N6?甲基腺嘌呤RNA修飾在泌尿系統(tǒng)腫瘤中的研究進(jìn)展

李金珂 袁焰

2019年1月國(guó)家癌癥中心發(fā)布了2015年惡性腫瘤流行情況分析，結(jié)果顯示主要的泌尿系腫瘤按發(fā)病率順序排列為前列腺腺癌、膀胱（或腎盂輸尿管）癌、腎細(xì)胞癌、睪丸癌和陰莖癌［1］。闡明表觀遺傳改變的原因和結(jié)局是了解癌癥發(fā)生和發(fā)展的重要前提?！氨碛^遺傳學(xué)”的概念旨在解釋在胚胎發(fā)育和組織動(dòng)態(tài)平衡期間，如何從同一基因組產(chǎn)生不同的細(xì)胞表型。雖然表觀遺傳學(xué)的全部范圍尚未確定，但通常被定義為化學(xué)修飾，主要包括DNA 和RNA 甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA 修飾和染色質(zhì)重排。

DNA 甲基化和組蛋白修飾已經(jīng)得到了很好的研究。而在近十年里RNA 甲基化已經(jīng)成為生物科學(xué)中的一個(gè)熱門話題。常見的RNA 甲基化位點(diǎn)包括5?甲基胞嘧啶、7?甲基鳥嘌呤、1?甲基鳥嘌呤、2?甲基鳥嘌呤、6?甲基鳥嘌呤、N1?甲基腺嘌呤和N6?甲基腺嘌呤（N6?methyladenine，m6A）。m6A 是各種RNA 甲基化修飾中最常見的，其在腫瘤的發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵作用［2］。本文就m6A 修飾與泌尿系統(tǒng)腫瘤的關(guān)系，特別是其作為泌尿系統(tǒng)腫瘤生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)的作用和機(jī)制作一綜述，旨在為臨床診斷治療泌尿系腫瘤提供新的方向。

1 m6A 修飾機(jī)制

m6A 修飾是動(dòng)態(tài)和可逆的，主要由“寫入器”、“擦除器”和“閱讀器”介導(dǎo)發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)?？赡嫘砸馕吨鳵NA 可以在甲基轉(zhuǎn)移酶催化作用下甲基化，在去甲基酶催化作用下去甲基化，這種現(xiàn)象稱為動(dòng)態(tài)平衡?！皩懭肫鳌?，由甲基轉(zhuǎn)移酶樣3（methyltransferase like 3，METTL3）、甲基轉(zhuǎn)移酶樣14（methyltransferase like 14，METTL14）及相關(guān)輔助因子RNA 結(jié)合序列蛋白15（RNA binding mo?tif protein 15，RBM15）、Wilms 腫瘤相關(guān)蛋白（Wilms tumour 1?associating protein，WTAP）和vir樣m6A 甲基轉(zhuǎn)移酶相關(guān)蛋白（vir like m6A methyl?transferase associated，VIRMA）共同組成了m6A甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物（methyltransferase complex，MTC）［3］?！安脸鳌?，即去甲基化酶，主要包括肥胖相關(guān)蛋白（Fat mass and obesity associated protein，F(xiàn)TO）和AlkB 同系物5（AlkB Homolog 5，ALK?BH5），催化去除RNA 的m6A 修飾［3］。另一個(gè)重要的家族是閱讀器，它可以識(shí)別m6A 修飾，與其綁定，并執(zhí)行不同的生物學(xué)功能［4］。閱讀器主要為含有YTH 結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)。“閱讀器”可以促進(jìn)RNA的衰減或增強(qiáng)RNA 的穩(wěn)定性，促進(jìn)翻譯，并影響各種靶mRNA 的剪接和核輸出［5］。

