脂肪量和肥胖相關基因與惡性腫瘤的研究進展

譚愛花 陸永奎 謝偉敏

作者單位：530021 南寧 廣西醫科大學附屬腫瘤醫院乳腺及骨、軟組織腫瘤內科

脂肪量和肥胖相關（fat mass and obesity-associated，FTO）基因最初被認為是2型糖尿病的易感基因，其內含子1區的多個單核苷酸多態性位點（single nucleotide polymorphisms，SNPs）與肥胖的發生密切相關。近年有研究發現，這些變異位點與惡性腫瘤的發生發展有關［1］。參與致癌作用的SNPs通常位于蛋白質編碼序列外的區域并影響靶基因的表達調控，而這些調控可能結合了營養與環境因素，共同促進惡性腫瘤的發生發展。此外，有研究發現FTO基因表達異常及其去甲基化功能改變參與了惡性腫瘤的發生發展［2］。本文就FTO基因與惡性腫瘤關系的研究進展作一綜述。

1 FTO基因的概述

FTO基因位于16號染色體（q12.2），長約41 050 kb，包含9個外顯子區域，在脂肪、胰腺、肝臟等多種組織或器官中表達，其中在下丘腦中表達最高［3］。FTO基因編碼的蛋白為去甲基化酶，屬于依賴鐵離子和酮戊二酸的加雙氧酶家族成員，與烷烴羥化酶具有較高同源性［4］。研究發現，FTO蛋白能催化單鏈DNA上3-甲基胸腺嘧啶和單鏈RNA上3-甲基尿嘧啶的去甲基化反應［5］。隨后有研究報道FTO蛋白對RNA上的6-甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine，m6A）具有去甲基化修飾作用［6］。m6A廣泛分布于人類細胞7 000多個mRNA和300個非編碼RNA轉錄本中，且主要分布在mRNA的蛋白質編碼序列（coding sequences，CDS），3'非翻譯區（3'untranslated region，3'UTR），終止密碼子附近，剪切位點附近以及外顯子區域［7］，其甲基化修飾可通過影響RNA的穩定性，即通過mRNA降解及翻譯調控基因表達。此外，FTO蛋白還是N6，2'-O-二甲基腺苷（N6，2'-O-dimethyladenosine，m6Am）的去甲基化酶。研究發現m6Am的去甲基化酶修飾與RNA的去帽密切相關，且去帽是影響RNA穩定性的直接原因之一［8］。

FTO基因的主要生理功能為調節機體的代謝速率、能量平衡、體重及體脂聚集［9］。小鼠動物實驗發現FTO基因過表達可導致肥胖，而FTO基因缺失或功能位點缺失則表現為生長發育遲緩和早期高死亡率［10-12］。有研究［13］發現，肥胖與多種惡性腫瘤如乳腺癌、子宮內膜癌、胰腺癌等密切相關，其誘導的慢性炎癥可促進惡性腫瘤的發生發展及轉移。FTO基因作為肥胖易感基因，其高表達可促進乳腺癌［14］、子宮內膜［15］、胰腺癌［16］等肥胖相關惡性腫瘤增殖、侵襲及遠處轉移，并影響總生存。RNA m6A甲基化修飾與干細胞的自我更新和分化密切相關。研究發現，FTO蛋白可能通過對下游靶基因RNA m6A進行去甲基化修飾，調控下游靶基因的表達，從而促進急性髓性白血病［17］、肺癌［18］以及消化系統腫瘤［19］的發生發展，同時介導宮頸鱗癌［20］的放化療抵抗。此外，有研究報道FTO基因非編碼區域的多個SNPs（如rs17817449、rs11075995、rs9939609、rs1477196、rs8050136 等）與乳腺癌、胰腺癌等惡性腫瘤的患病風險有關［21-22］。這些非編碼區的SNP位點與其編碼區的位點一樣，能夠影響RNA的加工處理及干擾轉錄的起始過程，同時改變啟動子、增強子和沉默子序列的穩定性及翻譯［23］。

