王一帆，許銘炎，鄧小玲，

(1．廈門大學(xué)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部，福建 廈門 361102；2．廈門醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361009)

RNA的N-甲基腺嘌呤(N-methyladenosine，mA)甲基化是指在甲基轉(zhuǎn)移酶作用下RNA腺嘌呤(A)堿基第6位氮原子發(fā)生甲基化。早在20世紀(jì)70年代就發(fā)現(xiàn)RNA mA甲基化的現(xiàn)象，但由于缺乏檢測(cè)mRNA中mA甲基化位點(diǎn)的方法，所以直到2011年發(fā)現(xiàn)肥胖相關(guān)蛋白(fat mass and obesity-associated protein，F(xiàn)TO)是mRNA上的mA去甲基化酶，以及隨著mA在全轉(zhuǎn)錄組水平上高通量測(cè)序方法的發(fā)展，有關(guān)mA修飾的具體分子功能的研究才迅速發(fā)展起來。近年來學(xué)者們發(fā)現(xiàn)RNA的mA甲基化修飾通過RNA的轉(zhuǎn)錄、剪接、加工、翻譯和衰變等過程參與多種惡性腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移。這可為腫瘤的診斷和治療提供新思路。本文就近年來RNA mA甲基化在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的研究報(bào)道作一綜述。

1 RNA的m6A甲基化

RNA的mA甲基化修飾是RNA修飾的一種主要形式，優(yōu)先發(fā)生在基因編碼區(qū)域的RRACH序列(R=G或A；H=A，C或U)。目前學(xué)者們將參與mA甲基化與去甲基化過程的蛋白分為3類，分別為甲基轉(zhuǎn)移酶，去甲基化酶和mA識(shí)別蛋白。

腺苷酸在甲基化轉(zhuǎn)移酶METTL3、METTL14和WTAP等作用下在第6位N發(fā)生了甲基化修飾。我們將這類酶稱之為編碼器(writer)，其中METTL3和METTL14形成雜絡(luò)物(hetero complex)，進(jìn)一步與WTAP或 KIAA1429形成復(fù)合物對(duì)腺苷酸進(jìn)行甲基化修飾(圖1)。接下來這些已經(jīng)發(fā)生mA修飾的堿基，在FTO和ALKBH5等去甲基化酶的作用下發(fā)生去甲基化，使得RNA甲基化成為一種可逆的反應(yīng)。去甲基化酶也被稱為消碼器(eraser)。最后這些發(fā)生甲基化修飾的RNA堿基位點(diǎn)，需要特定的酶來識(shí)別。這類酶稱為讀碼器(reader)。已知YTHDF家族包括YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3以及釀酒酵母中的Mrb1蛋白、粟酒裂殖酵母中的Mmi1蛋白和hnRNP結(jié)合蛋白家族成員都是readers類蛋白。這些酶能夠識(shí)別發(fā)生mA甲基化的堿基，參與下游翻譯、mRNA降解、加快mRNA出核速度等作用。

有越來越多的研究表明，mA修飾在RNA加工代謝及正常生理功能中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，參與RNA加工代謝的生物學(xué)過程，包括RNA剪接、RNA出核、RNA與蛋白互相作用、RNA降解以及l(fā)ncRNA介導(dǎo)的基因沉默(DC1)。而參與的生理功能包括脂肪分化、精子發(fā)育、腫瘤生成、腦發(fā)育、干細(xì)胞更新、生物節(jié)律、細(xì)胞減數(shù)分裂以及其他的一些生命過程。RNA mA甲基化的表觀遺傳學(xué)機(jī)制可大致分為兩種：一種是RNA分子中的mA甲基化修飾會(huì)使得RNA的構(gòu)象發(fā)生改變，影響蛋白質(zhì)與RNA的相互作用從而影響RNA的下游功能。例如mA的甲基化水平影響結(jié)合蛋白HNRNPC與RNA的結(jié)合，進(jìn)而影響目標(biāo)轉(zhuǎn)錄本的豐度和選擇性剪切。另一種是被mA結(jié)合蛋白識(shí)別，進(jìn)而對(duì)RNA的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控產(chǎn)生影響。mA結(jié)合蛋白YTHDF1促進(jìn)mA修飾的mRNA底物與核糖體的結(jié)合，促進(jìn)蛋白質(zhì)的翻譯。

2 RNA m6A甲基化與腫瘤

目前，RNA mA甲基化修飾與腫瘤之間的研究受到廣泛關(guān)注，mA甲基化修飾相關(guān)酶類是腫瘤發(fā)生發(fā)展中的重要調(diào)節(jié)因子，其表達(dá)水平的高低通過不同信號(hào)通路參與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程，在不同類型的腫瘤中，mA甲基化修飾相關(guān)酶類既可以上調(diào)，也可以下調(diào)(表1)。因此，研究調(diào)控mA甲基化修飾的相關(guān)酶基因在不同腫瘤中的生物學(xué)功能，鑒定關(guān)鍵的mA甲基化修飾靶基因，對(duì)于了解腫瘤發(fā)病機(jī)制具有重要意義。

