综述 | Mol Cancer：N6-甲基腺苷RNA修饰在人类癌症中的作用机制（国人佳作）
编译：阿温，编辑：十九、江舜尧。
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论文ID
原名：Mechanism of RNA modification N6-methyladenosine in human cancer
译名：N6-甲基腺苷RNA修饰在人类癌症中的作用机制
期刊：Molecular Cancer
IF：10.679
发表时间：2020.6.8
通讯作者：杨海伟
通讯作者单位：南京医科大学第一附属医院
DOI号：10.1186/s12943-020-01216-3
主要内容
1. N6-甲基腺苷(m6A) RNA修饰
m6A RNA修饰，描述腺苷N6位置的甲基化，是真核生物mRNA中最丰富的内部修饰。自1974年发现以来, 由于检测方法的改进和重要调节蛋白的识别使得m6A的研究蓬勃发展，最近报道，m6A修饰调节转移核糖核酸(tRNA),核糖体RNA (rRNA)和非编码RNA (ncRNAs)的生成和功能，如miRNAs、lncRNAs、circRNAs。基因检测技术和高通量测序方法表明，m6A修饰不是随机分布的，而是在近终止密码子和3’-非翻译末端区(UTRs)富集，在近5’-UTR或长外显子中被翻译。RNA的m6A修饰被两种重要的催化蛋白动态地和可逆地调节，去甲基化酶和甲基转移酶。它还被一组称为“reader”的结合蛋白识别，这些蛋白编码m6A甲基化并介导下游功能复合物的招募。图1总结了已知的机械调节m6A修饰。
m6A修饰影响RNA的成熟、转录、定位、翻译和代谢。m6A在哺乳动物中的重要分子功能，包括神经系统发育、昼夜节律、DNA损伤反应、热休克反应和肿瘤发生等，证明了m6A的生物学意义。此外，m6A调节因子与肿瘤相关信号通路的激活和抑制密切相关。本文总结了m6A修饰的相关文献和相关假设，重点探讨了这种普遍存在的RNA修饰在肿瘤发生中的作用机制。此外，还描述了靶向m6A调节剂开发抗癌药物的治疗方法的潜在机制。
1.1 甲基转移酶复合体创造m6A修饰
RNA的m6A甲基转移酶由“writer”蛋白组成，包括:METTL3、METTL5、METTL14、METTL16及其辅助因子WTAP、RBM15/15B、CBLL1(也称为HAKAI)、ZC3H13和VIRMA(也被称为KIAA1429)。1997年，METTL3被证实是m6A甲基化的主要甲基转移酶，METTL3的异常表达可改变m6A的总甲基化水平。METTL14作为METTL3的结构支撑，它们共同形成核心甲基转移酶复合物，协同诱导m6A修饰。WTAP稳定核心复合物，并通过招募复合物到核斑点中来促进m6A。RBM15/15B的作用是协助METTL3和WTAP的结合，并将这两个蛋白引导到它们的靶位点。VIRMA优先锁定3’-UTR和终止密码子区域附近的mRNA甲基化修饰。其他蛋白质，如ZC3H13和CBLL1，与其他辅助因子(包括WTAP)一起控制核中m6A甲基化。最近，另一种CCHC型锌指蛋白ZCCHC4被鉴定为一种新型的甲基转移酶，参与28S rRNA的修饰，介导rRNA核糖体亚基分布和全局翻译。
2017年提出METTL16作为一种独立的mRNA甲基转移酶。它可能调节mRNA的稳定性和剪接，且其结合位点与METTL3/METTL14甲基化复合物的结合位点不重叠，提示其功能独立。因此，我们确认当一个具有突变催化结构域的METTL16被过表达时，METTL16会启动剪接。此外，METTL16可以单独发挥作用，通过靶向premRNAs和ncRNAs，催化U6 snRNA上的m6A，调控肿瘤发生。然而，很少有研究表明METTL3/16可能起到m6A“reader”的作用。一些writer，如METTL3/16是一种多功能酶，具有显著的非催化活性。在没有酶辅因子存在的情况下，m6A writer起着reader的作用，并与未修饰的底物结合，从而触发非催化功能。最近，METTL5被鉴定为一种新型的甲基转移酶，负责18S rRNA m6A修饰。最近，METTL5被鉴定为一种新型的甲基转移酶，负责18S rRNA m6A修饰。METTL5与TRMT112形成异源二聚体，增加了其在18S rRNA前体和成熟形态上的代谢稳定性和修饰面积。类似于METTL3/METTL14复合体, TRMT112是METTL5的共激活剂。METTL5-TRMT112的原子分辨率结构，支持了其RNA结合模式与其他m6A writer明显不同的假设。此外，免疫共沉淀研究已经鉴定出数百个WTAP结合蛋白之间的26个核心相互作用因子，一百多个蛋白可能与METTL3或METTL14结合。因此，可能还有m6A甲基转移酶复合物的其他成分有待发现。
