鄧云洋，孫達(dá)欣，梁萬旺，黃豐澤

(桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院乳甲外科，廣西 桂林 541000)

表觀遺傳修飾是指在細(xì)胞核中基因核苷酸順序不發(fā)生改變的前提下出現(xiàn)基因功能改變且在某種機(jī)制調(diào)節(jié)下可逆的一種修飾。其中N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenine，m6A)修飾是信使RNA(messenger RNA,mRNA)最常見的一種RNA修飾[1]。既往研究發(fā)現(xiàn)，m6A修飾調(diào)控紊亂可能影響mRNA的加工、降解以及翻譯過程，進(jìn)而影響基因的表達(dá)，從而參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程[2]。隨著甲基化RNA免疫共沉淀結(jié)合高通量測(cè)序等技術(shù)的快速發(fā)展，發(fā)現(xiàn)m6A修飾可以在甲基轉(zhuǎn)移酶、去甲基化酶和解讀器蛋白的協(xié)同作用下完成[3]。其中m6A去甲基化酶包括肥胖相關(guān)蛋白(fat mass and obesity-associated protein，F(xiàn)TO)和ALKB同系物5(ALKB homolog 5,ALKBH5)[4]。有研究表明，F(xiàn)TO不僅在肥胖相關(guān)疾病中發(fā)揮關(guān)鍵作用，還參與多種腫瘤(如急性髓系白血病、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和乳腺癌)的發(fā)生發(fā)展過程，同時(shí)另一種m6A去甲基化酶ALKBH5也與多種腫瘤(如結(jié)腸癌、胰腺癌、胃癌)的發(fā)生發(fā)展相關(guān)[5]。但ALKBH5參與腫瘤發(fā)生發(fā)展的機(jī)制尚未明確或存在爭(zhēng)議，仍需要進(jìn)一步研究。目前，腫瘤治療已進(jìn)入精準(zhǔn)化時(shí)代，靶向治療成為腫瘤治療過程中的重要環(huán)節(jié)，但目前部分腫瘤仍缺乏有效靶點(diǎn)或產(chǎn)生耐藥現(xiàn)象。因此，ALKBH5極有可能成為參與腫瘤診斷以及治療的新靶點(diǎn)，現(xiàn)就ALKBH5與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的研究進(jìn)展予以綜述，以為腫瘤分子靶向治療提供新線索。

1 m6A去甲基化酶ALKBH5的結(jié)構(gòu)及其組成

1983年，Kataoka等[6]從大腸埃希菌變異株中分離出一種新基因并命名為ALKB。至今，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)9種ALKB同系物，分別命名為ALKBH1～8，將FTO稱為ALKBH9[7-8]。其中ALKBH5是2-氧戊二酸酯和鐵離子依賴性核酸氧化酶，可催化RNA中m6A的去甲基化[9-10]。Feng等[11]鑒定了人ALKBH5的晶體結(jié)構(gòu)，ALKBH5結(jié)構(gòu)包含7個(gè)α-螺旋和9個(gè)β-折疊，ALKBH5的催化核心還包含依賴于α-酮戊二酸的雙鏈β折疊。與其他ALKB蛋白相比，ALKBH5的獨(dú)特“蓋”區(qū)在底物識(shí)別和催化中起著至關(guān)重要的作用，該蓋進(jìn)一步分為兩個(gè)部分，分別稱為“Flip1”和“Flip2”。Flip1區(qū)域(殘基117-129)包含一個(gè)α-螺旋(α3)和一個(gè)β-鏈(β2)，F(xiàn)lip2區(qū)域包含一個(gè)長(zhǎng)環(huán)。另外，Cys-230和Cys-267之間的二硫鍵對(duì)于ALKBH5與單鏈RNA/DNA的選擇性結(jié)合至關(guān)重要，這一發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了對(duì)ALKBH5底物識(shí)別特異性的理解。Xu等[12]使用誘變和等溫滴定量熱法結(jié)合實(shí)驗(yàn)鑒定了ALKBH5的m6A結(jié)合口袋和參與m6A識(shí)別的關(guān)鍵殘基。研究發(fā)現(xiàn)，DEAD-box RNA解旋酶3的ATP結(jié)構(gòu)域與ALKBH5的雙鏈β折疊結(jié)構(gòu)域之間具有緊密聯(lián)系，并得出DEAD-box RNA解旋酶3充當(dāng)ALKBH5調(diào)節(jié)mRNA或微RNA脫甲基化的“介體”這一結(jié)論[13]。Purslow等[14]進(jìn)一步研究了溶液中ALKBH5的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)，并提供了ALKB蛋白處于無序構(gòu)象狀態(tài)的第一個(gè)原子分辨率模型。

