YTHDF1与肿瘤关系的研究进展

肖世伟，王海峰，王剑松，丁明霞

0 引言

N6甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine,m6A）修饰是真核细胞转录后细胞内修饰最常见、最丰富、最保守的形式，广泛存在于真核生物的mRNA和lncRNA 中，参与细胞发育、干细胞特征维持、肿瘤的进展、受精能力和T细胞的稳态等过程[1-4]。m6A修饰的功能受甲基转移酶催化、去甲基化酶和结合蛋白的调控。越来越多的证据提示[5-8]，m6A修饰通过各种机制对肝癌、胃癌、肺癌、膀胱癌和黑色瘤等肿瘤产生一定的影响，YT521-B同源结构域家族蛋白1（YT521-B homology domain family protein 1,YTHDF1）作为m6A的结合蛋白在肿瘤中发挥重要作用。弄清YTHDF1的作用机制，有望找到癌症诊治新的方法。本文就YTHDF1与肿瘤关系的研究进展进行综述。

1 YTHDF1与m6A修饰

m6A修饰是一个动态的过程，由甲基转移酶催化RNA发生m6A修饰，通过去甲基化酶介导m6A去甲基化修饰[5,9-10]。读码器即结合蛋白可以识别、结合RNA甲基化修饰的信息，并介导下游RNA的翻译和降解过程[11]，包括YT521-B同源（YT521-B homology,YTH) 结构域蛋白家族、真核启动因子、胰岛素样生长因子2结合蛋白2家族和异质细胞核核糖核蛋白家族[12]。YTH结构域蛋白家族作为m6A修饰发现最早、最主要的识别蛋白，主要包括YTHDF和YTHDC两个亚型[13]。该蛋白家族均有保守的m6A结合结构域，通过一个保守的芳香族笼和两个蛋白FMR1、LRPPRC识别m6A修饰，并优先与RRm6ACH共有基序处的m6A修饰的RNA结合[14]。YTHDF主要包括YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3，主要定位在细胞质。不同的结合蛋白选择性地识别m6A修饰的RNA，在调节靶基因表达中发挥重要作用。YTHDF1通过与终止密码子周围的m6A位点结合，增加mRNA转录复合体的传递，联合翻译启动机制，从而促进翻译起始和蛋白质合成[15]。YTHDF2是第一个被认识的结合蛋白，通过m6A修饰调节mRNA的稳定性和RNA结构的重塑[16]。YTHDF3既可以协同YTHDF1促进甲基化RNA的翻译，也能够直接与YTHDF2作用加速mRNA的衰减[17]。虽然，多项研究已经解释m6A识别蛋白在多个生理病理过程中的重要性，但仍需要进一步的研究来充分阐明其在mRNA生物学中的作用。

2 YTHDF1与肿瘤发展的关系

早在1974年，m6A就在肝癌细胞的mRNA中被发现，但是由于当时检测技术不成熟，m6A相关研究进展十分缓慢[18]。随着高通量测序技术和RNA修饰鉴定方法的不断发展，人们对m6A的认识逐渐加深[19]。相关研究显示，YTHDF1在肝癌组织、癌旁组织中呈下降趋势，与肝癌患者总生存率呈负相关[20]；YTHDF2可以引起SOCS2转录后的抑制，利于肝癌细胞的增殖[21]。一项癌症基因组图谱数据库分析发现[22]，与正常结肠组织相比，YTHDF1在结肠癌中表达存在显著差异，主要集中的功能和通路分别是DNA的催化活性、RNA的催化活性、AMPK信号通路和p53信号通路等。张杰等[23]的研究同样发现，沉默胃癌MGC-803和HGC-27细胞中YTHDF1的表达后，大量转录组水平基因发生变化，且与之对应的靶标mRNA数量减少，翻译水平降低，可以抑制胃癌细胞增殖、迁移和侵袭能力。在结肠直肠癌中c-myc可以启动YTHDF1表达，其高表达与较差的总体生存率相关[24]。Shi等[25]研究发现，YTHDF1在高原家养哺乳动物中低表达，但在非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer,NSCLC）的组织和细胞系中均高表达，抑制其在正常肺上皮细胞中表达，可以抵抗低氧诱导的细胞凋亡；YTHDF1在常氧状态下可以介导加速CDK2和CDK4的表达，进而促进癌细胞的增殖；YTHDF1缺陷可以降低CDK2、CDK4和细胞周期蛋白D1的翻译效率，减少NSCLC细胞的增殖、异种移植瘤的形成和新发肺腺癌的进展。此外，相关研究发现，m6A在ITGA6转录本中高度富集，且METTL3通过介导m6A修饰促进了YTHDF1/YTHDF3与ITGA6 mRNA 3’UTR端的结合，提高了ITGA6 mRNA的翻译水平，进而改变膀胱癌细胞的黏附能力。ITGA6的上调与METTL3在组织中的表达增加相关，其高表达预示较低的生存率[26-27]。由此可见，YTHDF1在大多数肿瘤中发挥促癌作用。

值得注意的是，最近研究发现YTHDF1可以抑制肿瘤进展。有证据表明，在小鼠黑色素瘤模型中敲除YTHDF1，可以提高树突细胞的交叉递呈能力，联合PD-L1的检查点抑制剂，几乎可以完全地控制肿瘤[28]。除此之外，另一项研究表明，m6A修饰明显抑制了眼黑色素瘤细胞的进展，其水平降低提示较差的预后，考虑这是由于YTHDF1识别m6A修饰的RNA，进而促进组氨酸三核苷酸结合蛋白2的翻译，并认为YTHDF1是眼部黑色素瘤的一种抑癌基因[29]。

