N6-甲基腺嘌呤去甲基化酶FTO和ALKBH5在腫瘤中的研究進展

何宜宸，陳依夢，吳昌平

基因的表達調控體現在轉錄調控、轉錄后修飾和翻譯調控等多個層面，這共同構成了機體復雜而精密的調控網絡。目前，已知的轉錄后修飾多達163種[1]。這些修飾不僅影響了RNA的分子結構，改變了其穩定性，同時也使其獲得了更多的生物學功能，增加了RNA的多樣性。在大多數真核生物mRNA中，RNA腺苷N6位上的甲基化修飾（N6-methyladenosine，m6A）是最為常見的轉錄后修飾形式[2]。盡管m6A修飾極為普遍，然而當前對其在各種疾病中發揮的生物學功能卻知之甚少[3]。m6A修飾最常見的識別基序（motif）為RRm6ACH [（G/A/U）（G/A）m6AC（U/A/C）]，且通常富集于終止密碼子以及RNA 3’端和5’端非翻譯區附近[4-5]。m6A修飾對前體RNA剪接、RNA 5’和3’端加工、RNA出核、RNA代謝以及RNA穩定性和翻譯水平調控都發揮著至關重要的作用[6-14]。

m6A修飾的主要相關蛋白包括“書寫器”（writter）、“擦除器”（eraser）和“閱讀器”（reader），這些蛋白分別能夠添加、移除和識別m6A修飾位點。其中，m6A“書寫器”為一類多組分的甲基轉移酶復合物，包括甲基化轉移酶3蛋白（methyltransferase-like protein 3，METTL3）和甲基化轉移酶14蛋白（methyltransferase-like protein 14，METTL14）以及其輔助因子人腎母細胞瘤1關聯蛋白（Wilms’ tumor 1-associated protein，WTAP）、RNA結合基序蛋白15/15B（RNA binding motif protein 15/15B，RBM15/15B）、類病毒m6A甲基轉移酶相關蛋白VIRMA（KIAA1429）和鋅指結構域包含蛋白13（Zinc finger CCCH domain-containing protein 13，ZC3H13）等[15-19]。2011年，在JIA等[20]首次發現脂肪和肥胖相關基因蛋白（fat mass and obesity-associated protein，FTO）能夠扮演m6A“擦除器”的角色后，m6A修飾被認為是可逆的且常處于動態調節狀態中。隨后，ZHENG等[21]在2013年研究小鼠的生育功能時發現了新的m6A“擦除器”——AlkB同源蛋白5（AlkB homologue 5，ALKBH5）。目前已知的閱讀蛋白包括YT521-B同 源（YT521-B homology，YTH）結構域蛋白家族（YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3、YTHDC1和YTHDC2）、胰島素樣生長因子2 mRNA結合蛋白（insulin-like growth factor 2 mRNA binding protein，IGF2BP）家族（IGF2BP1、IGF2BP2和IGF2BP3）以 及核不均一核糖核蛋白（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein，HNRNP）家族（HNRNPA2B1、HNRNPC和HNRNPG）[3,9,22-26]。在m6A“書寫器”和“擦除器”動態調節m6A修飾水平后，各種“閱讀器”蛋白隨后即進行修飾位點的識別，發揮多種調控作用，影響多種生物學功能，包括但不限于胚胎發育、性別決定和應激反應等[27-28]。由于m6A修飾參與調節了多種正常生理活動，m6A關鍵酶的異常或m6A修飾水平的異常常會引發多種疾病，如神經性疾病、免疫缺陷和多種腫瘤[29-31]。本文旨在探討腫瘤病理狀態對m6A“擦除器”FTO和ALKBH5與腫瘤發生和進展的關系，并將就其分子機制作一綜述（表1）。

表1 N6甲基腺嘌呤去甲基化酶在多種腫瘤中的作用Table 1 Role of m6A demethylases in multiple tumor types

FTO基因最早由VAN DER HOEVEN等[52]在發生突變的融合腳趾小鼠8號染色體上發現，并被認為與細胞的程序性凋亡有關。在人類基因組中，FTO基因位于人類16號染色體長臂12區2帶，具有9個外顯子，在人類不同發育階段的多種組織內表達，在大腦中有極高的表達量[53-54]。FTO基因被發現能夠編碼2-酮戊二酸（2-oxoglutarate，2-OG）依賴的核酸去甲基化酶，催化單鏈DNA上的3-甲基胸腺嘧啶脫甲基[55]，但隨后單鏈RNA上的m6A修飾被證明是其主要底物[20]。FTO被認為通過動態調節m6A修飾水平參與了糖脂代謝、神經傳導缺陷修復以及乳腺癌、肝癌和肺癌等多種惡性腫瘤的發生和進展[11,39-40,56-59]。

2013年，ZHENG等[21]在FTO的同源家族中發現了第2種m6A去甲基化酶ALKBH5。ALKBH5和FTO均屬于Fe2＋和2-OG依賴的AlkB雙加氧酶家族。該家族共有9個成員，分別為FTO和ALKBH1～8。ALKBH5被發現可以調控單鏈RNA和單鏈DNA上的甲基化修飾[60]。THALHAMMER等[61]發現在多種細胞系中，缺氧環境可以激活ALKBH5基因的轉錄，ALKBH5是缺氧誘導因子1（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）的下游靶基因，可參與細胞對于缺氧微環境的反應。考慮到惡性腫瘤中極為常見的腫瘤缺氧微環境，ALKBH5可能通過此方式參與了惡性腫瘤的進展。盡管具體機制尚未被完全闡明，ALKBH5與乳腺癌、胃癌和白血病等多種惡性腫瘤的密切關系已被報道[46,62-63]。

