m6A甲基轉移酶METTL3在結直腸癌中的研究進展

史維俊 陸飛 溫賀新 吳華彰 劉牧林

[摘要] 越來越多的證據表明RNA甲基化作為mRNA最常見的修飾方式在腫瘤發生、發展中發揮重要的作用。結直腸癌是消化系統常見惡性腫瘤，嚴重危害中老年人健康。盡管關于結直腸癌的發生和發展的生物學機制已有許多研究，但對結直腸癌的診斷和預后作用仍存在較大的不足。隨著對RNA甲基化研究的深入，發現m6A甲基轉移酶METTL3與結直腸癌的發生、發展及預后顯著相關;但是，其在結直腸癌中的作用尚存在爭議。本文將對m6A甲基轉移酶METTL3在結直腸癌發生、發展及預后中的作用進行綜述。

[關鍵詞] m6A甲基轉移酶METTL3;RNA甲基化;結直腸癌;進展及預后

[中圖分類號] R735.3? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-9701（2020）34-0189-04

[Abstract] More and more evidences show that RNA methylation， as the most common modification of mRNA， plays a vital role in the occurrence and development of tumors. Colorectal cancer is a common malignant tumor of the digestive system， which seriously harms the health of middle-aged and elderly people. Although there have been many studies on the biological mechanism of the occurrence and development of colorectal cancer， there are still major deficiencies in the diagnosis and prognosis of colorectal cancer. With the deepening of RNA methylation research， it has been found that the m6A methyltransferase METL3 is significantly related to the occurrence， development， and prognosis of colorectal cancer; however， its role in colorectal cancer is still controversial. This article will review the role of m6A methyltransferase METTL3 in the occurrence， development， and prognosis of colorectal cancer.

[Key words] m6A methyltransferase METTL3; RNA methylation; Colorectal cancer; Progression and prognosis

結直腸癌（Colorectal cancer，CRC）是消化系統第二大惡性腫瘤，其發病率和死亡率均較高。在我國每年約有37.6萬新發病例，19.1萬死亡病例，其發病率和死亡率均保持上升趨勢[1]。近年來發現m6A RNA甲基化修飾在腫瘤發生發展中起重要作用[2]。隨著研究的深入，愈來愈多的m6A甲基化相關的酶被發現與腫瘤細胞的增殖、凋亡及侵襲、遷移相關[3-5]。RNA甲基轉移酶METTL3被發現在結直腸癌中呈明顯上調，但是其在結直腸癌細胞的增殖、凋亡、侵襲及轉移中的功能尚不統一。本文將就m6A甲基轉移酶METTL3在結直腸癌發生、發展及預后中的作用進行綜述。

1 結直腸癌及m6A甲基轉移酶METTL3概述

1.1 結直腸癌

結直腸癌是來源于上皮組織的惡性腫瘤，病理類型以腺癌最為常見，極少數為鱗癌[6]。以直腸癌最為常見，其次是結腸癌。全球范圍內，結直腸癌的發病率和死亡率在全部惡性腫瘤中居第5位。其發病與年齡、性別、地區等因素相關。多發生于40歲以上中老年人，結腸癌男女無明顯差異，而直腸癌以男性多見[7]。關于結直腸癌的具體病因尚不明確，目前認為，遺傳因素、結直腸疾病及各種理化致癌物質等共同促進結直腸癌的發生。發病隱匿，早期多無明顯癥狀，晚期以排便習慣及性狀改變、黏液膿血便、腫瘤浸潤癥狀及體重減輕等[8]。目前對結直腸癌的治療仍然是手術切除為主的綜合治療，但由于缺少較早期的診斷及治療手段，結直腸癌的5年生存率仍不理想[9]。

1.2 m6A甲基轉移酶METTL3

已知RNA的修飾有100種之多，其中RNA甲基化修飾約占所有RNA修飾的60%以上，而N6-腺苷酸甲基化（N6-methyladenosine，m6A）是高等生物mRNA和lncRNA上最為普遍的修飾方式[10]。目前發現，在microRNA、circRNA、rRNA、tRNA、snoRNA等上均有m6A發生[11-13]。m6A修飾主要發生在RRACH序列中的腺嘌呤上，其功能由“編碼器（Writer）”“消碼器（Eraser）”及“讀碼器（Reader）”決定。“編碼器（Writer）”即甲基轉移酶，METTL3是m6A最常見也是研究最多的甲基轉移酶[14]。越來越多的證據表明，m6A修飾在哺乳動物中發揮重要的生物學功能。例如，在轉錄后水平上調控RNA的穩定性、定位、運輸、剪接和翻譯。METTL3可通過調節pri-miRNA的甲基化促進DGCR8的識別和加工，從而促進microRNA的成熟[11]。m6A修飾在基因表達調控中起著重要的作用，其調節異常可能與人類疾病和癌癥的發生有關。目前發現，METTL3可能會影響人類精子發育、發育、免疫、腫瘤的發生和轉移等。在生殖細胞中發現，敲除METTL3會嚴重抑制精子的分化和減數分裂的發生[15]。在淋巴細胞性小鼠過繼轉移模型中發現，METTL3缺陷可通過mRNA的m6A修飾降低SOCS家族mRNA的衰減，增加mRNA和蛋白表達水平，抑制IL-7介導的STAT5活性及T細胞的增殖和分化，從而抑制腸炎的發生[16]。在肺癌中METTL3可促進肺腺癌細胞的生長、生存和侵襲[17]。

