m6A,RNA甲基化修饰影响恶性肿瘤及肿瘤干细胞生物学特性的研究进展
时间：2023-06-07 13:00:32 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
王馨艺 路一平 综述 孙峥嵘 审校
N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine，m6A)的甲基化修饰是表观遗传学中RNA编辑的重要组成部分，亦是近年来研究mRNA内部修饰和真核生物转录后调控的主要方向之一[1-3]。m6A的甲基化不仅在正常生理活动中扮演着重要角色，同时对肿瘤细胞的侵袭、转移以及肿瘤干细胞(Cancer stem cells，CSCs)分化和干性表型均可产生极其重要的影响。因此，本文主要针对m6A甲基化的概念、功能和作用机制、潜在治疗靶点以及它们对恶性肿瘤及CSCs生物学行为产生的影响进行梳理，旨在为恶性肿瘤研究及治疗提供新角度和参考依据。
m6A甲基化主要发生在RRm6ACH([A/G/U][3]m6AC[A/C/U])共有基序，是在“编码器”、“解码器”以及“读码器”三类修饰酶调节下进行的动态可逆反应[4-5]。三类修饰酶中，第一类是“编码器”，即具有介导m6A甲基化修饰作用的甲基转移酶，它主要包括甲基转移酶样3(Methyltransferase like 3，METTL3)和甲基转移酶样14(Methyltransferase like 14，METTL14)。已有研究发现，m6A的装配是在METTL3、METTL14以及肾母细胞瘤相关蛋白1(Wilms tumor 1-associated protein，WTAP)等构成的“编码器”复合物修饰下进行的[5-6]；
第二类是“解码器”，即可以将m6A甲基化抹去的去甲基转移酶。其中，肥胖相关蛋白(Fat mass and obesity-associated protein，FTO)和Alkb同系物5(ALKBH5)是最常见的两种“解码器”；
最后一类为“读码器”，即识别解读m6A甲基化的调节蛋白，主要包括YT521-B同源(YT521-B homology，YTH)结构家族中的蛋白—YTHDF和YTHDC及其相关亚型、核不均一核糖蛋白家族(Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein，HNRNPs)、胰岛素样生长因子2(Insulin-like growth factor 2，IGF2)以及真核起始因子3(Eukaryotic initiation factor 3，eIF3)[7-8]。它们在与m6A的甲基化位点结合后，识别并解析其相关生物功能的指令，进而发挥调控下游分子的作用[9]。m6A甲基化正是在上述三种修饰酶的共同参与下，影响并调节恶性肿瘤的增殖、侵袭、转移以及CSCs的特性和化疗敏感性。
2.1 m6A“编码器”对恶性肿瘤发生发展的影响
对肿瘤基因m6A甲基化修饰以及修饰前调节关系的研究有助于全面揭示m6A影响恶性肿瘤增殖的具体机制[10]。“编码器”中的METTL3可以通过介导在SP1和SP2转录本编码区的m6A甲基化来增强SP1和SP2的翻译效率，进而促进急性髓细胞白血病(Acute myeloid leukemia，AML)的进展[11]；
另一方面，METTL3的蛋白表达与m6A甲基化水平在前列腺癌中均显著提高，且高表达的METTL3不仅有利于前列腺癌细胞的侵袭，还可以提高前列腺癌细胞的致瘤性[12]。此外，Yang等[13]研究发现，m6A修饰下的ZFAS1在宫颈癌细胞中不仅抑制miR-647的表达，同时也促进宫颈癌细胞的增殖与迁移。
相关研究显示另一种“编码器”—METTL14的表达水平在EB病毒(Epstein-Barr virus，EBV)感染的潜伏期显著提高。METTL14通过诱导EBV潜伏抗原的m6A甲基化修饰来提高病毒潜在癌基因EBNA3C的表达水平，进而促进EBV转化细胞的增殖，这表明METTL14可能是EBV诱发肿瘤的关键因素；
