N6-甲基腺苷及其调控蛋白在肿瘤中的研究进展

谷仕艳，李萌竹，何作顺

(大理大学公共卫生学院，云南 大理 671000)

N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine，m6A)是指腺嘌呤(A)第6位氮原子发生甲基化而形成的一种修饰，是真核生物RNA最常见的甲基化修饰[1]。既往认为，RNA上的m6A修饰一旦形成就无法改变，但近年来的研究表明，m6A修饰可由相应的甲基转移酶催化形成，同时也能被去甲基化酶移除，m6A修饰还能在相应甲基结合蛋白的介导下调控细胞增殖、凋亡和分化等多种重要的生物学过程[1-2]。甲基转移酶、去甲基化酶和甲基结合蛋白均能影响m6A的修饰水平，统称为m6A调控蛋白[2]。有证据表明，m6A及其调控蛋白可参与肺癌、肝癌、胃癌、乳腺癌和白血病等多种肿瘤的发生发展，m6A及其调控蛋白水平的异常还与部分肿瘤患者的药物治疗效果及预后密切相关[3-5]。现对m6A调控蛋白的作用和种类及其调控蛋白在呼吸、消化、神经和血液等多系统肿瘤中的作用进行归纳总结，并对其参与肿瘤发生、发展的具体机制予以综述。

1 m6A的调控蛋白

目前发现的m6A调控蛋白主要有甲基转移酶、去甲基化酶和甲基结合蛋白3大类[2]。m6A甲基转移酶指能催化m6A修饰形成的酶类，甲基转移酶样(methyltransferase like，METTL)3是最早被发现的m6A甲基转移酶；METTL3的同系物蛋白METTL14也能催化m6A修饰的形成；而作为接头蛋白的威尔姆斯肿瘤1相关蛋白可通过引导METTL3和METTL14定位而间接影响m6A的修饰水平。此外，多种接头蛋白(KIAA1429、VIRMA、HAKAI、ZC3H13、RBM15等)均参与m6A修饰的形成过程[5-6]。METTL16亦可催化前体信使RNA(messenger RNA，mRNA)和长链非编码RNA上的m6A修饰形成[7]。可见，m6A甲基转移酶是一组复合物，这些组分可独立或以相互协同的方式催化m6A修饰。

与甲基转移酶不同，m6A去甲基化酶是以单一组分移除m6A修饰。脂肪量与肥胖相关蛋白(fat mass and obesity associated protein，FTO)具有移除m6A甲基化修饰的能力；随后研究证实，AlkB同源蛋白5(AlkB homologue 5，AlkBH5)也能有效移除RNA上的m6A修饰[5-6]。

甲基结合蛋白的种类较多，主要有YTH结构域家族蛋白(YTH domain family protein，YTHDF)(如YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3)、含YTH结构域的蛋白(YTH domain containing protein，YTHDC)(YTHDC1和YTHDC2等)以及异质核糖核蛋白A2B1、真核生物转录起始因子3、胰岛素样生长因子2 mRNA的结合蛋白1/2/3等[5-6]。

