YTH N6-甲基腺苷RNA 結合蛋白F1 在消化系統(tǒng)惡性腫瘤中的研究進展△

黃楊媛，陳彩煌，米玉龍，李濱

桂林醫(yī)學院附屬醫(yī)院消化內科，廣西桂林 541000

消化系統(tǒng)惡性腫瘤嚴重威脅人類健康，國際癌癥研究機構（International Agency for Reserch Cancer，IARC）、美國癌癥協(xié)會（American Cancer Society，ACS）以及中國國家癌癥中心的統(tǒng)計數(shù)據(jù)均顯示其發(fā)病率及病死率較高[1-3]。對于晚期消化系統(tǒng)惡性腫瘤患者，一般的手術治療效果欠佳，急切需要尋找可行的替代治療方案。近年來分子靶向治療和免疫治療快速發(fā)展，精準醫(yī)學對晚期腫瘤患者是一道曙光，因此探索腫瘤的發(fā)病機制仍十分必要。生物體中有多種不同的RNA 修飾，這些修飾在疾病尤其是腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用[4]。腺苷的N6 位甲基化形成的N6-甲基腺苷（N6-methyladenosine，m6A）被認為是真核生物信使RNA（messenger RNA，mRNA）、微小RNA（microRNA，miRNA）[5]及長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）中最普遍、最豐富和最保守的內部轉錄修飾[6]。含有YTH 功能結構域的蛋白是m6A 閱讀器，YTH N6-甲基腺苷RNA 結合蛋白（YTH N6- methyladenosine RNA binding protein，YTHD）F1 是其中一員，其最主要的功能是影響m6A 修飾的基因翻譯。本文對YTHDF1 在消化系統(tǒng)惡性腫瘤中的研究進展進行綜述。

1 m6A 修飾和YTHDF1

m6A 由甲基化轉移酶（writer）、去甲基化酶（eraser）、m6A結合蛋白（reader）組成[7]。“writer”包括甲基轉移酶樣蛋白3（methyltransferase like 3，METTL3）、甲基轉移酶樣蛋白14（methyltransferase like 14，METTL14）及其附加亞基Wilms 腫瘤1 相關蛋白（Wilms tumor 1 associated protein，WTAP）、vir 樣m6A 甲基轉移酶相關蛋白（vir like m6A methyltransferase associated protein，VIRMA）、鋅指CCCH 型含蛋白13（zinc finger CCCH- type containing 13，ZC3H13）、Cbl 原癌基因樣1（Cbl proto-oncogene like 1，CBLL1）和RNA 結合基序蛋白15/15B（RNA binding motif protein 15/15B，RBM15/15B）。脂肪量和肥胖相關蛋白（fat mass and obesity associated，F(xiàn)TO）和RNA去甲基化酶alkB同源物5（alkB homolog 5,RNA demethylase，ALKBH5）被鑒定為mRNA上的“eraser”，并且發(fā)現(xiàn)另一個“eraser”——ALKBH3 優(yōu)先去甲基化轉運RNA（transfer RNA，tRNA）中的m6A?！皉eader”目前是一類含有YTH 功能結構域的蛋白，存在于真核生物的174種不同蛋白質中，高度保守，由145個氨基酸組成，是非結構化N端和C 端之間的序列[8]，其主要影響m6A 修飾基因的翻譯，其功能結構域的蛋白通過影響下游基因表達參與多種生物學功能，包括RNA 剪接、調控、核質轉運、穩(wěn)定性、翻譯和降解等[9-13]。YTH 結構域的二級結構由4 個α螺旋和6 個β鏈組成，選擇性地結合單鏈非結構化RNA，含有YTH 結構域的蛋白質通過由3個色氨酸殘基組成的保守芳香籠識別m6A結合位點[14]。YTH 功能結構域包括哺乳動物中的YTHDF1、YTHDF2 和YTHDF3 以及YTHDC1 和YTHDC2。在YTHDF1、YTHDF2 和YTHDF3 蛋白中，86%的YTH 結構域序列相同。YTHDF1 通過與m6A 修飾基因結合誘導mRNA 翻譯，從而在各種生理過程中發(fā)揮重要作用；YTHDF2 通過募集脫腺苷酸化復合物CCR4-NOT 加速其mRNA 靶標衰變，YTHDF3 促進翻譯并加速目標mRNA 衰變[15]。YTHDF1 的YTH 結構域由來自C 末端的β1、α1、β2和來自N 末端的α2 及β4 和β5 之間的環(huán)組成。YTHDF1 使用由Trp411、Trp465 和Trp470 組成的m6A結合口袋特異性識別m6A位點[16]。

