m6A甲基化修飾對大腸癌轉(zhuǎn)移的影響以及中醫(yī)藥干預(yù)機制研究

梁 霜, 張 蕾, 宋 卿

(南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬蘇州市中醫(yī)醫(yī)院, 江蘇 蘇州 215000)

大腸癌(Colorectal cancer,CRC)是最常見的消化道惡性腫瘤之一,在全球癌癥發(fā)病率中排名第三,病死率占第二位。僅2018年就有超過88.1萬例新發(fā)死亡,是癌癥相關(guān)死亡的第二大原因[1]。在世界范圍內(nèi),超過一半以上CRC患者死于腫瘤遠處轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)移性CRC仍然是一種難以治愈的腫瘤?；颊咝g(shù)后5年生存率最高能達到90%,但在晚期轉(zhuǎn)移的情況下,這一比例降低到8%[2]。目前,我國的CRC患者逐步呈現(xiàn)年輕化的趨勢,肥胖和超重、高熱量飲食、過度飲酒、久坐不動的生活方式等環(huán)境風(fēng)險因素,通過觸發(fā)機體代謝編輯、腫瘤微環(huán)境、免疫受損等,影響腸上皮細胞表觀遺傳修飾及轉(zhuǎn)錄組學(xué)之間的動態(tài)平衡,誘導(dǎo)大腸癌復(fù)發(fā)、遠處轉(zhuǎn)移。

N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine,m6A)甲基化是真核生物信使RNA和非編碼RNA最普遍的表觀遺傳修飾[3],廣泛參與RNA的加工、剪接、核轉(zhuǎn)運、翻譯和降解。越來越多的證據(jù)表明,異常表達的m6A修飾對大腸癌的發(fā)生、進展至關(guān)重要,可能為轉(zhuǎn)移性CRC診療和預(yù)后提供潛力靶點。此外,中醫(yī)藥可以作為有效的治療方法來破壞癌細胞的生存環(huán)境,誘導(dǎo)細胞凋亡,增強機體免疫力,聯(lián)合應(yīng)用減少耐藥性和不良反應(yīng),從而達到抗癌和改善生存狀況的效果[4]。本文綜述了m6A甲基化修飾與CRC轉(zhuǎn)移之間的調(diào)控關(guān)系,并重點闡述m6A調(diào)控因子及中醫(yī)藥干預(yù)靶向治療的分子機制,以提高其對干預(yù)CRC的分子靶點和信號通路的認識。

1 m6A甲基化修飾蛋白組成及生物學(xué)功能

m6A是指RNA分子在腺苷N6位置發(fā)生甲基化修飾,約占所有RNA修飾的60%以上,該表觀調(diào)控過程是可遺傳和動態(tài)可逆的,異常的調(diào)控因子可誘導(dǎo)腫瘤細胞發(fā)生侵襲和遷移。m6A修飾由甲基轉(zhuǎn)移酶(Writer)、去甲基化酶(Eraser)和甲基化識別蛋白(Reader)執(zhí)行不同功能并協(xié)同完成[3]。甲基轉(zhuǎn)移酶3(METTL3)、甲基轉(zhuǎn)移酶14(METTL14)、Wilms腫瘤 1相關(guān)蛋白(WTAP)形成復(fù)合體,是錨定在細胞核上催化m6A甲基轉(zhuǎn)移酶的關(guān)鍵成員。其余組成成分包括甲基轉(zhuǎn)移酶16(METTL16)、類病毒m6A甲基轉(zhuǎn)移酶相關(guān)蛋白VIRMA(KIAA1429)、鋅指CCCH域蛋白13(ZC3H13)和RNA 結(jié)合基序蛋白15(RBM15)等多種蛋白亞基,負責(zé)啟動m6A甲基化修飾。