1 FTO與腫瘤

1.1 FTO與急性髓系白血病

FTO在急性髓系白血病的部分亞型中高表達，并在其中扮演促癌蛋白的角色。維甲酸受體α（retinoic acid receptor α，RARA）以及人錨蛋白重復和SOCS框蛋白2（ankyrin repeat and SOCS box containing 2，ASB2）被證明是急性髓系白血病中的抑癌基因，而FTO能夠去除其mRNA上的m6A修飾并誘導其降解，從而抑制其表達[64]，高表達的FTO被報道能促進急性髓系白血病的進展[32,65]。此外，由于FTO/RARA/ASB2軸在RARA誘導的促白血病細胞分化效應中的關鍵作用，聯合FTO抑制劑與全反式維甲酸（all-trans retinoic acid，ATRA）誘導劑的治療方案已被證明對FTO高表達的急性髓系白血病亞型有著良好的療效[64]。

FTO/C-Myc/CCAAT增強子結合蛋白α（CCAAT enhancer binding protein α，CEBPA）通路是FTO在白血病進展中的另一條信號通路，FTO在此通路中同樣被認為是通過調控m6A修飾而影響下游基因。FTO在去除原癌基因C-Myc mRNA上的修飾后，可以增加其穩定性而上調其表達水平，最終導致白血病進展加速。另外，在急性髓系白血病中，FTO可以通過調節CEBPA mRNA的m6A修飾水平而增加其表達，而異常增高的CEBPA可作用于FTO基因的增強子，促進其轉錄，從而形成正反饋回路[33]。FTO抑制劑R-2-羥基戊二酸（R-2-hydroxyglutarate，R-2HG）被發現可以通過阻斷FTO/C-Myc/CEBPA通路而發揮抑癌作用，其在FTO高表達的急性髓系白血病亞型中具有廣闊的臨床應用前景[33]。

1.2 FTO與膠質母細胞瘤

腫瘤干細胞被認為可能是惡性腫瘤中所有腫瘤細胞的起源[66]，其不僅具有自我更新能力，還可分化出異質性的子代腫瘤細胞，對腫瘤細胞的增值、侵襲能力以及藥物抵抗性產生巨大影響。m6A修飾水平的改變被證明可以影響膠質母細胞瘤干細胞（glioblastoma stem cells，GSCs）的生長和自我更新，較低的m6A修飾水平與膠質母細胞瘤的進展和不良預后相關[34]。m6A去甲基化酶FTO可通過降低m6A修飾水平而導致癌基因ADAM金屬肽酶域19（ADAM metallopeptidase domain 19，ADAM19）、EPH受 體A3（EPH receptor A3，EPHA3）以 及Kruppel樣因子4（Kruppel-like factor 4，KLF4）的表達上調，并促進GSCs生長和自我更新，從而影響腫瘤的發生、進展以及放化療抵抗[34]。

新發現的FTO抑制劑甲氯芬那酸的乙酯衍生物2（meclofenamic acid 2，MA2）被證明可抑制由GSCs引起的膠質母細胞瘤的發生，并可使已接種GSCs的小鼠生存期延長[34]。

1.3 FTO與胰腺癌

在胰腺癌中，原癌基因C-Myc的轉錄物被認為是FTO進行m6A修飾水平調節的主要底物。FTO被發現可以去除C-Myc mRNA上的m6A修飾，進而增加C-Myc的穩定表達，并促進胰腺癌細胞的增殖[35]。然而，FTO作為“脂肪和肥胖相關基因”，與脂肪代謝調節以及身體質量指數也有著密切聯系[67]，而過高的體質量和高脂飲食正是是胰腺癌的高危因素[68-69]。因此，通過調節C-Myc mRNA的m6A修飾水平而在胰腺癌中發揮促癌效應，可能只是FTO在影響胰腺癌進展的多種機制之一。

1.4 FTO與胃癌

FTO基因在胃癌組織中呈高表達，并且其表達量與胃癌病理分級和患者預后密切相關[70]。FTO基因在發生遠處轉移、高TNM分期以及低分化患者的胃癌組織中均被觀察到高表達，并被認為可作為獨立的預后影響因子[70]。同時，上調FTO表達水平可觀察到胃癌細胞增殖、遷移和侵襲的加速，而下調FTO表達水平則相反[71]。

在分子機制方面，m6A修飾水平被認為在胃癌進展中有著決定性的作用，m6A“書寫器”和“閱讀器”是潛在的抑癌蛋白，而m6A“擦除器”則發揮著促癌效應[36]。m6A“擦除器”FTO可通過降低m6A修飾水平來激活無翅型MMTV整合位點家族（wingless-type MMTV integration site family，Wnt）和磷脂酰肌醇3激酶（phosphoinositide 3 kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）信號通路，從而促進胃癌細胞的增殖和侵襲。