YTHDF1 蛋白在不同腫瘤中的生理作用不同，其功能可能特定存在于某些細胞環(huán)境。據(jù)報道，YTHDF1 對腫瘤的發(fā)展具有一定的作用，例如乳腺癌中YTHDF1 通過m6A 修飾識別并結合叉頭框蛋白M1（forkhead box M1，F(xiàn)OXM1）的mRNA，并加速FOXM1的翻譯過程，從而加速乳腺癌轉移[17]。關于前列腺癌的研究證明了polo 樣激酶1（pololike kinase 1，PLK1）是YTHDF1 的直接靶標，YTHDF1 通過識別m6A 修飾的PLK1mRNA，以m6A 依賴性方式促進PLK1的翻譯，隨后促進磷脂酰肌醇-3-羥激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）信號通路過度激活[18]。此外，在頭頸部鱗狀細胞癌（head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC）的研究中，YTHDF1 表達與HNSCC 的惡性表型顯著相關，與CD4+T 細胞浸潤呈正相關，與CD8+T 細胞浸潤呈負相關，腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）相關的YTHDF1 可能作為指導免疫治療的預測性標志物[19-20]。YTHDF1 在不同腫瘤中的發(fā)生發(fā)展機制不同，所有類型腫瘤中，消化系統(tǒng)惡性腫瘤占比較大。

2 YTHDF1 與消化系統(tǒng)惡性腫瘤

2.1 YTHDF1 與食管癌

食管癌是第六大惡性腫瘤死亡原因，可分為食管鱗狀細胞癌（esophageal squamous cell carcinoma，ESCC）和食管腺癌（esophageal adenocarcinoma，EAC）兩種病理類型[21-22]。食管癌的發(fā)病機制仍未清晰。有學者通過分析66 例ESCC 患者的RNA 高通量測序數(shù)據(jù)結合癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）數(shù)據(jù)庫ESCC 數(shù)據(jù)集中提取的轉錄組數(shù)據(jù)，找出ESCC 相關的m6A 調控因子，結果提示YTHDF1 在ESCC 組織中高表達，YTHDF1 高表達與較差的生存有關，提示YTHDF1可能在ESCC 中發(fā)揮促癌基因的作用[23-24]。另一項研究報道，人類白細胞抗原復合體P5（human leukocyte antigen complex P5，HCP5）可直接與YTHDF1 相互作用，促進YTHDF1 與m6A 修飾的己糖激酶2（hexokinase 2，HK2）mRNA 結合，增強HK2 的穩(wěn)定性，從而促進ESCC 的Warburg 效應和進展[25]。同樣，YTHDF1 通過識別m6A 修飾穩(wěn)定erb-b2 受體酪氨酸激酶2（erb-b2 receptor tyrosine kinase 2，ERBB2）mRNA，從而促進ESCC 進展[26]。有研究提示，m6A 甲基化調節(jié)劑可能是程序性死亡配 體 1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，又稱PD-L1）表達和免疫細胞浸潤的關鍵介質，并可能強烈影響ESCC 的發(fā)展時間[24]。提示YTHDF1可能在ESCC 中發(fā)揮促癌基因的作用，并且在食管癌的發(fā)展進程中，YTHDF1 可能與免疫調節(jié)具有一定的聯(lián)系。

