脂肪和肥胖相關蛋白在腫瘤中的研究進展

張孔雁 王佳賀

腫瘤是以細胞異常增殖為特點的一類疾病，伴隨人類疾病譜的改變，目前惡性腫瘤已成為嚴重威脅人類健康的重要疾病。現(xiàn)代腫瘤學的觀點普遍認為，惡性腫瘤是經(jīng)歷持續(xù)的演變過程、涉及多個限速步驟，是多基因參與、多階段發(fā)生、長時間形成的復雜的病變過程。多年的研究表明，腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程涉及復雜的分子機制[1]，如原癌基因、抑癌基因、代謝重編程、逃避凋亡、細胞永生化、血管生成、浸潤和轉(zhuǎn)移能力的獲得、免疫逃逸、基因組不穩(wěn)定性、腫瘤微環(huán)境、表觀遺傳調(diào)控和非編碼RNA功能異常等。伴隨現(xiàn)代高通量分子檢測技術的快速發(fā)展和表觀遺傳學的深入研究，RNA修飾在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用引起廣泛關注。MODOMICS的研究顯示，到2017年底，在所有生物體中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)163種不同的RNA化學修飾[2]。而 6-甲基腺嘌呤(N 6 -methyladenosine，m6A)是在真核生物的信使RNA(messenger RNAs，mRNAs)、微小RNA(microRNAs，miRNAs)、長鏈非編碼RNA(long non-coding RNAs，lncRNAs)中被認為是最普遍、最豐富、最保守的內(nèi)部轉(zhuǎn)錄修飾。雖然m6A早在上個世紀70年代即被首次發(fā)現(xiàn)[3]，但它的功能特性和調(diào)控機制直到近幾年才逐漸被研究了解[4]。伴隨第一個m6A去甲基酶——脂肪和肥胖相關蛋白(fat mass and obesity-associated protein，F(xiàn)TO)的鑒定和轉(zhuǎn)錄組水平m6A測序技術的發(fā)展證明了m6A是一種可逆的、動態(tài)的RNA修飾，可能影響特定類型細胞中的大量mRNA和非編碼RNA。m6A的修飾富集在mRNA的近終止密碼子和3′非翻譯區(qū)(3′untranslated region, 3′UTR)，以帽子形式在5′UTR被翻譯[5-6]。其修飾主要發(fā)生在RRACH共識基序(R為G或A，H為A、C或U)[4]。m6A甲基化主要與3類蛋白相關，它們分別作為mRNA的讀碼器(mRNA writers)、閱讀器(mRNA readers)和消碼器(mRNA erasers)而存在。m6A由甲基轉(zhuǎn)移酶3(methyltransferase like 3,METTL3)、METTL14、Wilms腫瘤1相關蛋白(wilms tumor 1-associated protein，WTAP)、RBM15/15B和KIAA1429組成的甲基轉(zhuǎn)移酶復合物催化形成[7]，并可以在去甲基轉(zhuǎn)移酶FTO和ALKB同系物5(AlkB homologue 5，ALKBH5)的作用下選擇性地從目標mRNA中去除甲基代碼，從而影響RNA的轉(zhuǎn)錄、加工、翻譯和代謝等過程。mRNA閱讀器能夠解碼m6A的甲基化并產(chǎn)生功能信號，其主要包括YTH域蛋白、真核起始因子3(eukaryotic initiation factor 3，eIF3)、IGF2 mRNA結合蛋白家族(IGF2BP)和不均一核糖核蛋白家族(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein，HNRNP)[8-9]。其中，F(xiàn)TO是第一個被發(fā)現(xiàn)的涉及m6A動力學的RNA去甲基化酶[10]，它與多種疾病的發(fā)生發(fā)展有關，如肥胖、不孕、心血管疾病、T2DM、AD、腫瘤等[10-13]。隨著人們對m6A修飾在惡性腫瘤中的認識日益加深，F(xiàn)TO在腫瘤領域受到了越來越多的關注。本文就FTO在腫瘤中的研究進展作一綜述。

