黃偉偉 李艷紅 李晨 李英英 何恩鵬

隨著人類環(huán)境的日益惡化及人們的不良生活方式，全球人口患癌率劇增。在21世紀(jì)，癌癥已成為威脅人們健康的頭號疾病。雖然生命科學(xué)的不斷發(fā)展及醫(yī)療水平的不斷進步為攻克癌癥提供了更多的治療手段，但癌癥的發(fā)展機制極其復(fù)雜，且目前的醫(yī)療技術(shù)水平仍存在不足，因此如何安全、有效地治療癌癥依然是個難題。

近年來，遺傳學(xué)分支學(xué)科-表觀遺傳學(xué)的發(fā)展十分迅速。表觀遺傳學(xué)主要通過基因修飾功能來調(diào)控基因的表達(dá)，且不會改變基因的核苷酸序列［1］。RNA修飾廣泛影響著RNA的結(jié)構(gòu)、功能及穩(wěn)定性，是近年來研究熱點。在所有的RNA 修飾中，N6-甲基腺苷（m6A）是真核生物mRNA中最普遍的修飾形式，也是目前研究較多的RNA 修飾之一［2］。m6A 指腺苷堿基第6號N 原子上的甲基化，普遍存在于自然界中［3-9］。自20世紀(jì)70年代m6A被發(fā)現(xiàn)以來［10］，相關(guān)的研究進展十分緩慢。脂肪與肥胖相關(guān)蛋白FTO被鑒定為第一個m6A 去甲基化酶［11］，表明m6A 修飾是一個動態(tài)的、可逆的過程，進一步暗示m6A可能在生物體內(nèi)發(fā)揮著重要功能。這極大地激發(fā)了研究者們的興趣，使該領(lǐng)域的研究迅速發(fā)展。

m6A修飾相關(guān)的研究越來越多，除了調(diào)節(jié)RNA的剪切、轉(zhuǎn)運、翻譯和降解等生物過程［12］，m6A在多種癌癥中也扮演著重要的角色。目前已有多項研究證明m6A甲基化酶樣3（methyltransferase like 3，METTL3）在人類多種惡性腫瘤中表達(dá)失調(diào)且具有致癌性。Yang等［13］證明敲低METTL3可有效抑制胃癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲能力，過表達(dá)增加其致癌功能。在乳腺癌中，METTL3也被證明發(fā)揮重要作用。Wang等［14］發(fā)現(xiàn)在乳腺癌組織和細(xì)胞中METTL3 上調(diào)。不論在體內(nèi)和體外，敲除METTL3均可降低甲基化水平，減少癌細(xì)胞增殖，加速壞死細(xì)胞凋亡并抑制腫瘤生長。Peng等［15］證明METTL3上調(diào)是導(dǎo)致大腸癌中m6A異常修飾的原因之一，并且與腫瘤轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)。過表達(dá)實驗表明METTL3在體外和體內(nèi)均可促進癌細(xì)胞遷移和侵襲。以上研究表明，m6A甲基化調(diào)控失衡與癌癥進展密切聯(lián)系，METTL3作為最主要的甲基化酶，對癌癥發(fā)展通路m6A甲基化的調(diào)控失衡，從而影響癌癥的發(fā)展。本文通過總結(jié)METTL3在各種癌癥中最新的研究進展，闡明其對RNA穩(wěn)定性以及其多種癌癥的調(diào)節(jié)機制。

1 m6A的動態(tài)調(diào)節(jié)及相關(guān)蛋白

m6A甲基化發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后，并富集于3'非編碼區(qū)域、5'非編碼區(qū)域和終止密碼子附近的共識基序-RRACH 基序（R 表示A 或G；H 表示A、C 或U）［16-18］。m6A 修飾是可逆的，它的動態(tài)化調(diào)節(jié)過程包括三部分，分別是“writer”甲基化酶，”eraser”去甲基化酶以及“reader”甲基識別蛋白，它們分別執(zhí)行著不同的功能。甲基化酶負(fù)責(zé)將目標(biāo)甲基化，一般是由甲基化酶METTL3、METTL14 以 及Wilms腫瘤相關(guān)蛋白WTAP 組成METTL3/METTL14/WTAP 復(fù)合物來催化形成的［19-20］?！眅raser”執(zhí)行去甲基化的功能。在Fe2+及α-酮戊二酸的參與下，m6A甲基化可被FTO和ALKB同系物5（ALKB5）清除［21］。顯而易見，“reader”可識別甲基化信息，執(zhí)行此項功能的蛋白有YTHDF1-3、YTHDC1-2、eIF3、hnRNPs、HUR、IGF2BPs 等［22］。由此，m6A 形成一個閉環(huán)的、可逆的過程，調(diào)節(jié)自身甲基化水平及上下游關(guān)基因的表達(dá)（圖1）。

