m6A甲基化修飾在腫瘤中的作用

李慧 綜述 龐達(dá) 審校

近年來(lái)，人們對(duì)表觀遺傳學(xué)產(chǎn)生了極大的興趣，并將其定義為基因的核苷酸序列不發(fā)生改變，而基因的表達(dá)發(fā)生可遺傳的變化。其相關(guān)的研究?jī)?nèi)容不但涉及DNA甲基化、組蛋白修飾，還包括染色質(zhì)重構(gòu)等[1]。隨著各種檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種可逆性的RNA甲基化修飾，即m6A甲基化修飾。它由多種調(diào)節(jié)因子共同動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，在mRNA剪接、翻譯和穩(wěn)定性方面發(fā)揮重要作用[2]。m6A甲基化調(diào)節(jié)因子的失調(diào)改變了細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲等生物學(xué)功能，最終導(dǎo)致多種癌癥的發(fā)生發(fā)展。

1 m6A甲基化修飾

當(dāng)RNA分子腺苷酸上的第六位氮原子發(fā)生甲基化修飾時(shí)，我們稱之為N6-甲基腺苷修飾，即m6A甲基化修飾。m6A甲基化修飾是高等真核生物中最豐富的mRNA修飾之一[3]。m6A甲基化修飾由甲基轉(zhuǎn)移酶、去甲基化酶及閱讀蛋白三種調(diào)節(jié)因子共同動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。m6A甲基化由多組分甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物催化形成，主要包括甲基轉(zhuǎn)移酶樣3(METTL3)、甲基轉(zhuǎn)移酶樣14(METTL14)和腎母細(xì)胞瘤1相關(guān)蛋白(WTAP)。METTL3起中心作用，與METTL14以1∶1的比例形成二聚體復(fù)合物，主要定位于核斑點(diǎn)區(qū)[3]。WTAP本身不具有甲基化活性，但可與二聚體相互作用，調(diào)節(jié)m6A甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物向mRNA靶點(diǎn)募集[4]，影響甲基化效率。此外，病毒樣m6A甲基轉(zhuǎn)移酶相關(guān)蛋白(VIRMA，又稱為KIAA1429)是甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物的另一組成部分，是一種參與選擇性剪接的蛋白質(zhì)，與WTAP相互作用；目前已知的去甲基化酶包括FTO和ALKBH5，均屬于AlkB家族成員。去甲基化酶的發(fā)現(xiàn)表明m6A甲基化修飾具有可逆性；發(fā)生m6A甲基化修飾的mRNA想要行使特定的生物學(xué)功能，需要一種特定的RNA結(jié)合蛋白-甲基化閱讀蛋白。目前發(fā)現(xiàn)的閱讀蛋白有YTH結(jié)構(gòu)域蛋白(包括YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3、YTHDC1和YTHDC2)、核不均一核糖核蛋白HNRNP家族(包括HNRNPA2B1、HNRNPC)和IGF2BPs家族(包括IGF2BP1、IGF2BP2、IGF2BP3)，它們參與mRNA的翻譯[5]、降解[6]和加工[7]等過(guò)程。