在臨床研究中，胃癌患者外周血樣本中全血的總RNA m6A修飾水平被發現增高，而FTO表達降低。另外，通過統計胃癌患者與健康對照者m6A修飾水平數據繪制受試者工作特征曲線（receiver operating characteristic curve，ROC），m6A修飾水平被認為可以作為胃癌患者的非侵入性診斷指標，其診斷效率達到了92.9%，遠高于胃腸道腫瘤標志物腫瘤相關糖類抗原（carbohydrate antigen 19-9，CA19-9）（60.3%）和癌胚抗原（carcinoembryonic antigen，CEA）（69.4%）的診斷效率[72]。

1.5 FTO與宮頸鱗狀細胞癌

同急性髓系白血病類似，FTO在宮頸鱗狀細胞癌中也被認為通過上調C-Myc基因而促進了腫瘤細胞的增殖和侵襲。通過引入去甲基化酶活性位點突變的FTO功能缺失型突變體作為對照組，FTO上調C-Myc基因表達的機制同樣被認為是通過去除其mRNA的m6A修飾而增加C-Myc mRNA的穩定性。在FTO基因敲除的宮頸癌細胞系中，將C-Myc基因過表達可逆轉FTO基因敲除造成的細胞增殖減慢和侵襲能力下降效應[37]。

另外，m6A去甲基化酶FTO還可通過影響m6A修飾水平來調節宮頸鱗狀細胞癌的放化療抵抗性，在宮頸鱗狀細胞癌SiHa細胞、C-33A細胞以及裸鼠腫瘤模型中，過表達FTO可部分抵消放療輻射和順鉑對于腫瘤細胞增殖的抑制作用。首先，FTO通過去除β-鏈蛋白（β-catenin）mRNA的m6A修飾而增加其穩定性，并提高其蛋白表達量，隨后又通過β-catenin調節了下游底物切除修復交叉互補組1（excision repair crosscomplementation group 1，ERCC1）蛋白從而影響宮頸鱗狀細胞癌放化療抵抗性，形成了FTO/β-catenin/ERCC1軸[38]。有研究發現，FTO抑制劑MA2在宮頸鱗狀細胞癌中能發揮抗癌效應，使β-catenin mRNA的m6A修飾水平增高，并最終提高宮頸鱗狀細胞癌對放化療的敏感性[38]。該報道為FTO對腫瘤進展的影響提供了新的研究方向，在其他腫瘤中FTO是否存在類似的機制值得進一步探討。

1.6 FTO與肺癌

肺癌是全世界最為常見的惡性腫瘤，其中85%的患者的組織學分型為非小細胞肺癌，而該型患者的預后常較差[73]。FTO被發現可通過調節其底物mRNA（即下文中提及的USP7）的m6A修飾而影響腫瘤的進展。LI等[39]研究發現，FTO在非小細胞肺癌組織中表達量明顯增高，繼而促進泛素蛋白特異性肽酶7（ubiquitin specific peptidase 7，USP7）mRNA的去m6A修飾，并增加USP7 mRNA的穩定性從而上調USP7基因的表達水平，最終促進了非小細胞肺癌的增殖。

隨后，有另一項研究同樣證實了FTO在非小細胞肺癌中的促癌效應。通過對比高表達野生型FTO（FTO-WT）和FTO功能缺失型突變體R96Q（FTO-R96Q）的肺腺癌A594細胞，發現僅有高表達野生型FTO的細胞出現了增殖加快和侵襲能力增強的表型。而后，通過RNA測序分析，在高表達FTO的細胞中發現了45種由于m6A修飾水平改變而表達上調的基因。功能富集分析表明大多數基因與肺癌的進展相關，其參與了細胞黏附、細胞遷移以及細胞連接等行為的調節。而當敲除FTO基因后，細胞增殖、侵襲、遷移和集落形成均被抑制，這進一步證明了FTO在肺腺癌進展中的關鍵作用[74]。

1.7 FTO與乳腺癌

FTO曾被認為通過參與p53基因突變和PI3K/AKT信號通路等方式影響乳腺癌的發生和進展，而在FTO被發掘出m6A“擦除器”的身份后，有關FTO與乳腺癌發生的機制又有了新的進展[75-76]。NIU[40]等研究發現，促凋亡基因Bcl-2相互作用蛋白3（Bcl-2 interacting protein 3，BNIP3）的轉錄物是去甲基化酶FTO蛋白介導的m6A修飾調節的下游靶點。FTO能夠去除BNIP3 mRNA的3’端-非翻譯區（3’-untranslated region，3’-UTR）區域的m6A修飾，從而抑制BNIP3 mRNA降解，最終導致乳腺癌細胞的凋亡減弱。因此，FTO可以通過調節BNIP3 mRNA的m6A修飾水平進而參與乳腺癌的進展。

有關FTO與乳腺癌發生和進展關系的報道不勝枚舉。然而，因人種、體型和樣本量等差異的影響，使得到的結果常會產生差異甚至相反的結論。此外，由于乳腺癌的發生和進展涉及多種基因的互相調控，FTO在其中所扮演的角色仍需進一步深入研究。

1.8 FTO與其他惡性腫瘤

FTO對其他惡性腫瘤的影響也已有多篇文獻報道，包括腎癌、頭頸鱗狀細胞癌以及大腸癌的癌前病變結直腸腺瘤等[77-79]。這些報道僅通過統計學分析證明了FTO與腫瘤發生的相關性，而對其具體的作用機制尚未作出明確闡述。