圖1 m6A動態(tài)調(diào)控過程及相關(guān)的蛋白酶［19-22］

2 METTL3與人類腫瘤

腫瘤是人體在環(huán)境中各種致癌因素的影響下，局部組織在基因水平上失去對細(xì)胞生長的正常調(diào)控，導(dǎo)致其異常增生而形成的。與正常細(xì)胞相比，腫瘤細(xì)胞的形態(tài)、代謝和功能都有所變化。近年來，越來越多的報道指出m6A 與腫瘤的發(fā)展相關(guān)，并在多種癌癥中發(fā)現(xiàn)其甲基化酶METTL3 參與癌癥發(fā)生發(fā)展的證據(jù)，見表1。

2.1 METTL3與胃癌

胃癌是一種惡性腫瘤，由胃黏膜上皮細(xì)胞的異常增殖與分化導(dǎo)致，在中國各種惡性腫瘤中發(fā)生率最高。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，m6A甲基化酶METTL3的表達(dá)水平與胃癌細(xì)胞的發(fā)展相關(guān)。相關(guān)研究表明，胃癌組織中的METTL3水平顯著增加，且METTL3的表達(dá)水平隨著腫瘤等級的增加而逐漸升高。體外試驗表明，METTL3下調(diào)可激活凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)，并使ATK信號通路失活，從而抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移［23］。有研究報道，長鏈非編碼RNA（lncRNA）LINC00470通過與METTL3相互作用并依賴于YTHDF2途徑來介導(dǎo)抑癌基因PTEN mRNA降解，促進胃癌細(xì)胞的發(fā)展［24］。

2.2 METTL3與肺癌

最近的一項研究顯示，METTL3在非小細(xì)胞肺癌組織表達(dá)升高，且正向調(diào)節(jié)NSCLC 組織中非編碼RNA（miRNA）miR-33a的表達(dá)水平。進一步研究發(fā)現(xiàn)，miR-33a 可以通過靶向METTL3 mRNA 的3'UTR 來抑制NSCLC細(xì)胞的增殖［25］。同樣，一項類似的研究表明，非小細(xì)胞肺癌組織中miR-600可以抑制METTL3的表達(dá)，下調(diào)的METTL3抑制NSCLC的進展［26］。

2.3 METTL3與大腸癌

Wen 課題組通過在臨床大樣本中檢測METTL3的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，上調(diào)的METTL3是大腸癌（CRC）中m6A的異常修飾的原因，并與腫瘤轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)，推測METTL3 可能影響CRC 細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。體內(nèi)外實驗評估METTL3的功能表明，METTL3促進了CRC 細(xì)胞在體內(nèi)外的遷移和侵襲，與推測的結(jié)果一致。進一步研究發(fā)現(xiàn)，METTL3 的下游目標(biāo)是miR-1246。MET?TL3可以甲基化pri-miR-1246，促進了pri-miR-1246的成熟。通過生物信息學(xué)工具，發(fā)現(xiàn)抑癌基因SPRED2 是miR-1246 的下游靶點。SPRED2 與Raf/MEK/ERK 途徑相互作用防止癌細(xì)胞遷移和侵襲。METTL3 介導(dǎo)的SPRED2 負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子miR-1246的上調(diào)，使Raf/MEK/ERK 途徑失活，促進了癌細(xì)胞的遷移和侵襲［15］。研究發(fā)現(xiàn)，METTL3 甲基化的SOX2轉(zhuǎn)錄本可以直接被m6A“閱讀器”IGF2BP2 識別，IGF2BP2可以維持轉(zhuǎn)錄本的穩(wěn)定性，從而防止其降解并通過依賴于m6A-IGF2BP2的方式自然增加其表達(dá)機制，有助于腫瘤的發(fā)生和遷徙［27］。