2 m6A甲基化修飾在腫瘤中的作用

2.1 乳腺癌

目前，乳腺癌患者仍以分子分型為依據(jù)接受相應(yīng)治療，但隨著內(nèi)分泌耐藥、化學(xué)耐藥發(fā)生率的不斷上升，乳腺癌患者的治療效果及遠(yuǎn)期預(yù)后受到嚴(yán)重影響。因此，對(duì)各種靶向治療的研究成為乳腺癌領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。Wang等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，METTL3在乳腺癌組織和細(xì)胞中均處于高表達(dá)水平，敲降METTL3降低了Bcl-2上的m6A含量，抑制了乳腺癌的發(fā)生發(fā)展；Cai等[9]同樣對(duì)METTL3在乳腺癌中的作用機(jī)制進(jìn)行研究，首先發(fā)現(xiàn)HBXIP對(duì)METTL3的調(diào)控是通過(guò)抑制miRNA let-7g實(shí)現(xiàn)的。另外，作者發(fā)現(xiàn)METTL3在乳腺癌組織中表達(dá)上調(diào)。METTL3的高表達(dá)通過(guò)m6A甲基化修飾進(jìn)一步促進(jìn)HBXIP的表達(dá)，形成HBXIP/let-7g/METTL3/HBXIP的正反饋環(huán)，最終提高了乳腺癌細(xì)胞的增殖能力；Wu等[10]研究結(jié)果表明METTL14和ALKBH5均可影響乳腺癌細(xì)胞的活性、遷移和增殖能力；FTO在乳腺癌組織中表達(dá)上調(diào)，減少了下游促凋亡基因BNIP3上的m6A含量，從而降低了BNIP3的表達(dá)，最終促進(jìn)了腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[11]；大量研究證明，缺氧是促進(jìn)腫瘤發(fā)展的必要微環(huán)境。Zhang等[12]發(fā)現(xiàn)乳腺癌細(xì)胞在缺氧條件下，以HIF-1α和HIF-2α依賴的方式促進(jìn)ALKBH5的表達(dá)。此時(shí)ALKBH5作為去甲基化酶發(fā)揮作用，減少了NANOG mRNA上的m6A甲基化修飾。由于NANOG是一種腫瘤干細(xì)胞中的多潛能因子，因此當(dāng)ALKBH5缺失時(shí)，NANOG mRNA的穩(wěn)定性降低，從而降低了乳腺癌干細(xì)胞的數(shù)量，抑制了乳腺癌的發(fā)生和轉(zhuǎn)移；該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)缺氧條件下，ZNF217的表達(dá)水平升高。ZNF217是一種m6A甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑，可通過(guò)抑制METTL3負(fù)性調(diào)節(jié)m6A甲基化，最終導(dǎo)致NANOG和KLF4的表達(dá)上調(diào)并促進(jìn)乳腺癌的發(fā)生[13]；另外，Klinge等[14]發(fā)現(xiàn)HNRNPA2/B1在內(nèi)分泌抵抗中發(fā)揮一定的作用。因此，加強(qiáng)m6A在乳腺癌中的機(jī)制研究將改變?nèi)橄侔┑闹委煬F(xiàn)狀。

2.2 肝細(xì)胞癌(Hepatocellularcinoma，HCC)

HCC發(fā)病率高，是世界范圍內(nèi)腫瘤相關(guān)死亡的主要原因。雖然根治性腫瘤切除是目前最可行的方法，但術(shù)后生存率低仍然是臨床上的巨大挑戰(zhàn)[15]。有研究結(jié)果表明METTL3在HCC中發(fā)揮重要作用，不但可以通過(guò)上調(diào)SOCS2 mRNA的m6A修飾，還可以通過(guò)METTL3-LINC00958-miR-3619-5p-HDGF軸促進(jìn)HCC的發(fā)展[16-17]；此外，KIAA1429也可作為甲基轉(zhuǎn)移酶上調(diào)ID2 mRNA上的m6A修飾，抑制ID2的表達(dá)，促進(jìn)肝癌細(xì)胞的遷移和侵襲[18]。還有研究發(fā)現(xiàn)GATA3是KIAA1429介導(dǎo)的m6A修飾的直接下游靶點(diǎn)。KIAA1429在HCC中高表達(dá)，促進(jìn)GATA3 pre-mRNA的3′UTR發(fā)生m6A修飾，導(dǎo)致RNA結(jié)合蛋白HuR的分離和GATA3 pre-mRNA的降解，最終促進(jìn)腫瘤的增殖和轉(zhuǎn)移[19]；Chen等[20]首次探索WTAP在HCC中的作用，發(fā)現(xiàn)WTAP在HCC中的表達(dá)明顯上調(diào)，并引導(dǎo)m6A修飾通過(guò)Hur-EtS1-P21/P27軸促進(jìn)HCC的發(fā)生發(fā)展，為肝癌的治療和預(yù)后提供一個(gè)潛在的新靶點(diǎn)。除此之外，去甲基化酶FTO也被證明在肝癌組織和細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，影響腫瘤生長(zhǎng)[21]。m6A閱讀蛋白YTHDF2也與HCC的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。Yang等[22]發(fā)現(xiàn)YTHDF2在HCC中表達(dá)上調(diào)，miR145作為YTHDF2的負(fù)性調(diào)節(jié)因子抑制YTHDF2的表達(dá)，而YTHDF2作為m6A閱讀蛋白降低mRNA上的m6A水平，最終抑制mRNA的降解。與之相反，Hou等[23]的研究表明，YTHDF2在HCC中的表達(dá)水平低于癌旁組織，發(fā)揮抑癌作用。Ma等[24]研究同樣發(fā)現(xiàn)METTL14在HCC中也處于低表達(dá)狀態(tài)，它作為一種腫瘤抑制因子，與DGCR8相互作用并正向調(diào)節(jié)miR126的表達(dá)以抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移 。