去甲基化酶的核心蛋白由脂肪和肥胖相關(guān)蛋白(FTO)和烷基B同源物5(ALKBH5)組成,去甲基化酶與甲基轉(zhuǎn)移酶共同調(diào)節(jié)目標基因,這是甲基化修飾過程動態(tài)可逆的根本原因。m6A甲基化識別蛋白包括YTH結(jié)構(gòu)域的蛋白(YTHDF1-3和YTHDC1-2)、不均一核糖核蛋白A2/B1(HNRNPA2B1)、不均一核糖核蛋白C(HNRNPC)和胰島素樣生長因子2 mRNA 結(jié)合蛋白1-3(IGF2BP1-3),特異性識別RNA甲基化,隨后執(zhí)行mRNA 的剪接、翻譯、轉(zhuǎn)運、降解等生物學(xué)功能。

2 不同來源的甲基化調(diào)控基因?qū)Υ竽c癌轉(zhuǎn)移的影響

2.1m6A甲基轉(zhuǎn)移酶

2.1.1METTL3:METTL3的表達在腫瘤細胞增殖和轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮雙重作用。Peng等[5]發(fā)現(xiàn)METTL3介導(dǎo)pri-miR-1246甲基化,高水平的miRNA-1246,負向調(diào)控抑癌基因SPRED2逆轉(zhuǎn)其對MAPK信號通路的抑制,從而促進上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)換(EMT)及體內(nèi)外CRC細胞侵襲和轉(zhuǎn)移能力。METTL3亦作為抑癌基因參與腸道腫瘤的多種生物學(xué)過程。Deng等[6]研究表明,METTL3活化p38/ERK信號通路,抑制CRC細胞的增殖和遷移。METTL3敲除組中的p-P38和p-ERK被激活,從而誘導(dǎo)CRC細胞的遷移和侵襲。此外,Chen等關(guān)于微生物與宿主相互作用影響CRC進展的研究,證實具核梭桿菌抑制Hippo通路并激活YAP信號,降低FOXD3的表達,抑制了METTL3轉(zhuǎn)錄[7]。低表達的METTL3通過調(diào)控KIF26B的m6A修飾和mRNA降解,上調(diào)KIF26B表達,隨后誘導(dǎo)CRC細胞的侵襲性轉(zhuǎn)移。綜上可知,METTL3在CRC中上調(diào)或下調(diào),影響大腸癌的基因表達,并通過靶向不同類型RNA及信號通路發(fā)揮著致癌/抗癌的功能。

2.1.2METTL14:METTL14多作為抑癌基因調(diào)控CRC,而敲減METTL14可增強CRC細胞增殖和轉(zhuǎn)移能力。據(jù)報道METTL14啟動子中KDM5C介導(dǎo)組蛋白H3K4me3去甲基化,抑制METTL14轉(zhuǎn)錄表達,隨之通過依賴于YTHDF2的途徑提高了SOX4 mRNA表達,激活EMT過程和PI3K/Akt信號促進CRC惡性轉(zhuǎn)移[8]。另有研究發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)移相關(guān)基因MeCP2與METTL14結(jié)合,通過改變m6A修飾上調(diào)腫瘤抑制因子KLF4的表達[9]。在此過程中,IGF2BP2特異性識別KLF4 mRNA的m6A位點,使其穩(wěn)定性及蛋白水平增加,進而調(diào)控CRC細胞的轉(zhuǎn)移。因此,使METTL14高表達可能會成為治療CRC的一種新的替代療法。

