N6-甲基腺苷甲基化修飾在胃癌轉(zhuǎn)移中的作用及機(jī)制研究進(jìn)展

莫振昌，董 明，李曉華

(1.陜西中醫(yī)藥大學(xué),陜西 咸陽 712000;2.中國(guó)人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院消化外科,陜西 西安 710000)

最新的國(guó)際癌癥數(shù)據(jù)顯示,胃癌的發(fā)病率和病死率位于世界癌癥總發(fā)病率和病死率的第5位和第4位[1]。我國(guó)每年胃癌的發(fā)病率為30.6/10萬,病死率為29.6/10萬,約占世界胃癌總發(fā)病率和病死率的43.9%和48.6%[2]。早期胃癌缺乏典型癥狀,超過半數(shù)胃癌患者確診時(shí)為進(jìn)展期。目前,胃癌的治療有手術(shù)、化學(xué)治療、放射治療和分子靶向治療等[3],這些治療措施為不同階段胃癌的治療提供了更多選擇,但是胃癌患者的5 a生存率仍較低,僅為35.1%[4]。癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移是胃癌患者預(yù)后不良的一個(gè)重要因素,往往造成初次手術(shù)治療失敗或需要二次手術(shù)切除再發(fā)病灶。胃癌的轉(zhuǎn)移是一個(gè)復(fù)雜過程,其由多因素、多基因共同參與;因此,深入研究胃癌轉(zhuǎn)移的作用機(jī)制成為亟需解決的難題。近年來,隨著高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展,N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine,m6A)甲基化修飾在機(jī)體病理生理中的作用得到廣泛關(guān)注;m6A甲基化修飾主要由甲基轉(zhuǎn)移酶、去甲基轉(zhuǎn)移酶和結(jié)合蛋白共同完成。m6A甲基化修飾通過參與mRNA剪切、衰退和翻譯等整個(gè)代謝過程,調(diào)控腫瘤的發(fā)生發(fā)展、轉(zhuǎn)移和化學(xué)治療的耐藥等惡性生物學(xué)行為。因此,本文就m6A甲基化修飾在胃癌轉(zhuǎn)移中的作用研究進(jìn)展做一綜述,旨在從轉(zhuǎn)錄后修飾層面深入闡明胃癌轉(zhuǎn)移的作用機(jī)制,以期為探索胃癌潛在的治療靶點(diǎn)提供新思路,進(jìn)而為臨床上阻斷胃癌轉(zhuǎn)移的治療提供理論基礎(chǔ)。

1 m6A生物學(xué)特性

m6A甲基化修飾于20世紀(jì)70年代首次被發(fā)現(xiàn)[5-6],主要指發(fā)生在RNA中腺嘌呤(A)堿基的第6位碳原子上的甲基化修飾[7],是真核生物中最為常見的甲基化修飾[8-9]。既往研究顯示,m6A參與RNA的整個(gè)過程,如RNA的翻譯、剪切、降解、核輸出等[10]。近年來,隨著新技術(shù)的飛速發(fā)展,尤其是高通量測(cè)序技術(shù)的出現(xiàn),發(fā)現(xiàn)m6A主要分布于蛋白質(zhì)編碼區(qū)、終止子附近和3′非編碼區(qū)[7,11]。隨著m6A去甲基化酶脂肪量和肥胖相關(guān)蛋白(fat mass and obesity-associated protein,FTO)和烷基化DNA修復(fù)蛋白alkB同源物5(alkylated DNA repair protein alkB homolog 5,ALBKH5)的相繼發(fā)現(xiàn)及對(duì)其研究的深入發(fā)現(xiàn),m6A甲基化修飾在機(jī)體內(nèi)所發(fā)揮的功能是一個(gè)可逆、動(dòng)態(tài)進(jìn)程。m6A甲基化修飾由甲基轉(zhuǎn)移酶催化發(fā)生甲基化、去甲基化酶將甲基去除和甲基結(jié)合蛋白特異性識(shí)別m6A甲基化修飾3個(gè)進(jìn)程組成。研究發(fā)現(xiàn),m6A甲基化修飾可通過調(diào)控腫瘤的增殖、分化、侵襲、轉(zhuǎn)移[12-15]和對(duì)化學(xué)治療藥物的耐藥[16]等惡性生物學(xué)行為在腫瘤進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。