2.3 急性髓系白血病(Acute myeloid leukemia，AML)

AML是最常見(jiàn)且最具侵襲性的急性白血病類型，主要的治療方法是化療，但60%～80%的患者在最初完全緩解后復(fù)發(fā)[25]。因此，尋找新的治療靶點(diǎn)具有重要的臨床意義。METTL3是AML細(xì)胞生長(zhǎng)的必需基因，它可定位于mRNA轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)增加m6A修飾，并增強(qiáng)mRNA的翻譯。該途徑對(duì)于維持白血病狀態(tài)是必要的[26]；Vu等[27]的研究表明，METTL3通過(guò)增加c-MYC、BCL-2和PTEN mRNA的表達(dá)來(lái)促進(jìn)AML的發(fā)生發(fā)展。因此，METTL3可能成為AML的潛在治療靶點(diǎn)。METTL14通過(guò)m6A修飾調(diào)節(jié)MYB和MYC mRNA靶點(diǎn)，發(fā)揮其促癌作用，而METTL14本身則受到癌基因SPI1的負(fù)調(diào)控。Weng等[28]的研究結(jié)果揭示了SPI1-METTL14-MYB/MYC軸在AML發(fā)生發(fā)展中的關(guān)鍵作用。此外，Bansal等[29]還對(duì)WTAP在AML中的作用進(jìn)行了初步研究，發(fā)現(xiàn)WTAP可減少白血病細(xì)胞的增殖、促進(jìn)其凋亡并阻止分化?？梢?jiàn)，WTAP也有望成為AML治療的新靶點(diǎn)，但具體的作用機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究。另外，F(xiàn)TO作為一種m6A去甲基化酶，在AML中也起著重要的致癌作用。某些AML亞型中高表達(dá)的FTO抑制下游ASB2和RARA靶基因的表達(dá)，從而促進(jìn)了AML的發(fā)生，也抑制了全反式維甲酸(ATRA)誘導(dǎo)的AML細(xì)胞分化[30]。Su等[31]發(fā)現(xiàn)R-2-羥基戊二酸(R-2HG)可通過(guò)抑制FTO升高M(jìn)YC/CEBPA mRNA的m6A水平，最終抑制白血病細(xì)胞的增殖、促進(jìn)細(xì)胞的凋亡及細(xì)胞周期的阻滯。這些研究結(jié)果表明，m6A在AML的發(fā)病機(jī)制中扮演重要的角色，對(duì)其更加深入的探索對(duì)改善AML患者的預(yù)后具有必要性。

2.4 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(Glioblastoma multiforme，GBM)