2 m6A 修飾在前列腺癌中的研究進(jìn)展

2015年全國(guó)前列腺癌總發(fā)病率為10.23/10 萬(wàn)較2011年總發(fā)病率7.1/10 萬(wàn)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，發(fā)病率處于泌尿系統(tǒng)腫瘤中第一位［1］。使用血清PSA 檢測(cè)前列腺癌缺乏敏感性和特異性，導(dǎo)致頻率相對(duì)較高且不必要的前列腺穿刺活檢。對(duì)于晚期轉(zhuǎn)移前列腺癌患者，大約30%的患者進(jìn)展為去勢(shì)抵抗型前列腺癌（castration resistant prostate cancer，CRPC）。解決這些困境需要開發(fā)更多有效的分子標(biāo)記物［6］。

多個(gè)課題組發(fā)現(xiàn)m6A 修飾水平在前列腺癌中呈現(xiàn)增高趨勢(shì)［7?9］，尤其是骨轉(zhuǎn)移的患者［10］。有研究人員在CRPC 的中檢測(cè)到m6A 修飾水平升高和VIRMA 過(guò)表達(dá)；功能上，VIRMA提升m6A 修飾水平，促進(jìn)致癌lncRNAs CCAT1和CCAT2的表達(dá)，增強(qiáng)前列腺癌的侵襲性表型［11］。

對(duì)于前列腺癌患者預(yù)后的判斷，m6A 修飾相關(guān)調(diào)控基因同樣扮演著重要的角色。多項(xiàng)研究表明單基因METTL3或VIRMA的高表達(dá)預(yù)示著前列腺癌患者預(yù)后不良［7?11］。或許單基因判斷預(yù)后缺乏特異性，同樣存在研究提示VIRMA、CCAT1和CCAT2作為一組變量，或者IGF2BP3、核不均一核糖核蛋白A2/B1（heterogeneous nuclear ribonucleo?protein A2/B1，HNRNPA2B1）、METTL14和拷貝數(shù)變異的ALKBH5作為基因組合，它們的表達(dá)是前列腺癌患者預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素［11?12］。

3 m6A 修飾在膀胱癌中的研究進(jìn)展

膀胱癌是我國(guó)泌尿外科臨床上最常見的腫瘤之一，2015年全國(guó)男性膀胱癌總發(fā)病率為8.83/10萬(wàn)［1］。目前診斷膀胱癌最可靠的方法是侵入性的膀胱鏡檢，因此迫切需求非侵入性篩查和診斷方法。

研究發(fā)現(xiàn)mRNA 的動(dòng)態(tài)m6A 修飾及其調(diào)控蛋白在膀胱癌的惡性轉(zhuǎn)化、生長(zhǎng)、進(jìn)展、化療藥物的敏感性等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用［13?17］。具體機(jī)制上，METTL3和ALKBH5介導(dǎo)CUB 結(jié)構(gòu)域蛋白1（CUB domain containing protein 1，CDCP1）mRNA的m6A 修飾，而閱讀器YTHDF1優(yōu)先識(shí)別CPCP1mRNA 上的m6A 位點(diǎn)，促進(jìn)CDCP1翻譯，促進(jìn)化學(xué)致癌物誘導(dǎo)惡性轉(zhuǎn)化細(xì)胞和膀胱癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和進(jìn)展［15］。同樣存 在METTL3/YTHDF2?m6A 修飾調(diào)控通路，其通過(guò)直接降解抑癌基因SET 結(jié)構(gòu)域蛋白7（SET domain containing 7，SETD7）與Kruppel 樣因子4（Kruppel like factor 4，KLF4）的mRNA，促進(jìn)膀胱癌的進(jìn)展［17］。進(jìn)一步研究確定AF4/FMR2 家族蛋白4（AF4/FMR2 family member 4，AFAFF4）、MYC、NF?κB途徑的兩個(gè)關(guān)鍵調(diào)控因子（IKBKB和RELA）為METTL3介導(dǎo)的m6A 修飾的直接靶點(diǎn)［13］。METTL3和ALKBH5協(xié)同調(diào)節(jié)使m6A 修飾在整合素亞基6（integrin subunit alpha 6，ITGA6）轉(zhuǎn)錄本中高度富集，YTH 結(jié)構(gòu)域家族蛋白1（YTH domain family protein 1，YTHDF1）和YTH 結(jié)構(gòu)域家族蛋白3（YTH domain family pro?tein 3，YTHDF3）與其結(jié)合，促進(jìn)ITGA6mRNA 的翻譯，影響膀胱癌細(xì)胞的粘附、遷移和侵襲表型［14］。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)FTO具有抑制膀胱癌細(xì)胞增殖和遷移的功能，同時(shí)FTO具有加強(qiáng)化療藥物順鉑對(duì)膀胱癌的細(xì)胞毒性作用［16］。這些特異性調(diào)控機(jī)制為膀胱癌的潛在治療靶點(diǎn)提供了新的見解。