1.2 通过特定的去甲基化酶去除m6A的甲基化
与大的多亚基m6A甲基转移酶复合物不同，只有两种m6A去甲基化酶FTO和AlkB同源物(ALKBH)5被鉴定出来。这两种蛋白质主要定位于m6A修饰发生去除的细胞核中。FTO作为AlkB家族的一员，具有保守的催化领域，FTO是第一个被确认催化m6A去甲基化的蛋白，并且描述了RNA中可逆m6A甲基化的概念。假设FTO影响人类肥胖而导致了对其功能的作用。ALKBH5是被鉴定的第二种可以氧化性逆转m6A修饰的RNA去甲基酶。ALKBH5在大多数组织中表达，在睾丸中表达尤其丰富。近年来，已有几个基团解决了ALKBH5独特的晶体结构。值得注意的是，FTO还可以介导m6Am的去甲基化。与FTO不同，ALKBH5似乎是mRNA中m6A特异性的去甲基酶。这些发现极大地促进了m6A去甲基化酶抑制剂的开发。
此外，最近的研究表明，ALKBH3可能是一种新型的m6A修饰去甲基酶。他们发现哺乳动物tRNA中的m6A是一种新型的ALKBH3底物，ALKBH3优先修饰tRNA而不是mRNA或rRNA。
1.3 m6A reader识别m6A修饰并给出特定的表型结果
“Readers”由包含YTH域蛋白(YTHDF1/2/3和YTHDC1/2)、异质核糖核酸蛋白(包括hnRNPC、hnRNPG和hnRNPA2B1)和胰岛素样生长因子2 mRNA结合蛋白(IGF2BPs YTHDF1/2/3和 YTHDC1/2)组成。在细胞质中，YTHDF1与起始因子相互作用，促进RNA翻译起始。YTHDF2选择性结合m6a甲基化mRNA，调节RNA降解。YTHDF3与YTHDF1协同促进蛋白合成，进而促进翻译，并影响YTHDF2介导的mRNA衰变。这三种YTHDF蛋白在基本的生物通路中协同发挥作用。此外，YTHDF1和YTHDF2识别circRNAs m6A标记并修饰circRNAs表达。YTHDC1能增加circNSUN2向细胞质的输出。与YTHDF2的功能相反，在正常和应激条件下，IGF2BPs通过识别m6A的修饰来增强其靶mRNA的稳定性和翻译。HNRNPC选择性识别m6A诱导的mRNA二级结构剪接，而HNRNPA2B1识别pri-miRNA m6A标记并与DGCR8相互作用，从而刺激miRNA加工。
此外，已经鉴定到一些新的m6A readers。在细胞质中，真核起始因子3、FMR1和ATP结合盒F家族成员1，这些直接readers也可刺激mRNA的翻译。总之，m6A修饰和RNA结合蛋白之间复杂的相互作用可能在多个水平上调控mRNA的表达。
2. 癌症中的m6A
大量研究证实了m6A修饰的作用及其对基因表达的微调和协调能力。m6A水平的改变可能严重影响癌症的特征，包括维持增殖信号、逃避生长抑制、抵抗细胞死亡、使复制的永生、诱导血管生成、激活侵袭和转移、改变能量代谢、基因组不稳定性和变异、逃避免疫破坏和肿瘤促进炎症，这表明m6A可能在恶性肿瘤中发挥致癌或抑癌的作用。某些蛋白质需要m6A修饰才能参与癌症发生的潜在机制，但它们是否对m6A修饰有影响尚不清楚。表1和表2总结了m6A蛋白在人类癌症中的具体作用。
2.1 血液系统恶性肿瘤：急性骨髓性白血病(AML)
AML是由骨髓白细胞不受控制的增殖和细胞分化缺陷引起的结果，具有明显的遗传畸变，因此治疗方案仍不能令人满意。一些研究表明MELLT3和METTL14通过促进MYC、MYB、BCL2、SP1和PTEN的翻译进而提高AKT磷酸化水平，从而在AML中起促癌作用。METTL3也被证明在细胞质中定位错误，并导致WTAP的表达增加，而WTAP被证明具有抑制肿瘤的功能。然而，Bansal等人确定了WTAP在AML中的致癌作用及其参与mTOR信号通路的靶点。RBM15在恶性血液病的发生中发挥着稳定的致癌作用，并且在儿童AML的一种亚型——急性巨核细胞白血病中是MKL1基因的融合伙伴。值得注意的是，随着t(11q23)/MLL重排，t(15;17)/PML-RARA、FLT3-ITD和/或NPM1突变。FTO的下调通过降低m6A在ASB2和RARA转录本上的丰度来抑制细胞的增殖和分化能力。YTHDFs和IGF2BPs作为核心reader，可能通过调控MYC介导大部分的结果表型。IGF2BP1是AML中LIN28B的一个新的下游靶点，通过miRNA let-7在AML中发挥作用，从而导致细胞周期阻滞、抑制细胞增殖和克隆形成。