2.2 YTHDF1 與肝癌

中國是原發(fā)性肝細胞癌（hepatocelluar carcinoma，HCC）大國[27]，在五大洲中亞洲HCC 發(fā)病率較高[28]。隨著乙型肝炎疫苗的普及，肝癌的發(fā)病率在年輕人中有所下降，但由于中國人口基數(shù)大，肝癌的發(fā)病例數(shù)及病死例數(shù)仍較多。m6A 修飾作為最豐富的RNA 修飾，也參與了HCC 的發(fā)展過程。有研究者發(fā)現(xiàn)，YTHDF1 在肝癌中表達上調，體外實驗證明其可抑制AKT2和AKT3的翻譯，但并不影響轉錄水平。有研究采用京都基因與基因組百科全書（Kyoto Encylopaedia of Genes and Genomes，KEGG）進行基因集富集分析（gene set enrichment analysis，GSEA），結果表明，YTHDF1通過激活PI3K/AKT/雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin，MTOR）信號通路促進HCC 細胞增殖[29]。提示YTHDF1 可以通過促進肝癌細胞增殖促進肝癌的發(fā)生發(fā)展。與此同時，YTHDF1 對肝癌的影響還包括微環(huán)境及免疫逃逸。有研究通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，m6A 調節(jié)因子和PD-L1 可能在HCC的發(fā)生、侵襲和免疫逃逸過程中發(fā)揮重要作用[30]。也有學者報道一種新的環(huán)狀RNA——circRHBDD1，其可增強有氧糖酵解，并限制HCC 的抗程序性死亡受體1（programmed cell death 1，PDCD1，又稱PD-1）治療療效，該研究發(fā)現(xiàn)，circRHBDD1 將m6A 閱讀器YTHDF1 招募到磷酸肌醇-3-激酶調節(jié)亞基1（phosphoinositide-3-kinase regulatory subunit 1，PIK3R1）mRNA 并加速其在m6A 中的翻譯。真核翻譯起始因子4A3（eukaryotic translation initiation factor 4A3，EIF4A3）介導的外顯子反向剪接有助于circRHBDD1 表達上調。此外，circRHBDD1在抗PD-1 應答的HCC 患者中高表達，靶向circRHBDD1 可改善免疫小鼠模型的抗PD-1 治療療效，提示circRHBDD1/YTHDF1/PIK3R1 信號通路在HCC 發(fā)生發(fā)展中具有重要作用[31]。另一項小鼠實驗也支持YTHDF1 與免疫治療有關，甲硫氨酸通過為RNA m6A 修飾提供甲基供體，在抗腫瘤免疫和T 細胞免疫方面發(fā)揮關鍵作用，同時YTHDF1 和甲硫氨酸的代謝會影響并調節(jié)免疫檢查點分子的表達，通過限制甲硫氨酸飲食或YTHDF1 耗竭可抑制腫瘤生長，與PD-1 阻斷劑協(xié)同作用，可更好地控制腫瘤進展[32]。以上多項研究均提示m6A 修飾中的“reader”YTHDF1 參與了HCC 的發(fā)生發(fā)展，并且與腫瘤侵襲和免疫逃逸有關。因此，深入研究YTHDF1 對腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用，有可能為腫瘤治療提供新的靶點。

2.3 YTHDF1 與胃癌

胃癌是第五大常見惡性腫瘤，也是惡性腫瘤相關死亡第四大原因，嚴重威脅人類生命健康[1]。m6A 修飾作為生物體內最常見的修飾，在胃癌的發(fā)生發(fā)展過程中同樣發(fā)揮著重要作用[33]。m6A 修飾通過調節(jié)蛋白質合成和相關信號通路（如腫瘤細胞自噬、遷移、變異、增殖、上皮-間充質轉化、耐藥和異常糖酵解）影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展，這預示m6A修飾是惡性腫瘤治療的重要靶標[34-36]。YTHDF1 在胃癌發(fā)生發(fā)展過程中的作用機制仍未能十分明確。有學者通過分析TCGA 中m6A 相關基因的表達譜，并通過LASSO 邏輯模型構建了診斷m6A 的數(shù)據(jù)庫，揭示了YTHDF1在胃癌中的表達變異譜，通過實時熒光定量聚合酶鏈反應和蛋白質印跡法分析17 例胃癌組織和配對的鄰近正常組織以及胃癌細胞系，驗證了YTHDF1在基因表達綜合（Gene Expression Omnibus，GEO）數(shù)據(jù)庫中胃癌數(shù)據(jù)集中的表達趨勢，結果提示，YTHDF1 在胃癌中呈高表達[37]。非甾體抗炎藥（包括布洛芬）在臨床中的應用十分廣泛，其可參與各種信號通路，例如p75 神經(jīng)營養(yǎng)蛋白受體（p75 neurotrophin receptor，p75NTR）可通過誘導細胞周期停滯和調節(jié)細胞凋亡來抑制腫瘤生長，p75NTR 的表達受表觀遺傳作用的影響。有學者在研究中發(fā)現(xiàn)，布洛芬可以通過促進YTHDF1、YTHDF3 和YTHDC2 的表達增強腫瘤蛋白p53（tumor protein p53，TP53）翻譯[38]。另有研究發(fā)現(xiàn)，YTHDF1 以m6A 依賴性方式促進WNT受體——卷曲類受體7（frizzled class receptor 7，F(xiàn)ZD7）翻譯，突變的YTHDF1可增強FZD7 的表達，導致WNT/β-聯(lián)蛋白（β-catenin）信號通路過度激活并促進胃癌發(fā)生[39]。導致胃癌發(fā)生的機制非常復雜，這個過程中有多種信號通路參與，同樣，微環(huán)境對于胃癌的發(fā)展也十分重要。胃癌的治療方法包括手術、化療和放療[40]。免疫療法是繼手術、化療和放療之后的一種新型療法[41-42]，通過誘導、增強或調節(jié)免疫反應來達到治療效果，目前胃癌的免疫療法主要包括免疫檢查點抑制劑療法[43-44]。有研究發(fā)現(xiàn)，m6A 的多個調節(jié)因子（包括YTHDF1）在胃癌組織中過表達，PD-L1 和PD-1 在胃癌組織中的表達水平均顯著升高，且與METTL3、YTHDF1 表達顯著相關[45]。有關納米技術包裹材料治療胃癌的研究也有十分重要的發(fā)現(xiàn)。研究顯示，YTHDF1 缺失可介導干擾素受體1 的過表達并增強干擾素受體1的作用，促進主要組織相容性復合物Ⅰ類在腫瘤細胞上的表達，實現(xiàn)免疫原性腫瘤細胞的自我呈遞，從而強烈刺激細胞毒性T 淋巴細胞反應。并且該研究設計了整合素相關蛋白CD47 高表達和磷脂-聚乙二醇-整合素靶向環(huán)肽[DSPE-PEG-cyclo（Arg-Gly-Asp-Tyr-Cys），DSPE-PEG-c（RGDyC）]修飾的小細胞外囊泡，用于有效遞送針對m6A 的“reader”YTHDF1，通過表觀遺傳和免疫調節(jié)治療胃癌，該納米材料通過阻礙YTHDF1 控制的FZD7翻譯，阻斷WNT/β-catenin 信號通路，從而抑制胃癌進展和轉移，這是一種表觀遺傳調節(jié)劑，在免疫治療方面具有巨大潛力[46]。以上研究表明，胃癌的發(fā)生發(fā)展是由多種因素共同作用引起的，微環(huán)境及免疫調節(jié)扮演著十分重要的角色，PD-1 和PD-L1對惡性腫瘤的治療有著確切的療效，而YTHDF1在免疫逃逸方面的作用仍不可忽視，有待進一步深入了解。