腫瘤細(xì)胞中一小部分具有長(zhǎng)期致瘤能力的細(xì)胞，即腫瘤起始細(xì)胞或腫瘤干細(xì)胞，在癌癥的發(fā)展和治療抵抗性中起著關(guān)鍵作用，是導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移的根源。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)m6A 修飾在調(diào)控膀胱腫瘤起始細(xì)胞或腫瘤干細(xì)胞中起關(guān)鍵作用［18?19］。METTL14和m6A 修飾參與NOTCH 受體1（notch receptor 1，NOTCH1）mRNA 的RNA 穩(wěn)定性，而NOTCH1在膀胱腫瘤起始細(xì)胞的增殖、自我更新、轉(zhuǎn)移和腫瘤發(fā)生能力中起重要作用。METTL3調(diào)控AFF4mRNA 上m6A 修飾，進(jìn)而促進(jìn)AFF4的表達(dá)，AFF4與SRY?box 轉(zhuǎn)錄因子2（SRY?box tran?scription factor 2，SOX2）和MYC基因啟動(dòng)子區(qū)域相結(jié)合，促進(jìn)SOX2和MYC的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，增強(qiáng)膀胱腫瘤干細(xì)胞的自我更新及體內(nèi)的致瘤能力。

RNA m6A 修飾不單單調(diào)控mRNA 的表達(dá)，在特定的環(huán)境下也影響非編碼RNA 的成熟。研究人員第一次發(fā)現(xiàn)METTL3通過(guò)調(diào)控非編碼RNA 中m6A 修飾影響腫瘤形成［20］；研究通過(guò)證實(shí)METTL3可能通過(guò)與微處理器蛋白（microproces?sor complex subunit，DGCR8）相互作用，并以依賴m6A 的方式正向調(diào)節(jié)pri?miR221/222成熟，進(jìn)而導(dǎo)致磷酸酯酶與張力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）的表達(dá)降低，最終在膀胱癌中發(fā)揮致癌作用。

4 m6A 修飾在腎細(xì)胞癌中的研究進(jìn)展

腎細(xì)胞癌是一種從分子水平、基因組水平、組織病理學(xué)水平和臨床水平上都具有很強(qiáng)異質(zhì)性的惡性腫瘤。目前，臨床尚無(wú)廣泛接受用于腎細(xì)胞癌診斷和監(jiān)測(cè)的腫瘤標(biāo)志物。而如果能早期發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測(cè)這種隱匿性實(shí)體惡性腫瘤將有效改善其預(yù)后。一項(xiàng)研究首次繪制了人腎透明細(xì)胞癌m6A 修飾全轉(zhuǎn)錄組圖譜，為闡明m6A 介導(dǎo)的基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制奠定了基礎(chǔ)［21］。