2 m6A及其调控蛋白与肿瘤

2.1m6A及其调控蛋白与呼吸系统肿瘤 肺癌是最常见的呼吸道肿瘤，其发病率和死亡率在我国均位居第一，严重威胁居民健康。m6A及其调控蛋白参与肺癌的发生发展。在原发性非小细胞肺癌患者的肿瘤组织中，METTL3的阳性表达率高于癌周正常组织，且METTL3水平与患者肿瘤大小、浸润深度和淋巴结转移等有关[8]。采用小干扰RNA干扰技术降低肺癌细胞中METTL3的水平后，RNA上m6A的修饰水平降低，细胞增殖、迁移和侵袭等恶性表型受到抑制[9]。另有研究则表明，在非小细胞肺癌的肿瘤组织中，微RNA(microRNA，miRNA/miR)-33a可靶向作用于METTL3 mRNA的3′非翻译区，引起METTL3表达水平降低，从而影响肺癌细胞的生长[10]。非小细胞肺癌细胞系中METTL3蛋白发生泛素样修饰，该修饰不影响METTL3蛋白的稳定性及定位，但能显著降低METTL3的甲基转移酶活性，从而降低mRNA上的m6A修饰水平，影响肺癌细胞的恶性表型[11]。此外，通过对癌症基因组图谱中的数据进行分析发现，m6A的去甲基化酶FTO与肺鳞状细胞癌的预后相关；敲低肺癌细胞FTO的表达可引起髓样锌指1 mRNA上m6A修饰增加，促进髓样锌指1 mRNA的降解，使髓样锌指1蛋白的表达降低，最终抑制细胞的增殖和侵袭[12]。随后的体内实验进一步证实，非小细胞肺癌患者肿瘤组织中FTO的mRNA和蛋白表达水平均升高；异种移植实验结果显示，敲低FTO可显著抑制肺癌细胞生长，可能与高水平FTO能移除泛素特异性蛋白酶mRNA上的m6A，进而增加该mRNA的稳定性有关[13]。

2.2m6A与消化系统肿瘤 肝癌是一种常见且较严重的消化道肿瘤，我国肝癌的病死率位居第二位。近年来，对肝癌中m6A及其调控蛋白作用的研究逐渐增多。有研究显示，降低人肝癌HepG2细胞中总RNA的m6A水平后，细胞凋亡增加，p53及其上下游关键分子的基因水平出现明显波动[14]。随后，对293例肝癌患者的研究发现，124例肝癌患者肝癌组织中的METTL3水平升高，169例METTL3水平下降，METTL3高表达肝癌患者5年生存率明显高于METTL3低表达患者，提示METTL3在肝癌中可能发挥抑癌基因的作用，METTL3低表达表明肝癌的恶性程度较高[15]。另一项研究显示，敲低METTL3基因肝癌细胞的细胞因子信号转导抑制因子2 mRNA的m6A修饰水平降低，肝癌细胞的增殖、侵袭和集落形成能力也随之受到抑制[16]。但METTL14作为另一种m6A甲基转移酶，其在肝癌组织中呈低表达，m6A修饰维持在较低水平，促进肝癌细胞的异常增殖和侵袭，可能与低水平m6A修饰抑制miR-126的生成有关[17]。上述两项研究中，肝癌细胞中m6A变化趋势和作用的研究结果相反，可能与研究所使用的细胞系及肿瘤组织的异质性有关。此外，有研究显示，miR-145水平与m6A甲基结合蛋白YTHDF2的表达水平呈明显负相关，miR-145可能靶向作用于YTHDF2 mRNA的3′非翻译区，从而调控YTHDF2的蛋白表达水平，以m6A依赖的方式参与肝癌细胞的增殖[18]。肝癌中YTHDF1也呈异常表达，且YTHDF1水平越高，肝癌患者的预后越差[19]。

胃癌是常见的消化道肿瘤。与正常胃黏膜组织相比，胃癌组织和胃癌癌前病变组织中的METTL14表达水平显著降低，且组织分化越差，胃癌患者癌组织中METTL14的阳性表达率越低，表明METTL14可能抑制胃癌细胞的增殖、分化和转移[20]。此外，胃癌患者肿瘤组织中威尔姆斯肿瘤1相关蛋白的表达也明显低于癌旁组织，敲低MGC-803细胞系中威尔姆斯肿瘤1相关蛋白可促进细胞生长、迁移和侵袭[21]。m6A甲基结合蛋白YTHDF2在胃癌组织中高表达，敲低YTHDF2后，MGC-803胃癌细胞的增殖明显受抑制，细胞凋亡增加[22]。