2.1.3其他甲基轉(zhuǎn)移酶:WTAP在低分化CRC中表達明顯上調(diào),WTAP表達升高與預(yù)后不良密切相關(guān)。Liang等[10]研究表明,與正常組織相比,β-arrestin2 (ARRB2)在經(jīng)AOM/DSS處理后的小鼠CRC組織中的表達顯著上調(diào)。機制上,ARRB2與WTAP相互作用誘導(dǎo)WTAP降解,敲低ARRB2可降低WTAP介導(dǎo)的Wnt癌癥通路活性,從而抑制CRC細胞增殖和遷移。另外,KIAA1429的缺失能夠顯著抑制CRC生長,但其影響CRC的潛在機制仍然難以捉摸。Li等[11]指出KIAA1429靶向HK2,提高CRC有氧糖酵解,參與腫瘤的能量代謝,并調(diào)控CRC發(fā)生與轉(zhuǎn)移。進一步的機制分析表明,KIAA1429通過不依賴于m6A的方式與HK2 mRNA的m6 A位點結(jié)合,增加其mRNA穩(wěn)定性,使過表達HK2促進CRC細胞增殖及轉(zhuǎn)移,這說明KIAA1429本身就可調(diào)節(jié)CRC癌變。

2.2m6A去甲基化酶:FTO雙向調(diào)節(jié)CRC細胞侵襲和轉(zhuǎn)移功能。Ruan等[12]發(fā)現(xiàn),FTO對腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)蛋白1 (MTA1)的m6A 去甲基化修飾依靠于IGF2BP2增強其mRNA穩(wěn)定性,發(fā)揮抑癌作用。同時,缺氧誘導(dǎo)泛素化位點K216,下調(diào)FTO蛋白表達,這揭示了腫瘤微環(huán)境促進CRC轉(zhuǎn)移的一種新的表觀遺傳機制。另有報道,FTO的缺失顯著下調(diào)HCT-116結(jié)腸癌細胞中PD-L1的mRNA和蛋白水平,從而增強PD-L1介導(dǎo)的T細胞激活和浸潤,研究提示腫瘤細胞利用FTO逃避免疫監(jiān)視,亦促進CRC細胞轉(zhuǎn)移,可作為CRC免疫檢查點阻斷治療的新治療靶點[13]。

ALKBH5在腸癌組織中的mRNA和蛋白表達衰減,與遠處轉(zhuǎn)移相關(guān)。Wu等[14]研究認為ALKBH5在CRC中的抑癌效應(yīng),首先通過消減FOXO3的m6A修飾,增強FOXO3 mRNA穩(wěn)定性,其次靶向上調(diào)miR-21/SPRY2的表達,降低了VEGF、p-ERK和HIF-1 α表達量,最終延滯CRC遠處轉(zhuǎn)移。

2.3m6A識別蛋白

2.3.1YTHDF1-3和YTHDC1-2:YTH結(jié)構(gòu)域家族是代表性的m6A識別蛋白。YTHDC1通過與癌基因LINC00857相互作用,提高SLC7A5 mRNA穩(wěn)定性,加快EMT過程,促進CRC細胞的遷移進展[15]。Li等研究闡明[16],miR-6125靶向YTHDF2的3'-UTR并下調(diào)YTHDF2蛋白,從而維持GSK3β mRNA m6A的穩(wěn)定性,抑制Wnt/β-catenin/Cyclin D1途徑相關(guān)蛋白的表達,導(dǎo)致CRC細胞停滯于G0-G1期,最終阻礙CRC細胞增殖。高水平表達的YTH蛋白通過調(diào)節(jié)與惡性潛能相關(guān)的細胞內(nèi)在基因,促進腫瘤的浸潤、腫瘤分期和轉(zhuǎn)移。

2.3.2IGF2BP1-3:IGF2BP3表達量上調(diào)有效誘導(dǎo)腫瘤細胞EMT侵襲表型。Li等[17]研究發(fā)現(xiàn),敲低IGF2BP3或ELAVL1明顯阻滯CRC細胞增殖與遷移,而IGF2BP3與ELAVL1結(jié)合,其復(fù)合物識別CRC的mRNA轉(zhuǎn)錄本,增強致癌穩(wěn)定性,并延長分子的半衰期、上調(diào)靶基因的表達,隨后驅(qū)動CRC細胞轉(zhuǎn)移進展。據(jù)報道,IGF2BP2介導(dǎo)UCA1 mRNA的m6A修飾,并識別UCA1 1038位點腺苷使其穩(wěn)定性增強,以及METTL3聯(lián)合WTAP正向調(diào)控UCA1表達,明顯發(fā)揮促CRC轉(zhuǎn)移的作用[18]。