FTO的3種單核苷酸多態位點（rs17817449 G、rs9939609 A和rs8050136 A）被認為與結直腸腺瘤的發生呈負相關[77]。而在頭頸鱗狀細胞癌組織中，FTO被發現明顯高表達，卻并未發現其與預后的相關性[78]。在腎透明細胞癌中，WEN等[79]根據癌組織樣本中FTO的表達量從低到高將所有樣本分為4組（下四分位組、第二分位組、第三分位組和上四分位組）。該研究發現，以下四分位數為界限，在界限以上FTO的表達量與腫瘤的惡性程度呈負相關，而界限以下FTO的表達量與腫瘤的惡性程度呈正相關。FTO在這些腫瘤中的機制仍需進一步闡明。

2 ALKBH5與腫瘤

2.1 ALKBH5與乳腺癌

THALHAMMER等[61]研究認為缺氧環境會誘導ALKBH5基因的表達上調。2019年諾貝爾生理學獎獲得者，約翰霍普金斯大學醫學院Gregg院士團隊的研究同樣支持該觀點，并認為在乳腺癌細胞中，特異性的腫瘤缺氧微環境可以引起缺氧誘導因子HIF-1α和HIF-2α產生，從而激活ALKBH5基因的轉錄和翻譯。ALKBH5蛋白隨后發揮m6A“擦除器”作用，去除其底物NANOG同源框（nanong homeobox，NANOG）mRNA上的m6A修飾從而增加其表達的穩定性，上調NANOG蛋白的表達水平；而NANOG基因能夠編碼多能因子，即保持細胞多潛能性和自我更新的核心蛋白，從而調節乳腺癌干細胞的定向分化和維持。由此提示HIFs/ALKBH5/NANOG軸在乳腺癌的發生和進展過程中發揮了巨大影響[41]。

僅7個月后，Gregg院士團隊就對此通路進行了補充報道[62]。該研究認為，在缺氧環境下，HIFs/ALKBH5軸激活了多種促進乳腺癌干細胞維持和富集的多能因子，除NANOG蛋白外，還包括KLF4和性別決定相關基因簇2（sex determining region Y-box 2，SOX2）蛋白。此外，還發現HIF-1α和HIF-2α的產生可以激活鋅指蛋白217（zinc finger protein 217，ZNF217）基因，其編碼的蛋白可以抑制m6A修飾的“書寫器”METTL3的作用，與ALKBH5蛋白協同作用，以降低細胞內幾種多能因子mRNA的m6A修飾水平。此外有研究報道ZNF217可以直接與NANOG和SOX2基因結合，同時在轉錄和轉錄后水平調節其表達量[62]。腫瘤干細胞在腫瘤進展中有著至關重要的作用，同時也決定著對于抗癌藥物的敏感性，這些研究成果對未來乳腺癌的治療研究有著深刻的啟示作用。

2.2 ALKBH5與膠質母細胞瘤

與乳腺癌類似，ALKBH5在膠質母細胞瘤中通過調節下游底物的m6A修飾而發揮了促癌作用。ALKBH5可通過去除叉頭盒轉錄基因M1（forkhead box M1，FOXM1）mRNA的m6A修飾，進而提高其表達量，促進GSCs的增殖，從而介導膠質母細胞瘤的進展。此外，FOXM1基因的反義鏈所編碼的轉錄產物——反義鏈長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）FOXM1-AS，能夠極大地促進ALKBH5與FOXM1 mRNA的相互作用。下調ALKBH5基因或者FOXM1-AS基因的表達后均可有效抑制GSCs的增殖，這為膠質母細胞瘤提供了新的可能的治療靶點[42]。

如前文所述，在乳腺癌中，缺氧環境可以誘導HIF-1α或HIF-2α，并激活ZNF217基因的轉錄和翻譯。隨后，ZNF217蛋白抑制m6A“書寫器”METTL3與m6A“擦除器”ALKBH5蛋白協同作用，調低下游mRNA的m6A修飾，進而促進腫瘤干細胞增殖。在膠質母細胞瘤中，ZNF217基因同樣被發現高表達，并被HIF-1α和HIF-2α誘導，參與GSCs的維持[80]。由于ALKBH5在GSCs中高表達，并與膠質母細胞瘤患者的不良預后相關，因此認為和乳腺癌相似的ALKBH5、ZNF217協同機制在膠質母細胞瘤進展中可能同樣存在[42]。

2.3 ALKBH5與宮頸癌

生長阻滯特異性轉錄因子5（growth arrestspecial transcript 5，GAS5）基因被認為是一種抑癌基因，其可以抑制腫瘤的增殖、侵襲、轉移乃至放療抵抗性[81-82]。在子宮頸癌中，GAS5低表達被證明與患者的不良預后相關，其在宮頸癌中的表達受到其反義RNA——GAS5-AS1的調控[43,83]。在宮頸癌組織中，GAS5-AS1同樣被發現低表達，并且可以抑制宮頸癌細胞的增殖和轉移。類似于lncRNA FOXM1-AS在膠質母細胞瘤中的作用機制，GAS5-AS1可通過依賴ALKBH5的方式調節抑癌基因GAS的m6A修飾，高表達GAS5-AS1可去除GAS mRNA上的m6A修飾，從而減少YTHDF2閱讀蛋白通過識別m6A修飾而介導的GAS mRNA降解，最終提高GAS基因的表達水平，實現對子宮頸癌進展的抑制[42-43]。