2 m6A甲基轉移酶METTL3對結直腸癌甲基化水平的影響

m6A甲基轉移酶METTL3在許多腫瘤中被證明其可作為m6A甲基化的“編碼器”，通過促進靶基因的甲基化調節腫瘤的進展。Peng等[18]通過m6A點印跡法對結直腸癌組織樣本中m6A甲基化的水平進行檢測發現，結直腸癌組織中的甲基化水平相較于癌旁組織及正常結直腸組織均顯著增高。進一步對結直腸癌組織、癌旁組織及正常結直腸組織中的m6A甲基化基因進行檢測發現，m6A甲基轉移酶METTL3在結直腸癌中呈明顯上調。進一步通過細胞實驗發現，在結直腸癌細胞系中敲低METTL3可顯著抑制m6A RNA甲基化的水平。另外，Li等[19]通過對正常結直腸組織、結直腸癌組織及結直腸癌轉移灶進行PCR、WB及免疫組織化學檢測等研究發現，相較于正常結直腸組織，METTL3在結直腸癌組織及轉移灶中有較高水平的表達，尤其在轉移灶中上調最明顯;同時發現，結直腸癌組織及轉移灶中的m6A水平較高，轉移灶中最高。可見，m6A甲基轉移酶METTL3作為一種癌基因并通過激活靶基因的m6A甲基化促進結直腸癌的進展。

3 m6A甲基轉移酶METTL3在結直腸癌預后中的作用

關于m6A甲基轉移酶METTL3在腫瘤進展中的作用已有較多的研究。在膀胱癌、乳腺癌、肺癌及胃癌中均發現m6A甲基轉移酶METTL3高水平表達，其可促進腫瘤的發生及惡性進展，并發現其表達上調預示腫瘤不良預后[20-23]。而其在結直腸癌預后中的作用的研究則尚不統一。例如，Peng等[18]研究發現，m6A甲基轉移酶METTL3作為一種癌基因在結直腸癌中促進結直腸癌的進展及不良預后;相反，Deng等[24]則發現m6A甲基轉移酶METTL3在結直腸癌組織中呈低表達，其在結直腸癌的發生發展中作為一種抑癌基因有利于結直腸癌較好的預后。隨著m6A甲基轉移酶METTL3在結直腸癌中研究的不斷深入，有越來越多的證據表明其在結直腸癌中呈高表達;并且作為一種癌基因促進結直腸癌的發生、發展及不良預后。例如Xiang等[25]、Zhu等[26]及XU等[27]均通過不同的方式驗證了m6A甲基轉移酶METTL3在結直腸癌組織中呈高表達。這更加證明了METTL3作為一種癌基因調節結直腸癌的不良預后;并且這也為結直腸癌的診斷、治療及預后的評估提供了一種新的生物靶標。

4 m6A甲基轉移酶METTL3在結直腸癌發生、發展中的作用

m6A甲基轉移酶METTL3是第一個在腫瘤中被廣泛研究的m6A甲基轉移酶，發現其在結直腸癌的發生、發展中起重要作用。關于癌基因在腫瘤中的功能研究，主要包括其對癌細胞增殖、凋亡、侵襲、轉移及耐藥等方面的研究[28-29]。對m6A甲基轉移酶METTL3在不同腫瘤中的研究均發現，其可通過不同的途徑促進腫瘤細胞的惡性增殖、侵襲及遷移并可抑制腫瘤細胞的凋亡。目前關于m6A甲基轉移酶METTL3在結直腸癌中的研究集中在其對細胞的惡性增殖及侵襲、遷移的影響;而關于其對細胞凋亡及耐藥等方面的研究尚屬空白。