2 m6A甲基化修飾在胃癌轉(zhuǎn)移中的作用

2.1 m6A甲基化轉(zhuǎn)移酶與胃癌轉(zhuǎn)移

m6A甲基轉(zhuǎn)移酶包括甲基轉(zhuǎn)移酶樣(methyltransferase-like,METTL)3、METTL14、METTL16、腎母細(xì)胞瘤抑制相關(guān)蛋白(wilms tumor suppressor associated protein,WTAP)、RNA結(jié)合基序蛋白15(RNA-binding motif protein 15,RBM15)、RNA結(jié)合基序蛋白15B(RNA-binding motif protein 15B,RBM15B)、含鋅指CCCH結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)13(zinc finger CCCH domain-containing protein 13,ZC3H13)、VIR樣m6A甲基轉(zhuǎn)移酶(VIR like m6A methyltransferase,VIRMA)、鋅指蛋白217(zinc finger protein 217,ZFP217)、E3泛素蛋白連接酶Hakai等[17];其中METTL3和METTL14 形成的甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物[18]在體內(nèi)外催化RNA發(fā)生m6A甲基化修飾,而WTAP和KIAA1429 以及其他m6A甲基轉(zhuǎn)移酶也是其他不同甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物的重要組成部分,這些m6A甲基轉(zhuǎn)移酶都有固定的保守結(jié)構(gòu)域。WTAP的重要功能是用于招募METTL3和METTL14[18-20]。METTL3、ZC3H13和RBM15可直接調(diào)控m6A修飾;METTL14沒有催化結(jié)構(gòu)域,但是可以輔助METTL3增加其催化效率,主要用于給RNA提供“骨架”[21]。 調(diào)控胃癌轉(zhuǎn)移的m6A甲基轉(zhuǎn)移酶主要集中于METTL3和METTL14上,其他的m6A甲基轉(zhuǎn)移酶尚未見到與胃癌轉(zhuǎn)移相關(guān)的研究報(bào)道。

研究發(fā)現(xiàn),METTL3在胃癌中高表達(dá),其表達(dá)水平與胃癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、TNM分期呈正相關(guān)[22]。研究發(fā)現(xiàn),METTL3的啟動(dòng)子H3K27被P300乙?；せ?促進(jìn)METTL3的轉(zhuǎn)錄,進(jìn)而促進(jìn)肝素結(jié)合生長(zhǎng)因子(heparin binding growth factor,HDGF) mRNA的m6A甲基化修飾,使HDGF能夠被m6A識(shí)別分子結(jié)合,從而增加其穩(wěn)定性。HDGF在癌細(xì)胞生長(zhǎng)、凋亡、轉(zhuǎn)移和血管生成中發(fā)揮重要作用[19]。METTL3通過依賴HuR蛋白途徑增加其靶點(diǎn)ZMYM1 mRNA的m6A甲基化修飾的穩(wěn)定性,而ZMYM1招募C-末端結(jié)合蛋白/鋅指家族蛋白LSD1/抑制因子元件1沉默轉(zhuǎn)錄因子輔助抑制因子1復(fù)合物的形成并抑制E-鈣黏蛋白(E-cadherin,E-cad)啟動(dòng)子的活化,從而促進(jìn)胃癌細(xì)胞的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)和轉(zhuǎn)移進(jìn)程[20]。此外,METTL3可降低Akt激酶(Akt kinase,AKT)磷酸化水平、下調(diào)其下游效應(yīng)分子p70S6K與細(xì)胞周期蛋白D1(Cyclin D1)的表達(dá)而導(dǎo)致AKT信號(hào)通路失活。而下調(diào)METTL3表達(dá)可增加Bax和caspase-3活性,激活其介導(dǎo)的相關(guān)凋亡通路[21],從而抑制胃癌的轉(zhuǎn)移。肽17對(duì)YAP1-tead信號(hào)通路的抑制降低了m6A甲基化修飾和YAP1的總mRNA水平,可抑制METTL3對(duì)胃癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的促進(jìn)作用[23]。METTL3還通過SPHK2/KLF2軸促進(jìn)胃癌的轉(zhuǎn)移[24]。除此之外,METTL3還可與非編碼RNA相互作用促進(jìn)胃癌的轉(zhuǎn)移。研究發(fā)現(xiàn),微RNA(microRNA,miR)-338-5p、miR-193b-5p和miR-1269b等在胃癌組織中低表達(dá),miR-338-5p、miR-193b-5p和miR-1269b等非編碼RNA過表達(dá)后,能夠顯著抑制METTL3的表達(dá),從而抑制胃癌的轉(zhuǎn)移[25-27]。綜上所述,高表達(dá)的METTL3可通過多種機(jī)制促進(jìn)胃癌的轉(zhuǎn)移。