2 FTO基因與惡性腫瘤的關系

2.1 FTO基因與乳腺癌

肥胖與乳腺癌的發生發展密切相關，FTO基因作為新近確定的肥胖易感基因，目前已有較多研究報道FTO基因表達與乳腺癌的關系。有研究發現，FTO基因在乳腺癌細胞中高表達；敲低FTO基因后，乳腺癌細胞增殖及集落形成受抑制，且細胞凋亡增加；在FTO基因敲低的乳腺癌細胞中進一步敲除促凋亡基因BNIP3后，乳腺癌細胞生長迅速，而凋亡減少［14］。該研究進一步行體內實驗，發現FTO基因下調可抑制小鼠乳腺腫瘤的生長及遠處肺轉移，其編碼的FTO蛋白可能通過介導BNIP3 mRNA 3'UTR中的m6A去甲基化修飾誘導BNIP3降解，從而發揮促腫瘤生長、轉移的作用。此外，有研究發現，FTO基因在乳腺癌細胞株（MCF-7、MDA-MB-231）中高表達，且可能通過PI3K/AKT信號通路影響乳腺癌細胞的能量代謝［24］。TAN等［25］對79例乳腺浸潤性導管癌組織及其癌旁正常組織（其中Luminal A或B1型23例，HER-2過表達型35例，三陰型21例）進行分析，發現FTO基因在乳腺癌組織中的表達水平較癌旁正常組織明顯升高，其中激素受體陰性或HER-2過表達患者的FTO基因表達水平高于激素受體陽性或HER-2陰性患者，乳腺癌組織分級為3級的患者FTO基因表達水平略高于組織分級低的患者。近期亦有研究［14］報道FTO基因在人乳腺癌組織中的表達上調，且FTO基因高表達與乳腺癌患者生存率低有關。綜上認為，FTO基因高表達促進乳腺癌的發生發展，且與乳腺癌不良預后有關，可能是乳腺癌新的潛在治療靶點。

近年來，許多研究報道了不同種族人群中FTO基因多態位點rs17817449、rs11075995、rs9939609及rs1477196與乳腺癌患病風險的關系，但各研究結果不一致，尚存爭議。ZHANG等［26］在中國人群研究中發現rs17817449位點與乳腺癌患病風險無關；而rs11075995位點與激素受體陰性乳腺癌患病風險有關，但與激素受體陽性乳腺癌患病風險無關。在歐洲人群中亦發現rs11075995位點與雌激素受體陰性乳腺癌的患病風險有關，且不依賴于體質指數（body mass index，BMI）［27］。然而，在非裔美國婦女人群［28］及歐洲人群［29］研究中發現rs17817449位點與乳腺癌的患病風險有關，且歐洲人群中激素受體陰性乳腺癌患病風險高于陽性患者（P=0.039）。在伊朗人群研究中發現，rs9939609位點及rs1477196位點與乳腺癌患病風險無關［30］，巴西人群中rs9939609位點亦與乳腺癌發生無關［31］。但有報道美國人群中rs9939609位點及rs1477196位點與乳腺癌患病風險有關［21］。在中國人群中rs1477196 AA基因型與乳腺癌患病風險降低有關［32］。雖然上述研究報道的結果不完全一致，但是大部分研究認為FTO基因的變異位點與乳腺癌的患病風險有關，且不同變異位點可能與不同激素受體狀態的乳腺癌患病有關。有研究發現，FTO基因位點可能通過調控肥胖基因IRX3的表達而影響乳腺癌的發生發展［33］，但目前FTO基因位點與乳腺癌發生發展的具體分子機制理尚未明確。

2.2 FTO基因與肺癌

近年來，有學者開始探索FTO基因表達與肺癌的關系。LI等［18］報道FTO mRNA和蛋白在人肺癌組織和細胞系中過表達，且與m6A含量降低有關；下調FTO基因后，肺癌細胞增殖速率降低且癌細胞的集落形成能力下降；裸鼠實驗亦發現抑制FTO基因表達可降低肺癌細胞在裸鼠體內的生長速度。LIU等［34］研究發現，過表達野生型FTO基因可促進肺鱗癌細胞增殖和侵襲，而過表達突變體FTO基因（去甲基化功能喪失）則無此作用，提示FTO基因的致癌作用可能與其去甲基化活性有關。進一步研究其機制發現，FTO蛋白可能通過減少MZF1 mRNA轉錄本m6A水平及提高MZF1 mRNA的穩定性，增加MZF1的表達水平，進而促進肺鱗癌細胞的侵襲轉移。此外，該研究還發現FTO基因高表達與肺鱗癌的不良預后有關，肺鱗癌組織中FTO基因高表達患者的總生存期（overall survival，OS）較FTO基因低表達患者短。而BRENNAN等［35］在一項來自中歐和東歐的7 000例人群的研究中發現rs9939609等位基因A與肺癌患病風險降低有關（OR=0.92，95%CI：0.84～1.00）。可見FTO基因及其去甲基化功能在肺癌的發生發展中有重要作用。

