李金珂 袁焰

2019年1月國家癌癥中心發(fā)布了2015年惡性腫瘤流行情況分析，結果顯示主要的泌尿系腫瘤按發(fā)病率順序排列為前列腺腺癌、膀胱（或腎盂輸尿管）癌、腎細胞癌、睪丸癌和陰莖癌［1］。闡明表觀遺傳改變的原因和結局是了解癌癥發(fā)生和發(fā)展的重要前提。“表觀遺傳學”的概念旨在解釋在胚胎發(fā)育和組織動態(tài)平衡期間，如何從同一基因組產生不同的細胞表型。雖然表觀遺傳學的全部范圍尚未確定，但通常被定義為化學修飾，主要包括DNA 和RNA 甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA 修飾和染色質重排。

DNA 甲基化和組蛋白修飾已經得到了很好的研究。而在近十年里RNA 甲基化已經成為生物科學中的一個熱門話題。常見的RNA 甲基化位點包括5?甲基胞嘧啶、7?甲基鳥嘌呤、1?甲基鳥嘌呤、2?甲基鳥嘌呤、6?甲基鳥嘌呤、N1?甲基腺嘌呤和N6?甲基腺嘌呤（N6?methyladenine，m6A）。m6A 是各種RNA 甲基化修飾中最常見的，其在腫瘤的發(fā)病機制中起著關鍵作用［2］。本文就m6A 修飾與泌尿系統(tǒng)腫瘤的關系，特別是其作為泌尿系統(tǒng)腫瘤生物標志物和治療靶點的作用和機制作一綜述，旨在為臨床診斷治療泌尿系腫瘤提供新的方向。

1 m6A 修飾機制

m6A 修飾是動態(tài)和可逆的，主要由“寫入器”、“擦除器”和“閱讀器”介導發(fā)揮生物學效應?？赡嫘砸馕吨鳵NA 可以在甲基轉移酶催化作用下甲基化，在去甲基酶催化作用下去甲基化，這種現(xiàn)象稱為動態(tài)平衡?！皩懭肫鳌?，由甲基轉移酶樣3（methyltransferase like 3，METTL3）、甲基轉移酶樣14（methyltransferase like 14，METTL14）及相關輔助因子RNA 結合序列蛋白15（RNA binding mo?tif protein 15，RBM15）、Wilms 腫瘤相關蛋白（Wilms tumour 1?associating protein，WTAP）和vir樣m6A 甲基轉移酶相關蛋白（vir like m6A methyl?transferase associated，VIRMA）共同組成了m6A甲基轉移酶復合物（methyltransferase complex，MTC）［3］。“擦除器”，即去甲基化酶，主要包括肥胖相關蛋白（Fat mass and obesity associated protein，F(xiàn)TO）和AlkB 同系物5（AlkB Homolog 5，ALK?BH5），催化去除RNA 的m6A 修飾［3］。另一個重要的家族是閱讀器，它可以識別m6A 修飾，與其綁定，并執(zhí)行不同的生物學功能［4］。閱讀器主要為含有YTH 結構域的蛋白質?！伴喿x器”可以促進RNA的衰減或增強RNA 的穩(wěn)定性，促進翻譯，并影響各種靶mRNA 的剪接和核輸出［5］。

2 m6A 修飾在前列腺癌中的研究進展

2015年全國前列腺癌總發(fā)病率為10.23/10 萬較2011年總發(fā)病率7.1/10 萬呈現(xiàn)上升趨勢，發(fā)病率處于泌尿系統(tǒng)腫瘤中第一位［1］。使用血清PSA 檢測前列腺癌缺乏敏感性和特異性，導致頻率相對較高且不必要的前列腺穿刺活檢。對于晚期轉移前列腺癌患者，大約30%的患者進展為去勢抵抗型前列腺癌（castration resistant prostate cancer，CRPC）。解決這些困境需要開發(fā)更多有效的分子標記物［6］。