表1 METTL3在各類腫瘤中的表達(dá)及作用

3 METTL3調(diào)控癌癥的機制分析

3.1 METTL3影響RNA穩(wěn)定性

越來越多的證據(jù)表明，METTL3通過調(diào)節(jié)RNA的剪接、加工、翻譯和衰變等過程，來參與多種惡性腫瘤的發(fā)生。有研究表明，RNA 結(jié)合蛋白DGCR8 可識別和處理被METTL3 甲基化的pri-miRNAs，METTL3的損耗減少了DGCR8與pri-miRNAs 的結(jié)合，導(dǎo)致成熟miRNAs 的減少和未處理的pri-miRNAs 的積累［40］。最近的一項研究顯示，METTL3-m6A-CDCP1軸在膀胱癌的發(fā)展進程中發(fā)揮巨大作用。METTL3催化CDCP1mRNA 的m6A 水平，并促進其在化學(xué)轉(zhuǎn)化時的翻譯。METTL3 或CDCP1 的水平變化可調(diào)控癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲［41］。Choe 等［42］研究發(fā)現(xiàn)METTL3 通過與EIF3 形成mRNA 環(huán)來增強癌基因EGFR的翻譯，形成密集包裝的多核糖體并促進致癌性轉(zhuǎn)化。破壞METTL3–EIF3 相互作用則消除了METTL3促進翻譯，并影響多核糖體構(gòu)象和其促進致癌性轉(zhuǎn)化的能力。與大多研究不同的是，盡管m6A的核心催化酶METTL3在起作用，但是這個過程中的調(diào)控可能跟m6A 修飾無關(guān)，其主要作用是環(huán)化mRNA。在宮頸癌組織中METTL3 的表達(dá)上調(diào)，抑制METTL3 可以抑制子宮頸癌細(xì)胞的增殖。課題組進一步研究發(fā)現(xiàn)METTL3 可以通過依賴IGF2BP3 的方式增加RAB2B 的mRNA 穩(wěn)定性，上調(diào)的RAB2B 可以誘導(dǎo)宮頸癌細(xì)胞的生長［38］。

3.2 METTL3調(diào)控癌基因的表達(dá)

此外，METTL3還可通過調(diào)節(jié)癌基因的表達(dá)來參與癌癥的發(fā)展。最近的一項研究顯示，METTL3與微處理器蛋白DGCR8 相互作用并以m6A 依賴性的方式正向調(diào)節(jié)pri-miR221/222過程，miR221/222通過直接靶向膀胱癌中的抑癌基因PTEN，從而降低抑癌基因PTEN，促進膀胱癌的增殖［30］。另一項在前列腺癌中的研究表明，METTL3可能在前列腺癌的發(fā)生和發(fā)展中起致癌基因的作用。研究發(fā)現(xiàn)，METTL3與原癌基因MYC 的表達(dá)存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。METTL3增加了MYC mRNA 轉(zhuǎn)錄本的m6A 水平，進而導(dǎo)致該基因在mRNA和蛋白水平表達(dá)上調(diào)。原癌基因MYC是METTL3 通過m6A 修飾調(diào)控的關(guān)鍵下游分子，METTL3 通過上調(diào)MYC 促進前列腺癌的增殖和進展［32］。還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，在急性髓性白血病中，MET?TL3也是通過上調(diào)原癌基因MYC表達(dá)來促進AML細(xì)胞的增殖［28］。Wu 等［39］則發(fā)現(xiàn)子宮頸癌中癌基因iASPP 和METTL3 水平升高，且均為早期子宮頸癌預(yù)后不良的獨立指標(biāo)。

3.3 METTL3調(diào)節(jié)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)換

有研究表明，METTL3 可能通過參與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)換（epithelial-mesenchymal transition，EMT）進程從而在癌癥中發(fā)揮作用。有研究發(fā)現(xiàn)METTL3 是體外上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)移過程和體內(nèi)轉(zhuǎn)移所必需的。從機制上講，首次確定了在GC 細(xì)胞中1 型鋅指MYM 型（ZMYM1）是METTL3 真正的m6A 靶點。METTL3 對ZMYM1 mRNA 的m6A 修飾依靠“閱讀器”蛋白HuR（也稱為ELAVL1）依賴性途徑增強了其穩(wěn)定性。ZMYM1 通過募集CtBP/LSD1/CoREST 復(fù)合物與E-鈣蛋白啟動子結(jié)合并介導(dǎo)其抑制，從而促進EMT 發(fā)生和轉(zhuǎn)移［43］。在卵巢癌中，METTL3通過上調(diào)受體酪氨酸激酶AXL 促進EMT 來加快卵巢癌的生長和侵襲［37］。最新的一項研究表明，TGF-β 誘導(dǎo)的肺癌細(xì)胞系EMT中，METTL3表達(dá)增加。抑制METTL3能拮抗TGF-β 誘導(dǎo)的EMT 和細(xì)胞遷移。深入研究發(fā)現(xiàn)，METTL3 可以調(diào)節(jié)EMT 的重要轉(zhuǎn)錄因子之一JUNB mRNA 的m6A 修飾、總mRNA 水平和mRNA 穩(wěn)定性，高水平表達(dá)的JUNB 能夠挽救敲低METTL3 抑制的TGF-β誘導(dǎo)的肺癌上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化［44］。