圖1 RNA m6A修飾過程及調(diào)控蛋白在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

表1 m6A甲基化相關(guān)酶類表達(dá)水平與腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系

2.1 m6A甲基化與白血病

白血病細(xì)胞的增殖與轉(zhuǎn)化和mA甲基化修飾密切相關(guān)。甲基化酶METTL3、WTAP和去甲基化酶FTO、ALKBH5、YTHDF2的表達(dá)水平上調(diào)均對(duì)白血病的病理進(jìn)程起促進(jìn)作用。研究發(fā)現(xiàn)，

METTL3

基因參與了斑馬魚和小鼠的血管內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為造血干細(xì)胞的發(fā)育過程；促進(jìn)人髓樣白血病細(xì)胞MOLM13中原癌基因

c-MYC

，B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2基因

BCL2

和磷酸酶及張力蛋白同源基因

PTEN

的翻譯，METTL3的缺失可導(dǎo)致磷酸化的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(pAKT)水平升高促進(jìn)正常血細(xì)胞向白血病細(xì)胞的轉(zhuǎn)化；此外，METTL3還被證明是急性髓系白血病細(xì)胞生長的必需基因，但不是正常的血細(xì)胞所必需的，這些結(jié)果提示METTL3是一種治療白血病的可行靶點(diǎn)。甲基化轉(zhuǎn)移酶WTAP通過HSP90和BCL6形成復(fù)合物在白血病細(xì)胞異常增殖過程中起重要作用。去甲基化酶FTO在急性髓系白血病(acute myelocytic leukemia，AML)中高表達(dá)，可增強(qiáng)AML細(xì)胞增殖能力和生存能力，并可通過降低ASB2和RARA的轉(zhuǎn)錄后表達(dá)抑制全反式維甲酸(ATRA)誘導(dǎo)的急性早幼粒白血病細(xì)胞的分化。這提示FTO與ATRA的耐藥性有關(guān)。同時(shí)，去甲基化酶ALKBH5在AML中的高表達(dá)也有助于維持白血病干細(xì)胞的功能。這些研究均為白血病的治療提供了新思路。

2.2 m6A甲基化與肝癌

mA通過多種調(diào)控路徑參與肝癌的發(fā)生發(fā)展進(jìn)程。METTL3在肝細(xì)胞癌中高表達(dá)，促進(jìn)肝細(xì)胞癌的發(fā)生發(fā)展。其具體機(jī)制為METTL3抑制HCC中細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)抑制因子2的表達(dá)，導(dǎo)致肝癌細(xì)胞的增殖遷移能力增強(qiáng)。同樣作為甲基轉(zhuǎn)移酶的METTL14在肝細(xì)胞癌中卻低表達(dá)，從而引起mA甲基化水平降低，影響與迪喬治綜合征危象區(qū)基因8(

DGCR8

)的相互作用，導(dǎo)致microRNA-126成熟體表達(dá)量降低，進(jìn)而促進(jìn)HCC轉(zhuǎn)移。去甲基化酶FTO在不同種類的肝癌中表現(xiàn)出不同的表達(dá)水平。過表達(dá)的FTO與肝細(xì)胞癌患者的不良預(yù)后密切相關(guān)，過表達(dá)FTO觸發(fā)了丙酮酸激酶PKM2 mRNA的去甲基化并加速了蛋白翻譯，進(jìn)而促進(jìn)肝癌的發(fā)生；而在肝內(nèi)膽管癌中FTO呈低表達(dá)，由于在體內(nèi)過表達(dá)FTO可降低癌基因

TEAD2

mRNA的穩(wěn)定性，抑制癌基因

TEAD2

的表達(dá)，進(jìn)而阻礙肝內(nèi)膽管癌的進(jìn)程。雖然FTO長期以來都被認(rèn)為是一種致癌因子，但其在肝內(nèi)膽管癌中的抑癌作用提示FTO的作用方向可能和癌癥的類型有關(guān)。此外，mA識(shí)別蛋白YTHDF1與YTHDF2在肝癌中也呈現(xiàn)顯著上調(diào)的趨勢(shì)，促進(jìn)肝癌干細(xì)胞表型和癌癥轉(zhuǎn)移。