多個課題組發(fā)現(xiàn)m6A 修飾水平在前列腺癌中呈現(xiàn)增高趨勢［7?9］，尤其是骨轉移的患者［10］。有研究人員在CRPC 的中檢測到m6A 修飾水平升高和VIRMA 過表達；功能上，VIRMA提升m6A 修飾水平，促進致癌lncRNAs CCAT1和CCAT2的表達，增強前列腺癌的侵襲性表型［11］。

對于前列腺癌患者預后的判斷，m6A 修飾相關調控基因同樣扮演著重要的角色。多項研究表明單基因METTL3或VIRMA的高表達預示著前列腺癌患者預后不良［7?11］。或許單基因判斷預后缺乏特異性，同樣存在研究提示VIRMA、CCAT1和CCAT2作為一組變量，或者IGF2BP3、核不均一核糖核蛋白A2/B1（heterogeneous nuclear ribonucleo?protein A2/B1，HNRNPA2B1）、METTL14和拷貝數(shù)變異的ALKBH5作為基因組合，它們的表達是前列腺癌患者預后的獨立預測因素［11?12］。

3 m6A 修飾在膀胱癌中的研究進展

膀胱癌是我國泌尿外科臨床上最常見的腫瘤之一，2015年全國男性膀胱癌總發(fā)病率為8.83/10萬［1］。目前診斷膀胱癌最可靠的方法是侵入性的膀胱鏡檢，因此迫切需求非侵入性篩查和診斷方法。

研究發(fā)現(xiàn)mRNA 的動態(tài)m6A 修飾及其調控蛋白在膀胱癌的惡性轉化、生長、進展、化療藥物的敏感性等方面發(fā)揮關鍵作用［13?17］。具體機制上，METTL3和ALKBH5介導CUB 結構域蛋白1（CUB domain containing protein 1，CDCP1）mRNA的m6A 修飾，而閱讀器YTHDF1優(yōu)先識別CPCP1mRNA 上的m6A 位點，促進CDCP1翻譯，促進化學致癌物誘導惡性轉化細胞和膀胱癌細胞的生長和進展［15］。同樣存 在METTL3/YTHDF2?m6A 修飾調控通路，其通過直接降解抑癌基因SET 結構域蛋白7（SET domain containing 7，SETD7）與Kruppel 樣因子4（Kruppel like factor 4，KLF4）的mRNA，促進膀胱癌的進展［17］。進一步研究確定AF4/FMR2 家族蛋白4（AF4/FMR2 family member 4，AFAFF4）、MYC、NF?κB途徑的兩個關鍵調控因子（IKBKB和RELA）為METTL3介導的m6A 修飾的直接靶點［13］。METTL3和ALKBH5協(xié)同調節(jié)使m6A 修飾在整合素亞基6（integrin subunit alpha 6，ITGA6）轉錄本中高度富集，YTH 結構域家族蛋白1（YTH domain family protein 1，YTHDF1）和YTH 結構域家族蛋白3（YTH domain family pro?tein 3，YTHDF3）與其結合，促進ITGA6mRNA 的翻譯，影響膀胱癌細胞的粘附、遷移和侵襲表型［14］。一項研究發(fā)現(xiàn)FTO具有抑制膀胱癌細胞增殖和遷移的功能，同時FTO具有加強化療藥物順鉑對膀胱癌的細胞毒性作用［16］。這些特異性調控機制為膀胱癌的潛在治療靶點提供了新的見解。

腫瘤細胞中一小部分具有長期致瘤能力的細胞，即腫瘤起始細胞或腫瘤干細胞，在癌癥的發(fā)展和治療抵抗性中起著關鍵作用，是導致腫瘤復發(fā)、轉移的根源。多項研究發(fā)現(xiàn)m6A 修飾在調控膀胱腫瘤起始細胞或腫瘤干細胞中起關鍵作用［18?19］。METTL14和m6A 修飾參與NOTCH 受體1（notch receptor 1，NOTCH1）mRNA 的RNA 穩(wěn)定性，而NOTCH1在膀胱腫瘤起始細胞的增殖、自我更新、轉移和腫瘤發(fā)生能力中起重要作用。METTL3調控AFF4mRNA 上m6A 修飾，進而促進AFF4的表達，AFF4與SRY?box 轉錄因子2（SRY?box tran?scription factor 2，SOX2）和MYC基因啟動子區(qū)域相結合，促進SOX2和MYC的轉錄表達，增強膀胱腫瘤干細胞的自我更新及體內的致瘤能力。