研究提示METTL3可能是腎細(xì)胞癌發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后的一個(gè)新的標(biāo)志物［22］。METTL3通過(guò)調(diào)控上皮細(xì)胞?間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial mesenchymal tran?sition，EMT）和PI3K?Akt?mTOR 通路來(lái)抑制細(xì)胞增殖、遷移和侵襲功能，減少細(xì)胞G0/G1 阻滯，并減緩體內(nèi)腎細(xì)胞癌的生長(zhǎng)。METTL14的表達(dá)與腎透明細(xì)胞癌患者臨床病理分期呈負(fù)相關(guān)，與患者總生存期呈正相關(guān)，有潛力作為腎透明細(xì)胞癌的臨床生物標(biāo)志物［23］。同樣有研究人員證明，METTL14調(diào)控嘌呤受體P2X 6（purinergic receptor P2X 6，P2RX6）mRNA 上m6A 的修飾，影響P2RX6的翻譯，而ATP 可以可能通過(guò)P2RX6促進(jìn)腎癌細(xì)胞的進(jìn)展［24］。進(jìn)一步研究表明ATP?P2RX6可能通過(guò)調(diào)節(jié)Ca2+介導(dǎo)的p?ERK1/2/MMP9信號(hào)通路，促進(jìn)腎癌細(xì)胞的遷移和侵襲［24］。研究人員將亞甲基四氫葉酸脫氫酶2（methylenetetra?hydrofolate dehydrogenase 2，MTHFD2）介導(dǎo)m6A修飾和腫瘤細(xì)胞的代謝狀態(tài)聯(lián)系起來(lái)［25］。MTHFD2，一個(gè)參與單碳代謝的線粒體酶，促進(jìn)缺氧誘導(dǎo)因子2α（hypoxia inducible factor?2α，HIF?2α）mRNA 的m6A 修飾，增強(qiáng)HIF?2α翻譯；而HIF?2α翻譯的增強(qiáng)反過(guò)來(lái)可以促進(jìn)有氧糖酵解，在腎細(xì)胞癌中能夠形成一個(gè)正的前饋回路，促進(jìn)代謝重編程和腫瘤生長(zhǎng)。

m6A 去甲基酶ALKBH5和FTO同樣在腎透明細(xì)胞癌中異常表達(dá)，為判斷預(yù)后和開發(fā)有效的靶向治療提供了策略［26?27］。細(xì)胞中過(guò)表達(dá)FTO降低PPARG 共激活劑1α（PPARG coactivator 1 alpha，PGC?1α）mRNA 轉(zhuǎn)錄本中m6A 修飾水平，增加PGC?1α 的表達(dá)，從而恢復(fù)線粒體活性，誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和活性氧自由基的產(chǎn)生，并抑制腫瘤生長(zhǎng)。同樣ALKBH5通過(guò)依賴m6A修飾的方式穩(wěn)定AURORA激酶B（aurora kinase B，AURKB）mRNA，調(diào)節(jié)AURKB的表達(dá)，體外促進(jìn)腎癌細(xì)胞的增殖、集落形成、遷移和侵襲，并促進(jìn)體內(nèi)腫瘤的生長(zhǎng)［28］。

隨著生物信息學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的研究集中在多基因模型對(duì)腫瘤進(jìn)行早期檢測(cè)和預(yù)測(cè)腫瘤的復(fù)發(fā)、進(jìn)展和轉(zhuǎn)移。多項(xiàng)研究從腫瘤基因組圖譜（the caner genome atlas，TCGA）數(shù)據(jù)庫(kù)中提取m6A 修飾調(diào)控分子的表達(dá)數(shù)據(jù)及其相關(guān)的臨床信息，結(jié)果顯示m6A 調(diào)控分子在不同臨床病理特征的腎細(xì)胞癌中存在差異表達(dá)［29?32］。調(diào)控機(jī)制上雙基因表達(dá)情況與癌癥相關(guān)的途徑、生物學(xué)過(guò)程和標(biāo)志方面顯著相關(guān)，包括“細(xì)胞粘附分子（cellular adhe?sion molecules，CAMs）”、“白細(xì)胞遷移”、“Wnt/b?catenin 信號(hào)”［29］。一組研究人員還構(gòu)建包括MET?TL3、METTL14和HNRNPA2B1三基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分模型，該模型可以預(yù)測(cè)TCGA 患者的總生存期［31］。這些基于生物信息學(xué)的研究旨在建立和驗(yàn)證m6A 相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)基因作為腎透明細(xì)胞癌患者的預(yù)后因素。

