N6-甲基腺苷(m6A)RNA修飾在生殖系統(tǒng)疾病中作用的研究進(jìn)展

張 妍，朱孟雯，劉 桐，楊 圣，梁戈玉

(東南大學(xué) 公共衛(wèi)生學(xué)院 環(huán)境醫(yī)學(xué)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210009)

N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine，m6A)修飾是真核生物mRNA中最常見的甲基化修飾形式，于1974年首次提出，它在不同水平上調(diào)控mRNA并參與疾病發(fā)生發(fā)展。m6A修飾不僅廣泛存在于哺乳動(dòng)物中，還存在于植物、原蟲、各種病毒中。隨著檢測技術(shù)快速發(fā)展和表觀遺傳學(xué)研究逐步深入，m6A修飾在不同生物學(xué)過程中的作用不斷被發(fā)現(xiàn)，其與疾病發(fā)生發(fā)展的關(guān)系目前已成為研究的熱點(diǎn)。近年來，生殖系統(tǒng)疾病發(fā)病率越來越高，不孕不育已成為世界性問題，生殖系統(tǒng)癌發(fā)病率較高且預(yù)后不良。因此，本文綜述了m6A修飾對生殖系統(tǒng)生物學(xué)功能的影響，重點(diǎn)闡述m6A修飾在生殖系統(tǒng)疾病發(fā)生發(fā)展及預(yù)后中的作用。

1 m6A修飾的調(diào)節(jié)機(jī)制

m6A修飾發(fā)生在共有基序：RRm6ACH([G/A/U][G>A]m6 AC[U>A>C])，主要集中在3個(gè)非翻譯區(qū)(untranslated regions，UTRs)和內(nèi)部長外顯子上。m6A甲基化修飾受甲基轉(zhuǎn)移酶、去甲基轉(zhuǎn)移酶和功能管理者共同調(diào)控，調(diào)節(jié)mRNA結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、剪接、輸出、轉(zhuǎn)譯和衰變等，進(jìn)而廣泛影響生命過程、細(xì)胞分化、腫瘤進(jìn)展。甲基轉(zhuǎn)移酶主要包括：METTL3、METTL14、WTAP、RBM15、KIAA1429和ZC3H13，其中，METTL3是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的。METTL3和METTL14通過與WTAP結(jié)合形成穩(wěn)定的甲基化位點(diǎn)復(fù)合物，METTL3將甲基從S-腺苷蛋氨酸(s-adenosine methionine，SAM)轉(zhuǎn)移到受體腺苷上，而METTL3-14復(fù)合物二聚體誘導(dǎo)m6A在核RNA上沉積，WTAP與METTL3-14復(fù)合物相互作用，影響m6A甲基轉(zhuǎn)移酶在體內(nèi)活性和定位。去甲基轉(zhuǎn)移酶主要包括：FTO和ALKBH5，能夠靶向不同種類的mRNA。功能管理者有YTH蛋白域家族成員(YTHDF1、YTHDF2、 YTHDF3、 YTHDC1、YTHDC2)、不均一核糖核蛋白(HNRNPA2B1、HNRNPC)、IGF2BPs(IGF2BP1、IGF2BP2、IGF2BP3)、FMR1、LRPPRC，主要負(fù)責(zé)識別、讀取m6A介導(dǎo)的生理作用。

2 m6A修飾在女性生殖系統(tǒng)疾病及乳腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用

2.1 卵巢疾病

卵巢癌組織中EIF3C蛋白表達(dá)顯著升高，并與YTHDF1蛋白的表達(dá)呈正相關(guān)[1]，蛋白質(zhì)翻譯起始因子EIF3的亞基EIF3C是YTHDF1的直接靶點(diǎn)，YTHDF1通過與m6A修飾的EIF3C mRNA結(jié)合，以m6A依賴的方式增強(qiáng)EIF3C的翻譯，從而促進(jìn)卵巢癌的發(fā)生和轉(zhuǎn)移。ALKBH5在上皮性卵巢癌中高表達(dá)，激活EGFR-PIK3CA-AKT-mTOR信號通路，并通過調(diào)節(jié)m6A的修飾來增強(qiáng)Bcl-2 mRNA的穩(wěn)定性，從而促進(jìn)Bcl-2與Beclin1的相互作用，通過此機(jī)制來調(diào)節(jié)腫瘤的增殖、侵襲和自噬，且ALKBH5高表達(dá)的患者往往有更差的無進(jìn)展生存期(progression free survival，PFS)和總生存期(overall survival，OS)[2]。FTO表達(dá)水平的降低導(dǎo)致原發(fā)性卵巢功能不全(primary ovarian insufficiency,POI)中m6A甲基化分子的升高，增加了POI并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)[3]。環(huán)磷酰胺(cyclophosphamide，CTX)常用于腫瘤化療中，但其可通過上調(diào)甲基轉(zhuǎn)移酶METTL13、METTL14的表達(dá)及抑制去甲基轉(zhuǎn)移酶FTO和功能管理者YTHDF1、YTHDF2、YTHDC1、YTHDF3的表達(dá)上調(diào)總m6A的水平，從而對卵巢造成損傷[4]。此外，m6A修飾在卵泡選擇過程中也發(fā)揮著重要作用[5]。綜上所述，m6A修飾相關(guān)蛋白異常在卵巢疾病中起重要作用，未來通過調(diào)控 m6A 將可以為卵巢疾病提供新的治療策略。