RNA m6A 修飾不單單調控mRNA 的表達，在特定的環(huán)境下也影響非編碼RNA 的成熟。研究人員第一次發(fā)現(xiàn)METTL3通過調控非編碼RNA 中m6A 修飾影響腫瘤形成［20］；研究通過證實METTL3可能通過與微處理器蛋白（microproces?sor complex subunit，DGCR8）相互作用，并以依賴m6A 的方式正向調節(jié)pri?miR221/222成熟，進而導致磷酸酯酶與張力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）的表達降低，最終在膀胱癌中發(fā)揮致癌作用。

4 m6A 修飾在腎細胞癌中的研究進展

腎細胞癌是一種從分子水平、基因組水平、組織病理學水平和臨床水平上都具有很強異質性的惡性腫瘤。目前，臨床尚無廣泛接受用于腎細胞癌診斷和監(jiān)測的腫瘤標志物。而如果能早期發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測這種隱匿性實體惡性腫瘤將有效改善其預后。一項研究首次繪制了人腎透明細胞癌m6A 修飾全轉錄組圖譜，為闡明m6A 介導的基因表達調控機制奠定了基礎［21］。

研究提示METTL3可能是腎細胞癌發(fā)生、發(fā)展和預后的一個新的標志物［22］。METTL3通過調控上皮細胞?間質轉化（epithelial mesenchymal tran?sition，EMT）和PI3K?Akt?mTOR 通路來抑制細胞增殖、遷移和侵襲功能，減少細胞G0/G1 阻滯，并減緩體內腎細胞癌的生長。METTL14的表達與腎透明細胞癌患者臨床病理分期呈負相關，與患者總生存期呈正相關，有潛力作為腎透明細胞癌的臨床生物標志物［23］。同樣有研究人員證明，METTL14調控嘌呤受體P2X 6（purinergic receptor P2X 6，P2RX6）mRNA 上m6A 的修飾，影響P2RX6的翻譯，而ATP 可以可能通過P2RX6促進腎癌細胞的進展［24］。進一步研究表明ATP?P2RX6可能通過調節(jié)Ca2+介導的p?ERK1/2/MMP9信號通路，促進腎癌細胞的遷移和侵襲［24］。研究人員將亞甲基四氫葉酸脫氫酶2（methylenetetra?hydrofolate dehydrogenase 2，MTHFD2）介導m6A修飾和腫瘤細胞的代謝狀態(tài)聯(lián)系起來［25］。MTHFD2，一個參與單碳代謝的線粒體酶，促進缺氧誘導因子2α（hypoxia inducible factor?2α，HIF?2α）mRNA 的m6A 修飾，增強HIF?2α翻譯；而HIF?2α翻譯的增強反過來可以促進有氧糖酵解，在腎細胞癌中能夠形成一個正的前饋回路，促進代謝重編程和腫瘤生長。

m6A 去甲基酶ALKBH5和FTO同樣在腎透明細胞癌中異常表達，為判斷預后和開發(fā)有效的靶向治療提供了策略［26?27］。細胞中過表達FTO降低PPARG 共激活劑1α（PPARG coactivator 1 alpha，PGC?1α）mRNA 轉錄本中m6A 修飾水平，增加PGC?1α 的表達，從而恢復線粒體活性，誘導氧化應激和活性氧自由基的產生，并抑制腫瘤生長。同樣ALKBH5通過依賴m6A修飾的方式穩(wěn)定AURORA激酶B（aurora kinase B，AURKB）mRNA，調節(jié)AURKB的表達，體外促進腎癌細胞的增殖、集落形成、遷移和侵襲，并促進體內腫瘤的生長［28］。