2.3 FTO基因與子宮內膜癌

近年來，有大量研究報道了FTO基因表達與子宮內膜癌的關系。ZHU等［36］報道FTO基因在子宮內膜癌組織中的表達高于正常子宮內膜組織。ZHANG等［15］研究亦發現，與良性病變的子宮內膜組織相比，FTO基因在子宮內膜癌組織中高表達；同時FTO基因在子宮內膜癌細胞中亦呈高表達；敲低FTO基因后，子宮內膜癌細胞增殖、遷移及侵襲能力減弱。該研究還發現，子宮內膜癌細胞受雌激素刺激后，細胞核內FTO基因表達明顯升高，且癌細胞的增殖、遷移及侵襲能力增強，推測雌激素可能通過mTOR信號通路調控FTO蛋白的核定位，從而促進子宮內膜癌細胞增殖。FTO蛋白作為去甲基化酶中的一員，主要對RNA上的m6A進行去甲基化修飾，而這些修飾在機體發育及腫瘤發生中對細胞分化和增殖具有重要作用。LIU等［37］研究發現，與癌旁組織或正常子宮內膜組織相比，約70%的子宮內膜腫瘤存在m6A甲基化減少，而mRNA的m6A甲基化水平改變可能促進子宮內膜癌發生發展。ZHU等［36］研究還發現子宮內膜癌組織中FTO基因高表達患者的無病生存期（disease free survival，DFS）及OS均較FTO基因低表達患者短。關于FTO基因變異位點與子宮內膜癌的關系，DELAHANTY等［38］研究發現FTO基因SNPs與BMI無關，但與子宮內膜癌有關，說明FTO基因可能通過非肥胖的途徑作用于子宮內膜癌。但GAUDET等［39］選取417例子宮內膜癌患者分析189個FTO基因標簽SNPs時發現，這些位點與子宮內膜癌無關。可見，FTO基因高表達及其去甲基化功能與子宮內膜癌的發生發展及早期復發有關，但目前對于FTO基因變異與子宮內膜癌的關系尚未完全明確，仍需大樣本的研究進一步驗證。

2.4 FTO基因與白血病

FTO基因作為m6A去甲基酶，在急性髓性白血病（acute myeloid leukaemia，AML）中發揮關鍵的致癌作用［17］。LI等［17］研究發現FTO基因在具有t（11q23）/MLL重排，t（15；17）/PML-RARA，FLT3-ITD和（或）NPM1突變的AML中高表達；在MLL重排的AML細胞系（MONOMAC-6、MV4-11）中轉染野生型FTO基因后，AML細胞的生長及增殖能力增強，凋亡減少，同時細胞中mRNA m6A水平下降；而轉染突變體FTO基因（去甲基化功能喪失）后，AML細胞則無上述改變；干擾AML細胞中FTO基因的表達后，則出現與上述相反的結果。該研究進一步分析發現，FTO蛋白可通過降低下游靶基因（如ASB2和RARA）mRNA轉錄本中m6A水平，使這些基因表達增加，從而促進AML癌基因介導的細胞轉化及AML發生，同時抑制全反式維甲酸誘導的AML細胞向粒細胞和單核細胞的分化。MYC基因屬于編碼核蛋白的癌基因，其產物可促進細胞增殖、永生化、去分化和轉化等，在多種腫瘤形成過程中發揮重要作用。CCAAT/增強子結合蛋白α基因（CCAAT/enhancer binding protein α，CEBPA）是維持造血系統粒系分化的重要轉錄因子，在調節細胞增殖與分化平衡中起關鍵作用。有研究發現R-2-羥戊二酸可通過抑制FTO蛋白的去甲基化酶活性和促進MYC和CEBPA轉錄本中m6A的聚積，從而降低MYC和CEBPA mRNA的穩定性和表達水平，最終發揮抗AML的作用［40］。以上提示FTO基因及其去甲基化功能在AML的發生發展中起重要作用。