这些研究证实了m6A在AML中的重要性。m6A调控因子在AML中均可致癌。与其他类型的癌症相比，AML中METTL3、METTL14和RBM15的表达均上调。有趣的是，“writers”和“erasers”在AML中都起着协同作用，这可能是由于FTO靶向位点，其对mRNA的作用不同于已知的读码过程。在以往的研究中，METTL3、METTL14、FTO和YTHDFs的表达均与MYC相关，突出了精确调控MYC的重要性，以及MYC调控失调对肿瘤发生的显著影响。此外，造血干细胞(HSCs)显著影响AML。HSC分化异常或受阻是AML的共同特征。M6A通过调节MYC mRNA水平来调节HSC的对称分裂，而MYC是组织损伤和应激状态下快速再生所必需的。从原发白血病细胞中获得的METTL14缺失的小鼠造血干细胞在植入小鼠体内后表现出AML发病显著延迟。RBM15通过调控GATA1、RUNX1、c-MPL和TAL1等基因，从而直接结合并控制HSCs的分化，这些基因对HSC自我更新至关重要。抑制YTHDF2能稳定Tal1 mRNA，从而促进HSCs体外扩增。因此，关注HSCs或抑制MYC可能成为AML治疗的潜在靶点。
2.2 神经肿瘤：胶质母细胞瘤(GBM)
GBM是最致命的一种原发性脑瘤。关于METTL3在GBM中的作用的研究产生了矛盾的结果。最初，Cui等论证了METTL3和METTL14通过下调ADAM19/EPHA3/ KLF4通路抑制胶质母细胞瘤干细胞样细胞(GSCs)的生长和肿瘤发生。而同一年，另一组的结果则相反，METTL3通过上调SOX2表达促进GSC生长，保护GSCs不受辐射诱导的细胞毒性。其他研究提出，GBM患者中FTO和ALKBH5的表达与预后不良有关。FOXM1的lncRNA反义链促进ALKBH5和FOXM1的相互作用，随后ALKBH5去甲基化FOXM1新生转录本，增强FOXM1的表达，从而维持GBM的致瘤性。FTO抑制GBM的进展，显著缩短GSC移植瘤小鼠的寿命。
与METTL3相关的表型差异可能是由于不同类型GBM细胞对m6A修饰的RNA的依赖程度不同以及遗传异质性的差异。此外，METTL3发挥作用的机制可以分为m6A依赖型和m6A不依赖型两种模式。METTL3可能独立于其催化活性或其下游读本而发挥致癌功能。因此，METTL3本身或可能是一种未知的METTL3复合物的成分，可能作为m6A reader蛋白发挥作用，这可能是METTL3在特定条件下的双重功能的基础。值得注意的是，GSCs在有关GBM的研究中广泛使用。GSCs可以自我更新，对常规治疗有抗性，在体内模型中，它们会导致肿瘤复发。这些发现可能为发展治疗GBM的有效策略铺平道路。
2.3 呼吸系统肿瘤：肺癌、鼻咽癌(NPC)
肺癌是全世界癌症相关死亡的主要原因。METTL3通过不同的机制在肺癌中扮演癌基因的角色。METTL3增强表皮生长因子受体(EGFR)、Hippo通路效应因子TAZ和MAPKAPK2 (MK2)的翻译。MiR-33a通过降低METTL3的表达而抑制非小细胞肺癌的细胞增殖。此外，METTL3促进YAP翻译，通过miR-1914-3p增加YAP活性，从而诱导耐药和转移。同时，METTL3通过调控VASH1而促进miR-143-3p的生物进程，从而促进肺癌脑转移。在肺鳞状细胞癌中，METTL3与真核翻译起始作用3h，通过促进致癌mRNA的翻译，如含溴域蛋白4 (BRD4)，从而加速肿瘤发生。METTL3的苏木化也能促进肿瘤的发生。FTO表达增加骨髓锌指蛋白1表达水平和泛素特异性蛋白酶mRNA的稳定性，与预后不良相关。在m6A reader中，YTHDF2通过增加SOCS2的降解促进METTL3诱导的致癌作用。在肺癌中，IGF2BP1通过增加血清反应因子mRNA的稳定性和促进癌症表型而导致预后较差。
