FTO調(diào)控PYCR1-RNA-m6A促進(jìn)膀胱癌發(fā)生發(fā)展的研究進(jìn)展*

肖帥，宋偉，夏明，張佳晨

［湖南省人民醫(yī)院（湖南師范大學(xué)附屬第一醫(yī)院）泌尿外科，湖南 長沙410005］

膀胱癌（bladder cancer,BLCA）是最常見的泌尿系統(tǒng)惡性腫瘤，也是全球最常見的癌癥之一。據(jù)統(tǒng)計，2018 年全球共有549 393 例患者診斷出BLCA，199 922 例死于該病［1］，其主要危險因素為吸煙［2］等。N6-甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine,m6A）是真核生物mRNA 最常見的轉(zhuǎn)錄后修飾形式［3］，參與BLCA 的發(fā)生發(fā)展。肥胖相關(guān)蛋白（FTO）通過m6A 依賴性的去甲基化酶活性廣泛參與脂肪形成和腫瘤的發(fā)生，影響多個mRNA 的轉(zhuǎn)錄后修飾［4］，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中，F(xiàn)TO 常過表達(dá)且可通過降低吡咯啉-5-羧酸還原酶1（PYCR1）的m6A 甲基化，延長PYCR1 mRNA 半衰期，以促進(jìn)癌細(xì)胞在體外增殖和遷移以及腫瘤在體內(nèi)的生長［5］。本文就FTO 調(diào)控PYCR1-RNAm6A 促進(jìn)膀胱癌發(fā)生發(fā)展的最新研究進(jìn)展作一綜述。

1 m6A 修飾與BLCA

1.1 m6A 概述

基因的表達(dá)調(diào)控包括基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后修飾和翻譯調(diào)控等多個層面，目前RNA 的轉(zhuǎn)錄后修飾是學(xué)術(shù)界的研究熱點，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)171 種RNA修飾形式［6］。m6A 甲基化修飾是一種動態(tài)且可逆的過程，RNA m6A 甲基化主要在轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)節(jié)基因表達(dá)，并參與RNA 代謝的各個方面，包括前mRNA 剪接，3′末端處理、核輸出、翻譯調(diào)控、mRNA 衰變和長非編碼RNA（lncRNA）處理［7］，特別是在3'-UTR 起始靠近翻譯終止密碼子的附近，常嵌入序列5'-RRACH-3'［8］。m6A 甲基化修飾過程主要由m6A 甲基轉(zhuǎn)移酶（作家蛋白）、m6A 去甲基化酶（橡皮擦蛋白）、m6A 結(jié)合蛋白（閱讀蛋白）3 種工具蛋白參與，其中作家蛋白主要是由甲基轉(zhuǎn)移酶樣蛋白3（methyltransferase-like protein 3,METTL3）、甲基化轉(zhuǎn)移酶樣蛋 白 14（methyltransferase-like protein14,METTL14）和Wilms 腫瘤1 相關(guān)蛋白（Wilms tumor 1-associated protein,WTAP）為核心組成的甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物［9］。METTL3 和METTL14 形成異二聚體，WTAP 通過募集METTL3 和METTL14 來協(xié)同介導(dǎo)m6A 甲基化過程［10］。橡皮擦蛋白主要包括FTO 和α-酮戊二酸依賴的加雙氧酶ALKB 同源蛋白5（ALKBH）［11］。閱讀蛋白主要包括YTHN6 甲基腺苷RNA 結(jié)合蛋白1-3（YTHDF1-3）、YTHN6 甲基腺苷RNA 結(jié)合蛋白1-3（YTHDF1-3）、YTH 結(jié)構(gòu)域蛋白1-2（YTHDC1-2）以及胰島素樣生長因子2結(jié)合蛋白（IGF2BP）［12］。