2.4 YTHDF1 與結直腸癌

結直腸癌是不可忽視的惡性腫瘤，其病因很多，WNT 信號在不同組織的正常胚胎發(fā)育過程中起著重要作用，并調節(jié)細胞生長、凋亡和分化[47]，WNT信號通路的組成成分改變可導致結直腸癌，此外，WNT/β-catenin 信號通路與腫瘤干細胞有關[48]。有研究發(fā)現(xiàn)，YTHDF1 在腸癌中過表達，采用小鼠模型檢測YTHDF1 在WNT 驅動的腫瘤發(fā)生中的功能，結果顯示，YTHDF1 缺乏可抑制結直腸癌形成，并且腫瘤數(shù)量減少，腫瘤體積縮小，隨著YTHDF1表達減少，T 細胞轉錄因子7 類似物2（transcription factor 7 like 2，TCF7L2）的翻譯也會減少，導致WNT 信號失活和腫瘤細胞干性喪失[49-50]。與此同時，其他信號通路也影響YTHDF1 對結直腸癌的作用。有學者發(fā)現(xiàn)，YTHDF1 可以上調糖皮質激素調節(jié)元件結合蛋白2（glucocorticoid modulatory element binding protein 2，GMEB2）的表達，GMEB2 作為轉錄因子反式激活黏附調節(jié)分子1（adhesion regulating molecule 1，ADRM1）/核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）信號通路，從而促進惡性腫瘤的發(fā)展[51]。也有研究提示，YTHDF1 通過影響Rho/Rac鳥嘌呤核苷酸交換因子2（Rho/Rac guanine nucleotide exchange factor 2，ARHGEF2）翻譯和ras 同源物家族成員A（ras homolog family member A，RhoA）信號通路促進結直腸癌的發(fā)展[52]。YTHDF1在結直腸癌中的作用也與微環(huán)境免疫調節(jié)相關。研究提示，YTHDF1 表達與TCGA 數(shù)據(jù)庫結直腸癌數(shù)據(jù)集中的γ-干擾素基因呈負相關，并且與CD8+T細胞浸潤呈負相關，表明其在腫瘤免疫微環(huán)境中具有一定的作用。YTHDF1 可通過促進p65/v-rel網(wǎng)狀內皮增生病毒癌基因同源物A（v-rel avian reticuloendotheliosis viral oncogene homolog A，RELA）翻譯上調C-X-C 趨化因子配體1（C-X-C motif chemokine ligand 1，CXCL1）的表達，從而通過影響CXCL1/C-X-C 趨化因子受體2（C-X-C motif chemokine receptor 2，CXCR2）信號通路促進骨髓來源抑制細胞的遷移，而增加的骨髓來源抑制細胞反過來會在腫瘤免疫微環(huán)境中拮抗功能性CD8+T 細胞，并且敲低YTHDF1可提高微衛(wèi)星不穩(wěn)定結直腸癌的抗PD-1作用，克服微衛(wèi)星穩(wěn)定結直腸癌的PD-1耐藥性[53]。由此可見，YTHDF1 可通過不同途徑參與結直腸癌的發(fā)生發(fā)展過程，其重要的分子機制是影響WNT 通路及腫瘤微環(huán)境免疫逃逸，這將是研究結直腸癌發(fā)病機制及治療方案的顯著突破點。

