m6A修饰在乳腺癌中的分子机制研究进展

Progress in Molecular Mechanism of RNA N6-Methyladenosine Modification in Breast Cancer

摘要: RNA的N6-甲基腺苷(m6A)修饰是参与肿瘤恶性进程的最广泛的表观遗传修饰。大量研究表明，m6A甲基化与乳腺癌的增殖、侵袭、转移和发展密切相关。近年来，随着m6A修饰及其相关调控蛋白在乳腺癌中的生物学功能和特异性分子机制研究的不断深入，两者之间复杂的调控关系逐渐清晰。本文旨在探讨近年来m6A修饰在肿瘤学中的研究进展。此外，我们试图探讨m6A修饰的新型小分子药物在乳腺癌治疗中的前景和局限性。

Abstract: N6-methyladenosine RNA (m6A) is mRNA’s most abundant and extensive epigenetic modification involved in the malignant process of tumors. It is widely reported that m6A is involved in mammary carcinogenesis, invasion, metastasis and development. Recently, as the studies of m6A are getting further, the complex modulation network between breast cancer and m6A is getting clearer. This review aims to elaborate current status and perspectives of m6A study in oncology. In addition, we discuss the application prospects and limitations of small-molecule drugs targeting m6A in breast cancer.

1. 引言

m6A修饰是真核细胞RNA中最常见的修饰形式，通常指第6位腺苷酸上的甲基化修饰。它在19世纪70年代首次被发现，但直到2012年，随着高通量测序技术的快速发展，m6A在人类基因组中的作用才逐渐揭开面纱。m6A修饰主要受甲基转移酶、去甲基化酶和m6A修饰结合蛋白的调控，广泛参与RNA转录后过程的调控，包括选择性剪接，RNA输出，RNA稳定性，RNA转录后翻译以及其他RNA加工和代谢过程 [1] [2] [3]。根据已有的研究证据，m6A修饰调控乳腺癌中致癌基因的表达，与乳腺癌的基因分型、预后有关，在肿瘤细胞增殖、侵袭、转移、耐药性和细胞干性等恶性表型中有重要的调控作用 [4] - [14]。为促进m6A修饰在乳腺癌研究中的深入研究，阐明m6A修饰在乳腺癌中的作用机制，本文综述了m6A修饰调控蛋白在乳腺癌中的不同作用机制，并从临床转化的角度探讨了靶向m6A修饰的小分子抑制剂在乳腺癌中的治疗前景。

2. m6A甲基化酶在乳腺癌中的作用

m6A甲基转移酶，即编码器，是由METTL3、METTL14、WTAP、KIAA129组成的蛋白复合体，介导S-腺苷甲硫氨酸(SAM)向特定的RNA碱基上转移的过程 [1] [2] [15] [16]。其中，METTL3是肿瘤领域中分子机制研究最为深入的m6A甲基化酶，在乳腺癌中扮演着致癌基因的角色 [17] [18] [19] [20]。Cai及其同事发现，METTL3在乳腺癌细胞中表达水平高于正常乳腺细胞，同时，METTL3通过上调癌基因HBXIP的m6A修饰水平，在转录后水平促进HBXIP的表达。HBXIP蛋白可以抑制microRNA let-7g的表达，let-7g靶向METTL3的3’-UTR区域从而抑制METTL3的表达。因此形成正反馈环，放大增殖信号，促进乳腺癌细胞的恶性增殖 [4]。METTL3广泛调控与乳腺癌细胞凋亡、侵袭、转移密切相关的基因，例如Bcl-2、Sox2等 [4] [8] [21]。m6A甲基转移酶受到细胞外刺激和细胞间通讯的调控。Wang等人的最新研究揭示了肿瘤微环境中的乳酸累积调控METTL3介导肿瘤浸润免疫细胞(TILs)的m6A修饰，促进TILs发挥免疫抑制功能，介导乳腺癌的免疫逃逸 [12]。同时，METTL3的过表达常常伴随着肿瘤细胞中宏观m6A修饰水平的增加，提示m6A修饰的上调可能作为触发乳腺上皮细胞恶变的关键因素。上述研究结果揭示了METTL3作为乳腺癌潜在治疗靶标的临床意义。