m6A 修飾與多種腫瘤發(fā)生發(fā)展有關(guān)，抑癌基因SPRED2 可通過與Raf/MEK/ ERK 途徑相互作用防止癌細(xì)胞遷移和侵襲［13］。PENG 等［14］研究表明，METTL3 在結(jié)直腸癌（CRC）中過表達(dá)并參與異常pri-miR-1246 m6A 修飾，促進(jìn)從pri-miR-1246到成熟miR-1246 的過渡，而miR-1246 可通過直接與SPRED2 結(jié)合來抑制SPRED2 的表達(dá)，METTL3 介導(dǎo)的miR-1246 上調(diào)對SPRED2 的表達(dá)呈負(fù)調(diào)節(jié)，過表達(dá)的miR-1246 和受抑制的SPRED2 可阻礙RAF/MEK/ERK 的激活，由此可見METTL3 通過METTL3/miR-1246/SPRED2軸，抑制RAF/MEK/ERK 通路，促進(jìn)CRC 癌細(xì)胞的增值和侵襲。LI 等［15］研究發(fā)現(xiàn)，在肝細(xì)胞癌中，缺氧誘導(dǎo)因子HIF-1α 通過與YTHDF1 的啟動子結(jié)合來促進(jìn)YTHDF1 的過表達(dá)，然后通過識別自噬相關(guān)基因ATG2A 和ATG14 的m6A 修飾來與其結(jié)合，促進(jìn)了缺氧誘導(dǎo)的自噬和自噬相關(guān)的肝細(xì)胞癌發(fā)生。QIAN 等［16］研究表明肺癌相關(guān)轉(zhuǎn)錄本3（LCAT3）是一種新的致癌性lncRNA，通過METTL3 介導(dǎo)的m6A 修飾使LCAT3 穩(wěn)定，并在肺癌中過表達(dá)，LCAT3 將上游元素結(jié)合蛋白1（FUBP1）招募到MYC 遠(yuǎn)上游元素（FUSE）序列中，從而激活MYC 轉(zhuǎn)錄以促進(jìn)肺癌細(xì)胞的增殖、存活、入侵和轉(zhuǎn)移。

1.2 m6A 對BLCA 影響

METTL3、YTHDF2 促進(jìn)BLCA 癌細(xì)胞的增殖遷移。XIE 等［17］通過TCGA 數(shù)據(jù)庫和Western Blot分析發(fā)現(xiàn)METTL3 和YTHDF2 在BLCA 中高度表達(dá)，且兩者之間存在正相關(guān)關(guān)系，METTL3/YTHDF2 m6A 調(diào)控軸可以降解BLCA 細(xì)胞系（T24,UM-UC-3）中腫瘤降解因子SETD7（組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶）和KLF4（Kruppel 樣因子），從而促進(jìn)BLCA 的發(fā)生發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)METTL14 在BLCA 和膀胱腫瘤起始細(xì)胞（TIC）中表達(dá)較低，而METTL14 和m6A 參與抑制在BLCA 發(fā)生和膀胱TIC 自我更新中起重要作用的Notch1 mRNA 的穩(wěn)定性。GU 等［18］在實驗中將METTL14 敲除后，m6A 水平隨之降低，兩者減少對Notch1 mRNA 穩(wěn)定性的抑制共同促進(jìn)TIC 的增值、自我更新、轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致BLCA 的發(fā)生發(fā)展，而METTL14 過表達(dá)則起相反的作用。m6A 甲基化修飾通過信號軸METTL3-AFF4-SOX2/MYC 在膀胱癌干細(xì)胞（BCSCs）的自我更新和致瘤性中發(fā)揮關(guān)鍵作用，METTL3 通過m6A 甲基化修飾AFF4 mRNA，促進(jìn)AFF4 的表達(dá)，而AFF4 又與SOX2 和MYC 的啟動子區(qū)域結(jié)合，激活維持其轉(zhuǎn)錄活性，增強(qiáng)了BLCA的腫瘤發(fā)生和腫瘤啟動能力［19］。HAN 等［20］在研究中發(fā)現(xiàn)在BLCA 中METTL3 過表達(dá)，METTL3 通過與微處理器蛋白DGCR8 相互作用增強(qiáng)對primiR221/222 的識別，促進(jìn)pri-miR221/222 m6A 甲基化修飾并以此加速其成熟，間接導(dǎo)致抑癌基因PTEN 蛋白表達(dá)降低，促進(jìn)膀胱癌的腫瘤增殖。

2 FTO 與BLCA

2.1 FTO 概述

FTO 作為第一個RNA 去甲基化酶，在RNA甲基化研究中取得了巨大的發(fā)展，并且揭示了m6A 是一種可逆和動態(tài)的RNA 修飾［21］。FTO 通過調(diào)節(jié)脂肪生成途徑和誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞前分化來促進(jìn)脂肪發(fā)生，由FTO 基因編碼的FTO 蛋白屬于雙加氧酶家族，其酶活性依賴于Fe（II）和2-氧代戊二酸［22］。在酶學(xué)上，F(xiàn)TO 是真核細(xì)胞中的RNA m6A 去甲基化酶，全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）確定了FTO 中的單核苷酸多態(tài)性（SNP）與肥胖以及包括子肺癌、乳腺癌、宮內(nèi)膜癌在內(nèi)的癌癥有關(guān)［23］。