由此可见，YTHDF1作为m6A修饰的识别蛋白，可以通过作用不同的途径，导致肿瘤特异性癌基因表达和生物学功能的改变，调控YDHDF1有望成为癌症治疗的一种新策略。

3 YTHDF1与肿瘤细胞免疫应答

T细胞免疫应答在肿瘤免疫治疗中发挥至关重要的作用，虽然患者体内存在丰富的新抗原，但由于未能得到充足和长期的抗肿瘤免疫反应，因而不能完全消除肿瘤[30]。Han等[28]研究发现，YTHDF1能够通过识别带有m6A修饰的RNA影响靶基因的翻译；YTHDF1的缺失可以增强经典树突状细胞中肿瘤抗原的相互表达和CD8+T细胞的交叉启动；编码溶酶体蛋白酶的转录本被m6A标记，并被YTHDF1识别、结合，从而促进了树突细胞中溶酶体组织蛋白酶的翻译，显著抑制野生型树突细胞的交叉递呈的作用。该研究还发现YTHDF1缺陷小鼠的T细胞可以产生更加丰富的γ干扰素，说明宿主细胞中YTHDF1的敲除在初期就可以促进T细胞的活化。此外，PD-L1检查点抑制剂的治疗作用在YTHDF1-/-小鼠中得到加强，达到几乎完全抑制肿瘤的效果，这提示YTHDF1可能成为抗肿瘤治疗新的免疫靶点。此外，该研究还指出，在结直肠癌患者中YTHDF1表达与CD8+T细胞数量呈负相关。以上研究提示，YTHDF1可以抑制机体细胞抗肿瘤的免疫反应，发挥促癌作用。

4 YTHDF1与肿瘤上皮间充质转化

上皮间充质转化（EMT）是肿瘤细胞转移的一个重要步骤，E-钙黏蛋白的丢失被认为是EMT程序中最基本的事件。一些研究发现，YTHDF1可以通过调节EMT产生促癌效应。EMT诱导转录因子Snail可以降低E-钙黏蛋白的表达，从而促进肿瘤复发、转移和耐药[31]。Lin等[32]研究发现，EMT关键的转录因子Snail在3'UTR和CDS区被甲基化，YTHDF1在Snail mRNA中显著富集，且更易与Snail mRNA的CDS区相互作用；si-YTHDF1减弱了HeLa细胞中转化生长因子-β诱导Snail的表达；功能损益分析研究表明，Snail转录因子CDS区的m6A能够通过YTHDF1与eEF-2的相互作用来启动其翻译延伸；YTHDF1与eIF3相互作用，可以增加m6A修饰的mRNA与多聚体结合，这是提高m6A修饰的mRNA翻译的限速步骤。

5 YTHDF1与耐药肿瘤

相关研究发现，Keap1和Nrf2在YTHDF1蛋白敲除后被反向调节，表现为Keap1降低，Nrf2及其下游因子AKR1C1蛋白表达上升[25]。AKR1C1属于人AKR还原酶家族，已证明其异常表达可以诱导多种化疗的耐药性发展，包括NSCLC、乳腺癌和卵巢癌[33]。研究表明[25]，在顺铂诱导的氧化应激状态下，YTHDF1的敲除降低了m6A修饰的Keap1转录物的翻译效率，进而激活了抗氧化氧自由基清除系统（Nrf2-AKR1C1），导致NSCLC对铂基化疗的耐药和更差的临床预后。该研究提示Keap1-Nrf2-AKR1C1轴是YTHDF1的下游调节靶点，强调了YTHDF1对低氧适应和NSCLC进展的重要作用。此外，在化学致癌物质诱导的恶性转化中研究发现[34]，METTL3和CDCP1在膀胱癌患者标本中上调，两者的高表达与膀胱癌的进展相关，抑制METTL3-m6A-CDCP1轴可以延缓化学转化细胞与膀胱尿路上皮癌细胞的生长和进展；体外和体内研究证明METTL3-m6A-CDCP1轴与化学致癌物协同作用，促进尿路上皮细胞恶性转化和膀胱癌的发生。由此可见，m6A修饰可以对肿瘤的化疗药物发挥调控作用，深入研究YTHDF1有助于解决这一难题。

6 小结与展望

m6A修饰作为关键的、广泛存在的转录后修饰，通过多种机制在肿瘤中发挥重要作用。YTHDF1可以识别并结合m6A修饰，增加mRNA转录复合体的传递，促进翻译、蛋白质合成和EMT，利于肿瘤细胞免疫逃逸，因而在大多数肿瘤中扮演促进肿瘤增殖、侵袭和转移的角色。然而，YTHDF1在少数肿瘤中也可以发挥抑制肿瘤进展的作用，尤其在铂类为基础的化疗方案中，高水平的YTHDF1可以减少患者对化疗的耐药概率，提高临床预后。此外，YTHDF1在不同的细胞和不同的靶点发挥的作用也不尽相同。目前为止，我们对YTHDF1的了解还不足，仍需要大量的基础实验和临床试验来更加深入地认识YTHDF1，从而为癌症诊治提供新的希望。