GBM是成年人最常見(jiàn)的原發(fā)性惡性腦腫瘤，預(yù)后極差，生存率低[32]。METTL3在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤干細(xì)胞(GSC)中的表達(dá)升高，作用于靶基因SOX2。METTL3對(duì)SOX2 mRNA的m6A修飾增強(qiáng)了其穩(wěn)定性。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)人類抗原R(HuR)向m6A修飾的RNA募集是METTL3穩(wěn)定SOX2 mRNA的必要條件[33]；Jin等[34]首次探究WTAP在GBM中的作用，發(fā)現(xiàn)WTAP在GBM中表達(dá)上調(diào)，通過(guò)調(diào)節(jié)EGFR的活性影響GBM細(xì)胞的遷移和侵襲。小鼠實(shí)驗(yàn)也表明，WTAP過(guò)度表達(dá)使腫瘤的增殖速度明顯加快。這些結(jié)果揭示了WTAP的一種新功能。此外，ALKBH5在GSC中也處于高表達(dá)狀態(tài)，敲降A(chǔ)LKBH5可抑制GSC的增殖。ALKBH5作用于FOXM1的新生轉(zhuǎn)錄本使其m6A水平升高，導(dǎo)致FOXM1表達(dá)增強(qiáng)，促進(jìn)GBM的發(fā)生發(fā)展。該研究揭示ALKBH5的去甲基化活性對(duì)GSC的致瘤性至關(guān)重要[35]；Cui等[36]同時(shí)對(duì)甲基轉(zhuǎn)移酶和去甲基化酶在GBM中的作用機(jī)制進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)敲降METTL3或METTL4時(shí)，癌基因如ADAM19、EPHA3和KLF4表達(dá)上調(diào)，抑癌基因如CDKN2A、BRCA2和TP53I11表達(dá)下調(diào)，促進(jìn)GSC增殖和自我更新。作者還發(fā)現(xiàn)MA2作為一種選擇性的FTO抑制劑，能提高人細(xì)胞mRNA中m6A的水平，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。這些研究表明m6A甲基化修飾有望成為GBM治療的新靶點(diǎn)。

2.5 結(jié)直腸癌

大量實(shí)驗(yàn)表明，METTL3參與多種惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展，其在結(jié)直腸癌中的作用也得到了學(xué)者們的證實(shí)。METTL3在結(jié)直腸癌中表達(dá)上調(diào)，既可以以m6A依賴的方式穩(wěn)定CCNE1的mRNA促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖，又可以增加SOX2 mRNA上的m6A水平促進(jìn)腫瘤的增殖和轉(zhuǎn)移[37-38]；與上述研究結(jié)果不同的是，Deng等[39]認(rèn)為METTL3的下調(diào)通過(guò)活化P38和ERK蛋白激酶促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲。另外，有研究發(fā)現(xiàn)METTL3、METTL14也可通過(guò)改變MicroRNA上的m6A水平影響結(jié)直腸癌細(xì)胞的生物學(xué)功能[40-41]。YTHDF1、YTHDF3、hnRNPA2B1閱讀蛋白在結(jié)直腸癌中發(fā)揮的關(guān)鍵性作用也通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得以證明[42-44]。

3 小結(jié)與展望

m6A甲基化修飾的發(fā)現(xiàn)豐富了表觀遺傳學(xué)的研究范疇。甲基轉(zhuǎn)移酶、去甲基化酶和閱讀蛋白各司其職，共同調(diào)節(jié)靶基因上的m6A含量，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。本文僅對(duì)幾種常見(jiàn)的惡性腫瘤中m6A甲基化的作用進(jìn)行綜述，但其在胰腺癌[45]、子宮內(nèi)膜癌[46]、非小細(xì)胞肺癌[47]等其他腫瘤中的作用也得到了證實(shí)。雖然m6A甲基化修飾在腫瘤中的研究才剛剛起步，但相信隨著高通量測(cè)序等生物學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，m6A甲基化修飾在不同腫瘤中的具體作用機(jī)制將日漸明確，m6A作為治療的新靶點(diǎn)將成為可能。