YTHDF2蛋白的高表达也能增强胰腺癌细胞的恶性表型，可能与YTHDF2上调上皮-间充质转化关键蛋白——Yes相关蛋白的水平，进而促进细胞上皮-间充质转化有关[23]。m6A的水平还与胰腺癌细胞对化疗药物的耐受性有关，敲低胰腺癌细胞中m6A甲基转移酶METTL3的表达，细胞的形态和增殖不受影响，但胰腺癌细胞对吉西他滨、5-氟尿嘧啶、顺铂和放疗等的敏感性增加[24]。YTHDF1水平与结直肠癌的肿瘤浸润深度、淋巴结转移和癌症分期呈正相关，敲低YTHDF1的表达可抑制结直肠癌细胞的生长，并增加细胞对抗癌药物氟尿嘧啶和奥沙利铂的敏感性[25]。

2.3m6A与神经系统肿瘤 胶质瘤是最常见的神经系统恶性肿瘤，具有治愈难、局部播散强和复发率高等特点。胶质瘤干细胞存在于胶质瘤中，mRNA上m6A修饰的形成是脑胶质瘤干细胞自我更新和维持肿瘤表型的关键原因。研究发现，m6A甲基转移酶METTL3和METTL14蛋白表达水平降低可增加脑胶质瘤干细胞的恶性表型；而过表达METTL3或抑制FTO表达可使脑胶质瘤干细胞的生长和自我更新能力减弱；进一步分析发现，METTL3和METTL14蛋白表达水平降低，ADAM19 mRNA的m6A修饰也随之减少，可见，ADAM19蛋白对脑胶质瘤干细胞的恶性表型有重要调控作用[26]。另有研究表明，胶质瘤干细胞中的METTL3蛋白表达增加，并可随细胞分化降低；抑制METTL3表达可提高胶质瘤干细胞对γ射线的敏感性，抑制DNA损伤修复[27]。威尔姆斯肿瘤1相关蛋白的表达水平与胶质瘤分级呈正相关，威尔姆斯肿瘤1相关蛋白表达水平越高，胶质瘤患者术后生存率越低[28]。此外，胶质瘤干细胞中AlkBH5表达增加，敲低AlkBH5表达可调控细胞周期以及DNA复制、重组和修复等生物学事件，从而抑制胶质瘤干细胞增殖，其机制可能是过表达AlkBH5将致瘤转录因子叉头盒蛋白质M1初始转录组上的m6A修饰移除，从而增强了致瘤转录因子叉头盒蛋白质M1的表达，而致瘤转录因子叉头盒蛋白质M1可参与胶质瘤干细胞的周期调控、自我更新和肿瘤表型的维持等多种生物学事件[29]。

2.4m6A与其他实体肿瘤 除上述肿瘤外，m6A与宫颈鳞状细胞癌、前列腺癌、乳腺癌等实体肿瘤也有关。有研究显示，宫颈鳞状细胞癌中FTO表达升高可增强肿瘤细胞对放疗的耐受性，其机制可能是高表达FTO移除了β联蛋白mRNA的m6A修饰，促进了β联蛋白mRNA的翻译，提高了切除修复交叉互补酶1的活性[30]。

在前列腺癌患者的肿瘤组织中，miR-493-3p和m6A甲基结合蛋白YTHDF2水平呈负相关，miR-493-3p可靶向作用于YTHDF2的mRNA，上调miR-493-3p，YTHDF2蛋白水平下降；此外，敲低YTHDF2表达可升高m6A水平，进而抑制细胞增殖和侵袭，表明miR-493-3p和YTHDF2均可间接调控m6A水平，影响前列腺癌的进展[31]。

