賀紫薇 葛夢迪 孫心悅 劉成祥 王寬宇

乳腺癌(breast cancer,BC)是威脅全球女性生命健康的重要風險因素,根據(jù)2020年美國癌癥協(xié)會發(fā)布的BC流行病學統(tǒng)計數(shù)據(jù),全球BC病例數(shù)已經(jīng)超過270萬,每年新增病例約為60萬,BC仍是導致女性死亡的主要原因之一[1]。近年來,表觀遺傳修飾在惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中的調節(jié)作用備受關注。研究表明,BC的表觀轉錄具有生物多樣性,其中包括RNA甲基化修飾。N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenosine,m6A)是生物體中豐度較高且影響較大的修飾類型之一,也是真核生物中常見的RNA甲基化修飾類型[2]。2011 年,芝加哥大學何川教授團隊研究發(fā)現(xiàn)了 m6A 的去甲基化酶 FTO,揭示m6A的可逆化修飾,他們證明了這種 RNA 甲基化具有可逆性,且明確了 RNA 層面的修飾也參與了基因表達調控[3]。

隨著測序技術的發(fā)展,RNA表觀修飾研究領域得到了開創(chuàng)性發(fā)展,m6A修飾作為主要的RNA表觀遺傳修飾之一,也成為了生物科學領域的研究熱點。研究表明,m6A在癌癥中發(fā)揮重要作用,參與腫瘤細胞的生物學功能,例如增殖、侵襲、轉移、耐藥等,與患者的預后密切相關[4]。但m6A與BC的關系及其在BC發(fā)生、發(fā)展中的作用機制尚不明確。本文重點闡述了m6A甲基化修飾的生物調節(jié)過程以及m6A在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中的作用,就m6A甲基化修飾在BC生長、侵襲、轉移及耐藥等方面的作用及調控機制展開綜述,旨在揭示m6A甲基化修飾在BC發(fā)生、發(fā)展過程中的作用位點,為BC的治療提供新策略。

一、m6A甲基化修飾

1.m6A甲基化修飾的概述:RNA修飾在調節(jié)人類的生命健康和疾病中發(fā)揮著重要作用,已知有160多種RNA修飾類型,廣泛分布于各種RNA類型[5]。據(jù)Boccaletto等[6]研究報道,在真核生物的mRNA中,RNA修飾主要包括N1-甲基腺苷(m1A)、N6-甲基腺苷(m6A)和5-甲基胞嘧啶(m5C)等類型,其中m6A最早于20世紀70年代被發(fā)現(xiàn),是大多數(shù)高等真核生物的mRNA和lncRNA中最常見、最豐富的內部修飾之一[7]。m6A甲基化修飾是一種可逆的動態(tài)調控機制,需要甲基化轉移酶、去甲基化酶和甲基化識別蛋白共同參與[8]。

2.m6A甲基轉移酶:m6A甲基轉移酶是一類重要的催化酶,主要作用是將甲基基團從S-腺苷甲硫氨酸(SAM)轉移給親霍爾基,從而實現(xiàn)DNA、RNA和蛋白質等生物大分子中的甲基化修飾[9]。在m6A甲基化修飾中,甲基轉移酶主要包括METTL3、METTL14、WTAP和VIRMA等亞基,這些亞基通過相互作用形成復合物,共同催化mRNA上的腺苷酸進行m6A甲基化修飾[10]。根據(jù)結構生物學研究,METTL3和METTL14是m6A甲基化修飾的關鍵酶,它們以復合物形式存在,并參與特定腺苷殘基的甲基化,WTAP、VIRMA和其他蛋白也是重要的組成部分。其中WTAP在招募METTL3和METTL14方面具有非常重要的作用,在m6A甲基化修飾過程中METTL3是唯一的催化亞基,它與METTL14和WTAP結合形成復合體,并以甲基轉移酶復合物的形式催化特定序列介導的m6A修飾,在完成催化作用方面發(fā)揮重要作用。