2 m6A去甲基化酶ALKBH5與腫瘤的關(guān)系

ALKBH5與多種腫瘤的增殖、遷移、侵襲、轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，且在不同腫瘤中的表達(dá)水平及作用存在差異甚至相反，見表1?，F(xiàn)根據(jù)已有的研究成果，簡(jiǎn)要闡述ALKBH5與不同腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系。

2.1ALKBH5與結(jié)腸癌 2020年全球癌癥統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示，結(jié)直腸癌的發(fā)生率居第3位，死亡率居第2位[15]。Guo等[16]使用微陣列技術(shù)鑒定了結(jié)腸癌組織和正常組織間長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)的表達(dá)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鑒定出的16種候選lncRNA在癌癥組織中明顯上調(diào)且lncRNA核富集轉(zhuǎn)錄本1(nuclear-enriched abundant transcript 1，

表1 ALKBH5在各種腫瘤中的表達(dá)、目標(biāo)基因以及作用

2.2ALKBH5與胰腺癌 胰腺癌是一種較為常見的消化系統(tǒng)腫瘤，惡性程度極高。據(jù)統(tǒng)計(jì)2020年，胰腺癌因預(yù)后差而死亡的人數(shù)(466 000例)與病例數(shù)(496 000例)接近，是癌癥死亡的第七大主要原因[15]。He等[18]通過免疫印跡試驗(yàn)顯示，與正常組織相比，ALKBH5在MIA-PaCa-2和BxPC-3癌細(xì)胞中明顯下調(diào)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)KCNK15和WISP2反義RNA1(KCNK15 and WISP 2 antisense RNA1，KCNK15-AS1)可被ALKBH5去甲基化且ALKBH5對(duì)KCNK15-AS1的去甲基化作用可上調(diào)其表達(dá)，隨后通過分析69對(duì)臨床胰腺癌和正常組織中KCNK15-AS1的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)KCNK15-AS1在胰腺癌組織中顯著減少，并證實(shí)了KCNK15-AS1能抑制MIA-PaCa-2和BxPC-3細(xì)胞遷移和侵襲，因此推測(cè)ALKBH5通過m6A去甲基化修飾KCNK15-AS1使其表達(dá)上調(diào)，從而發(fā)揮抑制腫瘤發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移的作用，但具體機(jī)制尚不清楚。另外，Cho等[19]利用癌癥基因組圖譜和國際癌癥基因組聯(lián)盟數(shù)據(jù)庫并基于ALKBH5基因的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)ALKBH5基因是一種新的預(yù)測(cè)胰腺癌預(yù)后的生物標(biāo)志物，ALKBH5高表達(dá)患者的生存率提高，表明ALKBH5對(duì)胰腺癌的發(fā)生發(fā)展具有積極作用。Tang等[20]發(fā)現(xiàn)在胰腺導(dǎo)管腺癌細(xì)胞中ALKBH5下調(diào)，并闡明了一種新的m6A修飾機(jī)制，即ALKBH5通過下調(diào)Wnt通路抑制因子1 mRNA的m6A水平來抑制Wnt信號(hào)，從而在體內(nèi)和體外減弱胰腺導(dǎo)管腺癌細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲。Guo等[21]發(fā)現(xiàn)胰腺癌患者ALKBH5明顯下調(diào)，ALKBH5通過去甲基化作用使節(jié)律基因1 mRNA中m6A修飾水平下調(diào)，然而m6A修飾后的節(jié)律基因1 mRNA與YTH結(jié)構(gòu)域m6A RNA結(jié)合蛋白2相互作用可促使節(jié)律基因1 mRNA降解，因此ALKBH5通過抑制此過程來上調(diào)節(jié)律基因1 mRNA水平，進(jìn)而導(dǎo)致共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張突變蛋白-細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)激酶2-p53/細(xì)胞分裂周期25C信號(hào)通路重新激活，從而抑制胰腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)，發(fā)揮抑制腫瘤的作用，且p53誘導(dǎo)的ALKBH5轉(zhuǎn)錄激活還能作為一個(gè)反饋環(huán)調(diào)控胰腺癌中的m6A修飾。綜上所述，ALKBH5可抑制胰腺癌的發(fā)生發(fā)展，但具體機(jī)制尚不明確。

2.3ALKBH5與胃癌 胃癌在全球癌癥發(fā)病率中排名第五，死亡率排名第四[15]。Zhang等[22]發(fā)現(xiàn)，ALKBH5在胃癌中表達(dá)明顯上調(diào)，并通過挽救試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)lncRNA NEAT1是ALKBH5潛在的結(jié)合lncRNA，ALKBH5能通過去甲基化修飾lncRNA NEAT1使其表達(dá)上調(diào)，由于以往的研究證實(shí)lncRNA NEAT1過表達(dá)對(duì)胃癌的侵襲性和轉(zhuǎn)移有促進(jìn)作用，推測(cè)ALKBH5通過降低lncRNA NEAT1的m6A甲基化促進(jìn)胃癌的侵襲和轉(zhuǎn)移。綜上，ALKBH5與胃癌的侵襲、轉(zhuǎn)移有關(guān)并發(fā)揮促腫瘤的作用。