METTL14同樣在胃癌轉(zhuǎn)移的進(jìn)程中發(fā)揮重要作用[21]。生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn),METTL14在胃癌組織中呈低表達(dá),其表達(dá)水平與胃癌患者預(yù)后呈正相關(guān)[28]。METTL14在胃癌組織中的缺失可激活磷脂酰肌醇3-激酶/AKT/雷帕霉素激酶通路和EMT通路,進(jìn)而促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。而有研究報(bào)道,METTL14在胃癌中發(fā)揮致癌作用,METTL14介導(dǎo)的m6A修飾導(dǎo)致LINC01320上調(diào),過表達(dá)的LINC 01320通過調(diào)節(jié)miR-495-5p/RAB19軸促進(jìn)胃癌細(xì)胞的侵襲性表型[29]。這2個(gè)截然相反的結(jié)論可能是由于研究者所使用的研究方法、樣本等的不同而造成的;因此,需要更多的多中心研究來揭示其具體的作用機(jī)制。

研究顯示,METTL3僅能結(jié)合約22%的m6A位點(diǎn)[30],因此,還存在其他的m6A甲基轉(zhuǎn)移酶。如METTL16是最新研究發(fā)現(xiàn)的一個(gè)新m6A甲基轉(zhuǎn)移酶,METTL16作用底物比較單一,具有U6 snRNA和S-腺苷甲硫氨酸合成酶 RNA 2個(gè)保守靶點(diǎn)。METTL16 將m6A標(biāo)記安裝在U6 snRNA和SAM合成酶pre-mRNA上,通過調(diào)節(jié)SAM穩(wěn)態(tài)來控制m6A轉(zhuǎn)錄組的重要組分。METTL16與mRNA、長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)、核糖體RNA(ribosomal RNA,rRNA)等有關(guān)[31]。研究發(fā)現(xiàn), METTL16在胃癌組織和細(xì)胞中呈高表達(dá),與胃癌TNM分期呈正相關(guān),且與預(yù)后相關(guān)。METTL16可能通過上調(diào)胃癌細(xì)胞周期、調(diào)控Cyclin D1的表達(dá)來促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移[32]。

2.2 m6A去甲基轉(zhuǎn)移酶與胃癌的轉(zhuǎn)移

m6A去甲基轉(zhuǎn)移酶包括FTO 和ALKBH5,主要介導(dǎo)m6A的去甲基化修飾。FTO是最早發(fā)現(xiàn)的m6A去甲基化酶,參與機(jī)體多種生物學(xué)過程,如細(xì)胞增殖、分化、凋亡、侵襲、遷移及細(xì)胞周期進(jìn)展和干細(xì)胞自我更新等。研究發(fā)現(xiàn),FTO與胃癌轉(zhuǎn)移密切相關(guān),FTO在胃癌中呈高表達(dá),其表達(dá)水平與腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、TNM 分期呈正相關(guān)[33]。整合素亞單位β1(integrin subunit beta 1,ITGB1)是FTO去甲基化和促進(jìn)胃癌侵襲、轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵靶基因。FTO通過以m6A依賴性方式增強(qiáng)ITGB1表達(dá),經(jīng)整合素亞單位β1-黏著斑激酶途徑促進(jìn)胃癌細(xì)胞的遷移和侵襲。ALKBH5是另外一種主要的m6A去甲基酶,其通過調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲、轉(zhuǎn)移等生物學(xué)過程在多種腫瘤中發(fā)揮雙重作用[34]。研究發(fā)現(xiàn),ALKBH5和核旁斑裝配轉(zhuǎn)錄本1(nuclear paraspeckle assembly transcript 1,NEAT1)在胃癌細(xì)胞和組織中均呈過表達(dá)[35]。NEAT1是胃癌的一種正向轉(zhuǎn)移調(diào)節(jié)因子,可促進(jìn)體內(nèi)外胃癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移,是ALKBH5的潛在下游靶點(diǎn)。ALKBH5通過去甲基化影響NEAT1和Zeste增強(qiáng)子同源物2的表達(dá),從而促進(jìn)胃癌的轉(zhuǎn)移。

