YTHDF1與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展

肖世偉，王海峰，王劍松，丁明霞

0 引言

N6甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine,m6A）修飾是真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄后細(xì)胞內(nèi)修飾最常見(jiàn)、最豐富、最保守的形式，廣泛存在于真核生物的mRNA和lncRNA 中，參與細(xì)胞發(fā)育、干細(xì)胞特征維持、腫瘤的進(jìn)展、受精能力和T細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)等過(guò)程[1-4]。m6A修飾的功能受甲基轉(zhuǎn)移酶催化、去甲基化酶和結(jié)合蛋白的調(diào)控。越來(lái)越多的證據(jù)提示[5-8]，m6A修飾通過(guò)各種機(jī)制對(duì)肝癌、胃癌、肺癌、膀胱癌和黑色瘤等腫瘤產(chǎn)生一定的影響，YT521-B同源結(jié)構(gòu)域家族蛋白1（YT521-B homology domain family protein 1,YTHDF1）作為m6A的結(jié)合蛋白在腫瘤中發(fā)揮重要作用。弄清YTHDF1的作用機(jī)制，有望找到癌癥診治新的方法。本文就YTHDF1與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 YTHDF1與m6A修飾

m6A修飾是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，由甲基轉(zhuǎn)移酶催化RNA發(fā)生m6A修飾，通過(guò)去甲基化酶介導(dǎo)m6A去甲基化修飾[5,9-10]。讀碼器即結(jié)合蛋白可以識(shí)別、結(jié)合RNA甲基化修飾的信息，并介導(dǎo)下游RNA的翻譯和降解過(guò)程[11]，包括YT521-B同源（YT521-B homology,YTH) 結(jié)構(gòu)域蛋白家族、真核啟動(dòng)因子、胰島素樣生長(zhǎng)因子2結(jié)合蛋白2家族和異質(zhì)細(xì)胞核核糖核蛋白家族[12]。YTH結(jié)構(gòu)域蛋白家族作為m6A修飾發(fā)現(xiàn)最早、最主要的識(shí)別蛋白，主要包括YTHDF和YTHDC兩個(gè)亞型[13]。該蛋白家族均有保守的m6A結(jié)合結(jié)構(gòu)域，通過(guò)一個(gè)保守的芳香族籠和兩個(gè)蛋白FMR1、LRPPRC識(shí)別m6A修飾，并優(yōu)先與RRm6ACH共有基序處的m6A修飾的RNA結(jié)合[14]。YTHDF主要包括YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3，主要定位在細(xì)胞質(zhì)。不同的結(jié)合蛋白選擇性地識(shí)別m6A修飾的RNA，在調(diào)節(jié)靶基因表達(dá)中發(fā)揮重要作用。YTHDF1通過(guò)與終止密碼子周圍的m6A位點(diǎn)結(jié)合，增加mRNA轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的傳遞，聯(lián)合翻譯啟動(dòng)機(jī)制，從而促進(jìn)翻譯起始和蛋白質(zhì)合成[15]。YTHDF2是第一個(gè)被認(rèn)識(shí)的結(jié)合蛋白，通過(guò)m6A修飾調(diào)節(jié)mRNA的穩(wěn)定性和RNA結(jié)構(gòu)的重塑[16]。YTHDF3既可以協(xié)同YTHDF1促進(jìn)甲基化RNA的翻譯，也能夠直接與YTHDF2作用加速mRNA的衰減[17]。雖然，多項(xiàng)研究已經(jīng)解釋m6A識(shí)別蛋白在多個(gè)生理病理過(guò)程中的重要性，但仍需要進(jìn)一步的研究來(lái)充分闡明其在mRNA生物學(xué)中的作用。