2.4 ALKBH5與胰腺癌

LncRNA KCNK15-AS1被發現在胰腺癌組織中低表達，其表達水平上調后可抑制癌組織的遷移和侵襲。同時，KCNK15-AS1的穩定性被證明與m6A的修飾水平呈負相關。熒光共聚焦顯微鏡顯示KCNK15-AS1在胰腺癌細胞中與m6A信號共定位。將胰腺癌細胞中低表達的ALKBH5基因上調表達后，ALKBH5蛋白可以去除KCNK15-AS1的m6A修飾從而上調其表達，進而抑制上皮-間質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），并阻礙了胰腺癌細胞的侵襲與轉移[44]。

此外，ALKBH5還可通過去除Wnt抑制因子1（Wnt inhibitory factor 1，WIF-1）mRNA上的m6A修飾增高其表達，并抑制了Wnt信號通路。Wnt通路被阻斷后，其下游基因C-Myc、細胞周期相關蛋白D1（cyclin D1）、基質金屬蛋白酶2（matrix metalloproteinase-2，MMP-2）和MMP-9的表達量降低。ALKBH5在體內和體外實驗中均得到證實，通過該機制不僅抑制了胰腺癌的增殖和遠處轉移，還提高了胰腺癌對于化學治療的敏感性[45]。

在一項回顧性研究中，CHO等[84]的研究報道證實了ALKBH5在胰腺癌中為抑癌基因的角色。高表達水平的ALKBH5被發現與較高的總體生存率（overall survival，OS）相關，并可作為胰腺癌患者的預后預測因子，且準確性高于以TNM分期進行預測。這些研究成果為晚期胰腺癌的治療和預后評價提供了新的研究方向。

2.5 ALKBH5與胃癌

與FTO相同，m6A去甲基化酶ALKBH5也被認為在胃癌中發揮著促癌效應[36]。ALKBH5被發現與lncRNA核副斑紋組裝轉錄基因1（nuclearparaspeckle assembly transcript 1，NEAT1）結合，并去除其m6A修飾而調高其表達水平。高表達的lncRNA NEAT1可促進zeste 2多梳抑制復合物2亞基增強子（enhancer of zeste 2 polycomb repressive complex 2 subunit，EZH2）基因的表達上調，隨后協同發揮促癌效應，最終導致胃癌細胞的侵襲和轉移加速[46]。然而，學界對于ALKBH5與胃癌的關系仍有不同觀點，SU等[71]通過對腫瘤基因組計劃（The Cancer Genome Atlas，TCGA）數據庫中的胃癌大數據進行分析后，發現較高的ALKBH5表達與胃癌患者較高的OS率相關，年齡較大和TNM分期較高的高危組中患者的胃癌組織中ALKBH5表達反而較低。

因此猜測，以上2項研究結果的差異，可能是由于樣本量和采用的胃癌組織亞型不同所致，因此ALKBH5在胃癌發生中的作用與具體分子機制尚待進一步研究。

2.6 ALKBH5與非小細胞肺癌

ALKBH5在非小細胞肺癌中被認為是一種促癌基因，通過去除底物mRNA的m6A修飾來影響非小細胞肺癌進展。然而，不同于其他腫瘤的是，ALKBH5與組織金屬蛋白酶抑制因子3（TIMP metallopeptidase jnhibitor 3，TIMP3）mRNA的3’-UTR區域結合并去除m6A修飾后，導致了TIMP3 mRNA的穩定性降低而非增加，使TIMP3表達水平下調。TIMP3基因表達下調后，可促進非小細胞肺癌細胞的增殖而抑制其凋亡。過高的ALKBH5和過低的TIMP3基因表達均被證實與非小細胞肺癌患者的不良預后相關[47]。

JIN等[48]研究認為，ALKBH5在非小細胞肺癌中扮演著抑癌基因的角色，并對其作用機制進行了深入的探索。研究顯示，Yes相關蛋白（Yes-associated protein，YAP）可以促進非小細胞肺癌的增殖和轉移，而ALKBH5則通過調節YAP mRNA表達量和抑制YAP蛋白激活2種方式抑制非小細胞肺癌進展。首先，YTHDF3蛋白是識別YAP mRNA上m6A修飾的關鍵分子，YTHDF1與YTHDF2蛋白均需要與YTHDF3蛋白競爭性結合從而發揮作用。在正常組織中，較多的YTHDF2蛋白與YTHDF3結合可促進YAP mRNA降解，而在非小細胞肺癌組織中，較多的YTHDF1蛋白與YTHDF3結合可促進YAP mRNA翻譯。ALKBH5可以去除YAP mRNA上的m6A修飾從而抑制YTHDF1蛋白的作用，使YAP mRNA翻譯受阻，最終阻礙非小細胞肺癌進展。另外，ALKBH5還可通過人抗原R（human antigen R，HuR）依賴的方式，抑制微RNA（microRNA，miR）-107表達，降低其對大腫瘤抑制激 酶2（large tumor suppressor kinase 2，LATS2）基因表達的影響，從而促進LATS2蛋白對YAP蛋白的磷酸化并抑制其活性，由此形成了一條ALKBH5/HuR/miR-107/LATS2/YAP軸[48]。