2.3 m6A結(jié)合蛋白與胃癌的轉(zhuǎn)移

m6A結(jié)合蛋白主要識(shí)別RNA甲基化修飾信息,并參與下游mRNA的可變剪接、出核轉(zhuǎn)運(yùn)、翻譯、降解及miRNA加工等過程[22]。m6A結(jié)合蛋白包括YTH家族蛋白[包括YTH N6甲基腺苷RNA結(jié)合蛋白F1/2/3(YTH N6-methyladenosine RNA binding protein F1/2/3,YTHDF1/2/3)、YTH N6甲基腺苷RNA結(jié)合蛋白C1/2(YTH N6-methyladenosine RNA binding protein C1/2,YTHDC1/2)]、胰島素樣生長(zhǎng)因子2 mRNA結(jié)合蛋白(insulin like growth factor 2 mRNA binding protein,IGF2BP)1/2/3、異質(zhì)核核糖核蛋白(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein,HNRNP)A2/B1、異質(zhì)核核糖核蛋白C(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein C,HNRNPC)、RNA結(jié)合基序蛋白X連鎖、富含脯氨酸的卷曲線圈2A(proline rich coiled-coil 2A,PRRC2A)、脆性X信使核糖核蛋白1、富含絲氨酸/精氨酸的剪接因子2及富含亮氨酸的五肽重復(fù)序列。

YTHDF1/2/3和YTHDC1/2可賦予m6A依賴性 RNA 的結(jié)合活性。含有YTH結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)參與許多RNA過程,例如 mRNA 剪接、核輸出、翻譯和轉(zhuǎn)錄后的調(diào)節(jié)。同時(shí),YTH家族蛋白在腫瘤細(xì)胞周期進(jìn)程、增殖、侵襲、遷移及炎癥翻譯、免疫調(diào)控和自噬等過程中也發(fā)揮重要作用[36-37]。一項(xiàng)基于TCGA 數(shù)據(jù)庫(kù)和GEO數(shù)據(jù)庫(kù)的生物信息分析研究顯示,YTHDF1在胃癌組織中呈高表達(dá),YTHDF1高表達(dá)與胃癌患者總體預(yù)后差密切相關(guān),是胃癌患者預(yù)后不良的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。YTHDF1調(diào)控的下游基因廣泛參與了細(xì)胞增殖、蛋白酶復(fù)合體活性、細(xì)胞遷移、Wnt信號(hào)通路、泛素連接酶活性以及細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)等信號(hào)通路,在胃癌的轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用。泛素特異性肽酶14 (ubiquitin specific peptidase 14,USP14)是YTHDF1在胃癌細(xì)胞中的m6A甲基化修飾靶點(diǎn),YTHDF1可直接與USP14 mRNA結(jié)合,并以m6A依賴的方式促進(jìn)其蛋白翻譯,以m6A依賴的方式調(diào)控胃癌的轉(zhuǎn)移,是胃癌治療的一個(gè)潛在靶點(diǎn)[38]。與YTHDF1在胃癌組織和細(xì)胞中的高表達(dá)相反,YTHDF2在胃癌組織和細(xì)胞中呈低表達(dá)。YTHDF2表達(dá)水平與胃癌臨床TNM分期和患者預(yù)后顯著相關(guān),腫瘤分級(jí)分期越差、惡性程度越高的胃癌組織中YTHDF2表達(dá)水平越低,患者預(yù)后生存時(shí)間越短。外源性過表達(dá)YTHDF2可抑制胃癌細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移。研究報(bào)道,YTHDF2可通過閱讀叉頭箱C2 mRNA的m6A修飾來調(diào)節(jié)其mRNA的穩(wěn)定性,從而抑制胃癌細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移[39]。另有研究顯示,YTHDF2 mRNA在胃癌組織中的表達(dá)水平明顯高于正常胃黏膜組織和相應(yīng)的癌旁組織,下調(diào)YTHDF2表達(dá)可抑制胃癌細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移,并促進(jìn)細(xì)胞凋亡[40]。上述研究結(jié)果關(guān)于YTHDF2在胃癌中的表達(dá)和調(diào)控機(jī)制存在一定的矛盾性,尚有待于更多研究中心的后續(xù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