在NPC中，METTL3与肿瘤抑制因子ZNF750呈负相关，ZNF750是抑制NPC生长的ZNF750-FGF14信号轴的一部分。m6A水平高富集的LncRNA FAM225A作为内源性RNA (ceRNA)替代miR-590-3p和miR-1275，激活FAK/PI3K/AKT信号通路，促进NPC细胞的增殖和侵袭。总的来说，METTL3在呼吸道肿瘤中起主导作用。此外，m6A蛋白可以影响miRNAs/lncRNAs的生物发生过程，最终影响肿瘤的发展。
2.4 胃肠道肿瘤：肝癌(HCC)、结直肠癌(CRC)、胰腺癌、胃癌(GC)
HCC是一个重大的疾病负担，其发病率正在全球范围内上升。如上所述，METTL3和METTL14通过YTHDF2依赖的SOCS2转录后沉默在HCC中发挥促癌作用。METTL3和YTHDF1通过调节Snail (EMT的关键因子)而作为HCC患者总体生存的相反预后因素。KIAA1429通过抑制ID2而促进HCC的迁移和侵袭。GATA3-AS引导lncRNA，促进KIAA1429驱动的恶性表型。WTAP通过ETS原癌基因1 (ETSI) 介导的p21/p27依赖模式促进HCC增殖。然而，Ma等人证明METTL14是一种抗转移因子，可以正向调节DGCR8与pri-miR126的结合。在m6A reader中，YTHDF1过表达与HCC的不良预后相关，而YTHDF2通过与miR-145相互作用而与HCC的恶性肿瘤密切相关。相反，两组研究显示YTHDF2通过稳定EGFR或白细胞介素11 mRNA来抑制HCC的发展。在HCC中，YTHDF2的下调增加了炎症和血管异常，降低了肿瘤抑制基因的mRNA表达。在胆管癌，WTAP与HCC转移相关。在肝母细胞瘤中，METTL3通过调控Wnt/β-catenin通路增加CTNNB1表达，从而促进了肝母细胞瘤的发展。
CRC的死亡率在世界范围内位居第二。METTL3在CRC中具有双重作用。METTL3增加lncRNA RP11的表达，进而刺激Zeb1的表达，启动CRC细胞的发展。Li等人证明了在CRC中，METTL3以IGF2BP2依赖的方式维持干细胞标志物SOX2的表达，从而促进肿瘤进展。他们还认为由于METTL3有促进干性方面的作用，它可能作为肿瘤干细胞(CSCs)的标志物。同时，METTL3介导的m6A修饰和IGF2BP1可以与CBX8 mRNA直接结合，它们均可诱导CBX8异常过表达，从而维持其干性，抑制CRC的化疗敏感性。Peng等证实METTL3促进了pri-miR-1246的成熟，进一步逆转了对MAPK通路的抑制，从而促进了转移。但最近有报道METTL3和METTL14分别通过调控p38/ERK通路和抑癌基因miR-375而实现抑制CRC的增殖和迁移。Zhang等通过Wnt信号通路发现WTAP是CRC中一种新的癌基因。关于eraser，FTO通过降解miR-1266的表达或启动细胞信号分子STAT3、cyclin D1和MMPs而促进CRC细胞的进展。YTHDC2、YTHDF1和IGF2BPs都被推测可以通过上调HIF-1或c-Myc的表达而促进CRC的转移。Yang等研究表明YTHDF1在CRC中发挥作用的具体机制是通过抑制Wnt/β-catenin通路，从而加速其致瘤和CSC活性。最近，Wang等介绍lncRNA LINRIS能稳定IGF2BP2并通过有氧糖酵解途径促进CRC的进展。
胰腺癌是一种致命的恶性肿瘤，是最具侵袭性的癌症之一。陈等人证明了YTHDF2在胰腺癌细胞中发挥双重细胞功能：促进增殖和抑制迁移的途径不同，形成了迁移-增殖二分法现象。揭示了ALKBH5通过对lncRNA KCNK15-AS1去甲基作用而抑制胰腺癌转移的新机制。香烟烟雾凝结物促进了吸烟者METTL3的异常过表达，显著促进了致癌因子pri-miR-25-3p的成熟，激活了AKT-p70S6K致癌信号。生物信息学分析得出一致的结论，METTL3和FTO可能促进胰腺癌的增殖和侵袭。
尽管胃癌患者死亡率有所下降，但仍是全球第五大常见恶性肿瘤。miR-660通过m6A修饰在GC中调控癌基因E2F3的表达，从而降低细胞增殖。METTL3分别通过增加HDGF mRNA的稳定性和激活AKT信号通路，从而促进GC血管生成和糖酵解。ALKBH5通过降低lncRNA NEAT1的甲基化来促进GC的侵袭和转移。生物信息学分析表明抑制m6A能通过激活Wnt/PI3K-AKT信号通路而促进GC发展，而升高m6A的水平则逆转了这些表型和分子变化。
