RNA的N6-甲基腺嘌呤甲基化在腫瘤發(fā)生中作用的研究進展

王一帆，許銘炎，鄧小玲，

(1．廈門大學醫(yī)學院基礎(chǔ)醫(yī)學部，福建 廈門 361102；2．廈門醫(yī)學院附屬口腔醫(yī)院重點實驗室，福建 廈門 361009)

RNA的N-甲基腺嘌呤(N-methyladenosine，mA)甲基化是指在甲基轉(zhuǎn)移酶作用下RNA腺嘌呤(A)堿基第6位氮原子發(fā)生甲基化。早在20世紀70年代就發(fā)現(xiàn)RNA mA甲基化的現(xiàn)象，但由于缺乏檢測mRNA中mA甲基化位點的方法，所以直到2011年發(fā)現(xiàn)肥胖相關(guān)蛋白(fat mass and obesity-associated protein，F(xiàn)TO)是mRNA上的mA去甲基化酶，以及隨著mA在全轉(zhuǎn)錄組水平上高通量測序方法的發(fā)展，有關(guān)mA修飾的具體分子功能的研究才迅速發(fā)展起來。近年來學者們發(fā)現(xiàn)RNA的mA甲基化修飾通過RNA的轉(zhuǎn)錄、剪接、加工、翻譯和衰變等過程參與多種惡性腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移。這可為腫瘤的診斷和治療提供新思路。本文就近年來RNA mA甲基化在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的研究報道作一綜述。

1 RNA的m6A甲基化

RNA的mA甲基化修飾是RNA修飾的一種主要形式，優(yōu)先發(fā)生在基因編碼區(qū)域的RRACH序列(R=G或A；H=A，C或U)。目前學者們將參與mA甲基化與去甲基化過程的蛋白分為3類，分別為甲基轉(zhuǎn)移酶，去甲基化酶和mA識別蛋白。

腺苷酸在甲基化轉(zhuǎn)移酶METTL3、METTL14和WTAP等作用下在第6位N發(fā)生了甲基化修飾。我們將這類酶稱之為編碼器(writer)，其中METTL3和METTL14形成雜絡物(hetero complex)，進一步與WTAP或 KIAA1429形成復合物對腺苷酸進行甲基化修飾(圖1)。接下來這些已經(jīng)發(fā)生mA修飾的堿基，在FTO和ALKBH5等去甲基化酶的作用下發(fā)生去甲基化，使得RNA甲基化成為一種可逆的反應。去甲基化酶也被稱為消碼器(eraser)。最后這些發(fā)生甲基化修飾的RNA堿基位點，需要特定的酶來識別。這類酶稱為讀碼器(reader)。已知YTHDF家族包括YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3以及釀酒酵母中的Mrb1蛋白、粟酒裂殖酵母中的Mmi1蛋白和hnRNP結(jié)合蛋白家族成員都是readers類蛋白。這些酶能夠識別發(fā)生mA甲基化的堿基，參與下游翻譯、mRNA降解、加快mRNA出核速度等作用。

有越來越多的研究表明，mA修飾在RNA加工代謝及正常生理功能中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，參與RNA加工代謝的生物學過程，包括RNA剪接、RNA出核、RNA與蛋白互相作用、RNA降解以及l(fā)ncRNA介導的基因沉默(DC1)。而參與的生理功能包括脂肪分化、精子發(fā)育、腫瘤生成、腦發(fā)育、干細胞更新、生物節(jié)律、細胞減數(shù)分裂以及其他的一些生命過程。RNA mA甲基化的表觀遺傳學機制可大致分為兩種：一種是RNA分子中的mA甲基化修飾會使得RNA的構(gòu)象發(fā)生改變，影響蛋白質(zhì)與RNA的相互作用從而影響RNA的下游功能。例如mA的甲基化水平影響結(jié)合蛋白HNRNPC與RNA的結(jié)合，進而影響目標轉(zhuǎn)錄本的豐度和選擇性剪切。另一種是被mA結(jié)合蛋白識別，進而對RNA的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控產(chǎn)生影響。mA結(jié)合蛋白YTHDF1促進mA修飾的mRNA底物與核糖體的結(jié)合，促進蛋白質(zhì)的翻譯。