METT14是甲基转移酶蛋白复合物的重要成员 [22]。在体外实验中，METTL14^KD乳腺癌细胞系的增殖、侵袭和转移能力大幅降低，利用裸鼠异种移植瘤模型对METTL14^KD乳腺癌细胞系进行体内成瘤实验，进一步证实上述结论。Panneerdoss等人提出，METTL14/ALKBH5/HuR/TGF-b形成了一个潜在的正反馈回路，METTL14通过调节TGF-b的信号转导通路基因的RNA m6A修饰，从转录后调控水平抑制上述基因的表达，从而促进乳腺癌细胞的增殖与恶性进展 [20]。但Wang等人通过结合TCGA数据库的RNA测序数据及临床数据，鉴定METTL14的高表达与更好的三阴性乳腺癌的预后直接相关 [23]。甲基转移酶KIAA1429，又称为VIRMA，在乳腺癌中的作用已被初步阐明，其促进乳腺癌细胞的增殖和上皮间质样转化，并介导m6A依赖的CDK1的RNA稳定性 [20]。WTAP作为甲基化酶复合体的核心成员，缺乏催化SAM转移的结构域，因此WTAP可能作为稳定METTL3与METTL14的结构而存在。Huang等人的研究表明，WTAP受到lncRNA-AS的调控，同时，WTAP通过m6A依赖途径介导DLGAP-1-AS的表达，增强乳腺癌细胞的利霉素耐药性 [24]。其中，METTL16作为最新被鉴定的甲基化酶在乳腺癌中的发挥的作用尚不清楚，有待进一步研究。以上研究探讨了m6A甲基化酶在乳腺癌发生发展过程中的不同功能，揭示了m6A甲基化酶在乳腺癌发病中的复杂调控作用。

3. m6A去甲基化酶在乳腺癌中的作用

m6A去甲基化酶，又称为消码器，通过催化m6A的去甲基化，“擦除”m6A修饰，揭示了m6A修饰的动态可逆性 [1] [2]。FTO，作为首个被发现m6A去甲基化酶，也被证实参与乳腺癌细胞的恶性转化的调控。Niu等通过体外成球实验证实FTO增强乳腺癌细胞的恶性增殖能力，FTO通过介导Bcl-2家族蛋白BNIP3的去m6A甲基化，从转录后水平抑制BNIP3的表达从而抑制乳腺癌细胞凋亡 [6]。Liu等人报道，FTO通过m6A依赖途径影响下游PI3K/AKT信号通路，参与乳腺癌细胞糖酵解和能量代谢的调控。PI3K/AKT通路参与肿瘤细胞增殖、代谢、肿瘤免疫应答等关键生物学过程 [5]。FTO与PI3K/AKT信号通路的相互作用可能会对乳腺癌产生复杂深远的影响，有待进一步的研究。去甲基化酶ALKBH5介导m6A去甲基化的过程与FTO相似。Zhang等人发现ALKBH5在缺氧环境中通过NANOG介导乳腺癌干性转化，同时，缺氧条件下，癌基因ZNF217的表达增加，其上调抑制METTL3的表达，后者与FTO协同降低细胞内的m6A水平 [14]。Wu等人发现PRMT5在乳腺癌中促进ALKBH5的核异位，在阿霉素的作用下，ALKBH5抑制了BRCA1的m6A修饰，进一步增强了DNA修复能力，从而降低了阿霉素在乳腺癌细胞中的疗效 [11]。Wang等人设计了由ALKBH5和METTL14组成的预后预测模型，结合TNM分期预测三阴性乳腺癌的预后 [23]。FTO、ALKBH5与乳腺癌发生发展存在密切联系，有可能成为治疗乳腺癌的新型分子靶点。