1 FTO的發(fā)現(xiàn)、結構特征及生物學功能

1.1 FTO的發(fā)現(xiàn)與結構特征 FTO是Peters等[14]在并趾基因突變體的研究中發(fā)現(xiàn)并報道的，之后Stratakis等[15]的研究發(fā)現(xiàn)，人類染色體16 q12.2區(qū)域中的變異與生長發(fā)育過程中的異常發(fā)育有關，其中FTO就包含在這個區(qū)域。Frayling等[16]2007年進行的全基因組水平關聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)，16號染色體上FTO基因的單核苷酸多態(tài)性(SNP) rs9939609變異與T2DM呈現(xiàn)較強的相關性，對脂肪的生成和累積具有調(diào)控作用，因此將其正式命名為FTO。FTO是一種與肥胖相關的等位基因，它定位于人類16號染色體長臂上，16q12.2，基因的長度約400 kb，包含9個外顯子和8個內(nèi)含子。伴隨對FTO基因的深入認識，發(fā)現(xiàn)其基因序列中包含有CLITLl結合位點及大量的與胰島素敏感性和肥胖相關的單核苷酸多態(tài)性位點(single nucleotide polymorphism sites，SNPs)[16]。其中，Smemo等[17]的研究表明，F(xiàn)TO基因中內(nèi)含子1可以與IRX3基因的啟動子序列發(fā)生作用，可以調(diào)控FTO基因的表達水平。FTO在人體下丘腦、垂體、胰島、腎上腺、骨骼肌、脂肪等組織中高表達[16]。它位于細胞核和細胞質(zhì)中，可以借助一個可移動的中介在2個細胞組分之間穿梭。這種在細胞內(nèi)外的移動可能是通過一種由輸出蛋白2(XPO2)家族介導的機制來實現(xiàn)的[18]。

1.2 FTO的生物學功能 FTO基因具有鐵結合基因和α-酮戊二酸相互作用的結構域，屬于非亞鐵血紅素加雙氧酶(ALKB)超家族的一員[19]，故其又被稱為ALKBH9。FTO可編碼α-酮戊二酸依賴的核酸去甲基化酶，在維生素C及Fe2+的誘導下能夠催化α-酮戊二酸產(chǎn)生琥珀酸鹽和二氧化碳。它的作用與ABH2和ABH3的基因產(chǎn)物相似，具有脫甲基作用，這可能與代謝相關基因的調(diào)節(jié)有關。有研究證明，敲除小鼠FTO基因后，mRNA上的m6A水平會顯著提高，小鼠出現(xiàn)生長緩慢、體質(zhì)量減輕[10]。FTO動態(tài)調(diào)節(jié)m6A，從而調(diào)控脂肪的形成，表明FTO也可能參與脂肪的生成過程[20]。多項研究均表明，F(xiàn)TO主要在調(diào)整代謝速率、調(diào)控能量的消耗與平衡、體質(zhì)量與體脂的聚集及干細胞的分化等方面發(fā)揮作用。最近研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO還參與心腦血管疾病、AD[12]、腫瘤[13]等疾病的發(fā)生與發(fā)展，尤其在腫瘤發(fā)病機制方面有了進一步的研究進展。

2 FTO在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的研究

FTO與體質(zhì)量增加和肥胖有著密切的關系，而肥胖是一個多種惡性腫瘤公認的危險因素。雖然FTO在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的機制研究還處于早期階段，但越來越多的證據(jù)表明，F(xiàn)TO與一些惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及預后密切相關。一項薈萃分析顯示，不同的FTO SNP與不同的癌癥如子宮內(nèi)膜癌、胰腺癌和乳腺癌有關[21]。由于惡性腫瘤是多因素參與、多階段發(fā)生、長時間形成的復雜的病變過程，而FTO的作用往往不是唯一的原因，因此對其相關發(fā)病機制的研究有待進一步探討。

2.1 FTO SNP與不同類型惡性腫瘤的相關性研究 鑒于連鎖不平衡在腫瘤的遺傳定位、發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要的作用，近年的研究多聚焦于SNP與不同類型惡性腫瘤的相關性方面。有研究表明，F(xiàn)TO基因的rs9939609、rs6499640、rs19079260和rs8050136變異已被確定與罹患子宮內(nèi)膜癌風險有關[22]，而rs9939609也證實與胰腺癌的易感性有關，但與前列腺癌風險無關。目前，許多學者關注了FTO在乳腺癌中的機制，對于FTO在腫瘤中的發(fā)病機制有了進一步的探索。肥胖增加乳腺癌的患病風險，這與腫瘤的生長、侵襲、轉(zhuǎn)移和預后相關[23]。與癌旁乳腺組織相比，F(xiàn)TO在乳腺癌組織中表達較高，尤其是在激素受體(HR)陰性、HER2擴增的乳腺癌組織中。然而，F(xiàn)TO基因的遺傳多態(tài)性因種族而異。rs9939609多態(tài)性與亞洲人的癌癥風險顯著相關，其與亞洲人子宮內(nèi)膜癌和胰腺癌的易感性相關[24]。由此可見，F(xiàn)TO SNPs可能通過調(diào)控相關基因的表達，來影響腫瘤的易感性。