另一方面，由于EBV是导致宫颈癌发生的重要致病因素之一，因此深入研究METTL14与EBV感染导致癌症的机制对宫颈癌的研究具有重要意义[14]。除此之外，METTL3-METTL14形成的甲基转移酶复合物也可以通过增强LNCAROD的稳定性，提高癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力，进而加快头颈部鳞状细胞癌的进展[2，15]。类似地，Wang等[16-17]研究发现，在肝细胞癌中甲基转移酶样16(Methyltransferase like 16，METTL16)的表达水平与患者的总体生存率呈正相关关系；
此外，在肺癌中它可以通过上调细胞周期蛋白D1的表达水平来促进肺癌细胞增殖，这可能证明METTL16将在肿瘤研究中成为新的诊断生物学标志及治疗靶点。
WTAP是一种保守核蛋白，此蛋白虽不具备甲基化活性，但可以通过与METTL3-METTL14形成复合物来影响细胞内m6A的产生[18-19]。WTAP不仅通过HuR-ETS1-p21/p27轴介导的m6A甲基化来促进肝癌发展[20-21]，也可以通过m6A调节HMBOX1 mRNA稳定性的方式来提高骨肉瘤细胞的致瘤性；
此外，WTAP/HMBOX1也能通过PI3K/Akt通路调节骨肉瘤细胞的增殖和代谢[22]。因此，WTAP有望成为癌症诊断的新生物标志物。
2.2 m6A“解码器”对恶性肿瘤发生发展的影响
m6A的“解码器”是具有逆转m6A甲基化修饰功能的去甲基转移酶。FTO通过调节m6A甲基化水平来调控mRNA的选择性剪切。而ALKBH5主要调节mRNA转运、RNA代谢以及核散斑内mRNA加工因子的组装[23-24]。此外，ALKBH3是近年来新发现的m6A去甲基转移酶，与ALKBH5不同的是，ALKBH3可以优先在tRNA的m6A甲基化位点发挥作用[25]。
Zou等[26]研究证明，FTO的表达水平与宫颈癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力呈正相关关系。为了深入研究FTO的促癌机制，Niu等[27]通过对m6A RNA序列分析后发现，FTO可以通过降低BNIP3表达水平来抑制乳腺癌细胞凋亡，这不仅有利于肿瘤细胞的增殖，也促进乳腺癌发生发展；
此外，FTO也可以通过提高HOXB13的蛋白表达水平，从而激活Wnt信号通路，进而促进子宫内膜癌的发展[28]。同时研究显示，FTO可以通过阻止β球蛋白的m6A富集而降低宫颈癌细胞的化疗敏感性[29]。
ALKBH5曾被报道在AML中具有肿瘤抑制因子的作用[30]。然而，Shen等[31]研究发现，在ALKBH5/m6A/TACC3/MYCp21通路调节下，ALKBH5与白血病细胞的转化、AML发展以及白血病干细胞/起始祖细胞的自我更新息息相关。尽管m6A的其他调节蛋白也可以与AML的癌基因相结合，但ALKBH5是唯一与AML患者不良预后显著相关，且在病程发展过程中可以调节癌基因表达并使其表达水平提高的调节因子。这项研究证明，在AML患者的诊治中，ALKBH5能够同时发挥清除白血病干细胞/起始祖细胞和保护正常造血系统不受损伤的作用，从而作为新型分子治疗靶点。
2.3 m6A“读码器”对恶性肿瘤发生发展的影响
在恶性肿瘤的发生发展中，m6A的“读码器”具有提高其靶向结合癌基因表达水平的作用[32]。其中，YTHDF1和YTHDF3可以有效提高癌基因转录后的蛋白表达水平；
YTHDF2能够缩短mRNA半衰期，且特异性识别m6A，从而降低靶转录组的稳定性[8，33]。此外，YTHDC1通过影响前体mRNA的选择性剪接来调控靶向基因的mRNA表达水平[7]，而YTHDC2则通过促进核糖体-mRNA复合物分解，进而提高YTHDC2靶向结合蛋白的翻译效率[34]。
m6A甲基化修饰也可直接在YTH结构家族募集下进行[35]。Wang等[8]研究证明，YTHDF1可以影响核糖体占位并提高其靶mRNA的翻译效率；
