癌癥基因組圖譜中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，m6A的去甲基化酶FTO與肺鱗狀細(xì)胞癌的預(yù)后相關(guān)；敲低肺癌細(xì)胞FTO的表達(dá)可引起髓樣鋅指1 mRNA上m6A修飾增加，促進(jìn)髓樣鋅指1 mRNA的降解，使髓樣鋅指1蛋白的表達(dá)降低，最終抑制細(xì)胞的增殖和侵襲[12]。隨后的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，非小細(xì)胞肺癌患者腫瘤組織中FTO的mRNA和蛋白表達(dá)水平均升高；異種移植實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，敲低FTO可顯著抑制肺癌細(xì)胞生長(zhǎng)，可能與高水平FTO能移除泛素特異性蛋白酶mRNA上的m6A，進(jìn)而增加該mRNA的穩(wěn)定性有關(guān)[13]。

2.2m6A與消化系統(tǒng)腫瘤 肝癌是一種常見且較嚴(yán)重的消化道腫瘤，我國(guó)肝癌的病死率位居第二位。近年來，對(duì)肝癌中m6A及其調(diào)控蛋白作用的研究逐漸增多。有研究顯示，降低人肝癌HepG2細(xì)胞中總RNA的m6A水平后，細(xì)胞凋亡增加，p53及其上下游關(guān)鍵分子的基因水平出現(xiàn)明顯波動(dòng)[14]。隨后，對(duì)293例肝癌患者的研究發(fā)現(xiàn)，124例肝癌患者肝癌組織中的METTL3水平升高，169例METTL3水平下降，METTL3高表達(dá)肝癌患者5年生存率明顯高于METTL3低表達(dá)患者，提示METTL3在肝癌中可能發(fā)揮抑癌基因的作用，METTL3低表達(dá)表明肝癌的惡性程度較高[15]。另一項(xiàng)研究顯示，敲低METTL3基因肝癌細(xì)胞的細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子2 mRNA的m6A修飾水平降低，肝癌細(xì)胞的增殖、侵襲和集落形成能力也隨之受到抑制[16]。但METTL14作為另一種m6A甲基轉(zhuǎn)移酶，其在肝癌組織中呈低表達(dá)，m6A修飾維持在較低水平，促進(jìn)肝癌細(xì)胞的異常增殖和侵襲，可能與低水平m6A修飾抑制miR-126的生成有關(guān)[17]。上述兩項(xiàng)研究中，肝癌細(xì)胞中m6A變化趨勢(shì)和作用的研究結(jié)果相反，可能與研究所使用的細(xì)胞系及腫瘤組織的異質(zhì)性有關(guān)。此外，有研究顯示，miR-145水平與m6A甲基結(jié)合蛋白YTHDF2的表達(dá)水平呈明顯負(fù)相關(guān)，miR-145可能靶向作用于YTHDF2 mRNA的3′非翻譯區(qū)，從而調(diào)控YTHDF2的蛋白表達(dá)水平，以m6A依賴的方式參與肝癌細(xì)胞的增殖[18]。肝癌中YTHDF1也呈異常表達(dá)，且YTHDF1水平越高，肝癌患者的預(yù)后越差[19]。

胃癌是常見的消化道腫瘤。與正常胃黏膜組織相比，胃癌組織和胃癌癌前病變組織中的METTL14表達(dá)水平顯著降低，且組織分化越差，胃癌患者癌組織中METTL14的陽性表達(dá)率越低，表明METTL14可能抑制胃癌細(xì)胞的增殖、分化和轉(zhuǎn)移[20]。此外，胃癌患者腫瘤組織中威爾姆斯腫瘤1相關(guān)蛋白的表達(dá)也明顯低于癌旁組織，敲低MGC-803細(xì)胞系中威爾姆斯腫瘤1相關(guān)蛋白可促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)、遷移和侵襲[21]。m6A甲基結(jié)合蛋白YTHDF2在胃癌組織中高表達(dá)，敲低YTHDF2后，MGC-803胃癌細(xì)胞的增殖明顯受抑制，細(xì)胞凋亡增加[22]。

YTHDF2蛋白的高表達(dá)也能增強(qiáng)胰腺癌細(xì)胞的惡性表型，可能與YTHDF2上調(diào)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)鍵蛋白——Yes相關(guān)蛋白的水平，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化有關(guān)[23]。m6A的水平還與胰腺癌細(xì)胞對(duì)化療藥物的耐受性有關(guān)，敲低胰腺癌細(xì)胞中m6A甲基轉(zhuǎn)移酶METTL3的表達(dá)，細(xì)胞的形態(tài)和增殖不受影響，但胰腺癌細(xì)胞對(duì)吉西他濱、5-氟尿嘧啶、順鉑和放療等的敏感性增加[24]。YTHDF1水平與結(jié)直腸癌的腫瘤浸潤(rùn)深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和癌癥分期呈正相關(guān)，敲低YTHDF1的表達(dá)可抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，并增加細(xì)胞對(duì)抗癌藥物氟尿嘧啶和奧沙利鉑的敏感性[25]。