随着时间的推移，2019年的新兴研究开始关注胃肠道肿瘤。这些发现强调了miRNA / lncRNAs与胃肠道肿瘤中m6A蛋白的相互作用，如pri-miR-126、miR-145、miR-1266、miR-1246、miR-25-3p、lncRNA NEAT1, KCNK15-AS1和GATA3-AS。m6A通过miRNAs / lncRNAs失调而调节转移进展和增加染色体不稳定性，从而促进肿瘤发生。例如，METTL3促进miRNA的成熟，比如let-7e、miR221/222、miR-4485、miR-25、miR-93、miR-126、miR-1246和miR-335。METTL16与多种ncRNA、lncRNA和pre- mRNA相关，其中包括MALAT1 lncRNA。IGF2BP1通过影响miRNA介导的致癌因子下调，从而增强肿瘤细胞的侵袭性表型。因此，对肿瘤相关miRNAs/lncRNAs的进一步鉴定和功能研究可能会突出m6A修饰涉及的其他相互作用。CSCs和癌基因MYC对胃肠道肿瘤具有强大的作用，与在GBM中观察到的作用相似。然而，METTL14和YTHDF2的作用与在HCC中观察到的相反，METTL3和CRC也是如此。这些靶点可能突出潜在有效的治疗策略，以治疗胃肠道肿瘤。
2.5 泌尿系肿瘤：膀胱癌(BCA)、肾癌(RCC)、前列腺癌(PCA)
2019年，几个研究小组探索了m6A在膀胱癌中的作用。程等表明METTL3提升BCA的发展通过AFF4 / NF-κB MYC信号网络。不久之后，其他小组也有了同样的发现，METTL3通过加速pri-miR221/222的成熟和上调癌基因CDCP1的表达，从而促进BCA细胞增殖。生物信息学分析显示，m6A RNA甲基化调节因子可参与BCA的恶性进展。Gu等证明METTL14通过靶向Notch1而抑制BCA起始细胞的自我更新能力。这些最近的研究为BCA治疗的新途径提供了新的见解，而确定不同潜在机制之间的相互联系可能会促进这一点。
关于m6A修饰在PCA中的作用的研究相对较少。沉默METTL3可降低参与hedgehog通路的重要凋亡因子GLI1的表达。YTHDF2和miR-493-3p被认为是两个重要的癌基因，它们通过间接调节m6A水平而参与了PCA的进展。
在泌尿系恶性肿瘤中，RCC是最致命的。过表达亚甲基四氢叶酸脱氢酶2增强了HIF-2的m6A修饰，在RCC中形成正前馈环，导致恶性表型。Li等研究表明METTL3可以通过调控PI3K-AKT-mTOR通路而抑制RCC细胞的增殖、迁移和上皮-间充质转化(EMT)。METTL14抑制P2RX6蛋白翻译，调节ATP- P2RX6- Ca2+- p-ERK1/2 -MMP9信号通路，阻止RCC细胞迁移和侵袭。此外，在RCC中，WTAP通过增强CDK2的表达来促进肿瘤的发生，而FTO的表达降低增加了PGC-1的表达，从而降低肿瘤的生长，PGC-1是PPAR单核细胞共激活因子家族中线粒体功能的核心调节因子。
2.6 妇科肿瘤学：乳腺癌(BC)、宫颈鳞状细胞癌(CSCC)、上皮性卵巢癌(EOC)与子宫内膜癌(EC)
乳腺癌是全世界女性最常见的癌症类型。Cai等研究表明，METTL3增加了哺乳动物乙型肝炎B相互作用蛋白(HBXIP)的表达，从而促进了BC的侵袭性。HBXIP通过抑制肿瘤抑制因子miRNA let-7 g的功能而上调METTL3的表达，形成METTL3/HBXIP/let-7 g/METTL3的正反馈回路。与此相一致的是，最近的一项研究表明METTL3通过靶向BCL-2而促进BC进展。低氧诱导ALKBH5脱乙基NANOG mRNA并增强其在BC干细胞中的稳定性。本研究进一步证实ZNF217和ALKBH5在负调控m6A水平中发挥互补作用，最终增加了缺氧条件下BCSCs的数量。此外,ALKBH5和METTL14相互作用，抑制YTHDF3活性，从而加速肿瘤血管生成。他们认为METTL14和ALKBH5与HuR形成正反馈回路，调控细胞周期、EMT和血管生成的靶基因。2019年，Jessica等人提出，通过调控m6A甲基化，远上游结合蛋白1 (FUBP1)能影响选择性剪接，从而促进与BC肿瘤转化相关蛋白BRCA1、MAGI3和CASP8的活性。Niu等研究表明，FTO通过抑制BCL-2家族的促凋亡基因BNIP3而促进肿瘤的发展。值得注意的是，BCL-2家族成员多次被证明参与BC的发生和发展，并且FTO和METTL3靶向BCL-2蛋白家族。上皮性卵巢癌AML和ALKBH5中的METTL3也促进了BCL-2的翻译过程。因此，m6A蛋白可能在BCL-2信号转导过程的各个阶段抑制BCL-2家族成员的活性，从而提供良好的治疗反应。