2.3.3其他識別蛋白:HNRNP能夠特異性識別并介導(dǎo)mRNA在核內(nèi)加工,可能是m6A修飾調(diào)節(jié)大腸癌病理過程的重要途徑。檢測RASSF8-AS1在CRC轉(zhuǎn)移細胞及組織中明顯下調(diào),分析其機制表明,RASSF8-AS1可捕捉miR-33a-5p上調(diào)RASSF8表達,或募集HNRNPC維持RASSF8 mRNA的穩(wěn)定性,抑制CRC細胞侵襲、遷移及體外移植瘤生長。由此推測存在一種HNRNPC影響miRNA 介導(dǎo)大腸癌侵襲和轉(zhuǎn)移的新靶點機制,并提示miR-33a-5p/HNRNPC/RASSF8軸有效干預(yù)CRC轉(zhuǎn)移的潛力。eIF蛋白與多種circRNA相互作用,已被證實其通過調(diào)控EMT和血管生成介導(dǎo)CRC轉(zhuǎn)移進展。

3 中醫(yī)藥通過m6A甲基化修飾調(diào)控大腸癌轉(zhuǎn)移

近年來,隨著人類CRC發(fā)病率不斷上升,中醫(yī)藥抗CRC臨床應(yīng)用的效果和優(yōu)勢日益凸顯,除手術(shù)、放化療、靶向治療外,中醫(yī)藥也被認為是一種有前景的輔助治療手段。中醫(yī)藥有效抑制了CRC的惡性行為,在“整體觀”和“帶瘤生存”應(yīng)用理念引導(dǎo)下,顯著提高患者的生活質(zhì)量并延長總生存期。諸多研究表明,m6A修飾在影響CRC進展和患者預(yù)后方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用,中醫(yī)藥靶向其調(diào)節(jié)因子可能是治療轉(zhuǎn)移性CRC的潛在新策略。從中醫(yī)藥庫篩選靶向m6A修飾的抗癌治療劑具有得天獨厚的優(yōu)勢,首先抗癌藥物的安全性和有效性歷經(jīng)數(shù)千年實踐已得到證實,其次是現(xiàn)代藥理實驗發(fā)現(xiàn)中藥分子具有多種生物活性的藥效團和化學(xué)結(jié)構(gòu)。因此,本節(jié)將重點介紹靶向m6A調(diào)控因子的中醫(yī)藥衍生物及其與轉(zhuǎn)移性CRC相互作用的新發(fā)現(xiàn)。

小檗堿是從黃連中提取的異喹啉生物堿,靶向參與腸道腫瘤各環(huán)節(jié),具有較高的抗腫瘤活性和安全性。Zhao等研究發(fā)現(xiàn)小檗堿降低cyclin D1,增加p27和p21表達,導(dǎo)致細胞周期停滯在G1/G0期,抑制細胞增殖和轉(zhuǎn)移[19]。另一方面,通過上調(diào)β-catenin負向調(diào)控FTO的表達水平,從而增加MYC mRNAm6A修飾并招募YTHDF1,促進腫瘤細胞糖酵解和轉(zhuǎn)移?？傮w而言,小檗堿多影響大腸癌細胞增殖、凋亡及轉(zhuǎn)移過程,而其在誘導(dǎo)自噬、抗炎、調(diào)節(jié)腸道菌群等仍有廣泛探索空間。