2.3 m6A甲基化與膠質(zhì)瘤

膠質(zhì)瘤是一種源自大腦或者脊髓膠質(zhì)細(xì)胞的顱內(nèi)惡性腫瘤，是最常見的一種腦腫瘤。mA的甲基化水平與膠質(zhì)瘤的病程有密切關(guān)系。METTL3，ALKBH5和YTHDF1表達(dá)上調(diào)對(duì)膠質(zhì)瘤的病程起推動(dòng)作用。mA去甲基化酶ALKBH5在膠質(zhì)瘤干細(xì)胞中的表達(dá)水平顯著升高，當(dāng)沉默ALKBH5會(huì)抑制膠質(zhì)瘤干細(xì)胞(glioma stem cells，GSCs)的自我更新和增殖，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組及mA RNA甲基化測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子FOXM1是ALKBH5的靶基因，ALKBH5通過去甲基化影響FOXM1的表達(dá)，影響膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的病理進(jìn)程。與此同時(shí)，METTL3與METTL14作為mA甲基轉(zhuǎn)移酶，可顯著抑制GSCs的自我更新和增殖。并且敲低METTL3與METTL14后，許多癌基因的表達(dá)水平被上調(diào)而抑癌基因則被下調(diào)。

此外，mA識(shí)別蛋白YTHDF1的異常高表達(dá)也被證實(shí)與神經(jīng)膠質(zhì)瘤患者的預(yù)后不良有關(guān)，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了YTHDF1可加速神經(jīng)膠質(zhì)瘤的生長，而microRNA has-mir-346可結(jié)合在YTHDF1的3′-UTR區(qū)，對(duì)YTHDF1起負(fù)調(diào)節(jié)作用。

2.4 m6A甲基化與乳腺癌

乳腺癌在發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的發(fā)病率高居女性惡性腫瘤的首位。在乳腺癌中，METTL3、METTL14、FTO與ALKBH5的表達(dá)水平均增高。低氧作為腫瘤微環(huán)境的一個(gè)關(guān)鍵特征，可刺激乳腺癌細(xì)胞增殖富集。ALKBH5在缺氧條件下表達(dá)升高，并通過依賴低氧誘導(dǎo)因子(HIF)的方式降低干細(xì)胞因子NANOG mA的表達(dá)水平，使得NANOG更加穩(wěn)定，維持乳腺癌干細(xì)胞的活性，導(dǎo)致乳腺癌患者的預(yù)后不良。因此抑制ALKBH5或低氧誘導(dǎo)因子有望成為治療乳腺癌的新途徑。

3 總結(jié)與展望

近年來，隨著mA交聯(lián)和免疫沉淀以及高通量RNA甲基化測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，mA已被證實(shí)參與了多種惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展。這使得以mA相關(guān)酶或mA依賴途徑的靶向治療人類癌癥提供了重要的科學(xué)依據(jù)。但仍存在許多挑戰(zhàn)。

首先，腫瘤發(fā)生過程中參與甲基化過程的相關(guān)組分逐漸被挖掘出來，但是仍可能存在未知的甲基化調(diào)節(jié)因子。比如rRNA也可發(fā)生mA甲基化但其在腫瘤發(fā)生過程中的具體功能未知。盡管YTH結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)已廣為人知，但YTH蛋白的功能也尚未明確。因此，通過研究mA的甲基化相關(guān)調(diào)節(jié)因子對(duì)于我們探尋mA甲基化在不同腫瘤中的作用機(jī)制至關(guān)重要。

其次，雖然研究者對(duì)mA在癌癥發(fā)生發(fā)展進(jìn)程中的機(jī)制進(jìn)行不斷探索，但基于mA的癌癥治療策略仍有待進(jìn)一步研究。非甾體抗炎藥MA衍生的抑制劑FB23對(duì)去甲基化酶FTO有抑制作用，進(jìn)而抑制白血病細(xì)胞的增殖能力。但缺少臨床研究的驗(yàn)證。未來需要研發(fā)更多針對(duì)mA的小分子靶向抑制劑，并且將其應(yīng)用于臨床治療中。

第三，由于mA甲基化在許多方面都能影響基因的表達(dá)，因此其副作用也不可忽視。比如mA通過調(diào)節(jié)突觸功能和應(yīng)激反應(yīng)在小鼠成年大腦中也起著重要的作用，所以以mA為靶點(diǎn)的抗腫瘤治療有可能存在某些副作用不可忽視。未來的工作，旨在深入研究mA修飾相關(guān)酶參與疾病進(jìn)程調(diào)節(jié)的分子機(jī)制，結(jié)合臨床研究結(jié)果評(píng)估m(xù)A甲基化修飾與疾病的相關(guān)性，進(jìn)一步增強(qiáng)我們對(duì)腫瘤惡性轉(zhuǎn)化機(jī)制的理解，從而有助于新的抗腫瘤治療藥物設(shè)計(jì)。