m6A去甲基化酶在白血病中的研究進(jìn)展

周欣宇 張婷 賈秀紅

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院兒科，濱州 256603

白血病是多種基因參與的造血干細(xì)胞惡性克隆性疾病，近幾年發(fā)現(xiàn)可通過改變表觀遺傳學(xué)的方式調(diào)控白血病細(xì)胞中的重要靶點(diǎn)基因達(dá)到治療白血病的目的。N6-甲基腺苷嘌呤（N6-methyladenosine，m6A）甲基化是最常見的RNA化學(xué)修飾。研究發(fā)現(xiàn)，m6A去甲基化酶的異常高表達(dá)會(huì)導(dǎo)致下游基因m6A甲基化修飾水平紊亂，影響白血病細(xì)胞的增殖、分化以及對(duì)化療藥物的敏感性［1］。現(xiàn)就m6A去甲基化酶在白血病中發(fā)揮的作用機(jī)制及在白血病治療中的研究進(jìn)展作一綜述。

m6A去甲基化酶概述

早期表觀遺傳修飾的研究主要集中在DNA和蛋白質(zhì)水平，隨著表觀轉(zhuǎn)錄組學(xué)的興起與發(fā)展，RNA分子水平上的表觀遺傳學(xué)修飾逐漸成為腫瘤研究熱點(diǎn)。m6A甲基化是指發(fā)生在腺苷N6位的甲基化修飾，是一種廣泛的RNA表觀遺傳修飾。近年來研究發(fā)現(xiàn)，以m6A為主的RNA表觀遺傳修飾在腫瘤的發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮著重要作用［2］。m6A甲基化是一個(gè)由m6A甲基轉(zhuǎn)移酶催化、去甲基化酶去除和m6A特異性結(jié)合蛋白識(shí)別并與m6A甲基化修飾位點(diǎn)結(jié)合的動(dòng)態(tài)修飾過程，可通過介導(dǎo)下游RNA的降解、翻譯及易位等方式調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)［3］。脂肪和肥胖相關(guān)蛋白（fat mass and obesity associated protein，F(xiàn)TO）和AlkB同源蛋白5（Alk B homolog 5，ALKBH5）作為m6A去甲基化酶，均屬于AlkB雙加氧酶家族，可在Fe2+和α-酮戊二酸的催化下將N6-甲基氧化成羥甲基來發(fā)揮去甲基化的作用［4］。FTO作為第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的m6A去甲基化酶，一開始被認(rèn)為與細(xì)胞程序性死亡相關(guān)，主要通過其C端特定的結(jié)構(gòu)域識(shí)別并與RNA中的m6A共有基序相結(jié)合，去除目標(biāo)RNA中的甲基化殘基來降低RNA甲基化水平［5］。隨后，研究發(fā)現(xiàn)了與FTO同源的m6A去甲基化酶ALKBH5，發(fā)現(xiàn)ALKBH5則是通過丙氨酸富集區(qū)和特有的卷曲螺旋結(jié)構(gòu)對(duì)RNA進(jìn)行去甲基化修飾，主要通過調(diào)節(jié)RNA的輸出與代謝水平來降低RNA甲基化水平［6］。

m6A去甲基化酶在白血病中的作用機(jī)制

1.影響白血病細(xì)胞的增殖

根據(jù)全基因組關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO的多個(gè)單核苷酸多態(tài)性與肥胖風(fēng)險(xiǎn)和某些腫瘤的發(fā)生顯著相關(guān)，而在人類血細(xì)胞中FTO表達(dá)增加與單核苷酸多態(tài)性風(fēng)險(xiǎn)基因型之間的關(guān)系也已被證明，這表明FTO可能在白血病的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮一定的作用［7-8］。在急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，AML）中，Su等［9］發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于健康細(xì)胞，F(xiàn)TO在原代AML細(xì)胞中高表達(dá)。在原發(fā)AML患者中，CD34+未成熟AML細(xì)胞的FTO水平高于CD34+AML細(xì)胞，當(dāng)敲除FTO后，人原代AML CD34+細(xì)胞的凋亡和髓系分化顯著增加，并顯著抑制了AML細(xì)胞的集落形成。有研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO在t（11q23）/MLL-重排、t（15；17）/PML-RARA、FLT3-ITD和/或NPM1突變等亞型的AML中表達(dá)異常升高，并發(fā)現(xiàn)高表達(dá)的FTO在非翻譯區(qū)靶向降低ASB2和RARA的m6A水平，使ASB2和RARA的mRNA轉(zhuǎn)錄本穩(wěn)定性降低，導(dǎo)致這兩個(gè)基因在RNA水平以及蛋白水平表達(dá)下調(diào)，顯著提高了白血病細(xì)胞的存活與增殖，抑制了白血病細(xì)胞的凋亡［10-11］。Qing等［12］在其他AML細(xì)胞（NOMO-1和U937）中發(fā)現(xiàn)敲除FTO可明顯抑制細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞的凋亡，使細(xì)胞周期阻滯于G0/G1期。吳淡森等［13］發(fā)現(xiàn)在AML細(xì)胞THP-1中上調(diào)let-7b-5p的表達(dá)，F(xiàn)TO表達(dá)下降，增加了原癌基因c-MYC的mRNA上的m6A修飾，使c-MYC mRNA的穩(wěn)定性降低、表達(dá)下降，抑制了THP-1細(xì)胞的增殖。