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，m6A及其调控蛋白水平异常在乳腺癌复发和转移中起重要作用[32-34]。哺乳动物乙型肝炎病毒X相互作用蛋白(hepatitis B virus X interacting protein，HBXIP)在乳腺癌进展中具有重要作用，而在乳腺癌患者的乳腺肿瘤组织中，HBXIP与METTL3的表达水平呈正相关。研究显示，HBXIP可通过抑制miRNA Let-7g的水平上调METTL3的表达，而METTL3也能通过催化HBXIP mRNA的m6A修饰形成促进HBXIP的表达，表明HBXIP/let-7g/METTL3/HBXIP正向调控环路可促进乳腺癌细胞的生长[32]。乳腺癌干细胞指乳腺癌细胞中能无限增殖和分化的亚群细胞，是乳腺癌复发和转移的关键因子[33-34]。据报道，缺氧微环境能使m6A去甲基化酶AlkBH5的表达水平以缺氧诱导因子-1依赖的方式上调，进而特异性地移除多能性因子NANOG mRNA上的m6A甲基化修饰，提高NANOG蛋白的表达水平以及NANOG mRNA的稳定性，维持乳腺癌干细胞表型，从而促进乳腺癌的迁移和侵袭[33]。同样，缺氧也能以锌指蛋白217依赖的方式上调AlkBH5的表达，进而移除乳腺癌干细胞多能性因子NANOG和红系Kruppel样因子4 mRNA 上的m6A修饰，促进NANOG和红系Kruppel样因子4的表达，提高乳腺癌干细胞的恶性表型[34]。

2.5m6A与血液系统肿瘤 除与上述实体肿瘤相关外，m6A也能参与血液肿瘤的发生发展。对癌症基因组图谱收录的急性髓系白血病患者数据的分析研究显示，m6A修饰的RNA调控蛋白基因(METTL3、METTL14、AlkBH5和FTO等)的突变与p53基因异常具有关联性[35]。此外，m6A及其调控蛋白还可参与白血病的发生发展。m6A甲基转移酶METTL14在正常造血干细胞及急性髓系白血病细胞中高表达，而在髓样分化过程中表达降低，METTL14表达的降低可促进造血干细胞和急性髓系白血病细胞的终末髓样分化，且细胞的存活和增殖能力增强，可能由高水平METTL14催化髓细胞增生原癌基因(myelocytomatosis oncogene，MYC)mRNA 3′端m6A修饰形成，并促进MYC蛋白生成所致[36]。研究已证实，MYC蛋白作为转录因子可在造血干细胞自我分化中起作用[37]。在小鼠模型中，髓系白血病细胞的METTL3表达水平高于正常造血干细胞，敲低METTL3表达可引起髓系白血病细胞的分化和凋亡，可能与m6A可促进MYC、BCL-2和PTEN等mRNA的翻译有关[38]。此外，METTL3还能以染色质依赖的方式调控细胞周期，参与白血病的进展[39]。

威尔姆斯肿瘤1相关蛋白也是急性髓系白血病的致癌蛋白[40]。m6A去甲基化酶FTO可移除调控淋巴细胞分化和生长重要因子(ASB2和RARA)mRNA上的m6A修饰，抑制淋巴细胞的生长和分化，从而促进急性髓系白血病的发生[41]。m6A修饰在白血病药物治疗中也具有重要作用，具有抗白血病活性的羟基-2-戊二酸酯可抑制FTO活性，使调控白血病细胞分化和自我更新的重要因子(如MYC和CCAAT增强子结合蛋白-A)的mRNA 5′端m6A修饰增加，促进mRNA降解，抑制MYC/CCAAT增强子结合蛋白-A信号通路活化受到，导致白血病细胞的增殖能力减弱[42]。

3 结 语

m6A与多器官和多系统恶性肿瘤有关，且在不同肿瘤中的作用存在差异。目前，相关研究主要关注m6A在不同肿瘤中的作用，并对特定mRNA上m6A修饰水平的变化对肿瘤恶性表型的影响进行探讨。m6A修饰广泛存在于真核生物的多种RNA上，m6A修饰除可影响mRNA的剪接、翻译和稳定性外，还可调控miRNA、长链非编码RNA和环状RNA等非编码RNA的水平和功能[3,6]。未来对m6A与肿瘤的研究中，除深入阐明m6A通过mRNA参与肿瘤的机制外，还需全面探讨m6A借助非编码RNA调控不同肿瘤发生发展的机制，为m6A在肿瘤预防和治疗中的应用提供更全面的理论支持，以推动基于m6A修饰肿瘤预防和治疗策略的制定和应用。