白藜蘆醇是從虎杖、決明、桑葚等藥用植物中提取的天然多酚化合物,具備多靶點有效抗轉(zhuǎn)移性CRC。白藜蘆醇與姜黃素聯(lián)用可降低m6A RNA甲基化,并上調(diào)回腸YTHDF2表達水平,有效改善腸黏膜完整性和功能[20]。Qian等研究證實白藜蘆醇通過調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子ZEB1的m6A修飾,招募CTBP和BRG1以抑制CDH1轉(zhuǎn)錄,使ZEB1表達下調(diào)以逆轉(zhuǎn)EMT過程和CRC轉(zhuǎn)移[21]?？鼓[瘤單體衍生物介導(dǎo)失調(diào)的m6A,所產(chǎn)生的有益作用亦發(fā)生于其他癌癥。比如,黃芩苷在高糖環(huán)境下顯著削弱METTL3 介導(dǎo)HKDC1的表觀遺傳修飾,靶向于RNAm6A(2854)位點,并調(diào)控下游p-JAK2/STAT1/ cleaved Capase3途徑抑制肝癌轉(zhuǎn)移。然而,目前關(guān)于中藥復(fù)方通過調(diào)控m6A修飾,影響轉(zhuǎn)移性CRC相關(guān)機制的研究報道尚少。

4 總結(jié)與展望

當(dāng)前,m6A表觀遺傳修飾調(diào)控CRC轉(zhuǎn)移的研究才剛剛起步,但快速發(fā)展的高通量測序、生物信息技術(shù)為靶向性干預(yù)CRC提供了更多可能性,m6A甲基化修飾的生物學(xué)特性與功能、蛋白組成體系及其調(diào)控CRC轉(zhuǎn)移的機制均得到一定程度揭示。關(guān)于m6A甲基化修飾在大腸癌中臨床應(yīng)用潛力的研究逐漸深入,仍在亟待解決的難題:首先,部分m6A調(diào)節(jié)因子在CRC組織中發(fā)揮啟動子或抑制子雙重作用,具體機制仍存在爭議,如何針對不同的生理病理過程和大腸癌所處不同階段來挖掘最佳靶點值得進一步探討。其次,m6A調(diào)節(jié)因子引起其下游哪些靶點及信號通路變化,并且這一過程是否有其他m6A相關(guān)分子參與尚不明確,錯綜復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍需深入研究。同時,需擴大臨床樣本以明確m6A修飾在免疫、代謝等途徑中對大腸癌發(fā)生、侵潤及預(yù)后的影響。目前,針對中醫(yī)藥干預(yù)CRC方面的報道主要是通過調(diào)控DNA甲基化、非編碼RNA和組蛋白修飾,另一方面,研究內(nèi)容多集中在小檗堿、白藜蘆醇等單體活性成分,缺乏復(fù)方介導(dǎo)RNA修飾調(diào)控大腸癌細胞轉(zhuǎn)移的臨床療效及靶向研究。盡管中醫(yī)藥是m6A調(diào)節(jié)劑藥物發(fā)現(xiàn)的寶貴資源,但關(guān)于中醫(yī)藥單體及復(fù)方介導(dǎo)m6A調(diào)控CRC的機制研究卻非常有限,中醫(yī)藥治療轉(zhuǎn)移性CRC的藥代動力學(xué)和靶向機制也缺乏足夠的臨床前數(shù)據(jù)和試驗。

綜上所述,本文明確了有價值的分子診療靶點,但仍需要進行大量可靠的臨床實驗,深入挖掘中醫(yī)藥單體及復(fù)方干預(yù)轉(zhuǎn)移性CRC的作用機制,積極研發(fā)具有靶向特異性的m6A相關(guān)蛋白抑制劑和激活劑。全面探索m6A調(diào)控因子在大腸癌轉(zhuǎn)移方面雙向調(diào)節(jié)的影響因素和具體機制,如何提高對中醫(yī)藥衍生化合物抗腫瘤活性的認知,將會是改善天然靶向藥物研發(fā)的突破方向。本文旨在從m6A 修飾角度探索中醫(yī)藥介導(dǎo)轉(zhuǎn)移性CRC的調(diào)控機制及其作為患者個性化治療靶點的潛能,以期為調(diào)控大腸癌轉(zhuǎn)移的靶向療法提供參考。