2.7 ALKBH5與骨肉瘤

LncRNA人漿細胞瘤轉化遷移基因1（plasmacytoma variant translocation 1，PVT1）曾被報道在骨肉瘤中可促進腫瘤的進展[85]。ALKBH5在骨肉瘤中可去除lncRNA PVT1上的m6A修飾，導致lncRNA PVT1與m6A“閱讀器”YTHDF2蛋白結合減少，從而抑制了YTHDF2蛋白介導的lncRNA PVT1降解作用，并增高了lncRNA PVT1的表達，最終促進骨肉瘤的進展。然而，在已敲除PVT1基因表達的骨肉瘤細胞中，ALKBH5的促癌作用并未失效[49]。該結果提示，ALKBH5的促癌機制并不僅限于此，可能有其他分子與信號通路參與了此過程，ALKBH5在骨肉瘤中的作用尚待進一步深入研究。

2.8 ALKBH5與卵巢上皮癌

細胞自噬被認為是一種抑癌途徑，可以及時清除衰老或受損的蛋白質和細胞器，并阻止細胞癌性轉化[86]。ALKBH5可通過抑制卵巢上皮癌的細胞自噬而發揮促癌作用。首先，與非小細胞肺癌類似，ALKBH5與HuR相互作用，使其表達上升，進而抑制了miR-7，導致miR-7的靶基因表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）mRNA表達水平上升，并激活經典通路EGFR/PI3K/AKT/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR），從而抑制細胞自噬并促進細胞增殖。另外，過高的ALKBH5表達可使B淋巴細胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）基因的表達量增高，并促進Bcl-2與自噬效應蛋白Beclin 1的結合，形成“自噬開關”復合物，以抑制細胞自噬[50]。這2種機制的發現，為卵巢上皮癌提供了可能的新治療靶點。

2.9 ALKBH5與膀胱癌

m6A修飾被發現在調控膀胱癌進展過程中發揮了巨大影響。整合素α6（integrin alpha 6，ITGA6）曾經被發現在多種惡性腫瘤中調節腫瘤細胞的EMT，而在膀胱癌中，ITGA6基因的高表達與疾病進展相關。ITGA6 mRNA是METTL3和ALKBH5的下游靶標，其m6A修飾水平受METTL3和ALKBH5的動態調節。而YTHDF1/YTHDF3能夠特異性識別ITGA6 mRNA上的m6A修飾，并促進其翻譯。因此，高表達ALKBH5可以抑制ITGA6 mRNA的翻譯水平，減少其促癌效應，以抑制膀胱癌的進展[51]。

2.10 ALKBH5與其他腫瘤

ALKBH5與其他多種腫瘤的關系也有報道，這些腫瘤包括急性髓系白血病、腎透明細胞癌以及結腸癌[63,87-88]。

在急性髓系白血病中，ALKBH5基因的拷貝數減少，并且與TP53基因突變及急性髓系白血病的不良預后相關[63]。

在腎透明細胞癌中，可觀察到ALKBH5的低表達，并發現其與腎切除術后的不良預后相關，ALKBH5低表達組患者的OS期和腫瘤特異生存期均較短[87]。

ALKBH5在結腸癌中也被發現低表達，并且與結腸癌的遠處轉移相關。同時，ALKBH5被發現可以作為結腸癌患者的OS率和無病生存率的獨立預后影響因子。高表達ALKBH5在體外實驗中可以抑制腫瘤細胞的侵襲，而在體內實驗中則可抑制腫瘤的轉移[88]。

3 FTO和ALKBH5抑制劑的研究進展

總結現有對于m6A去甲基化酶的研究進展發現，FTO和ALKBH5在絕大多數惡性腫瘤中均通過影響底物m6A修飾水平來激活多種信號通路以促進腫瘤進展。因而，抑制去甲基化酶FTO和ALKBH5成為多種腫瘤潛在的治療策略，高效且特異性的FTO和ALKBH5抑制劑具有廣闊的研究前景。

3.1 FTO抑制劑

由于FTO早前被認為與肥胖和能量代謝性疾病息息相關，且是首個被發現的m6A修飾“擦除器”，使得有關FTO抑制劑的研究一直是近年來的研究熱點。

由于FTO屬于Fe2＋和2-OG依賴型雙加氧酶類，所以通用型抑制劑N-草酰甘氨酸（N-oxalylglycine，NOG）可以作為抑制FTO的一種選擇[89]，其與2-OG有類似結構，可以競爭性抑制FTO與下游底物的結合。然而NOG較低的特異性和選擇性，難以使其在某些因FTO高表達導致疾病進展的腫瘤中作為靶向治療藥物。如前所述，FTO表達改變所致的底物m6A修飾水平變化在多種腫瘤的發生和進展中有著關鍵作用，并且在絕大多數腫瘤中表現出了促癌效應，因此研發高選擇性和特異性的FTO抑制劑迫在眉睫。