2.5 FTO基因與胰腺癌

FTO是機體重要的去甲基化酶，近年來有學者發現FTO基因表達與胰腺癌發生發展有關。TANG等［16］研究發現，FTO基因在胰腺癌細胞（SW1990、PANC 1、BXPC 3）中高表達；干擾FTO基因表達后，胰腺癌細胞的增殖能力下降，癌細胞內DNA合成受損，且細胞凋亡增加；進一步研究發現，FTO基因可能通過其RNA m6A去甲基化修飾作用增加原癌基因MYC表達水平而發揮促胰腺癌細胞生長的作用。提示FTO基因表達及其去甲基化功能與胰腺癌的發生發展密切相關，可能是其潛在的治療靶點。另有研究［22］發現，肥胖和2型糖尿病相關的FTO基因變異位點與胰腺癌的患病風險有關；進一步分析非西班牙裔白人群時發現，在正常 BMI人群中（BMI＜25 kg/m2），rs9939609A位點及rs8050136A位點與胰腺癌患病風險降低有關，而在超重人群中（BMI≥25 kg/m2）與胰腺癌患病風險增加有關。PIERCE等［41］在歐洲人群研究中發現，rs8050136A位點與胰腺癌患病風險有關（OR=1.12，95%CI：1.02～1.23，P=0.02）。而日本人群中，與攜帶rs9939609 TA基因型的人群相比，攜帶TT基因型人群胰腺癌患病風險增加1.5倍，且攜帶rs9939609 AA基因型和有糖尿病史人群罹患胰腺癌的風險升高，但胰腺癌發生風險與BMI無關［42］。推測超重和（或）某些FTO基因多態性位點與胰腺癌的關系可能與種族有關，有關方面值得深入研究。

2.6 FTO基因與其他惡性腫瘤

有研究發現，m6A甲基化水平降低可促進胃癌細胞增殖及侵襲［43］。XU 等［19］研究亦發現，FTO基因在胃癌組織中的表達水平較癌旁組織高，且在低分化、淋巴結轉移及TNM分期高的患者癌組織中表達更高，同時FTO基因高表達患者的OS較低表達患者短；而下調胃癌細胞株中FTO基因表達發現可抑制癌細胞增殖、遷移和侵襲，說明FTO基因與胃癌發生發展及預后有關。另有研究發現，FTO基因在宮頸鱗狀細胞癌組織及宮頸鱗狀細胞癌細胞系（SiHa，c-33a）中高表達，且FTO基因過表達可能促進宮頸鱗狀細胞癌的放化療抵抗［20］。NOCK 等［44］在 30～40 歲的高加索人群研究中發現，FTO強連鎖不平衡變異位點與BMI增加相關，但與結直腸腺瘤無關；而在非裔美國人群中，rs8050136 A和rs17817449 G位點則與結直腸腺瘤患病風險有關。此外，WEN等［45］利用TCGA數據挖掘發現，FTO mRNA低表達與腎透明細胞癌的不良預后相關，與上述報道的FTO基因高表達是腫瘤不良預后因素的結論相反，由此可見FTO基因可能在不同惡性腫瘤中的發揮不同作用。

3 小結

目前研究發現FTO基因在乳腺癌、肺癌、子宮內膜癌、白血病及胰腺癌中高表達，可能參與腫瘤的發生發展、治療及預后，發揮促癌作用。但在腎透明細胞癌中FTO基因低表達與不良預后有關，說明FTO在不同惡性腫瘤的作用不同，有望成為腫瘤的治療靶點。但目前大部分研究局限于組織及細胞系方面的探索，體內動物實驗尚少，FTO基因在惡性腫瘤中的確切作用及其分子機制亦尚未明確，仍需要更多的研究進行分析。此外，FTO基因多態性位點與乳腺癌、子宮內膜癌、胰腺癌等惡性腫瘤患病風險之間的關系尚有爭議，可能受研究樣本量大小、種族及腫瘤遺傳起源方面的影響，后續研究還需充分考慮上述影響因素，設計高質量、足夠樣本人群的研究以明確FTO基因多態性對惡性腫瘤患病風險的影響。