另一方面，由于YTHDF2可以降低IL11以及SERPINE2的mRNA表达水平，这不仅能够抑制肝细胞癌的癌细胞增殖，也可以延缓脉管系统的形成[36-37]。尽管YTHDF3的表达水平在结直肠癌中显著降低，但YTHDC1在结肠癌中的表达水平呈升高趋势[38]。除此之外，YTHDF1对结直肠癌的浸润深度、淋巴结转移过程和癌症发展等癌性特征均起到促进作用；
由此可见，YTHDF1表达水平的提高可能是导致结直肠癌患者不良预后产生的重要原因之一[38]。
IGF2BPs的结合位点由四个K同源结构域以及两个RNA识别模序组成[39]。Huang等[40]发现，IGF2BPs优先与肝细胞癌的癌基因—MYC不稳定编码区的m6A甲基化位点相结合，并与MYC的表达呈正相关关系。在另一种“读码器”HNRNPs中，HNRNPC可以通过上皮—间质转化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)导致口腔鳞状细胞癌的恶化[41-42]，而另一种“读码器”HNRNPA2B1可以通过上调脂肪酸合成酶ACLY和ACC1的表达水平来促进食管癌的发展[43]。除此之外，eIF3C是“读码器”eIF3的亚基，它可以通过与卵巢癌中高表达的YTHDF1特异性结合，进而发挥提高卵巢癌肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭的作用[44]。
3.1 m6A“编码器”对CSCs的影响
CSCs虽然是恶性肿瘤中的一小部分，仅占0.05%～3%，但却是目前恶性肿瘤治疗工作中最核心的障碍[45]。m6A甲基化修饰通过增强CSCs干细胞特性，进而促进恶性肿瘤的发展[46]。现有研究表明，m6A具有调节胶质瘤干细胞(Glioma stem cells，GSCs)的自我更新、分化以及促进肿瘤发展的能力[47]；
例如，METTL3可以使Notch通路中与恶性胶质瘤相关的某些组成成分的表达水平提高。然而上述观点仍存在争议，部分研究发现METTL3和METTL14的表达水平与GSCs的增殖以及自我更新能力呈负相关关系[48]；
此外，Zhang等[49]证明m6A通过增强结肠癌的CSCs特性使CSCs富集，导致结肠癌治疗中化疗抵抗的产生从而促进结肠癌的发展。
3.2 m6A“解码器”对CSCs的影响
FTO的活性降低可以增强CSCs的干细胞特性、促进体内肿瘤形成以及降低化疗敏感性[50]。Su等[51]发现FTO通过靶向结合免疫防御基因—LILRB4，激活有杀伤T细胞特性的AML细胞，进而抑制CSCs的形成和免疫逃逸；
类似地，当FTO负向作用于3′，5′-环磷酸腺苷信号通路时，FTO可以有效抑制卵巢癌CSCs的干细胞特性从而延缓肿瘤进展[52]。此外，高表达的ALKBH5可提高GSCs的侵袭及抗辐射能力；
由此证明，ALKBH5通过抑制肿瘤细胞侵袭能力、提高肿瘤细胞对放疗敏感性的方式，有望作为恶性胶质瘤治疗的新靶点[53]。
3.3 m6A“读码器”对CSCs的影响
YTHDF1和YTHDF2分别具有促进结肠癌和肝癌CSCs的成球能力、自我更新能力以及分化过程的作用[54]。此外，IGF2BPs的另一亚型—IGFBP1可以通过m6A修饰来调节MGAT5的mRNA稳定性，从而促进肝癌细胞的CSCs样显形；
这不仅证明IGFBP1对肝细胞癌的CSCs生长具有促进作用，也表明IGFBP1可能是未来癌症治疗的重要靶点之一[55]。
m6A的发现为表观遗传学和肿瘤相关疾病的研究开辟了新视野，同时也为肿瘤调控机制的研究提供了新方向。大量研究表明，m6A甲基化修饰不仅影响肿瘤的发生发展和远处转移，而且在不同程度上也促进肿瘤细胞及CSCs的增殖、分化以及干性表达，从而起到降低肿瘤对放疗和化疗敏感性的作用。虽然科研人员已经取得阶段性的成果，但是仍需深入探索并明确METTL16、ALKBH5、HNRNPS以及eIF3等在恶性肿瘤及其CSCs发生发展过程中的作用机制。因此，在未来研究工作中需进一步明确m6A甲基化修饰的潜在分子调节机制，并将m6A的理论研究应用于临床实践，从而对恶性肿瘤的研究和治疗工作发挥重要的指导作用。
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