2012年，上海藥物研究所以FTO晶體結構為基礎，通過計算機高通量虛擬篩選和生物分析研究，報道了首個特異性較高的FTO抑制劑，即大黃酸[90]。不同于通用型抑制劑NOG，大黃酸不通過2-OG類似結構來競爭性抑制FTO，也不是一種結合2-OG輔因子的鐵離子螯合劑，而是特異地競爭性結合FTO活性位點而抑制其去甲基化酶功能。大黃酸的抑制活性不僅在體外實驗中通過限制性核酸內切酶消化實驗和液相色譜分析等方法得到了驗證，在細胞實驗中，大黃酸也被證明能夠調節人神經母細胞瘤細胞BE（2）-C中總mRNA的m6A修飾水平。并且，值得肯定的是，大黃酸應用于BE（2）-C細胞后，并未被發現有明顯的細胞毒性，這為日后大黃酸在細胞實驗研究和臨床應用中增加了更多的可能性。大黃酸的報道為后期FTO高特異性抑制劑的研究提供了可靠的基礎，活性位點的發現對于后期更高選擇性的抑制劑探究有著重要意義，為腫瘤分子機制和相關藥物開發中的表觀遺傳學修飾研究提供了良好的工具。

2015年，上海藥物研究所在前期研究的基礎上，報道了一種特異性更高的FTO抑制劑——MA2[91]。MA2是一種非甾體類抗炎藥物，其通過對現存藥物的高通量篩選而獲得，是一種脂氧合酶環氧合酶抑制劑。有趣的是，同樣在2014年報道的一篇文獻中，另一種FTO抑制劑N-[3，4-二羥基-5-（4-氯苯基）-2-呋喃基]乙烷磺酰胺同樣屬于環氧合酶/脂氧合酶的雙重抑制劑[92]。由此猜測，這類抑制劑中可能含有能夠結合FTO活性位點的共同特殊結構。與大黃酸不同的是，MA2有著更高的特異性和選擇性，雖然FTO與ALKBH5同屬ALKB家族，并有著高度保守的共同結構，其對FTO的選擇性仍遠高于ALKBH5，可通過與m6A底物競爭性結合而抑制FTO效應。在細胞實驗中，MA2被證明可以通過調控FTO活性進而影響人宮頸癌細胞HeLa細胞中m6A豐度，同時該調節中的m6A豐度改變被證明與另一種去甲基化酶ALKBH5無關，只與FTO的活性和表達水平相關。MA2抑制劑在該研究中的MA2/FTO復合物結構無疑可以為后期高特異性抑制劑的研究提供更多思路，以降低FTO抑制劑的脫靶效應。另外，在該研究中提出的新的FTO結合位點對后期高特異性抑制劑研究也有著積極意義。在膠質母細胞瘤和宮頸鱗狀細胞癌的研究中，MA2被報道可通過抑制FTO發揮抑制腫瘤細胞增殖和提高腫瘤放化療敏感性的作用，由此表現出了其廣闊的臨床應用前景[34,38]。

隨后，新加坡國立大學的TOH等[93]報道了一種特異性更高的FTO抑制劑——化合物12：（2E）-4-[N’-（4-芐基吡啶-3-羰基）-肼基]-4-氧代丁-2-烯酸。在進行篩選的數十種化合物中，第12號化合物展現出了對于FTO最高的特異性和抑制效率。Glu234被發現是一個特異性更高的FTO活性位點，化合物12通過對該位點的特異性結合導致其對FTO的親和性遠高于其他ALKB家族成員，并是其他ALKB家族成員（包括ALKBH5）的30～130倍。另外，化合物12還可通過螯合金屬離子的方式以增強對FTO的抑制效應。同樣，化合物12的抑制效率也在細胞實驗中得到了驗證，在人宮頸癌細胞HeLa細胞中，化合物12已被證明可以很好地抑制FTO的m6A去甲基化酶活性。新的高特異性活性位點的發現和細胞實驗的驗證，無疑為后期抑制劑的研究和臨床應用打下了堅實基礎。

此外，除了這些高通量篩選的特異性FTO抑制劑以外，曾經被認為促癌代謝物的R-2HG已經在體內實驗中被證明是一種FTO抑制劑[33]。R-2HG擁有與酮戊二酸類似的結構，因而可競爭性抑制多種Fe2＋和2-OG依賴的雙加氧酶，其中就包括了FTO。此外，有多種FTO抑制劑在今年被報道，包括具有抗驚厥作用的復合物7d、可以通過抑制FTO而影響小鼠糖脂代謝的恩他卡朋以及天然產物根赤殼菌素等[92,94-95]。

眾多FTO抑制劑被不斷報道，然而其中大部分化合物仍只經過生化或細胞實驗驗證。即使經過了小鼠實驗體內驗證的部分化合物，在差別巨大的人體內環境中，其抑制效率和安全性維持仍未可知。高特異性FTO抑制劑的開發不僅有助于腫瘤研究中甲基化修飾功能的探究，同時對于腫瘤臨床治療有也著積極意義。