2.2 乳腺癌

研究表明，m6A修飾相關(guān)蛋白在乳腺癌發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。與正常組織相比，乳腺癌患者的組織中m6A相關(guān)基因KIAA1429、RBM15、YTHDF1、YTHDF2、HNRNPC 及HNRNPA2B1上調(diào)，WTAP、METTL14、METTL16、YTHDC1及 FTO下調(diào)，其靶點(diǎn)廣泛分布于細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核中，參與調(diào)控RNA衰變、翻譯和剪接，在蛋白水平上表現(xiàn)出相似的表達(dá)模式，且YTHDF1、YTHDF3及KIAA1429高表達(dá)的患者OS較差[6]。另有研究顯示，甲基轉(zhuǎn)移酶METTL3、METTL14和WTAP表達(dá)下調(diào)，去甲基轉(zhuǎn)移酶FTO和ALKBH5表達(dá)上調(diào)，過表達(dá)METTL14、敲除ALKBH5能夠有效抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖、遷移及細(xì)胞集落的形成[7]。 FTO以促凋亡基因BNIP3為靶點(diǎn)，介導(dǎo)BNIP3 mRNA的3′-UTR m6A去甲基化，并通過YTHDF2誘導(dǎo)其降解，從而促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞增殖和遷移[8]。但也有研究表明，METTL3以Bcl-2為靶點(diǎn)，其在乳腺癌組織中上調(diào)促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖、抑制凋亡[9]。造成差異的原因尚不清楚。另外，m6A水平在乳腺上皮惡性轉(zhuǎn)化細(xì)胞中顯著降低，這可能與METTL3減少、ALKBH5增加有關(guān)，但當(dāng)METTL3和METTL14過表達(dá)或ALKBH5被敲除時(shí)，惡性轉(zhuǎn)化細(xì)胞的增殖和遷移能力增強(qiáng)。這表明m6A修飾可能在永生化細(xì)胞中被下調(diào)，從而阻止惡性進(jìn)展[10]。m6A修飾在乳腺癌發(fā)生發(fā)展中的潛在機(jī)制為乳腺癌治療提供藥物靶點(diǎn)，且可為預(yù)測預(yù)后提供依據(jù)。

2.3 宮頸癌

宮頸癌是常見的婦科癌之一，其中宮頸鱗狀細(xì)胞癌占90%。研究顯示，宮頸癌中m6A水平顯著降低，促進(jìn)了癌的發(fā)生發(fā)展，造成了較差的生存率，這與METTL3、METTL14的減少及FTO、ALKBH5的增多有關(guān)[11]。其中，F(xiàn)TO發(fā)揮去甲基酶活性，通過控制E2F1和Myc這兩個(gè)致癌基因的相互作用，促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移[12]。FTO還與宮頸鱗狀細(xì)胞癌的放射治療、化學(xué)藥物治療(放療、化療)耐藥性相關(guān)，它通過降低β—連環(huán)蛋白mRNA的m6A甲基化水平調(diào)節(jié)該蛋白的表達(dá)影響耐藥性，后續(xù)激活ERCC1，進(jìn)一步促進(jìn)FTO/β—連環(huán)蛋白誘導(dǎo)的耐藥性[13]。這些發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步了解宮頸癌的發(fā)病機(jī)制提供新的依據(jù)，以期為其藥物治療提供新的靶點(diǎn)，改善耐藥性，提高療效，預(yù)測和改善預(yù)后。

2.4 其他女性生殖系統(tǒng)疾病

在子宮內(nèi)膜癌發(fā)生發(fā)展中，多種調(diào)節(jié)因子參與其中： METTL14突變或METTL3表達(dá)減少，導(dǎo)致m6A水平降低，從而使得負(fù)調(diào)節(jié)因子PHLPP2減少、正調(diào)節(jié)因子mTORC2復(fù)合物增多，激活A(yù)KT通路，最終導(dǎo)致癌細(xì)胞的增殖[14]。

m6A異常修飾還與流產(chǎn)有關(guān)。ALKBH5在反復(fù)流產(chǎn)患者的滋養(yǎng)層細(xì)胞中過表達(dá)，從而降低了滋養(yǎng)層細(xì)胞中CYR51的表達(dá)，最終抑制了細(xì)胞滋養(yǎng)層細(xì)胞的增殖和侵襲能力[15]，正是這種能力的不足導(dǎo)致了反復(fù)流產(chǎn)。

m6A mRNA甲基化還是卵母細(xì)胞成熟重要因素之一， YTHDF2參與了卵泡發(fā)育的各個(gè)階段，是卵母細(xì)胞成熟過程中所必需的，有助于產(chǎn)生能夠維持早期合子發(fā)育的卵母細(xì)胞[16]。敲除METTL3會(huì)嚴(yán)重抑制卵母細(xì)胞成熟，影響母細(xì)胞向合子的轉(zhuǎn)變[17]。