肺癌中FTO 過表達(dá)，其發(fā)揮去甲基化酶效應(yīng)降低骨髓鋅指蛋白（MZF1）和泛素特異性蛋白酶（USP7）m6A 甲基化修飾水平，提高了其mRNA 穩(wěn)定性，使USP7、MZF1 的表達(dá)與FTO 水平呈正相關(guān)，促進(jìn)了肺癌細(xì)胞的增殖速率，提高了肺癌細(xì)胞在體外形成集落的能力［24-25］。在臨床乳腺癌患者中FTO 過表達(dá)，促凋亡基因BNIP3 具有緩解FTO 依賴性腫瘤生長和轉(zhuǎn)移來抑制腫瘤的作用，而BNIP3 是FTO 介導(dǎo)的m6A 修飾的下游靶點，與FTO 表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，F(xiàn)TO 使BNIP3 mRNA 的3'UTR 中的m6A 去甲基化并導(dǎo)致其降解，顯著促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞增殖、集落形成和細(xì)胞凋亡減少［26］。在子宮內(nèi)膜癌（EC）中，F(xiàn)TO 可催化HOXB13 mRNA 的3'UTR 區(qū)的去甲基化修飾，從而消除YTHDF2 通過識別m6A 峰來促進(jìn)HOXB13 mRNA的衰變，HOXB13 mRNA 衰變的減少和HOXB13蛋白表達(dá)的增加使Wnt 信號通路異常激活和下游蛋白高表達(dá)，從而導(dǎo)致EC 的轉(zhuǎn)移和侵襲，其中Wnt 信號通路抑制劑ICG-001 可以阻斷HOXB13基因誘導(dǎo)的腫瘤轉(zhuǎn)移［27］。

2.2 FTO 對BLCA 的影響

在BLCA 患者中FTO 過表達(dá)，F(xiàn)TO 以m6A 依賴性的方式通過FTO/miR-576/CDK6 途徑促進(jìn)膀胱癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲，細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶6（CDK6）是miR-576 的直接下游靶標(biāo)，F(xiàn)TO 和miR-576 表達(dá)之間呈負(fù)相關(guān)，而miR-576模擬轉(zhuǎn)染后CDK6 的表達(dá)降低，CDK6 過表達(dá)會增加細(xì)胞增殖并降低DNA 修復(fù)能力，并促進(jìn)膀胱癌中的細(xì)胞增殖［28］。TAO 等［29］通過研究發(fā)現(xiàn)FTO通過MALAT1/miR-384/MAL2 軸促進(jìn)BLCA 的增值和遷移［肺腺癌轉(zhuǎn)錄本1（MALAT1）、mal T 細(xì)胞分化蛋白2（MAL2）與miR-384 可相互影響并受FTO 調(diào)節(jié)，但其具體機(jī)制尚不清楚］，F(xiàn)TO 可消除MALAT1 5'末端m6A 甲基化修飾，從而提高M(jìn)ALAT1 mRNA 的半衰期和表達(dá)，進(jìn)而上調(diào)MAL2在異種移植腫瘤組織中的蛋白表達(dá)，并減弱miR-384 表達(dá)，減弱miR-384 通過降低CDK6 的表達(dá)水平來抑制的腫瘤發(fā)生的效應(yīng)。SUN 等［30］實驗研究指出miR-5581-3p 作為一種新型的BLCA 腫瘤抑制劑，SMAD3 和FTO 為miR-5581-3p 的直接靶標(biāo)，miR-5581-3p 減弱FTO 的表達(dá)，使BLCA 中m6A水平降低，同時miR-5581-3p 可通過沉默SMAD3來抑制EMT 進(jìn)展并最終抑制BLCA（T24 和UMUC3 細(xì)胞系）的增殖和遷移能力。

3 PYCR1 與BLCA

3.1 PYCR1 概述

脯氨酸在人體很多方面發(fā)揮重要作用，如細(xì)胞信號傳遞、細(xì)胞生物能學(xué)以及惡性腫瘤細(xì)胞代謝。惡性腫瘤細(xì)胞生長、生存相關(guān)的脯氨酸代謝方面，成為近年來研究工作熱點［31］。PYCR1 是一種線粒體內(nèi)膜蛋白［32］，其通過NADPH 的氧化作用，將吡咯啉-5-羧酸（P5C）還原成脯氨酸，進(jìn)而催化脯氨酸循環(huán)的生物合成反應(yīng)。多種惡性腫瘤通過調(diào)節(jié)脯氨酸循環(huán)和生物合成改變脯氨酸代謝，沉默PYCR1 可以抑制其腫瘤細(xì)胞增殖。越來越多的證據(jù)顯示，PYCR1 與惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，可能作為基因靶向治療的潛在靶點［33］。