在慢性髓系白血病（chronic myeloid leukemia，CLL）中，F(xiàn)TO也呈異常高表達(dá)狀態(tài)。Zhang等［14］發(fā)現(xiàn)，在CLL細(xì)胞中，沉默F(xiàn)TO基因的表達(dá)，p-CHK2、c-MYC、p-p53、cyclinD1的表達(dá)會(huì)顯著下降，而p-H2AX的表達(dá)增加，從而促進(jìn)CLL細(xì)胞的存活。

2.影響白血病細(xì)胞的免疫逃避

研究發(fā)現(xiàn)，白細(xì)胞免疫球蛋白受體亞家族成員B4（leukocyte immunoglobulin like receptor B4，LILRB4）作為AML細(xì)胞中的免疫檢查點(diǎn)基因，LILRB4高表達(dá)可以促進(jìn)AML細(xì)胞浸潤(rùn)，抑制T細(xì)胞的活性［15］。Su等［9］研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO利用其去甲基化酶作用，可直接上調(diào)LILRB4的表達(dá)，降低T細(xì)胞對(duì)AML細(xì)化胞識(shí)別的敏感性，促進(jìn)AML細(xì)胞的免疫逃避，進(jìn)而促進(jìn)AML的發(fā)生發(fā)展。

3.影響白血病細(xì)胞的代謝途徑

研究發(fā)現(xiàn)，磷酸果糖激酶（phosphofructokinase，PFKP）和乳酸脫氫酶B（lactate dehydrogenase B，LDHB）通過有氧糖酵解的代謝途徑在白血病中發(fā)揮致癌作用［16-17］。Qing等［18］發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO可與PFKP和LDHB轉(zhuǎn)錄本緊密結(jié)合，抑制FTO的m6A去甲基化酶活性后，會(huì)提高PFKP和LDHB的m6A甲基化水平，導(dǎo)致PFKP和LDHB的mRNA降解增加，腫瘤細(xì)胞的有氧糖降解受到抑制，進(jìn)而抑制白血病的發(fā)生發(fā)展。

4.影響白血病細(xì)胞的耐藥性

m6A去甲基化酶表達(dá)降低可顯著提高白血病細(xì)胞對(duì)藥物的敏感性，促進(jìn)藥物的抗腫瘤作用。Yan等［19］在體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在酪氨酸激酶抑制劑耐藥的白血病細(xì)胞中，抑制FTO的表達(dá)后，可以恢復(fù)細(xì)胞對(duì)酪氨酸激酶抑制劑的敏感性，抑制細(xì)胞增殖。Shen等［20］發(fā)現(xiàn)ALKBH5在白血病細(xì)胞中異常高表達(dá)，ALKBH5高表達(dá)可促進(jìn)白血病細(xì)胞的轉(zhuǎn)化與自我更新，并導(dǎo)致細(xì)胞耐藥性的提高及不良預(yù)后的發(fā)生。陳莉等［21］也發(fā)現(xiàn)，與CLL細(xì)胞K562相比，ALKBH5在耐阿霉素的CLL細(xì)胞K562/ADM中高表達(dá)，沉默ALKBH5后，促進(jìn)了EZH2的甲基化使EZH2的表達(dá)下調(diào)，抑制了K562/ADM細(xì)胞的活力，提高了K562/ADM細(xì)胞對(duì)阿霉素的敏感性。Gong等［22］發(fā)現(xiàn)，去甲基化酶ALKBH5下調(diào)后可降低USP1 mRNA轉(zhuǎn)錄本中m6A的水平，使USP1表達(dá)降低，提高了急性淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞CEM-C1對(duì)地塞米松的敏感性，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。