5 m6A 修飾在睪丸癌中的研究進(jìn)展

睪丸生殖細(xì)胞瘤在20～40 歲的年輕男性中非常普遍，是這個(gè)年齡男性中最常見的致命實(shí)體瘤之一。甲胎蛋白和人絨毛膜促性腺激素是睪丸癌診療計(jì)劃的重要生物標(biāo)志物，特別是對(duì)睪丸生殖細(xì)胞癌患者的隨訪，但敏感性低（<50%）限制了它們的應(yīng)用。表觀遺傳學(xué)對(duì)于睪丸癌診斷和療效評(píng)估的潛在效能目前正在研究中。

一項(xiàng)研究為進(jìn)一步的破譯m6A 修飾在睪丸生殖細(xì)胞瘤中的作用提供了起點(diǎn)［33］。METTL3、ALKBH5、YTH 結(jié)構(gòu)域包含蛋白1（YTH domain containing protein 1，YTHDC1）、YTHDF1、YTHDF2和不均一核糖核蛋白C（heterogeneous nuclear ribo?nucleoprotein C，HNRNPC）是睪丸生殖細(xì)胞瘤中m6A 修飾的主要寫入器、擦除器和閱讀器。一項(xiàng)研究結(jié)果表明METTL3通過(guò)調(diào)節(jié)EMT 相關(guān)基因的表達(dá)參與睪丸生殖細(xì)胞瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，并可能在激活睪丸生殖細(xì)胞瘤的腫瘤免疫應(yīng)答中發(fā)揮作用［34］。證實(shí)METTL3可以作為睪丸生殖細(xì)胞瘤患者的獨(dú)立預(yù)后標(biāo)志物。另外，研究人員確定VIRMA和YTHDF3通過(guò)依賴m6A 修飾調(diào)控促進(jìn)精原細(xì)胞瘤形成，并且兩者表達(dá)水平的高低可作為準(zhǔn)確區(qū)分了精原細(xì)胞瘤和非精原細(xì)胞瘤，成為睪丸生殖細(xì)胞瘤患者新的候選生物標(biāo)志物［35］。

6 展望

在泌尿系惡性腫瘤患者中檢測(cè)到失調(diào)的m6A修飾水平以及異常表達(dá)的m6A 相關(guān)調(diào)控通路的結(jié)果為泌尿系腫瘤提供了新的研究方向。m6A 修飾調(diào)控分子在泌尿系腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中起重要作用，為理解泌尿系腫瘤表觀遺傳調(diào)控提供了新的視角。調(diào)控分子及新的信號(hào)通路可作為泌尿系腫瘤患者預(yù)后分層的潛在生物標(biāo)志物，有助于開發(fā)一種新的方法來(lái)更好地抑制腫瘤的進(jìn)展，并可幫助臨床醫(yī)生實(shí)現(xiàn)群體患者的精準(zhǔn)治療。

然而，癌癥表觀遺傳學(xué)的研究仍處于起始階段。從上述有限的研究表明m6A 相關(guān)調(diào)控基因在泌尿系統(tǒng)腫瘤中有不同的表達(dá)模式。即使相同的腫瘤類型，調(diào)控機(jī)制卻不同，可能的原因是由于研究隊(duì)列的方法學(xué)差異和組織學(xué)模式的差異。因此，需要更多高質(zhì)量的研究來(lái)比較這項(xiàng)或這組生物標(biāo)記物在每個(gè)病例中的敏感性、特異性、陽(yáng)性和陰性預(yù)測(cè)價(jià)值；并分析其在大的臨床環(huán)境中從有限的樣本中得出的結(jié)果是否具有有效的價(jià)值及可重復(fù)性。以期達(dá)到使m6A 修飾相關(guān)分子靶標(biāo)被臨床應(yīng)用，朝著精準(zhǔn)靶向治療的方向邁出一大步。