4.1 m6A甲基轉移酶METTL3與結直腸癌細胞的增殖

Xiang等[25]研究發現m6A甲基轉移酶METTL3通過直接或間接上調MYC的表達促進結直腸癌細胞的惡性增殖。在間接機制中發現METTL3可能通過WNT、TGF-β等信號通路上調MYC的表達;并且發現發生m6A的MYC可被IGF2BP1識別，并以m6A-IGF2BP1依賴方式增強其穩定性。Zhu等[26]研究發現，m6A甲基轉移酶METTL3通過m6A依賴的方式上調CCNE1 的表達并增強其穩定性促進CRC細胞增殖。Xu等[27]研究發現，m6A甲基轉移酶METTL3通過促進細胞因子信號傳導衰減抑制劑2（SOCS2）的產生，以維持結腸癌細胞中富含亮氨酸且重復序列豐富的G蛋白偶聯受體5（LGR5）的表達水平，從而促進結直腸癌細胞的惡性增殖。Shen等[30]研究發現，m6A甲基轉移酶METTL3通過調節m6A的水平調節HK2 和 SLC2A1的表達水平并在甲基結合蛋白IGF2BP的作用下增加m6A的穩定性，進一步通過激活糖酵解途徑促進結直腸癌細胞的惡性增殖。這些證據表明，在結直腸癌中m6A甲基轉移酶METTL3作為癌基因通過甲基化修飾上調下游癌基因或下調抑癌基因的表達水平兩條途徑促進結直腸癌細胞的惡性增殖。另外，METTL3可通過m6A-IGF2BP1-MYC、m6A-CCNE1，m6A-SOCS2-LGR5信號軸及m6A-HK2/GLUT1-IGF2BPs糖酵解途徑并可靶向WNT及TGF-β信號通路促進結直腸癌的進展。

4.2 m6A甲基轉移酶METTL3與結直腸癌細胞的侵襲遷移

Peng等[18]發現，在結直腸癌中過表達的m6A甲基轉移酶METTL3通過上調pri-miR-1246（miRNA-1246前體）的甲基化水平而增加了與轉移相關的基因miRNA-1246的表達，并進一步通過下調轉移相關抑制基因SPRED2的表達導致腫瘤轉移。此外還發現，SPRED2通過MAPK信號通路調節結直腸癌的轉移。相關研究證明，MAPK可通過調節腫瘤的上皮間質轉化（EMT）調控腫瘤細胞的轉移。Li等[19]發現，m6A甲基轉移酶METTL3通過增加SOX2的甲基化水平并以m6A-IGF2BP2依賴方式增強甲基化SOX2的穩定性，進而靶向CCND1、MYC及POU5F1調控結直腸癌細胞的侵襲遷移。Deng等[24]研究發現，m6A甲基轉移酶METTL3作為抑癌基因在結直腸癌中呈低水平表達，失去對MAPK信號通路中的p38/ERK抑制作用而促進結直腸癌的遷移。綜上可見，m6A甲基轉移酶METTL3通過m6A-miRNA-1246-SPRED2-MAPK-EMT及m6A-IGF2BP2-SOX2-CCND1/MYC/POU5F1信號途徑促進結直腸癌細胞的侵襲、遷移;而METTL3通過抑制m6A-p38/ERK信號途徑促進結直腸癌細胞的侵襲、遷移則因其與大部分的研究結論相悖，暫不支持該結論。這些研究結論將為深入研究METTL3調控結直腸癌轉移的機制提供了進一步的研究方向，并將為結直腸癌的輔助治療提供新的生物標志物。

5 小結與展望

近年來，m6A甲基化成為腫瘤研究的熱點。隨著對m6A研究的深入，發現m6A修飾在腫瘤的發生及進展中發揮重要功能。m6A甲基轉移酶METTl3在RNA甲基化修飾中行使“編碼器”的功能，通過增加功能基因的表達水平及穩定性促進癌變的發生及腫瘤進展等功能。本文綜述了m6A甲基轉移酶METTL3通過直接上調癌基因或下調抑癌基因或通過靶向WNT、TGF-β及MAPK等信號通路促進結直腸的進展。另外，METTL3不僅可以通過基因途徑調節腫瘤的進展，它還可以通過影響腫瘤的代謝而調控其進展。根據已有研究，m6A甲基化可影響發育、免疫、代謝及腫瘤的發生、發展等多種生物過程;而目前對m6A甲基轉移酶METTL3在結直腸癌中的研究僅僅是其冰山一角，對其深入的研究將有望為結直腸癌的診斷、預后以及靶向藥物的開發提供新的思路。

目前，關于METTL3在結直腸癌中功能的研究逐漸深入，但許多亟待解決的難題依然存在：第一，關于m6A甲基轉移酶METTL3在結直腸癌中是癌基因還是抑癌基因還沒有明確的定論;第二，m6A甲基轉移酶METTL3調控的靶分子及生物信號通路較多，關于他們之間的相互調節作用尚不明確;第三，m6A是一個多種調節酶相互調節、共同作用的過程，他們在調控結直腸癌進展的相互作用需要更加深入的研究。針對這些不足，需要在更大的樣本中檢測METTL3在mRNA及蛋白水平的變化及m6A水平的變化以明確METTL3調節的m6A甲基化在結直腸癌預后中的作用;進一步研究METTL3在代謝及免疫等途徑中對結直腸癌發生、進展及預后的影響并深入探索其發揮調節作用的機制;深入研究RNA甲基轉移酶（METTL3、METTL14、WTAP等）、去甲基轉移酶（FTO、ALKBH5等）及甲基結合蛋白（YTHDF1、YTHDF2等）在調節結直腸癌甲基化水平中的相互作用。對m6A甲基轉移酶METTL3的深入研究將可能為結直腸癌的早期診斷及預后監測提供新的指標;并可能為結直腸癌的代謝、免疫等治療提供新的靶標。

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（收稿日期：2020-09-08）