m6A去甲基化酶在白血病治療中的研究進(jìn)展

1.FTO分子抑制劑

右旋羥基戊二酸（R-2-hydroxyglutarate，R-2HG）是由異檸檬酸脫氫酶（IDH）1/2突變誘導(dǎo)催化α-酮戊二酸（α-ketoglutarate，α-KG）轉(zhuǎn)化為2-羥基戊二酸的R對(duì)映體，在結(jié)構(gòu)上與α-KG相似，可以競(jìng)爭(zhēng)性抑制一系列依賴Fe（II）和α-KG的雙加氧酶［18］。R-2HG是IDH突變體的代謝產(chǎn)物，當(dāng)其積累到一定量時(shí)可以促進(jìn)腫瘤發(fā)生，但在RNA轉(zhuǎn)錄過程中，它可以通過增加m6A RNA修飾起到抗腫瘤的作用。Su等［23］發(fā)現(xiàn)，R-2HG可靶向抑制FTO后可降低MYC/CEBPA轉(zhuǎn)錄的穩(wěn)定性，通過調(diào)控FTO/m6A/MYC/CEBPA信號(hào)通路，顯著抑制細(xì)胞增殖，表現(xiàn)出FTO抑制劑具有顯著的抗白血病作用。另外，CEBPA是白血病發(fā)生必需的造血相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子，R-2HG還可以通過表觀遺傳抑制CEBPA，間接下調(diào)FTO的表達(dá)。Huang等［24］研發(fā)的甲氯芬酸衍生物FB23-2將FTO作為靶標(biāo)，誘導(dǎo)FTO下游靶點(diǎn)如MYC、CEBPA、RARA和ASB2的RNA轉(zhuǎn)錄本中m6A水平升高，顯著抑制AML細(xì)胞增殖、促進(jìn)細(xì)胞髓系分化和細(xì)胞凋亡。在小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)B23-2可明顯抑制白血病的進(jìn)展，提高小鼠生存率。

基于FTO的晶體結(jié)構(gòu)，許多學(xué)者篩選開發(fā)了一些小分子靶向抑制劑，通過不同的結(jié)合方式靶向抑制FTO來發(fā)揮白血病作用。Bai等［25］發(fā)現(xiàn)3-氨基-2-（4-氯苯基）-3-本丙烯腈可與FTO強(qiáng)力結(jié)合，抑制FTO的表達(dá)并對(duì)K562細(xì)胞的增殖呈明顯的抑制作用。Olsen和Armstrong［26］研發(fā)的CS1和CS2可與FTO蛋白直接結(jié)合，在AML細(xì)胞中選擇性地結(jié)合并占據(jù)FTO的催化位點(diǎn)，阻止m6A修飾的寡核苷酸與FTO的催化位點(diǎn)結(jié)合，顯著抑制AML細(xì)胞的增殖。Wang等［27］發(fā)現(xiàn)的天然化合物自由基與Li等［28］篩選發(fā)現(xiàn)的6-氯-2-苯基-1H-苯并咪唑均是有效的FTO抑制劑，都可與FTO通過熵驅(qū)動(dòng)的方式結(jié)合，抑制FTO的去甲基化酶活性來發(fā)揮抑制抗腫瘤作用。Cao等［29］研發(fā)的谷胱甘肽-生物印跡納米顆粒（GNPIPP12MA），可以選擇性地靶向白血病干細(xì)胞中的FTO，通過整體增加白血病干細(xì)胞中的m6A RNA修飾，降低轉(zhuǎn)錄水平，進(jìn)而破壞細(xì)胞內(nèi)的氧化還原狀態(tài)來誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡。

有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，一些中藥的有效成分也可抑制FTO的表達(dá)。張媛等［30］研究發(fā)現(xiàn)，大黃酸可以抑制FTO的表達(dá)，可以抑制AML細(xì)胞HL60、NB4以及急性淋巴白血病細(xì)胞Nalm6增殖并促進(jìn)細(xì)胞凋亡，發(fā)揮出了顯著的抗腫瘤作用。Sun等［31］發(fā)現(xiàn)在AML細(xì)胞中柴胡皂苷D可與FTO直接結(jié)合，降低下游基因（MYC、E2F、G2M）轉(zhuǎn)錄本的穩(wěn)定性，在體內(nèi)外均可抑制AML細(xì)胞的增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期阻滯。

2.ALKBH5分子抑制劑

基于對(duì)FTO抑制劑的認(rèn)識(shí)，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)靶向抑制ALKBH5的表達(dá)也可明顯抑制白血病細(xì)胞增殖。Selberg等［32］就研發(fā)了兩種化合物2-［（1-羥基-2-氧基-2-苯基乙基）磺基］乙酸和4-｛［（呋喃-2-基）甲基］氨基｝1，2-二嗪-3，6-二酮，它們可以靶向抑制ALKBH5活性，抑制白血病細(xì)胞HL-60、CCRF-CEM和K562的增殖。

小 結(jié)

去甲基化酶作為m6A甲基化中的重要“擦除者”，可在造血細(xì)胞轉(zhuǎn)化和白血病發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵的致癌作用。抑制去甲基化酶活性可以促進(jìn)白血病細(xì)胞凋亡，抑制細(xì)胞增殖。進(jìn)一步研究去甲基化酶FTO與ALKBH5在白血病生發(fā)展中的相關(guān)調(diào)控因子，研發(fā)以FTO和ALKBH5為靶點(diǎn)的安全高效且活性穩(wěn)定的靶向抑制劑，對(duì)于表觀遺傳因子介導(dǎo)的靶向治療白血病具有重要意義，可為白血病治療提供一個(gè)新方向。