2.2 FTO在腫瘤形成機制方面的相關性研究 近年來多項研究表明，F(xiàn)TO具有致癌基因的作用。FTO在某些急性髓細胞白血病(acute myelocytic leukemia，AML)亞型如急性早幼粒細胞白血病中顯著上調(diào)，其通過下調(diào)整體m6A水平而在腫瘤發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮潛在的作用[25]。研究發(fā)現(xiàn)，顯著富集的FTO可直接上調(diào)致癌蛋白，如MLL融合蛋白、PML-RARA、FLT3-ITD和NPM1突變體,表明FTO在促進白血病細胞轉(zhuǎn)化、AML細胞生存或增長、促進白血病生成、抑制全反式酸(all-trans-retionic acid，ATRA)誘導的AML細胞分化過程中扮演著一個重要的致癌基因角色。機制上，F(xiàn)TO作為m6A去甲基酶發(fā)揮作用，在轉(zhuǎn)錄后以m6A依賴的方式調(diào)控其關鍵靶向RNA的表達，如ASB2和RARA，從而發(fā)揮其致癌作用[26-27]。因此，F(xiàn)TO介導的ASB2/RARA軸的抑制作用與m6A水平的降低顯著促進了AMLs的致癌作用。這些發(fā)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)相關腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，強調(diào)了FTO在腫瘤中的重要致癌作用。

FTO除上述重要的致癌作用外，在腫瘤的惡性生物學行為中亦發(fā)揮重要作用。一項AML的研究顯示，R-2HG可抑制FTO活性，其通過增加m6A的mRNA水平以降低MYC/CEBPA轉(zhuǎn)錄本的穩(wěn)定性，從而抑制白血病細胞的增殖，促進細胞周期的阻滯[28]。此外，F(xiàn)TO在人宮頸鱗癌組織中過表達與病人預后不良有關[29]。近年有研究表明，F(xiàn)TO亦可以通過參與能量代謝的mTOR信號通路促進內(nèi)膜癌細胞的增殖[30]，但具體機制尚不清楚,有待進一步深入研究。而在乳腺癌的研究中，F(xiàn)TO通過PI3K/AKT信號轉(zhuǎn)導通路影響乳腺癌細胞的能量代謝，包括乳酸、ATP、丙酮酸激酶活性、己糖激酶活性等而發(fā)揮作用[31]。

2.3 FTO在分子治療靶點及與預后的相關性研究 惡性腫瘤的治療以及治療的耐藥性目前仍是一個亟待解決的問題。腫瘤干細胞通常被認為是調(diào)節(jié)治療耐藥性的關鍵因素。Zhou等[29]的研究表明，F(xiàn)TO參與調(diào)節(jié)宮頸鱗癌的化療耐藥。事實上，F(xiàn)TO調(diào)控化療耐藥的研究尚不深入，還需要進一步的功能研究來尋找相關的機制。在可能相關的分子機制研究中，F(xiàn)TO作為細胞傳感器，可以獲取必需的氨基酸，并將氨基酸水平與哺乳動物雷帕霉素復合物1 (mTORC-1)信號傳導到靶蛋白進行偶聯(lián)，從而發(fā)揮其耐藥作用[30]。此外，F(xiàn)TO的高表達與胃癌的不良預后密切相關，促進胃癌細胞的遷移、侵襲和淋巴轉(zhuǎn)移[32]。

近年來，在惡性腫瘤分子治療方面發(fā)現(xiàn)了多種FTO活性的選擇性小分子抑制劑。Zheng等[33]發(fā)現(xiàn)的MO-I-500，作為一種選擇性FTO的抑制劑，不僅可以選擇性地抑制FTO的m6A去甲基酶活性，而且可以顯著抑制三陰性炎癥性乳腺癌細胞系SUM149細胞的存活和(或)集落形成；Su等[28]的研究表明，R-2HG也是一種FTO抑制劑，它可以直接與FTO蛋白結合，并以劑量依賴的方式顯著抑制FTO的m6A去甲基酶活性，導致R-2HG處理的白血病細胞增殖受到抑制，呈現(xiàn)出較強的抗腫瘤作用。

3 總結與展望

FTO作為m6A的去甲基化酶，通過調(diào)節(jié)mRNA中的m6A水平，參與許多基本的生理過程，同時在各種惡性腫瘤如白血病、乳腺癌和膠質(zhì)母細胞瘤等的發(fā)生、發(fā)展和治療中亦發(fā)揮著重要作用。然而，F(xiàn)TO在腫瘤中的確切作用及其分子機制目前尚不完全清楚，有待進一步的深入研究。伴隨其分子機制的明確，F(xiàn)TO將有望成為腫瘤分子診斷的潛在標志物，同時也將為腫瘤分子靶向治療藥物的研發(fā)提供新的靶點。