RNA的N6-甲基腺嘌呤甲基化在腫瘤發生中作用的研究進展

王一帆，許銘炎，鄧小玲，

(1．廈門大學醫學院基礎醫學部，福建 廈門 361102；2．廈門醫學院附屬口腔醫院重點實驗室，福建 廈門 361009)

RNA的N-甲基腺嘌呤(N-methyladenosine，mA)甲基化是指在甲基轉移酶作用下RNA腺嘌呤(A)堿基第6位氮原子發生甲基化。早在20世紀70年代就發現RNA mA甲基化的現象，但由于缺乏檢測mRNA中mA甲基化位點的方法，所以直到2011年發現肥胖相關蛋白(fat mass and obesity-associated protein，FTO)是mRNA上的mA去甲基化酶，以及隨著mA在全轉錄組水平上高通量測序方法的發展，有關mA修飾的具體分子功能的研究才迅速發展起來。近年來學者們發現RNA的mA甲基化修飾通過RNA的轉錄、剪接、加工、翻譯和衰變等過程參與多種惡性腫瘤的發生和轉移。這可為腫瘤的診斷和治療提供新思路。本文就近年來RNA mA甲基化在腫瘤發生發展中的研究報道作一綜述。

1 RNA的m6A甲基化

RNA的mA甲基化修飾是RNA修飾的一種主要形式，優先發生在基因編碼區域的RRACH序列(R=G或A；H=A，C或U)。目前學者們將參與mA甲基化與去甲基化過程的蛋白分為3類，分別為甲基轉移酶，去甲基化酶和mA識別蛋白。

腺苷酸在甲基化轉移酶METTL3、METTL14和WTAP等作用下在第6位N發生了甲基化修飾。我們將這類酶稱之為編碼器(writer)，其中METTL3和METTL14形成雜絡物(hetero complex)，進一步與WTAP或 KIAA1429形成復合物對腺苷酸進行甲基化修飾(圖1)。接下來這些已經發生mA修飾的堿基，在FTO和ALKBH5等去甲基化酶的作用下發生去甲基化，使得RNA甲基化成為一種可逆的反應。去甲基化酶也被稱為消碼器(eraser)。最后這些發生甲基化修飾的RNA堿基位點，需要特定的酶來識別。這類酶稱為讀碼器(reader)。已知YTHDF家族包括YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3以及釀酒酵母中的Mrb1蛋白、粟酒裂殖酵母中的Mmi1蛋白和hnRNP結合蛋白家族成員都是readers類蛋白。這些酶能夠識別發生mA甲基化的堿基，參與下游翻譯、mRNA降解、加快mRNA出核速度等作用。

有越來越多的研究表明，mA修飾在RNA加工代謝及正常生理功能中發揮重要的調節作用，參與RNA加工代謝的生物學過程，包括RNA剪接、RNA出核、RNA與蛋白互相作用、RNA降解以及lncRNA介導的基因沉默(DC1)。而參與的生理功能包括脂肪分化、精子發育、腫瘤生成、腦發育、干細胞更新、生物節律、細胞減數分裂以及其他的一些生命過程。RNA mA甲基化的表觀遺傳學機制可大致分為兩種：一種是RNA分子中的mA甲基化修飾會使得RNA的構象發生改變，影響蛋白質與RNA的相互作用從而影響RNA的下游功能。例如mA的甲基化水平影響結合蛋白HNRNPC與RNA的結合，進而影響目標轉錄本的豐度和選擇性剪切。另一種是被mA結合蛋白識別，進而對RNA的轉錄后調控產生影響。mA結合蛋白YTHDF1促進mA修飾的mRNA底物與核糖體的結合，促進蛋白質的翻譯。

2 RNA m6A甲基化與腫瘤

目前，RNA mA甲基化修飾與腫瘤之間的研究受到廣泛關注，mA甲基化修飾相關酶類是腫瘤發生發展中的重要調節因子，其表達水平的高低通過不同信號通路參與多種腫瘤的發生發展過程，在不同類型的腫瘤中，mA甲基化修飾相關酶類既可以上調，也可以下調(表1)。因此，研究調控mA甲基化修飾的相關酶基因在不同腫瘤中的生物學功能，鑒定關鍵的mA甲基化修飾靶基因，對于了解腫瘤發病機制具有重要意義。

圖1 RNA m6A修飾過程及調控蛋白在腫瘤發生發展中的作用

表1 m6A甲基化相關酶類表達水平與腫瘤發生發展的關系

2.1 m6A甲基化與白血病

白血病細胞的增殖與轉化和mA甲基化修飾密切相關。甲基化酶METTL3、WTAP和去甲基化酶FTO、ALKBH5、YTHDF2的表達水平上調均對白血病的病理進程起促進作用。研究發現，

METTL3

基因參與了斑馬魚和小鼠的血管內皮細胞轉化為造血干細胞的發育過程；促進人髓樣白血病細胞MOLM13中原癌基因

c-MYC

，B細胞淋巴瘤/白血病-2基因

BCL2

和磷酸酶及張力蛋白同源基因

PTEN

的翻譯，METTL3的缺失可導致磷酸化的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(pAKT)水平升高促進正常血細胞向白血病細胞的轉化；此外，METTL3還被證明是急性髓系白血病細胞生長的必需基因，但不是正常的血細胞所必需的，這些結果提示METTL3是一種治療白血病的可行靶點。甲基化轉移酶WTAP通過HSP90和BCL6形成復合物在白血病細胞異常增殖過程中起重要作用。去甲基化酶FTO在急性髓系白血病(acute myelocytic leukemia，AML)中高表達，可增強AML細胞增殖能力和生存能力，并可通過降低ASB2和RARA的轉錄后表達抑制全反式維甲酸(ATRA)誘導的急性早幼粒白血病細胞的分化。這提示FTO與ATRA的耐藥性有關。同時，去甲基化酶ALKBH5在AML中的高表達也有助于維持白血病干細胞的功能。這些研究均為白血病的治療提供了新思路。