IGF2BPs是胰島素樣生長(zhǎng)因子家族成員,廣泛參與細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、存活和代謝等進(jìn)程,對(duì)機(jī)體的正常生長(zhǎng)和發(fā)育至關(guān)重要。IGF2BP3在胃癌中表達(dá)升高,其表達(dá)量與胃癌轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。IGF2BP3的KH區(qū)與Circ-TNPO3可結(jié)合并相互作用,進(jìn)而降低IGF2BP3富集的MYC mRNA水平。Circ-TNPO3可作為IGF2BP3蛋白的誘餌或抑制“海綿”來調(diào)節(jié)下游基因MYC的表達(dá),進(jìn)而抑制胃癌轉(zhuǎn)移,這表明IGF2BP3可能是胃癌轉(zhuǎn)移治療的一個(gè)潛在靶點(diǎn)[41]。

HNRNP家族是m6A結(jié)合蛋白的重要組成分子,參與核酸代謝的多個(gè)方面,包括選擇性剪接、mRNA穩(wěn)定及轉(zhuǎn)錄和翻譯調(diào)節(jié),其異常表達(dá)與腫瘤的增殖、轉(zhuǎn)移等密切相關(guān)。HNRNPA2B1在胃癌組織和細(xì)胞中高表達(dá),與胃癌患者預(yù)后呈負(fù)相關(guān)[42]。BIRC5是HNRNPA2B1重要的下游靶點(diǎn),外源性干涉BIRC5的表達(dá)能夠有限抑制胃癌的轉(zhuǎn)移,未來標(biāo)準(zhǔn)化治療與HNRNPA2B1-BIRC5抑制劑聯(lián)合使用將能更有效地消除胃癌細(xì)胞,進(jìn)而降低胃癌轉(zhuǎn)移的發(fā)生率[43]。此外,HNRNPA1的過表達(dá)可導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞間的接觸喪失,細(xì)胞膜表面出現(xiàn)肌動(dòng)蛋白聚合所必需的偽足和片脂,導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞發(fā)生侵襲、遷移。因此,靶向HNRNPA1有可能成為胃癌治療的新手段。

3 結(jié)論

RNA表觀遺傳學(xué)是近年來研究的熱點(diǎn)。m6A甲基化修飾是最為豐富的RNA修飾之一,影響RNA的轉(zhuǎn)錄、剪切、加工。由于腫瘤的高度異質(zhì)性和m6A底物修飾的廣泛性和豐富性, m6A在不同類型的腫瘤中發(fā)揮促癌或者抑癌作用,即使在同一種類型的腫瘤中,不同的研究者對(duì)于m6A的表達(dá)水平得出的結(jié)果也不盡相同,m6A在癌癥中的作用機(jī)制尚不清楚。

雖然,既往大量研究對(duì)m6A甲基化修飾在胃癌轉(zhuǎn)移中的作用機(jī)制及其作為潛在分子標(biāo)志物的可能性進(jìn)行了報(bào)道,但很少?gòu)乃幬镏委煹慕嵌壬咸剿鱩6A甲基化修飾與胃癌的相關(guān)性。目前,m6A甲基化修飾的研究主要還存在以下問題:m6A甲基化修飾在腫瘤中詳細(xì)而精確的調(diào)控機(jī)制還沒有闡明;m6A作為腫瘤標(biāo)志物的特異性和敏感性還沒有得到驗(yàn)證;單獨(dú)干預(yù)m6A或聯(lián)合其他方法治療腫瘤的可行性目前尚無相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道;雖然現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道已證實(shí),m6A甲基化修飾在胃癌轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要調(diào)控作用,并影響著患者的預(yù)后;但鑒于目前m6A下游調(diào)控分子還不確切,迫切需要研究人員進(jìn)行更深入的研究來闡明m6A甲基化修飾在胃癌轉(zhuǎn)移中的精準(zhǔn)調(diào)控機(jī)制。