4. m6A结合蛋白在乳腺癌中的作用

m6A结合蛋白，又称为读取器，参与识别m6A位点从而影响RNA的加工、代谢等过程，主要由YTH家族、hnRNP家族等组成。在同一转录本中，m6A修饰位置不同，读取器介导的调控功能也不同。同样，不同类型的m6A结合蛋白即使结合相同的下游目标基因，也会介导不同的RNA命运 [1] [2] [25]。Liu等人利用TCGA数据库中的RNA-seq数据，证实了m6A结合蛋白YTHDF1、YTHDF2、hnRNPC和hnRNPA2B1在乳腺肿瘤组织中的高表达水平，且部分m6A结合蛋白与乳腺癌的不良预后有关 [22]。Niu等人的研究不仅验证了FTO与BNIP3的结合，还发现YTHDF2参与了识别与结合BNIP3潜在的m6A位点，促进其mRNA的降解，从而促进乳腺癌细胞的发生发展 [6]。在敲除METTL14和ALKBH5基的乳腺癌细胞中，YTHDF3水平显著升高，干扰YTHDF3的表达显著抑制乳腺癌细胞的增殖与侵袭。但m6A甲基化酶调控YTHDF3的具体分子机制尚不清楚。Belinda等人发现m6A结合蛋白hnRNPA2B1参与调控乳腺癌细胞对他莫昔芬和氟维司群的药物敏感性 [26]。基于上述结论，读取器作为m6A功能执行者，识别m6A位点是否存在特异性，在不同的肿瘤细胞中是否具有相同的调控作用，需要进一步的研究与探索。

5. 基于m6A修饰的新型分子靶向药物的研究进展

m6A修饰在恶性肿瘤中展现出了强大的调控作用，靶向m6A修饰的新型药物研究尚处于早期阶段。Deng等人的研究表明，在白血病中，R-2-羟基戊二酸(R-2HG)靶向FTO，作为IDH1/2酶突变的代谢产物，R-2HG可升高m6A水平并增强YTHDF2介导的MYC、ASB2和RARA转录物的降解，显示出广谱抗血液肿瘤的疗效 [27]。同时，另一项研究表明，R-2HG可以减少神经胶质瘤细胞增殖、迁移，促进细胞凋亡。

甲氯芬那酸(MA)是一种非甾体类抗炎药物，已被证实能够竞争性结合FTO结合位点，从而抑制神经胶质瘤的肿瘤进展。Chen等人开发了两种MA衍生物，FB23和FB23-2，均在急性髓系白血病(AML)细胞展现出FTO抑制活性，但抑制程度并不理想 [28]。Eliza等人研发出了一种低毒性小分子抑制剂STM2457，特异性靶向METTL13活性位点，能够有效缓解AML的进展 [29]。在白血病和恶性神经胶质瘤等恶性肿瘤中展现出治疗前景。与现有的抗肿瘤药物联合使用，也许能显示出更有效的抗肿瘤作用。然而，m6A修饰抑制剂的在乳腺癌中的临床药物研发及应用的有关研究非常有限，因此迫切需要开发特异性靶向乳腺癌异常m6A修饰的新型药物。同时，结合现有的m6A修饰机制研究，鉴定预测m6A抑制剂在乳腺癌中疗效的特异性生物标志物，从而指导乳腺癌的精准治疗。

6. 总结与展望

近年来，随着测序技术的发展，对于RNA修饰在基因转录后调控中的复杂性的认识进一步加深。m6A修饰的调控不仅取决于细胞的状态，还取决于外界环境的刺激和细胞间的相互作用。因此，现有的关于恶性肿瘤中m6A修饰的调节作用的研究，大多使用了单纯的细胞系进行体外实验，简单的细胞系模型在探索RNA甲基化的整体生物学功能方面存在局限性。因此，不同研究中，相同的m6A调控蛋白在相同的癌症类型中能够发挥截然不同的作用。为了充分的理解m6A修饰在肿瘤细胞中的作用，有必要构建更接近肿瘤微环境的实验体系 [2]。

基于前文结论，不难发现m6A修饰对肿瘤细胞的调控是一把“双刃剑”。METTL3与FTO在m6A修饰水平上的作用完全相反，但它们在乳腺癌发病的分子机制中同样扮演致癌基因的角色，甚至调控同样的下游靶点，如Sox2 [9]。METTL14可通过抑制TGF-b信号通路促进乳腺癌进展，但一项基于测序数据的预后分析研究认为METTL14在乳腺癌中发挥抑癌作用 [23]。m6A修饰调控细胞中许多关键的转录后调控过程，m6A修饰失调在乳腺癌的增殖、迁移、侵袭、凋亡、耐药等中的复杂调控作用不容忽视。探索m6A修饰在乳腺癌中的修饰谱及具体的分子机制，有望成为未来乳腺癌表观遗传学研究的重要方向，为乳腺癌个体化、精准化治疗中靶向m6A修饰的策略提供理论依据。

NOTES

^*第一作者。

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