2 RNA m6A甲基化與腫瘤

目前，RNA mA甲基化修飾與腫瘤之間的研究受到廣泛關(guān)注，mA甲基化修飾相關(guān)酶類是腫瘤發(fā)生發(fā)展中的重要調(diào)節(jié)因子，其表達水平的高低通過不同信號通路參與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程，在不同類型的腫瘤中，mA甲基化修飾相關(guān)酶類既可以上調(diào)，也可以下調(diào)(表1)。因此，研究調(diào)控mA甲基化修飾的相關(guān)酶基因在不同腫瘤中的生物學功能，鑒定關(guān)鍵的mA甲基化修飾靶基因，對于了解腫瘤發(fā)病機制具有重要意義。

圖1 RNA m6A修飾過程及調(diào)控蛋白在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

表1 m6A甲基化相關(guān)酶類表達水平與腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系

2.1 m6A甲基化與白血病

白血病細胞的增殖與轉(zhuǎn)化和mA甲基化修飾密切相關(guān)。甲基化酶METTL3、WTAP和去甲基化酶FTO、ALKBH5、YTHDF2的表達水平上調(diào)均對白血病的病理進程起促進作用。研究發(fā)現(xiàn)，

METTL3

基因參與了斑馬魚和小鼠的血管內(nèi)皮細胞轉(zhuǎn)化為造血干細胞的發(fā)育過程；促進人髓樣白血病細胞MOLM13中原癌基因

c-MYC

，B細胞淋巴瘤/白血病-2基因

BCL2

和磷酸酶及張力蛋白同源基因

PTEN

的翻譯，METTL3的缺失可導致磷酸化的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(pAKT)水平升高促進正常血細胞向白血病細胞的轉(zhuǎn)化；此外，METTL3還被證明是急性髓系白血病細胞生長的必需基因，但不是正常的血細胞所必需的，這些結(jié)果提示METTL3是一種治療白血病的可行靶點。甲基化轉(zhuǎn)移酶WTAP通過HSP90和BCL6形成復合物在白血病細胞異常增殖過程中起重要作用。去甲基化酶FTO在急性髓系白血病(acute myelocytic leukemia，AML)中高表達，可增強AML細胞增殖能力和生存能力，并可通過降低ASB2和RARA的轉(zhuǎn)錄后表達抑制全反式維甲酸(ATRA)誘導的急性早幼粒白血病細胞的分化。這提示FTO與ATRA的耐藥性有關(guān)。同時，去甲基化酶ALKBH5在AML中的高表達也有助于維持白血病干細胞的功能。這些研究均為白血病的治療提供了新思路。

2.2 m6A甲基化與肝癌

mA通過多種調(diào)控路徑參與肝癌的發(fā)生發(fā)展進程。METTL3在肝細胞癌中高表達，促進肝細胞癌的發(fā)生發(fā)展。其具體機制為METTL3抑制HCC中細胞信號傳導抑制因子2的表達，導致肝癌細胞的增殖遷移能力增強。同樣作為甲基轉(zhuǎn)移酶的METTL14在肝細胞癌中卻低表達，從而引起mA甲基化水平降低，影響與迪喬治綜合征危象區(qū)基因8(

DGCR8

)的相互作用，導致microRNA-126成熟體表達量降低，進而促進HCC轉(zhuǎn)移。去甲基化酶FTO在不同種類的肝癌中表現(xiàn)出不同的表達水平。過表達的FTO與肝細胞癌患者的不良預后密切相關(guān)，過表達FTO觸發(fā)了丙酮酸激酶PKM2 mRNA的去甲基化并加速了蛋白翻譯，進而促進肝癌的發(fā)生；而在肝內(nèi)膽管癌中FTO呈低表達，由于在體內(nèi)過表達FTO可降低癌基因

TEAD2

mRNA的穩(wěn)定性，抑制癌基因

TEAD2

的表達，進而阻礙肝內(nèi)膽管癌的進程。雖然FTO長期以來都被認為是一種致癌因子，但其在肝內(nèi)膽管癌中的抑癌作用提示FTO的作用方向可能和癌癥的類型有關(guān)。此外，mA識別蛋白YTHDF1與YTHDF2在肝癌中也呈現(xiàn)顯著上調(diào)的趨勢，促進肝癌干細胞表型和癌癥轉(zhuǎn)移。