在胃癌（GC）中PYCR1 表達(dá)上調(diào)，在GC 患者的的腫瘤標(biāo)本和尿液樣本中的脯氨酸水平顯著增加，且PYCR1 蛋白表達(dá)高低與晚期腫瘤分期、侵襲性組織學(xué)類型相關(guān)［34-35］。XIAO 等［36］研究發(fā)現(xiàn)，PI3K/Akt 途徑通過GC 中的PYCR1 影響脯氨酸代謝，PI3K/Akt 通路是PYCR1 的上游調(diào)控因子，PI3K/Akt 的激活導(dǎo)致4E-BP1 失活，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子eIF4E 的釋放，eIF4E 觸發(fā)包括c-MYC 等多種致癌基因的轉(zhuǎn)錄進(jìn)一步導(dǎo)致PYCR1 的表達(dá)上調(diào)，因此PYCR1 mRNA 的表達(dá)與PIK3CB 和Akt1 mRNA 表達(dá)呈正相關(guān)，該研究表明PYCR1 過表達(dá)可以通過增強(qiáng)腫瘤增殖和響應(yīng)代謝應(yīng)激來促進(jìn)GC進(jìn)展，并作為GC 患者預(yù)后的標(biāo)志物。LI 等［37］在研究中指出鼻咽癌（NPC）中PYCR1 呈過表達(dá)，MicroRNA hsa-miR-150-5p 可直接抑制PYCR1 來減弱NPC 癌細(xì)胞的活性、增殖、遷移和侵襲。YAN等［38］實驗得出在CRC 中PYCR1 呈過表達(dá)，實驗可通過降低PYCR1 的表達(dá)來使STAT3 介導(dǎo)的p38 MAPK 和NF-κB 信號通路失活來抑制CRC 癌細(xì)胞中的細(xì)胞增殖、耐藥性和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)變。

3.2 PYCR1 對BLCA 的影響

PYCR1 在多種癌癥的惡性進(jìn)展中起重要作用。然而，PYCR1 在BLCA 中的作用尚未得到很好的研究。CHENG 等［39］在研究中發(fā)現(xiàn)Rac 家族的小GTPase 3（RAC3）在BLCA 組織和細(xì)胞系中過表達(dá)，RAC3 的過表達(dá)提高了PYCR1 mRNA 的表達(dá)和蛋白質(zhì)水平，RAC3 作為致癌基因通過PYCR1的上調(diào)顯著增加了JAK2，磷酸化的JAK2，STAT3，磷酸化的STAT3 和STAT3 依賴性基因c-MYC 的蛋白質(zhì)水平，激活了BLCA 中由PYCR1 介導(dǎo)的JAK/STAT 信號傳導(dǎo)，促進(jìn)了BLCA 細(xì)胞增殖，遷移和侵襲。SONG 等［5］研究表明泛素特異性肽酶18（USP18）對FTO N-末端蛋白結(jié)構(gòu)域施加翻譯后去泛素化，抑制蛋白酶體對FTO 降解，穩(wěn)定的FTO 通過降低PYCR1 上的m6A 甲基化，延長了PYCR1 mRNA 半衰期，以此促進(jìn)BLCA 細(xì)胞在體外增殖和遷移以及腫瘤在體內(nèi)的生長。DU等［40］研究發(fā)現(xiàn)PYCR1 在BLCA 中高表達(dá)，其通過調(diào)節(jié)Akt/Wnt/β-catenin 信號通路促進(jìn)BLCA 腫瘤細(xì)胞的增值遷移，在BLCA 中PYCR1 基因過表達(dá)提高了BLCA 組織中Akt 的磷酸化，導(dǎo)致引起βcatenin 降解的糖原合酶激酶-3β（GSK-3β）失活，使Wnt/β-catenin 信號通路異常激活介導(dǎo)腫瘤形成，復(fù)活的Wnt/β-catenin 信號通路能顯著逆轉(zhuǎn)PYCR1敲除介導(dǎo)的腫瘤形成抑制。

4 總結(jié)與展望

m6A 甲基化修飾通過m6A 甲基化轉(zhuǎn)移酶、m6A去甲基化酶和m6A 結(jié)合蛋白在惡性腫瘤中主要起到了促進(jìn)癌基因表達(dá)的作用。FTO 依靠m6A 依賴性的去甲基化酶活性去除mRNA、miRNA 等的m6A 修飾，改變其穩(wěn)定性，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。PYCR1 可影響多種經(jīng)典癌基因或信號通路，包括c-MYC 基因以及Wnt、PI3K/ AKT 通路等，相較于FTO、m6A 對BLCA 發(fā)生促進(jìn)作用的闡明，PYCR1 在BLCA 中的作用機(jī)制尚未得到很好的研究。如能通過后續(xù)研究，進(jìn)一步闡明PYCR1 促進(jìn)BLCA 發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制，m6A、FTO、PYCR1將可能成為未來BLCA 治療的潛在靶點，為整體提高臨床上BLCA 的診療水平、提升BLCA 患者生存率提供重要的理論和實踐依據(jù)。