2.4ALKBH5與肺癌 2020年全球癌癥統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示，肺癌是全球第二大癌癥，也是全球癌癥死亡的主要原因[15]。既往研究表明，阻塞性睡眠呼吸暫停與腫瘤進(jìn)展和腫瘤相關(guān)死亡率密切相關(guān)[23-24]。Chao等[25]在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)間歇性缺氧狀態(tài)下小鼠肺腺癌細(xì)胞和皮下腫瘤中ALKBH5升高，隨后他們繼續(xù)在間歇性缺氧條件下敲除人肺腺癌細(xì)胞中的ALKBH5，發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞的增殖和侵襲受到明顯抑制，并發(fā)現(xiàn)ALKBH5能通過對(duì)轉(zhuǎn)錄因子叉頭框蛋白M1(forkhead box protein M1,FOXM1) mRNA m6A去甲基化修飾升高其表達(dá)，從而促進(jìn)肺腺癌細(xì)胞的增殖和侵襲。Jin等[26]在非小細(xì)胞肺癌中發(fā)現(xiàn)m6A去甲基化酶ALKBH5通過降低YTH結(jié)構(gòu)域蛋白家族介導(dǎo)的Yes相關(guān)蛋白(Yes-associated protein，YAP)mRNA表達(dá)和抑制微RNA(microRNA,miRNA/miR)-107/LATS2軸介導(dǎo)的YAP mRNA活性來抑制非小細(xì)胞肺癌腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。Zhu等[27]研究發(fā)現(xiàn)，ALKBH5在非小細(xì)胞肺癌組織和細(xì)胞中表達(dá)明顯上調(diào)，并推測(cè)ALKBH5通過m6A去甲基化修飾金屬蛋白酶組織抑制因子3 mRNA降低其穩(wěn)定性，進(jìn)而發(fā)揮促進(jìn)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞惡性生物學(xué)特性的作用。

2.5ALKBH5與乳腺癌 女性乳腺癌現(xiàn)已超過肺癌，成為2020年全球癌癥發(fā)病率的主要原因，估計(jì)有230萬新發(fā)病例，占所有癌癥的11.7%，是全球癌癥死亡的第五大原因[15]。研究發(fā)現(xiàn)，必要的生理刺激(即缺氧)可以調(diào)節(jié)人類癌細(xì)胞RNA的m6A修飾，缺氧通過增加編碼核心多能因子的mRNA去甲基化，部分誘導(dǎo)乳腺癌干細(xì)胞表型[28-29]。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，缺氧可誘導(dǎo)雌激素受體陽性乳腺癌干細(xì)胞(MCF-7)和三陰性乳腺癌干細(xì)胞(MDA-MB231、SUM-159和MDA-MB-435)中ALKBH5的表達(dá)，ALKBH5可通過去甲基化修飾NANOG(一種含有同源異域結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子)mRNA使其表達(dá)及穩(wěn)定性上調(diào)。而多能性因子NANOG mRNA是原發(fā)腫瘤形成和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移所必需的，它在維持和規(guī)范癌癥干細(xì)胞中具有重要作用。因此，ALKBH5對(duì)乳腺癌的發(fā)生發(fā)展有促進(jìn)作用，但具體機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

2.6ALKBH5與卵巢癌 卵巢癌是常見的女性生殖器官惡性腫瘤之一，發(fā)病率僅次于宮頸癌和子宮體癌，由于早期癥狀較隱匿，當(dāng)出現(xiàn)臨床癥狀時(shí)，大多數(shù)(>70%)已為晚期[15]。因此，了解卵巢癌發(fā)展的分子機(jī)制對(duì)于推進(jìn)其診斷和治療策略至關(guān)重要。Bcl-2是Bcl家族主要的抗凋亡蛋白，以往研究表明Bcl-1、Bcl-2在自噬和凋亡之間起重要作用[30-32]。Bcl-2與Bcl-1結(jié)合抑制自噬；相反，Bcl-2與Bcl-1分離可能是激活自噬的關(guān)鍵。因此，Zhu等[33]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)上皮性卵巢癌組織中ALKBH5的表達(dá)明顯上調(diào)，ALKBH5通過m6A去甲基化修飾Bcl-2 mRNA使其表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)Bcl-2與Bcl-1的結(jié)合，抑制上皮性卵巢癌腫瘤細(xì)胞的自噬作用，進(jìn)而發(fā)揮促腫瘤作用。Jiang等[34]發(fā)現(xiàn)在卵巢癌組織中被病原體相關(guān)分子激活的Toll樣受體通過激活核因子κB信號(hào)通路上調(diào)ALKBH5的表達(dá)，且ALKBH5能通過m6A去甲基化修飾NANOG mRNA，并使其表達(dá)下調(diào)，ALKBH5能通過參與構(gòu)建卵巢癌腫瘤微環(huán)境促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展，但NANOG mRNA表達(dá)異常在卵巢癌中的作用尚未闡明。在卵巢癌中ALKBH5通過去甲基化修飾上調(diào)相關(guān)mRNA表達(dá)，繼而在腫瘤細(xì)胞自噬、腫瘤微環(huán)境方面發(fā)揮促腫瘤作用，但具體機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