2.3m6A與神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤 膠質(zhì)瘤是最常見的神經(jīng)系統(tǒng)惡性腫瘤，具有治愈難、局部播散強(qiáng)和復(fù)發(fā)率高等特點(diǎn)。膠質(zhì)瘤干細(xì)胞存在于膠質(zhì)瘤中，mRNA上m6A修飾的形成是腦膠質(zhì)瘤干細(xì)胞自我更新和維持腫瘤表型的關(guān)鍵原因。研究發(fā)現(xiàn)，m6A甲基轉(zhuǎn)移酶METTL3和METTL14蛋白表達(dá)水平降低可增加腦膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的惡性表型；而過表達(dá)METTL3或抑制FTO表達(dá)可使腦膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的生長(zhǎng)和自我更新能力減弱；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，METTL3和METTL14蛋白表達(dá)水平降低，ADAM19 mRNA的m6A修飾也隨之減少，可見，ADAM19蛋白對(duì)腦膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的惡性表型有重要調(diào)控作用[26]。另有研究表明，膠質(zhì)瘤干細(xì)胞中的METTL3蛋白表達(dá)增加，并可隨細(xì)胞分化降低；抑制METTL3表達(dá)可提高膠質(zhì)瘤干細(xì)胞對(duì)γ射線的敏感性，抑制DNA損傷修復(fù)[27]。威爾姆斯腫瘤1相關(guān)蛋白的表達(dá)水平與膠質(zhì)瘤分級(jí)呈正相關(guān)，威爾姆斯腫瘤1相關(guān)蛋白表達(dá)水平越高，膠質(zhì)瘤患者術(shù)后生存率越低[28]。此外，膠質(zhì)瘤干細(xì)胞中AlkBH5表達(dá)增加，敲低AlkBH5表達(dá)可調(diào)控細(xì)胞周期以及DNA復(fù)制、重組和修復(fù)等生物學(xué)事件，從而抑制膠質(zhì)瘤干細(xì)胞增殖，其機(jī)制可能是過表達(dá)AlkBH5將致瘤轉(zhuǎn)錄因子叉頭盒蛋白質(zhì)M1初始轉(zhuǎn)錄組上的m6A修飾移除，從而增強(qiáng)了致瘤轉(zhuǎn)錄因子叉頭盒蛋白質(zhì)M1的表達(dá)，而致瘤轉(zhuǎn)錄因子叉頭盒蛋白質(zhì)M1可參與膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的周期調(diào)控、自我更新和腫瘤表型的維持等多種生物學(xué)事件[29]。

2.4m6A與其他實(shí)體腫瘤 除上述腫瘤外，m6A與宮頸鱗狀細(xì)胞癌、前列腺癌、乳腺癌等實(shí)體腫瘤也有關(guān)。有研究顯示，宮頸鱗狀細(xì)胞癌中FTO表達(dá)升高可增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對(duì)放療的耐受性，其機(jī)制可能是高表達(dá)FTO移除了β聯(lián)蛋白mRNA的m6A修飾，促進(jìn)了β聯(lián)蛋白mRNA的翻譯，提高了切除修復(fù)交叉互補(bǔ)酶1的活性[30]。

在前列腺癌患者的腫瘤組織中，miR-493-3p和m6A甲基結(jié)合蛋白YTHDF2水平呈負(fù)相關(guān)，miR-493-3p可靶向作用于YTHDF2的mRNA，上調(diào)miR-493-3p，YTHDF2蛋白水平下降；此外，敲低YTHDF2表達(dá)可升高m6A水平，進(jìn)而抑制細(xì)胞增殖和侵襲，表明miR-493-3p和YTHDF2均可間接調(diào)控m6A水平，影響前列腺癌的進(jìn)展[31]。