2.3 m6A甲基化與膠質(zhì)瘤

膠質(zhì)瘤是一種源自大腦或者脊髓膠質(zhì)細胞的顱內(nèi)惡性腫瘤，是最常見的一種腦腫瘤。mA的甲基化水平與膠質(zhì)瘤的病程有密切關(guān)系。METTL3，ALKBH5和YTHDF1表達上調(diào)對膠質(zhì)瘤的病程起推動作用。mA去甲基化酶ALKBH5在膠質(zhì)瘤干細胞中的表達水平顯著升高，當沉默ALKBH5會抑制膠質(zhì)瘤干細胞(glioma stem cells，GSCs)的自我更新和增殖，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組及mA RNA甲基化測序分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子FOXM1是ALKBH5的靶基因，ALKBH5通過去甲基化影響FOXM1的表達，影響膠質(zhì)母細胞瘤的病理進程。與此同時，METTL3與METTL14作為mA甲基轉(zhuǎn)移酶，可顯著抑制GSCs的自我更新和增殖。并且敲低METTL3與METTL14后，許多癌基因的表達水平被上調(diào)而抑癌基因則被下調(diào)。

此外，mA識別蛋白YTHDF1的異常高表達也被證實與神經(jīng)膠質(zhì)瘤患者的預后不良有關(guān)，體內(nèi)實驗證實了YTHDF1可加速神經(jīng)膠質(zhì)瘤的生長，而microRNA has-mir-346可結(jié)合在YTHDF1的3′-UTR區(qū)，對YTHDF1起負調(diào)節(jié)作用。

2.4 m6A甲基化與乳腺癌

乳腺癌在發(fā)達國家和地區(qū)的發(fā)病率高居女性惡性腫瘤的首位。在乳腺癌中，METTL3、METTL14、FTO與ALKBH5的表達水平均增高。低氧作為腫瘤微環(huán)境的一個關(guān)鍵特征，可刺激乳腺癌細胞增殖富集。ALKBH5在缺氧條件下表達升高，并通過依賴低氧誘導因子(HIF)的方式降低干細胞因子NANOG mA的表達水平，使得NANOG更加穩(wěn)定，維持乳腺癌干細胞的活性，導致乳腺癌患者的預后不良。因此抑制ALKBH5或低氧誘導因子有望成為治療乳腺癌的新途徑。

3 總結(jié)與展望

近年來，隨著mA交聯(lián)和免疫沉淀以及高通量RNA甲基化測序技術(shù)的快速發(fā)展，mA已被證實參與了多種惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展。這使得以mA相關(guān)酶或mA依賴途徑的靶向治療人類癌癥提供了重要的科學依據(jù)。但仍存在許多挑戰(zhàn)。

首先，腫瘤發(fā)生過程中參與甲基化過程的相關(guān)組分逐漸被挖掘出來，但是仍可能存在未知的甲基化調(diào)節(jié)因子。比如rRNA也可發(fā)生mA甲基化但其在腫瘤發(fā)生過程中的具體功能未知。盡管YTH結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)已廣為人知，但YTH蛋白的功能也尚未明確。因此，通過研究mA的甲基化相關(guān)調(diào)節(jié)因子對于我們探尋mA甲基化在不同腫瘤中的作用機制至關(guān)重要。

其次，雖然研究者對mA在癌癥發(fā)生發(fā)展進程中的機制進行不斷探索，但基于mA的癌癥治療策略仍有待進一步研究。非甾體抗炎藥MA衍生的抑制劑FB23對去甲基化酶FTO有抑制作用，進而抑制白血病細胞的增殖能力。但缺少臨床研究的驗證。未來需要研發(fā)更多針對mA的小分子靶向抑制劑，并且將其應用于臨床治療中。

第三，由于mA甲基化在許多方面都能影響基因的表達，因此其副作用也不可忽視。比如mA通過調(diào)節(jié)突觸功能和應激反應在小鼠成年大腦中也起著重要的作用，所以以mA為靶點的抗腫瘤治療有可能存在某些副作用不可忽視。未來的工作，旨在深入研究mA修飾相關(guān)酶參與疾病進程調(diào)節(jié)的分子機制，結(jié)合臨床研究結(jié)果評估m(xù)A甲基化修飾與疾病的相關(guān)性，進一步增強我們對腫瘤惡性轉(zhuǎn)化機制的理解，從而有助于新的抗腫瘤治療藥物設(shè)計。