3.4 METTL3調(diào)節(jié)AKT信號通路

METTL3 或可通過改變癌細(xì)胞中的信號通路影響癌癥的發(fā)展。Liu等［45］研究發(fā)現(xiàn)METTL3下調(diào)激活了凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)，并使人胃癌細(xì)胞中的AKT信號通路失活。下調(diào)METTL3 在體外抑制人胃癌中的癌細(xì)胞遷移和侵襲，這可能是通過修飾基因表達(dá)來促進細(xì)胞凋亡和使AKT 信號通路失活而介導(dǎo)的。另一項在胃癌中的研究顯示，m6A抑制通過激活Wnt和PI3K-Akt 信號傳導(dǎo)促進了GC 細(xì)胞的增殖和侵襲性，而m6A 升高逆轉(zhuǎn)了這些胃癌表型和分子變化［46］。此外，在肺癌細(xì)胞中，PI3K/Akt 通路與細(xì)胞生長和存活有關(guān)，Wei 等［47］觀察到敲低METTL3 改變了PI3K 信號通路成員的蛋白表達(dá)和磷酸化。Liang等［48］發(fā)現(xiàn)在卵巢癌中，METTL3 下調(diào)降低了磷酸化AKT 及其下游效應(yīng)子（包括p70S6K 和Cyclin D1）的表達(dá)水平，使AKT 通路的激活水平下降。推測MET?TL3 可能通過AKT 信號通路在卵巢癌細(xì)胞中發(fā)揮致癌作用。

3.5 METTL3參與細(xì)胞凋亡

腫瘤組織中癌細(xì)胞的凋亡與METTL3 有密切關(guān)系，METTL3通過調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的凋亡來影響癌癥的發(fā)展。有研究表明，METTL3的RNA和蛋白質(zhì)水平在急性髓細(xì)胞白血病（AML）細(xì)胞中的表達(dá)更為豐富。在人骨髓性白血病細(xì)胞系中，低表達(dá)的METTL3誘導(dǎo)受體小鼠細(xì)胞分化和凋亡并延遲白血病進展［49］。同樣，在Liang 等［48］的研究中也發(fā)現(xiàn)了METTL3 的下調(diào)增加了促凋亡的Bax 和Caspase 3 的表達(dá)水平并降低了抗凋亡的Bcl2 的表達(dá)，導(dǎo)致卵巢癌細(xì)胞凋亡率增加。有研究發(fā)現(xiàn)METTL3 可直接甲基化Bcl-2，MET?TL3 和Bcl-2 表達(dá)水平呈正相關(guān)。METTL3 通過靶向調(diào)節(jié)Bcl-2來影響乳腺癌的進程［33］。有研究報道，在前列腺癌中，METTL3 沉默降低了Hhedgehog 通路的重要組成部分GLI1 的m6A 修飾和表達(dá)，從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡［50］。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，METTL3 作為m6A 最主要的甲基化酶，在胃癌、乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌等多種癌癥中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，包括影響甲基化水平、癌癥相關(guān)基因mRNA 穩(wěn)定性、癌基因的表達(dá)、癌細(xì)胞信號通路和癌細(xì)胞凋亡等多種調(diào)節(jié)機制。METTL3 和受其調(diào)控的相關(guān)基因表達(dá)水平的改變，或許是利用分子療法治療癌癥的潛在標(biāo)靶。目前的一些研究顯示了METTL3調(diào)節(jié)癌癥的一些關(guān)鍵步驟，但仍需進一步研究癌癥驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾及翻譯等復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，洞悉METTL3在其中發(fā)揮的作用。

因此，深入闡明METTL3 在不同腫瘤的調(diào)節(jié)機制，完善癌癥發(fā)生發(fā)展調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，對于癌癥的治療具有重要的理論與實際意義。雖然一些研究有希望成為分子診療的靶點，但仍需進行大量臨床試驗，以確定METTL3在癌癥中潛在的診斷和治療功能。此外，METTL3是如何調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的營養(yǎng)代謝尚不明確，進一步研究METTL3在癌細(xì)胞中的代謝機制，切斷癌細(xì)胞的營養(yǎng)代謝，對癌癥的治療也至關(guān)重要。同時，積極開發(fā)METTL3 小分子抑制劑，精確且有效地調(diào)節(jié)METTL3和受其調(diào)控的相關(guān)基因表達(dá)水平，為分子療法提供更加可靠的手段。