m6A在其他几种妇科癌症中也起作用。在CSCC中，FTO通过靶向β-catenin增强化疗耐药性。FTO还与E2F1和MYC转录本相互作用，从而促进增殖和迁移。在EC中，Liu等人证明，雌激素诱导的METTL3/METTL14水平的降低和FTO的积累可以增强AKT/mTOR信号通路，促进肿瘤发生。在EOC中，METTL3通过调节AXL的翻译和EMT来促进肿瘤的发生。ALKBH5作为候选癌基因，通过miR-7和BCL-2抑制癌症自噬，最终激活EGFR-PI3K-AKT-mTOR信号通路。PI3K/AKT/mTOR通路参与了多种由m6A蛋白调控的癌症的发展，包括AML中的METTL3/WTAP, RCC/PDAC中的METTL3, EOC中的ALKBH5，以及黑色素瘤和EC中的FTO。YTHDF2和RBM15的表达也与该通路的激活相关。mTOR特异性抑制剂-雷帕霉素可能抑制AML和EC中该通路的激活。这些数据表明，阻止mTOR信号和m6A调节因子之间的通信可能是治疗各种癌症的潜在途径。
2.7 皮肤肿瘤:黑色素瘤和皮肤鳞状细胞癌(cSCC)
黑色素瘤因其高死亡率和对现有疗法的耐药性而臭名昭著。2019年，两组科学家研究了黑色素瘤发生发展的机制。YTHDF1通过调节眼黑色素瘤抑制因子组氨酸三核苷酸结合蛋白2的mRNA翻译而抑制眼黑色素瘤。另一组研究表明，FTO诱导通过m6A介导PD-1基因的调节，通过mTOR信号通路促进肿瘤发生。随后，IFN-γ下调FTO的表达，可能介导了PD-1阻滞中FTO敲低的作用。在本研究中，m6A有效蛋白通过控制信号转导来影响免疫应答。免疫检查点阻断疗法在晚期癌症患者中显示出前所未有的抗肿瘤反应率。因此，PD-1阻断m6A修饰在黑素瘤中调控免疫的完整机制有待确定。此外，cSCC中METTL3上调ΔNp63表达而促进肿瘤发生。
3. 人类癌症中m6A调节因子的改变
现有的绝大多数研究都集中在m6A修饰介导的m6A相关蛋白干扰或过表达在细胞死亡、增殖、自我更新能力受损和发育缺陷中的作用。同时，突变可能导致m6A位点的获得或丢失，从而影响细胞m6A修饰，并与人类癌症相关。因此，我们基于cBioPortal数据库研究了m6A蛋白在癌症中的变化频率(过表达、下调和突变)。m6A蛋白的总体平均变化频率在0到16%之间。m6A相关蛋白在EC和黑色素瘤中表现出相对较高的变化频率。此外，m6A蛋白中ZC3H13、KIAA1429、YTHDC2和IGF2BP1的变化频率较高，而m6A erasers很少发生基因突变(图2a)。此外，m6A蛋白在几种癌症类型(如PCA和AML)中几乎没有改变(图2a)。所有数据均来自cBioPortal数据库。m6A蛋白过表达比低表达和突变更频繁，提示m6A蛋白在肿瘤中始终发挥着致癌作用。举例说明，CRC中METT14的改变约占5%，而METT14的下调主要发生在CRC中(图2b)，与之前的报告一致。此外，PCA中IGF2BP1改变的发生率为4%，主要是IGF2BP1过表达，而不是下调表达或突变(图2c)。
Li等系统研究了33种癌症类型中m6A调控因子的突变，发现m6A调控因子的平均突变频率较低，在0.02-8.07%之间。m6A调节因子对EC和黑色素瘤的突变频率相对较高。YTHDC1、IGF2BP1、YTHDC2、FTO及writers表现出较高的突变频率。而在AML中，m6A调控基因的突变频率较低(2.6%)，且与较差的细胞遗传学和基因型风险显著相关，预测了其较差的OS和EFS。Wu等也发现m6A酶发生了基因突变，占2051例BC患者的24%。然而，m6A成员METTL3、METTL14、WTAP和FTO水平的降低与生存不良密切相关，而与其突变和过表达无关。Zhang等研究表明，METTL3、METTL14、ALKBH5、FTO、YTHDF1、YTHDF2和YTHDF3在GC中较少见。GC中m6A的含量和功能可能因特定突变而受损，从而预测GC中的恶性表型，增强Wnt/PI3K-Akt信号通路。Liu等发现METTL14的热点R298P突变比其他突变在EC中更为普遍，约有1.5%的EC患者发生。该突变最终调控AKT的活性，促进EC的增殖和致瘤性。在GBM中，m6A RNA甲基化调控因子的基因变化(突变或拷贝数差异)频率非常低(均≤1.1%)，这些调控因子的表达变化并不是由相应基因的基因变化引起的。表3总结了几种癌症中m6A基因的突变情况。