隨著生物信息學技術的發(fā)展，越來越多的研究集中在多基因模型對腫瘤進行早期檢測和預測腫瘤的復發(fā)、進展和轉移。多項研究從腫瘤基因組圖譜（the caner genome atlas，TCGA）數(shù)據(jù)庫中提取m6A 修飾調控分子的表達數(shù)據(jù)及其相關的臨床信息，結果顯示m6A 調控分子在不同臨床病理特征的腎細胞癌中存在差異表達［29?32］。調控機制上雙基因表達情況與癌癥相關的途徑、生物學過程和標志方面顯著相關，包括“細胞粘附分子（cellular adhe?sion molecules，CAMs）”、“白細胞遷移”、“Wnt/b?catenin 信號”［29］。一組研究人員還構建包括MET?TL3、METTL14和HNRNPA2B1三基因風險評分模型，該模型可以預測TCGA 患者的總生存期［31］。這些基于生物信息學的研究旨在建立和驗證m6A 相關的風險基因作為腎透明細胞癌患者的預后因素。

5 m6A 修飾在睪丸癌中的研究進展

睪丸生殖細胞瘤在20～40 歲的年輕男性中非常普遍，是這個年齡男性中最常見的致命實體瘤之一。甲胎蛋白和人絨毛膜促性腺激素是睪丸癌診療計劃的重要生物標志物，特別是對睪丸生殖細胞癌患者的隨訪，但敏感性低（<50%）限制了它們的應用。表觀遺傳學對于睪丸癌診斷和療效評估的潛在效能目前正在研究中。

一項研究為進一步的破譯m6A 修飾在睪丸生殖細胞瘤中的作用提供了起點［33］。METTL3、ALKBH5、YTH 結構域包含蛋白1（YTH domain containing protein 1，YTHDC1）、YTHDF1、YTHDF2和不均一核糖核蛋白C（heterogeneous nuclear ribo?nucleoprotein C，HNRNPC）是睪丸生殖細胞瘤中m6A 修飾的主要寫入器、擦除器和閱讀器。一項研究結果表明METTL3通過調節(jié)EMT 相關基因的表達參與睪丸生殖細胞瘤細胞的增殖、遷移和侵襲，并可能在激活睪丸生殖細胞瘤的腫瘤免疫應答中發(fā)揮作用［34］。證實METTL3可以作為睪丸生殖細胞瘤患者的獨立預后標志物。另外，研究人員確定VIRMA和YTHDF3通過依賴m6A 修飾調控促進精原細胞瘤形成，并且兩者表達水平的高低可作為準確區(qū)分了精原細胞瘤和非精原細胞瘤，成為睪丸生殖細胞瘤患者新的候選生物標志物［35］。

6 展望

在泌尿系惡性腫瘤患者中檢測到失調的m6A修飾水平以及異常表達的m6A 相關調控通路的結果為泌尿系腫瘤提供了新的研究方向。m6A 修飾調控分子在泌尿系腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中起重要作用，為理解泌尿系腫瘤表觀遺傳調控提供了新的視角。調控分子及新的信號通路可作為泌尿系腫瘤患者預后分層的潛在生物標志物，有助于開發(fā)一種新的方法來更好地抑制腫瘤的進展，并可幫助臨床醫(yī)生實現(xiàn)群體患者的精準治療。

然而，癌癥表觀遺傳學的研究仍處于起始階段。從上述有限的研究表明m6A 相關調控基因在泌尿系統(tǒng)腫瘤中有不同的表達模式。即使相同的腫瘤類型，調控機制卻不同，可能的原因是由于研究隊列的方法學差異和組織學模式的差異。因此，需要更多高質量的研究來比較這項或這組生物標記物在每個病例中的敏感性、特異性、陽性和陰性預測價值；并分析其在大的臨床環(huán)境中從有限的樣本中得出的結果是否具有有效的價值及可重復性。以期達到使m6A 修飾相關分子靶標被臨床應用，朝著精準靶向治療的方向邁出一大步。