2.2 m6A甲基化與肝癌

mA通過多種調控路徑參與肝癌的發生發展進程。METTL3在肝細胞癌中高表達，促進肝細胞癌的發生發展。其具體機制為METTL3抑制HCC中細胞信號傳導抑制因子2的表達，導致肝癌細胞的增殖遷移能力增強。同樣作為甲基轉移酶的METTL14在肝細胞癌中卻低表達，從而引起mA甲基化水平降低，影響與迪喬治綜合征危象區基因8(

DGCR8

)的相互作用，導致microRNA-126成熟體表達量降低，進而促進HCC轉移。去甲基化酶FTO在不同種類的肝癌中表現出不同的表達水平。過表達的FTO與肝細胞癌患者的不良預后密切相關，過表達FTO觸發了丙酮酸激酶PKM2 mRNA的去甲基化并加速了蛋白翻譯，進而促進肝癌的發生；而在肝內膽管癌中FTO呈低表達，由于在體內過表達FTO可降低癌基因

TEAD2

mRNA的穩定性，抑制癌基因

TEAD2

的表達，進而阻礙肝內膽管癌的進程。雖然FTO長期以來都被認為是一種致癌因子，但其在肝內膽管癌中的抑癌作用提示FTO的作用方向可能和癌癥的類型有關。此外，mA識別蛋白YTHDF1與YTHDF2在肝癌中也呈現顯著上調的趨勢，促進肝癌干細胞表型和癌癥轉移。

2.3 m6A甲基化與膠質瘤

膠質瘤是一種源自大腦或者脊髓膠質細胞的顱內惡性腫瘤，是最常見的一種腦腫瘤。mA的甲基化水平與膠質瘤的病程有密切關系。METTL3，ALKBH5和YTHDF1表達上調對膠質瘤的病程起推動作用。mA去甲基化酶ALKBH5在膠質瘤干細胞中的表達水平顯著升高，當沉默ALKBH5會抑制膠質瘤干細胞(glioma stem cells，GSCs)的自我更新和增殖，結合轉錄組及mA RNA甲基化測序分析發現，轉錄因子FOXM1是ALKBH5的靶基因，ALKBH5通過去甲基化影響FOXM1的表達，影響膠質母細胞瘤的病理進程。與此同時，METTL3與METTL14作為mA甲基轉移酶，可顯著抑制GSCs的自我更新和增殖。并且敲低METTL3與METTL14后，許多癌基因的表達水平被上調而抑癌基因則被下調。

此外，mA識別蛋白YTHDF1的異常高表達也被證實與神經膠質瘤患者的預后不良有關，體內實驗證實了YTHDF1可加速神經膠質瘤的生長，而microRNA has-mir-346可結合在YTHDF1的3′-UTR區，對YTHDF1起負調節作用。

2.4 m6A甲基化與乳腺癌

乳腺癌在發達國家和地區的發病率高居女性惡性腫瘤的首位。在乳腺癌中，METTL3、METTL14、FTO與ALKBH5的表達水平均增高。低氧作為腫瘤微環境的一個關鍵特征，可刺激乳腺癌細胞增殖富集。ALKBH5在缺氧條件下表達升高，并通過依賴低氧誘導因子(HIF)的方式降低干細胞因子NANOG mA的表達水平，使得NANOG更加穩定，維持乳腺癌干細胞的活性，導致乳腺癌患者的預后不良。因此抑制ALKBH5或低氧誘導因子有望成為治療乳腺癌的新途徑。

3 總結與展望

近年來，隨著mA交聯和免疫沉淀以及高通量RNA甲基化測序技術的快速發展，mA已被證實參與了多種惡性腫瘤的發生發展。這使得以mA相關酶或mA依賴途徑的靶向治療人類癌癥提供了重要的科學依據。但仍存在許多挑戰。

首先，腫瘤發生過程中參與甲基化過程的相關組分逐漸被挖掘出來，但是仍可能存在未知的甲基化調節因子。比如rRNA也可發生mA甲基化但其在腫瘤發生過程中的具體功能未知。盡管YTH結構域的結構已廣為人知，但YTH蛋白的功能也尚未明確。因此，通過研究mA的甲基化相關調節因子對于我們探尋mA甲基化在不同腫瘤中的作用機制至關重要。

其次，雖然研究者對mA在癌癥發生發展進程中的機制進行不斷探索，但基于mA的癌癥治療策略仍有待進一步研究。非甾體抗炎藥MA衍生的抑制劑FB23對去甲基化酶FTO有抑制作用，進而抑制白血病細胞的增殖能力。但缺少臨床研究的驗證。未來需要研發更多針對mA的小分子靶向抑制劑，并且將其應用于臨床治療中。

第三，由于mA甲基化在許多方面都能影響基因的表達，因此其副作用也不可忽視。比如mA通過調節突觸功能和應激反應在小鼠成年大腦中也起著重要的作用，所以以mA為靶點的抗腫瘤治療有可能存在某些副作用不可忽視。未來的工作，旨在深入研究mA修飾相關酶參與疾病進程調節的分子機制，結合臨床研究結果評估mA甲基化修飾與疾病的相關性，進一步增強我們對腫瘤惡性轉化機制的理解，從而有助于新的抗腫瘤治療藥物設計。