2 YTHDF1與腫瘤發(fā)展的關(guān)系

早在1974年，m6A就在肝癌細(xì)胞的mRNA中被發(fā)現(xiàn)，但是由于當(dāng)時(shí)檢測(cè)技術(shù)不成熟，m6A相關(guān)研究進(jìn)展十分緩慢[18]。隨著高通量測(cè)序技術(shù)和RNA修飾鑒定方法的不斷發(fā)展，人們對(duì)m6A的認(rèn)識(shí)逐漸加深[19]。相關(guān)研究顯示，YTHDF1在肝癌組織、癌旁組織中呈下降趨勢(shì)，與肝癌患者總生存率呈負(fù)相關(guān)[20]；YTHDF2可以引起SOCS2轉(zhuǎn)錄后的抑制，利于肝癌細(xì)胞的增殖[21]。一項(xiàng)癌癥基因組圖譜數(shù)據(jù)庫(kù)分析發(fā)現(xiàn)[22]，與正常結(jié)腸組織相比，YTHDF1在結(jié)腸癌中表達(dá)存在顯著差異，主要集中的功能和通路分別是DNA的催化活性、RNA的催化活性、AMPK信號(hào)通路和p53信號(hào)通路等。張杰等[23]的研究同樣發(fā)現(xiàn)，沉默胃癌MGC-803和HGC-27細(xì)胞中YTHDF1的表達(dá)后，大量轉(zhuǎn)錄組水平基因發(fā)生變化，且與之對(duì)應(yīng)的靶標(biāo)mRNA數(shù)量減少，翻譯水平降低，可以抑制胃癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲能力。在結(jié)腸直腸癌中c-myc可以啟動(dòng)YTHDF1表達(dá)，其高表達(dá)與較差的總體生存率相關(guān)[24]。Shi等[25]研究發(fā)現(xiàn)，YTHDF1在高原家養(yǎng)哺乳動(dòng)物中低表達(dá)，但在非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer,NSCLC）的組織和細(xì)胞系中均高表達(dá)，抑制其在正常肺上皮細(xì)胞中表達(dá)，可以抵抗低氧誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡；YTHDF1在常氧狀態(tài)下可以介導(dǎo)加速CDK2和CDK4的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖；YTHDF1缺陷可以降低CDK2、CDK4和細(xì)胞周期蛋白D1的翻譯效率，減少NSCLC細(xì)胞的增殖、異種移植瘤的形成和新發(fā)肺腺癌的進(jìn)展。此外，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，m6A在ITGA6轉(zhuǎn)錄本中高度富集，且METTL3通過(guò)介導(dǎo)m6A修飾促進(jìn)了YTHDF1/YTHDF3與ITGA6 mRNA 3’UTR端的結(jié)合，提高了ITGA6 mRNA的翻譯水平，進(jìn)而改變膀胱癌細(xì)胞的黏附能力。ITGA6的上調(diào)與METTL3在組織中的表達(dá)增加相關(guān)，其高表達(dá)預(yù)示較低的生存率[26-27]。由此可見(jiàn)，YTHDF1在大多數(shù)腫瘤中發(fā)揮促癌作用。

值得注意的是，最近研究發(fā)現(xiàn)YTHDF1可以抑制腫瘤進(jìn)展。有證據(jù)表明，在小鼠黑色素瘤模型中敲除YTHDF1，可以提高樹(shù)突細(xì)胞的交叉遞呈能力，聯(lián)合PD-L1的檢查點(diǎn)抑制劑，幾乎可以完全地控制腫瘤[28]。除此之外，另一項(xiàng)研究表明，m6A修飾明顯抑制了眼黑色素瘤細(xì)胞的進(jìn)展，其水平降低提示較差的預(yù)后，考慮這是由于YTHDF1識(shí)別m6A修飾的RNA，進(jìn)而促進(jìn)組氨酸三核苷酸結(jié)合蛋白2的翻譯，并認(rèn)為YTHDF1是眼部黑色素瘤的一種抑癌基因[29]。

由此可見(jiàn)，YTHDF1作為m6A修飾的識(shí)別蛋白，可以通過(guò)作用不同的途徑，導(dǎo)致腫瘤特異性癌基因表達(dá)和生物學(xué)功能的改變，調(diào)控YDHDF1有望成為癌癥治療的一種新策略。

3 YTHDF1與腫瘤細(xì)胞免疫應(yīng)答

T細(xì)胞免疫應(yīng)答在腫瘤免疫治療中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，雖然患者體內(nèi)存在豐富的新抗原，但由于未能得到充足和長(zhǎng)期的抗腫瘤免疫反應(yīng)，因而不能完全消除腫瘤[30]。Han等[28]研究發(fā)現(xiàn)，YTHDF1能夠通過(guò)識(shí)別帶有m6A修飾的RNA影響靶基因的翻譯；YTHDF1的缺失可以增強(qiáng)經(jīng)典樹(shù)突狀細(xì)胞中腫瘤抗原的相互表達(dá)和CD8+T細(xì)胞的交叉啟動(dòng)；編碼溶酶體蛋白酶的轉(zhuǎn)錄本被m6A標(biāo)記，并被YTHDF1識(shí)別、結(jié)合，從而促進(jìn)了樹(shù)突細(xì)胞中溶酶體組織蛋白酶的翻譯，顯著抑制野生型樹(shù)突細(xì)胞的交叉遞呈的作用。該研究還發(fā)現(xiàn)YTHDF1缺陷小鼠的T細(xì)胞可以產(chǎn)生更加豐富的γ干擾素，說(shuō)明宿主細(xì)胞中YTHDF1的敲除在初期就可以促進(jìn)T細(xì)胞的活化。此外，PD-L1檢查點(diǎn)抑制劑的治療作用在YTHDF1-/-小鼠中得到加強(qiáng)，達(dá)到幾乎完全抑制腫瘤的效果，這提示YTHDF1可能成為抗腫瘤治療新的免疫靶點(diǎn)。此外，該研究還指出，在結(jié)直腸癌患者中YTHDF1表達(dá)與CD8+T細(xì)胞數(shù)量呈負(fù)相關(guān)。以上研究提示，YTHDF1可以抑制機(jī)體細(xì)胞抗腫瘤的免疫反應(yīng)，發(fā)揮促癌作用。