3.2 ALKBH5抑制劑

不同于FTO，ALKBH5直至2013年才初次被報道具有m6A去甲基化酶作用，而有關ALKBH5抑制劑的研究鮮有報道。通過計算機軟件經蛋白質組學篩選，化合物MV1035被認為是ALKBH5的抑制劑。經膠質母細胞瘤U87-MG細胞驗證，MV1035不僅抑制了ALKBH5的去甲基化酶效應，并且可以減緩U87-MG細胞的遷移和侵襲[96]。XU等[60]也研究報道了檸檬酸鹽是一種抑制效應較弱的ALKBH5溫和型抑制劑，同時初步分析了ALKBH5結合底物的特異性環狀結構，為ALKBH5的高特異性抑制劑研究奠定了基礎。

總而言之，ALKBH5抑制劑的研究正處于起步階段，受制于ALKB家族的保守結構，近年來有關高特異性ALKBH5抑制劑的報道仍極為罕見。考慮到ALKBH5作為目前已知的除FTO外唯一的m6A去甲基化酶，其可通過影響m6A修飾水平參與調節底物RNA的穩定性、翻譯效率以及選擇性剪接等，從而促進了包括膠質母細胞瘤在內的多種腫瘤進展，因此高效且特異的ALKBH5抑制劑亟待開發，這對于腫瘤臨床治療的重要性不言而喻。

4 結語和展望

綜上所述，根據現有的文獻報道，m6A去甲基化酶FTO和ALKBH5在大多數惡性腫瘤中發揮了促癌效應，僅在極少部分惡性腫瘤中抑制腫瘤進展，因而FTO和ALKBH5抑制劑的應用前景十分廣闊。當然，在部分亞型惡性腫瘤的治療中，FTO和ALKBH5激動劑也有待開發。

FTO和ALKBH5與惡性腫瘤的關系在近幾年已成為研究熱潮，但其具體機制仍未完全闡明。首先，盡管FTO和ALKBH5都被證實有m6A去甲基化酶作用，然而其底物選擇及分布位置等均存在差異，這些差異目前尚不十分明確。其次，FTO和ALKBH5的生物學效應通常需由下游特異性靶mRNA和不同m6A閱讀蛋白同時決定，對于何種閱讀蛋白會結合m6A“擦除器”的靶mRNA尚待進一步鑒定。

在不同類型腫瘤中，m6A去甲基化酶對下游靶mRNA的選擇差異可對腫瘤的發生和進展產生多方面影響：（1）腫瘤干細胞維持，在膠質母細胞瘤和乳腺癌中，ALKBH5通過去除靶mRNA FOXM1和NANOG上m6A修飾來促進腫瘤干細胞的維持[41-42]；（2）腫瘤細胞增殖，FTO去除C-Myc mRNA m6A修飾可促進白血病細胞和胰腺癌細胞的增殖[33,45]；（3）腫瘤細胞侵襲和轉移，在膀胱癌和胰腺癌中，ALKBH5分別通過調節靶mRNA和靶lncRNA的m6A修飾水平進而影響腫瘤細胞EMT，干預腫瘤的侵襲和轉移[45,51]。

去甲基化酶的生物學效應也同時取決于不同類型的閱讀蛋白。以經典的閱讀蛋白YTH家族為例，YTHDF2蛋白被發現可識別大部分mRNA上的m6A修飾位點，促進mRNA向降解場所轉移[23]。如YTHDF2可識別斑馬魚胚胎中母源mRNA從而加速其清除，而在急性髓系白血病中，YTHDF2識別了m6A修飾后介導了C-Myc mRNA的衰退，并抑制了腫瘤細胞的增殖[33,97]。YTHDF1被報道在與m6A位點結合后，常與翻譯起始因子eIF3相互作用，從而促進mRNA翻譯[25]。如YTHDF1與溶酶體蛋白酶mRNA上的m6A位點結合，可促進其翻譯，并導致抗原被降解，進而影響樹突狀細胞的抗原提呈能力，最終抑制腫瘤免疫應答[98]。

總而言之，若要探討m6A去甲基化酶與腫瘤發生和進展的關系，在鑒定下游靶mRNA的同時，進行相關閱讀蛋白的鑒別或可使分子機制的研究事半功倍。

在總結本綜述所引用的文獻時發現，m6A“擦除器”在不同惡性腫瘤中存在如下幾種共同機制：（1）在大多數惡性腫瘤中FTO和ALKBH5通過去除靶mRNA或靶lncRNA的m6A修飾，從而改變其穩定性，進而發揮生物學效應[34,38-39,42,46-47,49,64,85,88]；（2）在非小細胞肺癌及卵巢上皮癌中，ALKBH5可以依賴HuR的方式調控微RNA（microRNA，miRNA，miR），通過抑制microRNA的靶mRNA進而發揮作用[48,87]；（3）m6A“擦除器”在惡性腫瘤中可影響多種經典癌基因或信號通路，包括C-Myc和p53基因以及Wnt、EGFR/PI3K/AKT/mTOR通路等[33,35,37,45,75-76,87]。

綜上所述，FTO和ALKBH5在多種惡性腫瘤進展中的關鍵作用毋庸置疑，但是其如何調控各種蛋白和下游信號通路的機理尚未完全闡明。結合m6A對RNA出核、翻譯效率和可變剪接等多方面的影響，推斷FTO和ALKBH5在惡性腫瘤中的調控機制所涉及的蛋白和通路可能遠超現有文獻報道。相信在不久的將來，FTO和ALKBH5會成為多種惡性腫瘤診斷和預后的標志物乃至關鍵治療靶點。