3 m6A修飾在男性生殖系統(tǒng)疾病發(fā)生發(fā)展中的作用

3.1 男性生殖系統(tǒng)癌

mRNA的m6A修飾與男性生殖系統(tǒng)癌的發(fā)生有關(guān)。METTL3在前列腺癌細(xì)胞系中過表達(dá)，通過調(diào)節(jié)Hedgehog(Hh)途徑促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞的增生和運(yùn)動(dòng)[18]。YTHDF3在精原細(xì)胞瘤的表達(dá)水平高于非精原細(xì)胞瘤，在表型維持中起重要作用[19]。因此，未來針對男性生殖系統(tǒng)腫瘤藥物的研發(fā)可考慮m6A調(diào)控蛋白的選擇性抑制劑。這些研究揭示了m6A修飾對男性生殖系統(tǒng)癌的影響，雖然有許多新的發(fā)現(xiàn)可以解釋腫瘤發(fā)生發(fā)展的機(jī)制，但迄今仍未找到完全治愈的方法，需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

3.2 睪丸發(fā)育與功能異常

睪丸間質(zhì)細(xì)胞(Leydig cells, LCs)的自體吞噬活動(dòng)可調(diào)節(jié)睪丸激素的合成，m6A mRNA甲基化通過調(diào)節(jié)間質(zhì)細(xì)胞自噬來調(diào)節(jié)睪酮的合成[20]，在LCs從莖干LCs向成體LCs分化過程中，METTL14逐漸減少，ALKBH5升高，導(dǎo)致LCs中m6A甲基化水平降低、自噬增強(qiáng)。鄰苯二甲酸二酯(DEHP)是一種常見的環(huán)境內(nèi)分泌干擾物，其通過調(diào)節(jié)FTO和YTHDC2的表達(dá)上調(diào)總m6A水平[21]，誘導(dǎo)青春期前睪丸損傷，引起生殖障礙。與此同時(shí)，m6A修飾在哺乳動(dòng)物和兩棲動(dòng)物基因表達(dá)中均具有調(diào)控作用，可影響睪丸生長，去甲基轉(zhuǎn)移酶ALKBH5在睪丸的大小和發(fā)育中發(fā)揮重要作用[22]。因此可以利用m6A RNA甲基化作為治療睪丸相關(guān)功能障礙患者的靶點(diǎn)，為研究新的治療策略提供思路。

3.3 精子發(fā)育異常

哺乳動(dòng)物精子發(fā)生是一個(gè)高度特化的分化過程，涉及轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和翻譯水平的精確調(diào)控，大量研究表明m6A是一種基因表達(dá)的表位調(diào)控因子，在男性生殖系中確?；虻膮f(xié)調(diào)表達(dá)。識別蛋白YTHDF2會(huì)促進(jìn)精子黏附、調(diào)控細(xì)胞增殖[23]；上調(diào)m6A RNA修飾可以抑制精原細(xì)胞增殖；去甲基轉(zhuǎn)移酶ALKBH5通過調(diào)控m6A水平控制長3′-UTR mRNA在雄性生殖細(xì)胞中的剪接和穩(wěn)定性，從而控制晚期減數(shù)分裂和單倍體生精細(xì)胞mRNA的命運(yùn)[24]；男性不育是一個(gè)世界性的醫(yī)學(xué)問題，弱精癥是不孕不育的常見原因，人精子m6A水平升高為弱精癥的危險(xiǎn)因素[25]。綜上所述，m6A 甲基化修飾在精子的發(fā)生、活性、功能中發(fā)揮重要作用，這將為研究哺乳動(dòng)物生殖和男性不孕提供新的思路。

4 結(jié)語與展望

m6A RNA修飾是由甲基轉(zhuǎn)移酶、去甲基酶及識別蛋白所催化的動(dòng)態(tài)可逆修飾方式，在生殖系統(tǒng)疾病發(fā)生發(fā)展及預(yù)后中具有重要作用。目前，某些藥物治療存在一定的副作用，可通過對m6A修飾的靶向調(diào)節(jié)將其減緩；且通過對m6A修飾作用機(jī)制的研究，可研制出具有高度選擇性的靶向藥物，提高療效；另外，m6A甲基化的修飾為疾病早期診斷和預(yù)后判斷提供可能。但目前關(guān)于m6A在生殖系統(tǒng)中的研究較少，存在著諸如m6A作用的具體機(jī)制，m6A作為腫瘤標(biāo)志物的特異性和敏感性如何等一系列的問題。未來還需要更多、更深入的研究，以期闡明m6A修飾在人體生殖系統(tǒng)疾病中作用的具體機(jī)制，從而為疾病的早期診斷、治療及預(yù)后判斷提供新的思路。