这些结果揭示了m6A调控因子在癌症中的高度异质性的基因变化和表达改变。改变m6A调控因子在肿瘤中的作用为理解RNA甲基化的失调奠定了重要基础。
4. 肿瘤中m6A改变的临床病理相关性
m6A改变所导致的临床病理特征非常重要，可以进一步为我们开发针对m6A相关蛋白的肿瘤治疗药物提供依据。大多数的研究表明，m6A相关蛋白可能影响癌症患者的预后。总的来说，高水平的m6A甲基化会导致预后不良。然而，只有少数报告提供其他临床病理特征，如转移和侵袭。例如，在肺癌中，高表达METTL3的患者易发生淋巴结转移和远端转移。Ma等研究表明，METTL14 mRNA的异常表达不仅与肿瘤分化、肿瘤分期有关，还与肿瘤包被及微血管浸润有关，可能对HCC转移起到抑制作用。减少m6A修饰在胃癌中表现出不良临床结果。在膀胱癌中，METTL3高表达的患者较低表达的患者预后差，生存时间短。FTO表达在癌细胞中显著下降，并在晚期消失。FTO表达降低与OS和DFS恶化相关。这些观察到的临床变化可能为治疗m6A相关癌症提供替代的、有前途的治疗靶点。表4总结了m6A蛋白改变的临床病理信息。
5. m6A相关因子在癌症治疗中的作用
m6A在特定RNA转录本上的甲基化和去甲基化之间的平衡可能影响许多疾病的发展。因此，m6A蛋白的调节因子或抑制剂可以作为治疗这些疾病的潜在疗法(表5)。m6A抑制剂已被开发用于推进传统和再生医学，特别是FTO抑制剂，包括rhein、R-2HG、IOX3、FB23、MO-I-500、甲氯灭酸等。FTO属于Fe2+和2氧化戊二酸(2OG)依赖性AlkB双加氧酶家族。甲氯灭酸(MA)被鉴定为FTO的高选择性抑制剂。具有甲氯灭酸乙酯形式的GSCs可以抑制肿瘤的发生，延长GSCs移植小鼠的寿命。后来，FB23及其衍生物(FB23 - 2)对FTO具有高选择性。FB23-2促进AML细胞凋亡，抑制细胞增殖。在FTO的非选择性抑制剂中，大黄酸被鉴定为第一种有效的FTO抑制剂。大黄酸作为一种天然产物，竞争性地与FTO活性位点结合，对m6A去甲基化具有良好的抑制活性。rhein和MO-I-500均能降低BC细胞的成瘤。R-2HG可降低MYC表达，减轻AML和GBM。此外，下调FTO可增强AML细胞对全反式维甲酸(ATRA)治疗的反应，促进ATRA诱导的分化。在黑色素瘤中，FTO抑制和抗PD-1阻滞剂联合使用可能降低免疫治疗的耐药性。这些综合结果表明，FTO选择性或非选择性抑制剂单独或与标准治疗药物联合使用对癌症具有巨大的治疗潜力，尤其是那些FTO高表达的癌症。
以往的研究主要集中在FTO抑制剂，但其他m6A蛋白可能也是m6A相关癌症的有利靶点。在胰腺癌中，METTL3缺失的细胞对抗肿瘤试剂如吉西他滨、5-氟尿嘧啶、顺铂和照射显示出更高的敏感性。在骨肉瘤中，m6A甲基化的改变与获得性化疗耐药性相关。3-deazaadenosine (DAA)是一种S腺苷同型半胱氨酸(SAH)水解抑制剂，已被证明对METTL3/METTL14具有广泛的抑制作用。Simona等人还发现，小分子化合物激活m6A甲基化，与METTL3-14-WTAP具有极高的结合效率。该化合物经实验表征为METTL3-14-WTAP激活剂，可影响HEK293细胞中m6A甲基化水平。Rajiv等人提出了进一步开发METTL3强效抑制剂的途径。两个系列的腺嘌呤衍生物被鉴定，并显示了良好的配体效率。虽然这些METTL3的小分子激活剂或抑制剂的药理作用尚未报道，但这一发现可能为m6A靶向药物的治疗开辟了新的途径。
值得注意的是，m6A蛋白上游的几个调节因子可以通过调节m6A蛋白来改变m6A水平，这为开发强有力的探针和癌症新疗法提供了线索。造血转录因子SPI1通过靶向METTL14而抑制恶性造血细胞的发展。CA4作为碳酸酐酶的一员，可以与WTAP相互作用，诱导WTAP蛋白降解，从而通过抑制Wnt信号通路而抑制CRC发展。
鉴于m6A修饰具有广泛的生理功能，其损伤可能成为治疗多种癌症的一个潜在的新的治疗靶点。因此，需要寻找适合临床试验的特定m6A调节剂。然而，识别新的生物标记物和分子靶点来指导癌症治疗仍是一个重大挑战。应开发和探索更有选择性、更有效的靶向m6A相关因子的药物。