3.m6A去甲基化酶:m6A去甲基化酶是指能夠將mRNA上某些m6A甲基化修飾還原為腺嘌呤的酶。在真核生物中,已發(fā)現(xiàn)多種m6A去甲基化酶,主要包括FTO (fat mass and obesity-associated protein)、ALKBH5 (AlkB homolog 5)、ALKBH3 (AlkB homolog 3)、DIOX4 (dioxygenase 4)以及FTO-2OG酸化酶家族等[11,12]。目前,對m6A去甲基化酶的研究主要關注于FTO和ALKBH5這兩種酶。FTO是第一種被發(fā)現(xiàn)的m6A去甲基化酶,對于肥胖和2型糖尿病等疾病具有重要的功能。FTO蛋白屬于AlkB蛋白家族,其核心結構域與AlkB家族相似,但在C端具有獨特的長環(huán)結構與AlkB家族中的其他蛋白不同,使得FTO蛋白能夠去甲基化修飾單鏈DNA或單鏈RNA的甲基化修飾。一旦FTO基因的轉錄水平發(fā)生異常,可能會引起多種疾病[13]。ALKBH5是另外一種重要的去甲基化酶,它能夠對細胞核中的mRNA進行去甲基化修飾,當ALKBH5被敲低時,mRNA上的m6A修飾水平明顯上升[14]。此外,ALKBH3 與ALKBH5也被發(fā)現(xiàn)具有去甲基化活性[12]。

4.m6A甲基識別蛋白:m6A甲基化修飾可通過特定的蛋白質識別和介導,調節(jié)RNA的穩(wěn)定性、轉運、翻譯、和幫助合成蛋白等多種生物學功能,從而影響疾病的進程[15]。目前已知的m6A甲基識別蛋白包括YTH結構域家族(YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3和YTHDC1)、HNRNP家族、IGF2BPs家族(IGF2BP1、IGF2BP2、IGF2BP3)、FMRP家族(FMRP、FXR1和FXR2)等。YTH結構域蛋白是一類參與RNA代謝調控的蛋白質,能影響RNA的翻譯、降解等處理過程,在調控RNA代謝、維持基因表達穩(wěn)態(tài)等方面起著重要作用[16]。HNRNP家族蛋白廣泛存在于真核生物中,主要參與mRNA的加工和轉運,調節(jié)mRNA的轉錄后修飾、剪接、本體結構和核外定位等過程,在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中也發(fā)揮著重要作用,包括參與細胞增殖、分化和凋亡等生物過程[17]。IGF2BPs家族蛋白在腫瘤的發(fā)展過程中,調節(jié)m6A甲基化修飾的RNA的穩(wěn)定性、轉錄和翻譯,從而促進或抑制癌細胞的增殖、侵襲,決定癌細胞對放療和化療藥物的反應性[18]。FMRP家族蛋白可以通過調節(jié)m6A甲基化修飾的RNA的穩(wěn)定性、轉錄和翻譯,對腫瘤細胞的增殖、侵襲、轉移以及對放療和化療藥物的反應性產(chǎn)生影響[19]。

二、m6A甲基化修飾與乳腺癌的關系

1.m6A甲基轉移酶與乳腺癌:多項研究表明,m6A甲基化水平在腫瘤細胞中顯著增強,并且與腫瘤發(fā)生、惡性轉化、轉移等嚴重影響患者預后的臨床表現(xiàn)具有顯著相關性[20]。在BC中,過度表達和特異性降解m6A甲基化酶,如METTL3、METTL14,或表達異常的WTAP和VIRMA等,均可以影響多個與BC相關的信號通路功能和基因表達。例如,METTL3可以調控BRCA1、MYC、EGFR等基因的表達和功能,影響B(tài)C的生長和轉移;WTAP會促進BC細胞的腫瘤球形結構和抗藥性;而VIRMA則能夠影響HOXA10、CYP1B1、ERBB3等基因,進一步影響B(tài)C的發(fā)生和發(fā)展[21,22]。研究表明,不同的m6A甲基化酶在BC中表現(xiàn)不同的作用,如降低METTL3的表達可導致BC細胞凋亡率增加和轉移抑制,另一項研究則顯示METTL14的下調與BC患者的預后不佳密切相關?？偟膩碚f,m6A甲基化酶有機會成為BC潛在的治療靶點,需要進一步研究解決一些尚未明確的問題,如各亞基之間是否存在協(xié)同效應,以及m6A甲基化酶在BC的治療中的具體應用方式。