2.7ALKBH5與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是最常見、最具破壞性的原發(fā)性惡性腦腫瘤[15]。Zhang等[35]發(fā)現(xiàn)在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中ALKBH5表達(dá)明顯上調(diào)，其通過m6A去甲基化修飾FOXM1 mRNA使其表達(dá)上調(diào)，從而發(fā)揮促腫瘤作用。此外，咪唑并苯并嗪-5-硫酮MV1035可通過抑制ALKBH5來抑制膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系的遷移和侵襲[36]。Liu等[37]研究發(fā)現(xiàn)，ALKBH5能通過m6A去甲基化修飾性別決定區(qū)Y框蛋白2 mRNA升高其表達(dá)，從而發(fā)揮抑制細(xì)胞凋亡、促進(jìn)細(xì)胞增殖和替莫唑胺耐藥的作用。綜上所述，ALKBH5在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中過表達(dá)并發(fā)揮促腫瘤作用，其抑制劑可顯著抑制腫瘤細(xì)胞系的遷移和侵襲，此外ALKBH5還參與替莫唑胺化療藥物的耐藥過程。

2.8ALKBH5與骨肉瘤 骨肉瘤是一種惡性腫瘤，目前的治療手段主要采取手術(shù)切除與化療相結(jié)合的方法，但轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)的患者預(yù)后仍較差，5年總體生存率僅為20%[38]。研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA漿細(xì)胞瘤轉(zhuǎn)化遷移基因1(plasmacytoma variant translocation 1，PVT1)在骨肉瘤患者中的表達(dá)顯著升高，lncRNA PVT1通過抑制miR-195并提高其靶蛋白表達(dá)促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲[39]。此外，在耐藥方面，lncRNA PVT1能通過激活肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體/磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B通路，靶向miR-152增強(qiáng)骨肉瘤細(xì)胞對(duì)吉西他濱的化療耐藥性[40]。Chen等[41]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，ALKBH5通過m6A去甲基化修飾lncRNA PVT1，從而抑制讀取器蛋白YTH結(jié)構(gòu)域m6A RNA結(jié)合蛋白2與lncRNA PVT1的結(jié)合，使lncRNA PVT1表達(dá)上調(diào)發(fā)揮促進(jìn)骨肉瘤轉(zhuǎn)移和增殖的作用。然而，有研究發(fā)現(xiàn)，ALKBH5通過對(duì)YAP mRNA的直接/間接調(diào)控抑制骨肉瘤的進(jìn)展，且與正常成骨細(xì)胞/組織相比，骨肉瘤細(xì)胞/組織中去甲基化酶ALKBH5水平下調(diào)[42]。綜上可知，ALKBH5參與骨肉瘤的發(fā)生、發(fā)展，同時(shí)發(fā)揮促進(jìn)/抑制骨肉瘤細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移的作用，并且間接增強(qiáng)了骨肉瘤細(xì)胞對(duì)吉西他濱的化療耐藥性。

3 小 結(jié)

ALKBH5參與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展和轉(zhuǎn)移過程，在不同腫瘤中表達(dá)水平不同，如在乳腺癌、胃癌、肺癌、卵巢癌、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中表達(dá)明顯上調(diào)且發(fā)揮促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用；相反，在結(jié)腸癌、胰腺癌中表達(dá)下調(diào)且發(fā)揮抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用。從機(jī)制上講，ALKBH5通過m6A去甲基化修飾目的基因，進(jìn)而影響目的基因的表達(dá)，通過增強(qiáng)或減弱癌細(xì)胞的自我更新或調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的自噬改變腫瘤微環(huán)境的方式來影響腫瘤細(xì)胞增殖、遷移、侵襲。另外，ALKBH5在影響腫瘤耐藥方面也起一定作用，因此ALKBH5作為一個(gè)潛在的靶向基因具有極大的臨床潛力，但仍需進(jìn)一步研究來闡明其在不同腫瘤中的具體作用機(jī)制。