2.5 YTHDF1 與胰腺癌

胰腺癌被稱為癌中之王，發(fā)展快、病死率高，許多患者發(fā)現(xiàn)時已發(fā)展至晚期，明確胰腺癌的發(fā)生發(fā)展機制十分重要。越來越多的證據(jù)表明腫瘤免疫微環(huán)境在胰腺癌的發(fā)病機制中具有關鍵作用[54]。胰腺癌患者表現(xiàn)出免疫抑制細胞增加、自然殺傷細胞活性受損、細胞毒性T 淋巴細胞失活和其他免疫細胞失調[20,55]。研究表明，m6A 調節(jié)劑在許多類型惡性腫瘤中具有診斷和預后預測作用[56-57]。一項包括YTHDF1 在內的6 個m6A 調節(jié)因子的風險評估發(fā)現(xiàn)，低風險評分患者對免疫檢查點抑制劑的反應更高，總生存期更長[58]。m6A在DNA 雙鏈斷裂的同源重組修復中同樣也發(fā)揮作用，非瑟酮（可能是一種有前途的抗腫瘤劑）通過影響ZC3H13 介導的PHD指蛋白10（PHD finger protein 10，PHF10）m6A 修飾增強了DNA 雙鏈斷裂，其中PHF10 m6A 甲基化以YTHDF1 依賴性方式降低自身的翻譯。一種名為Olean-28，13β-內酰胺（B28）的齊墩果酸甲基新衍生物具抑制胰腺癌細胞生長的作用，其通過增加活性氧基團促進氧化損傷，進而導致細胞凋亡，并且B28 可通過阻斷YTHDF1/谷氨酰胺酶1 信號通路促進氧化應激[59]。與此同時，m6A 的調節(jié)因子ALKBH5 可通過調節(jié)CD8+、CD4+T 細胞聚集誘導腫瘤細胞發(fā)生免疫逃逸[60]。提示微環(huán)境及免疫逃逸與m6A修飾存在一定的聯(lián)系。

3 小結與展望

綜上所述，m6A 修飾作為生命體中最常見的修飾，對多種腫瘤的發(fā)展具有促進作用。YTHDF1 作為m6A 修飾中的主要調節(jié)因子，主要影響被調節(jié)基因的翻譯。YTHDF1在食管癌、肝癌、胃癌、結直腸癌、胰腺癌中均呈過表達，在消化系統(tǒng)中是一個促癌基因。提示YTHDF1 可以成為消化系統(tǒng)惡性腫瘤的診斷指標，為腫瘤的早發(fā)現(xiàn)提供診斷依據(jù)，這是一個值得深入研究的方向。YTHDF1 通過多種途徑對腫瘤的發(fā)生發(fā)展產生作用，如PI3K/AKT、WNT/β-catenin、NF-κB 信號通路等。食管癌、肝癌、胃癌、結直腸癌的研究均提示YTHDF1參與了微環(huán)境免疫逃逸機制，但胰腺癌的研究僅提示m6A 與微環(huán)境免疫逃逸密切相關，YTHDF1 的作用機制尚未十分清楚，需要進一步的深入探索。PD-1/PD-L1 免疫調節(jié)機制對于腫瘤患者的精準治療十分重要，而免疫調節(jié)機制又具有個體差異性，因此需要繼續(xù)探索YTHDF1 在微環(huán)境免疫調節(jié)機制中發(fā)揮的作用，其在腫瘤患者的精準治療中有著廣闊的應用前景。