2.m6A去甲基化酶與乳腺癌:m6A去甲基化酶在BC的發(fā)生、發(fā)展過程中具有重要的生物學作用,研究表明,FTO在BC中的表達水平明顯升高,與腫瘤的預后和惡性程度密切相關,高表達的FTO能夠促進BC細胞的增殖、侵襲、轉移和耐藥性的發(fā)生[23]。ALKBH5在BC中的表達水平明顯降低,其低表達會導致關鍵基因的m6A甲基化增加,促進腫瘤的生長、侵襲和轉移[24]。關于ALKBH3和DIOX4在BC中的研究還比較有限,二者在BC中的具體作用尚不清楚,但一些初步的研究表明,ALKBH3和DIOX4可能參與了BC的發(fā)展和進展。FTO-2OG酸化酶家族是一個新發(fā)現(xiàn)的酶家族,其中包括ALKBH1、FTO3、ALKBH7等成員,與FTO具有相似的去甲基化修飾催化活性。研究發(fā)現(xiàn),ALKBH1和ALKBH7在腫瘤細胞中表達水平明顯增高,這可能和BC的發(fā)展和預后相關[25]。

3.m6A甲基識別蛋白與乳腺癌:YTH域家族蛋白在BC的發(fā)展中,例如,YTHDC1可以影響B(tài)C干細胞的自我更新和分化能力;YTHDF2通過調節(jié)m6A修飾的RNAs降解途徑,并影響致癌基因MYC的表達,促進BC細胞增殖和侵襲;YTHDF1和YTHDF3則參與了調控BC細胞對化療藥物的敏感度。HNRNP家族蛋白可以通過調節(jié)m6A修飾RNA的穩(wěn)定性、轉錄和翻譯,促進或抑制BC的發(fā)生、發(fā)展。IGF2BPs家族在BC的進展中起到了重要作用,IGF2BP1被發(fā)現(xiàn)在BC中高表達,它能夠通過調控m6A甲基化修飾的RNA的穩(wěn)定性和轉錄,影響B(tài)C細胞的生長、轉移和治療反應性;IGF2BP3的表達在BC中明顯上調,從而促進細胞的增殖、侵襲和轉移。FMRP家族蛋白的高表達可以促進PI3K/Akt/mTOR信號通路的活化并抑制p53信號通路,增加癌細胞的生存和增殖[26]。同時,這些蛋白也能夠調控多種關鍵基因如BRCA1、BCL2、CDK2、EGFR 和ERα等的轉錄和翻譯,從而影響癌細胞的增殖、侵襲和對藥物的反應性。

三、m6A甲基化修飾對乳腺癌中的調控作用

1.增殖和分化:近年來研究顯示,m6A甲基化在BC增殖和分化中起著重要的調節(jié)作用。首先,m6A甲基化可以增強或者抑制關鍵基因的表達,從而影響細胞增殖和分化,已知METTL3在BC組織和細胞中上調,METTL3過表達可促進BC的發(fā)生和進展,METTL3蛋白敲除可降低甲基化水平,減少細胞增殖,加速凋亡[27]。其次,一些m6A修飾酶的異常表達也與BC的發(fā)生和發(fā)展相關,例如ALKBH5和METTL14等,其表達水平變化也會影響B(tài)C細胞的增殖和分化。Jin等[28]研究表明,m6A去甲基化酶ALKBH5通過調節(jié)YTHDFs-YAP信號通路和抑制細胞骨架動態(tài)穩(wěn)定性來影響B(tài)C細胞的增殖和轉移,該研究發(fā)現(xiàn)ALKBH5的表達水平在BC中降低,這會導致m6A甲基化水平升高、促進YAP的表達,從而促進BC細胞的增殖和轉移。Gong等[29]研究表明,BC組織中存在兩種抑癌基因METTL14和ZC3H13的表達下調,并預測預后不良。此外,m6A甲基化還可以影響RNA的代謝和轉運,從而調節(jié)細胞增殖和分化的過程。例如,RNA結合蛋白YTHDF2和YTHDF3能夠識別m6A修飾的RNA并介導其降解,從而調節(jié)細胞增殖[30,31]。這些研究表明,m6A甲基化參與調節(jié)BC細胞增殖和分化,作用復雜涉及到多種調節(jié)機制。并且METTL3和ALKBH5等m6A修飾因子在這個過程中起到了重要的作用。