4 YTHDF1與腫瘤上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化

上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）是腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的一個(gè)重要步驟，E-鈣黏蛋白的丟失被認(rèn)為是EMT程序中最基本的事件。一些研究發(fā)現(xiàn)，YTHDF1可以通過(guò)調(diào)節(jié)EMT產(chǎn)生促癌效應(yīng)。EMT誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子Snail可以降低E-鈣黏蛋白的表達(dá)，從而促進(jìn)腫瘤復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和耐藥[31]。Lin等[32]研究發(fā)現(xiàn)，EMT關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子Snail在3'UTR和CDS區(qū)被甲基化，YTHDF1在Snail mRNA中顯著富集，且更易與Snail mRNA的CDS區(qū)相互作用；si-YTHDF1減弱了HeLa細(xì)胞中轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β誘導(dǎo)Snail的表達(dá)；功能損益分析研究表明，Snail轉(zhuǎn)錄因子CDS區(qū)的m6A能夠通過(guò)YTHDF1與eEF-2的相互作用來(lái)啟動(dòng)其翻譯延伸；YTHDF1與eIF3相互作用，可以增加m6A修飾的mRNA與多聚體結(jié)合，這是提高m6A修飾的mRNA翻譯的限速步驟。

5 YTHDF1與耐藥腫瘤

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，Keap1和Nrf2在YTHDF1蛋白敲除后被反向調(diào)節(jié)，表現(xiàn)為Keap1降低，Nrf2及其下游因子AKR1C1蛋白表達(dá)上升[25]。AKR1C1屬于人AKR還原酶家族，已證明其異常表達(dá)可以誘導(dǎo)多種化療的耐藥性發(fā)展，包括NSCLC、乳腺癌和卵巢癌[33]。研究表明[25]，在順鉑誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激狀態(tài)下，YTHDF1的敲除降低了m6A修飾的Keap1轉(zhuǎn)錄物的翻譯效率，進(jìn)而激活了抗氧化氧自由基清除系統(tǒng)（Nrf2-AKR1C1），導(dǎo)致NSCLC對(duì)鉑基化療的耐藥和更差的臨床預(yù)后。該研究提示Keap1-Nrf2-AKR1C1軸是YTHDF1的下游調(diào)節(jié)靶點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)了YTHDF1對(duì)低氧適應(yīng)和NSCLC進(jìn)展的重要作用。此外，在化學(xué)致癌物質(zhì)誘導(dǎo)的惡性轉(zhuǎn)化中研究發(fā)現(xiàn)[34]，METTL3和CDCP1在膀胱癌患者標(biāo)本中上調(diào)，兩者的高表達(dá)與膀胱癌的進(jìn)展相關(guān)，抑制METTL3-m6A-CDCP1軸可以延緩化學(xué)轉(zhuǎn)化細(xì)胞與膀胱尿路上皮癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和進(jìn)展；體外和體內(nèi)研究證明METTL3-m6A-CDCP1軸與化學(xué)致癌物協(xié)同作用，促進(jìn)尿路上皮細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化和膀胱癌的發(fā)生。由此可見(jiàn)，m6A修飾可以對(duì)腫瘤的化療藥物發(fā)揮調(diào)控作用，深入研究YTHDF1有助于解決這一難題。

6 小結(jié)與展望

m6A修飾作為關(guān)鍵的、廣泛存在的轉(zhuǎn)錄后修飾，通過(guò)多種機(jī)制在腫瘤中發(fā)揮重要作用。YTHDF1可以識(shí)別并結(jié)合m6A修飾，增加mRNA轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的傳遞，促進(jìn)翻譯、蛋白質(zhì)合成和EMT，利于腫瘤細(xì)胞免疫逃逸，因而在大多數(shù)腫瘤中扮演促進(jìn)腫瘤增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移的角色。然而，YTHDF1在少數(shù)腫瘤中也可以發(fā)揮抑制腫瘤進(jìn)展的作用，尤其在鉑類為基礎(chǔ)的化療方案中，高水平的YTHDF1可以減少患者對(duì)化療的耐藥概率，提高臨床預(yù)后。此外，YTHDF1在不同的細(xì)胞和不同的靶點(diǎn)發(fā)揮的作用也不盡相同。目前為止，我們對(duì)YTHDF1的了解還不足，仍需要大量的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)來(lái)更加深入地認(rèn)識(shí)YTHDF1，從而為癌癥診治提供新的希望。