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，m6A及其調(diào)控蛋白水平異常在乳腺癌復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移中起重要作用[32-34]。哺乳動(dòng)物乙型肝炎病毒X相互作用蛋白(hepatitis B virus X interacting protein，HBXIP)在乳腺癌進(jìn)展中具有重要作用，而在乳腺癌患者的乳腺腫瘤組織中，HBXIP與METTL3的表達(dá)水平呈正相關(guān)。研究顯示，HBXIP可通過抑制miRNA Let-7g的水平上調(diào)METTL3的表達(dá)，而METTL3也能通過催化HBXIP mRNA的m6A修飾形成促進(jìn)HBXIP的表達(dá)，表明HBXIP/let-7g/METTL3/HBXIP正向調(diào)控環(huán)路可促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[32]。乳腺癌干細(xì)胞指乳腺癌細(xì)胞中能無限增殖和分化的亞群細(xì)胞，是乳腺癌復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵因子[33-34]。據(jù)報(bào)道，缺氧微環(huán)境能使m6A去甲基化酶AlkBH5的表達(dá)水平以缺氧誘導(dǎo)因子-1依賴的方式上調(diào)，進(jìn)而特異性地移除多能性因子NANOG mRNA上的m6A甲基化修飾，提高NANOG蛋白的表達(dá)水平以及NANOG mRNA的穩(wěn)定性，維持乳腺癌干細(xì)胞表型，從而促進(jìn)乳腺癌的遷移和侵襲[33]。同樣，缺氧也能以鋅指蛋白217依賴的方式上調(diào)AlkBH5的表達(dá)，進(jìn)而移除乳腺癌干細(xì)胞多能性因子NANOG和紅系Kruppel樣因子4 mRNA 上的m6A修飾，促進(jìn)NANOG和紅系Kruppel樣因子4的表達(dá)，提高乳腺癌干細(xì)胞的惡性表型[34]。

2.5m6A與血液系統(tǒng)腫瘤 除與上述實(shí)體腫瘤相關(guān)外，m6A也能參與血液腫瘤的發(fā)生發(fā)展。對(duì)癌癥基因組圖譜收錄的急性髓系白血病患者數(shù)據(jù)的分析研究顯示，m6A修飾的RNA調(diào)控蛋白基因(METTL3、METTL14、AlkBH5和FTO等)的突變與p53基因異常具有關(guān)聯(lián)性[35]。此外，m6A及其調(diào)控蛋白還可參與白血病的發(fā)生發(fā)展。m6A甲基轉(zhuǎn)移酶METTL14在正常造血干細(xì)胞及急性髓系白血病細(xì)胞中高表達(dá)，而在髓樣分化過程中表達(dá)降低，METTL14表達(dá)的降低可促進(jìn)造血干細(xì)胞和急性髓系白血病細(xì)胞的終末髓樣分化，且細(xì)胞的存活和增殖能力增強(qiáng)，可能由高水平METTL14催化髓細(xì)胞增生原癌基因(myelocytomatosis oncogene，MYC)mRNA 3′端m6A修飾形成，并促進(jìn)MYC蛋白生成所致[36]。研究已證實(shí)，MYC蛋白作為轉(zhuǎn)錄因子可在造血干細(xì)胞自我分化中起作用[37]。在小鼠模型中，髓系白血病細(xì)胞的METTL3表達(dá)水平高于正常造血干細(xì)胞，敲低METTL3表達(dá)可引起髓系白血病細(xì)胞的分化和凋亡，可能與m6A可促進(jìn)MYC、BCL-2和PTEN等mRNA的翻譯有關(guān)[38]。此外，METTL3還能以染色質(zhì)依賴的方式調(diào)控細(xì)胞周期，參與白血病的進(jìn)展[39]。

威爾姆斯腫瘤1相關(guān)蛋白也是急性髓系白血病的致癌蛋白[40]。m6A去甲基化酶FTO可移除調(diào)控淋巴細(xì)胞分化和生長(zhǎng)重要因子(ASB2和RARA)mRNA上的m6A修飾，抑制淋巴細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化，從而促進(jìn)急性髓系白血病的發(fā)生[41]。m6A修飾在白血病藥物治療中也具有重要作用，具有抗白血病活性的羥基-2-戊二酸酯可抑制FTO活性，使調(diào)控白血病細(xì)胞分化和自我更新的重要因子(如MYC和CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白-A)的mRNA 5′端m6A修飾增加，促進(jìn)mRNA降解，抑制MYC/CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白-A信號(hào)通路活化受到，導(dǎo)致白血病細(xì)胞的增殖能力減弱[42]。

3 結(jié) 語

m6A與多器官和多系統(tǒng)惡性腫瘤有關(guān)，且在不同腫瘤中的作用存在差異。目前，相關(guān)研究主要關(guān)注m6A在不同腫瘤中的作用，并對(duì)特定mRNA上m6A修飾水平的變化對(duì)腫瘤惡性表型的影響進(jìn)行探討。m6A修飾廣泛存在于真核生物的多種RNA上，m6A修飾除可影響mRNA的剪接、翻譯和穩(wěn)定性外，還可調(diào)控miRNA、長(zhǎng)鏈非編碼RNA和環(huán)狀RNA等非編碼RNA的水平和功能[3,6]。未來對(duì)m6A與腫瘤的研究中，除深入闡明m6A通過mRNA參與腫瘤的機(jī)制外，還需全面探討m6A借助非編碼RNA調(diào)控不同腫瘤發(fā)生發(fā)展的機(jī)制，為m6A在腫瘤預(yù)防和治療中的應(yīng)用提供更全面的理論支持，以推動(dòng)基于m6A修飾腫瘤預(yù)防和治療策略的制定和應(yīng)用。