2.轉移和侵襲:m6A甲基化在BC轉移方面發(fā)揮著重要的作用,不同的m6A修飾酶或者脫甲基化酶會對BC細胞的生長和惡性度產(chǎn)生不同的影響。在BC中,m6A甲基化通過調節(jié)RNA的剪接、穩(wěn)定性和翻譯等機制,影響了多種信號通路的表達和功能。這些信號通路包括細胞周期、細胞凋亡、轉移和侵襲相關的信號通路等。研究表明,m6A甲基化可能通過增強BC細胞移動性和侵襲性,促進BC的轉移。Niu等[32]研究發(fā)現(xiàn),METTL3能夠減少BC細胞的侵襲和遷移,在抑制m6A水平的基礎上促進BNIP3(Bcl-2/adenovirus E1B 19kDa-interacting protein 3)mRNA的翻譯,從而影響腫瘤生長和轉移。這一研究揭示了m6A修飾在控制BC轉移中的作用。此外,一些m6A甲基化酶和脫甲基化酶在BC中也發(fā)揮著重要作用。例如,m6A甲基化酶METTL3的過度表達與BC的轉移和侵襲有關。研究發(fā)現(xiàn),METTL3通過調控某些關鍵基因的m6A甲基化水平,影響了BC細胞的侵襲和轉移過程,其過度表達可以促進BC干細胞的形成和轉移[23]。

3.細胞耐藥:近年來,m6A甲基化在BC細胞化療耐藥方面已經(jīng)得到了廣泛關注。在某些情況下m6A甲基化能夠調節(jié)BC細胞的響應和抵御化療藥物。例如,Li等[33]在阿霉素耐藥BC細胞中觀察到高表達的METTL3,METTL3通過m6A介導在阿霉素耐藥細胞中高表達,通過募集E2F1激活AGR2轉錄來增強BC細胞耐藥性。此外,經(jīng)阿霉素和順鉑處理后的MDA-MB-231細胞存活率顯著降低,RNA m6A甲基化水平顯著提升,主要表現(xiàn)為ALKBH5在細胞內的表達顯著下降[34]。YTHDF1被認為是一種新的BC化療耐藥處理目標和被推測為具有腫瘤促進劑作用的分子,研究發(fā)現(xiàn),YTHDF1在BC組織中有表達過量的現(xiàn)象,這可以促進DNA損傷修復,并提高、順鉑和奧拉帕尼等藥物的耐藥性,為了達到這個目的,YTHDF1加強了以METTL2為基礎的E8F14 mRNA的穩(wěn)定性[35]。研究表明,在 HER2陽性BC細胞中去甲基酶FTO的表達與曲妥珠單抗耐藥有關,抑制FTO活性可以增強BC曲妥珠單抗耐藥細胞株(BT474/TR)的藥物敏感度[36]。雖然目前對m6A甲基化與BC細胞化療耐藥的關系的研究還處于相對初級的階段,但是這些發(fā)現(xiàn)為開發(fā)新的治療方法提供了一些線索。因此,針對m6A甲基化與化療耐藥之間的關系值得進行更加深入的研究。

4.預后:研究表明,m6A甲基化的存在與BC患者的預后密切相關。具體來說,一些研究表明,在BC中,m6A甲基化這種RNA修飾方式的增加與患者的生存率的下降相關。同時,一些研究還發(fā)現(xiàn),BC中m6A甲基化相關基因的表達水平也能夠影響患者的預后。例如,m6A甲基化酶METTL3和讀取蛋白YTHDF1的表達水平升高可以預示BC患者預后不良,而去甲基化酶FTO的表達水平升高則與BC患者預后好相關,其下調表達與BC的預后不良相關。

四、展 望

在BC的研究中,m6A甲基化修飾已經(jīng)被證明與該疾病的發(fā)生、發(fā)展和預后密切相關。m6A甲基化與BC細胞增殖分化、轉移、耐藥等多個方面都存在著緊密的關聯(lián)。研究表明,m6A甲基化可以影響B(tài)C細胞增殖和分化,從而調節(jié)BC細胞的生長和擴散。同時,m6A甲基化也與BC細胞的轉移和侵襲有關,可能通過改變腫瘤相關信號通路和增強腫瘤轉移程序的激活來促進BC的轉移。此外,m6A甲基化與BC耐藥也有密切的關系,有研究發(fā)現(xiàn),m6A甲基化水平的改變可以影響B(tài)C細胞對化療藥物的敏感度。最后,m6A甲基化還被證明可以用作BC患者預后的標志物,預測患者的生存率和復發(fā)率。總之,m6A甲基化是一個非常重要的RNA修飾方式,已被證明在BC中起著重要作用。深入研究m6A甲基化修飾的機制和作用,有助于更好地理解BC的發(fā)生和發(fā)展,為治療BC提供新的靶點和策略。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。