结论
m6A作为基因表达的主导因子，是众多调控通路的靶点。这些机制的破坏可能导致疾病，有时会带来灾难性的后果。图3概述了m6A修饰调控的信号通路及其在人类癌症中的意义。
通路间的交叉以及m6A调控基因表达的合作还需要大量的研究，目前我们的知识还很有限。m6A writers、erasers和readers经常相互作用，特别是与writers。Sorc等提出METTL3可能调节WTAP蛋白稳态，只有在有功能的METTL3存在的情况下，上调WTAP蛋白才有致癌作用。METTL14、ALKBH5和YTHDF3联合作用可使m6A表达和活性超过BC中调控基因表达和关键基因活性的阈值。此外，参与不同类型癌症的m6A相关蛋白被多种m6A蛋白调控是一种常见现象。例如，对比的观察表明，所有m6A相关酶在AML中均起致癌作用。此外，同一类型癌症中的m6A相关蛋白可能在不同的个体中调节不同的蛋白。因此，需要进行大量的工作才能完全理解m6A交互。
此外，仍然有可能不是所有的m6A writers、erasers和readers都被识别出来。2018年，Huang等发现FMR1和HNRNPC可能是新的m6A结合蛋白。最近，METTL5和ZCCHC4被证实是rRNA的独家m6A writer。因此，发展新的m6A检测方法，如纳米孔技术，将有助于鉴定m6A修饰剂。对于m6A eraser，到目前为止只发现了两种蛋白质；然而已经发现了许多writer。eraser具有不同的生物功能，这可能是由于其不同的组织分布和定位。例如，FTO在大脑和肌肉中富集，而ALKBH5在睾丸中上调。FTO或ALKBH5的异常表达只导致m6A整体水平的微小变化，提示可能存在尚未发现的去甲基化酶。因此，识别新的m6A酶可能会识别新的调控机制。
重要的是，m6A蛋白通常在癌症中起致癌作用，而m6A的致癌作用可能归因于促进癌基因翻译，或启动肿瘤抑制基因转录的衰变。然而，目前尚不清楚m6A writer和eraser是如何选择性地发挥它们不同的效果，但通常仍然导致相同或相似的结果，即癌症的发展。例如，METTL3可能在GBM和CRC中扮演双重角色。为了解释这一矛盾现象，我们提出了以下假设：1) m6A蛋白可以独立于其m6A催化活性发挥作用；2) 由于m6A修饰mRNA的命运也由reader决定，所以m6A reader的丰度、RNA亲和力和结合能力的差异可能导致结果的差异；3) m6A修饰在同一mRNA转录本不同区域的位置可能导致不同的作用；4) 通路间的交叉以及m6A调控基因表达的协同作用尚需大量研究；5) 冲突的结果可能还存在于肿瘤异质性、细胞背景和m6A蛋白的靶点特异性的差异。然而，仍有几个问题有待回答。甲基转移酶家族如何识别和修饰它们的特定位点？ncRNA是否指导序列的选择？
值得注意的是，m6A很少作为肿瘤抑制因子，除了METTL14。METTL14通过与病毒编码的潜在癌蛋白EBNA3C相互作用而对EBV相关的肿瘤发生至关重要，但在大多数情况下，它在多种癌症中起抑癌作用，包括GBM、HCC、CRC、BCA和EC。这些结果强调了m6A修饰对嵌入RNA命运的影响，以及修饰后RNA功能的调节。这些关键的功能重要的RNA靶标，包括miRNA、lncRNA和circRNA等，参与调控m6A，可能部分解释了m6A位点选择的机制。最近关于m6A修饰circRNA的研究有所增加。CircE7在细胞质中具有m6A修饰，并被翻译成E7，一种致癌蛋白，从而对HPV如何调控感染和肿瘤发生产生新的见解。circNSUN2的m6A修饰增加了该circRNA向细胞质的输出，这种输出通过招募YTHDC1介导，从而增强HMGA2 mRNA的稳定性，促进CRC的进展和转移。Zhang等证明m6A修饰的YAP 3’-UTR可与miR-382-5p相互作用，抑制YAP，从而损害circRNA_104075在HCC中的致瘤能力。Chen等研究表明，m6A修饰的人环状RNA通过抑制免疫基因的激活而抑制先天免疫，而YTHDF2是抑制先天免疫不可或缺的因素。m6A修饰与circRNA的双向和反向调控表明，干扰m6A与circRNA免疫原性之间的通路可能可以用于治疗。
几十年来，DNA和组蛋白的甲基化一直是癌症研究的焦点，而DNA甲基转移酶抑制剂，氮杂胞苷和地西他滨，均已被批准用于临床癌症治疗。m6A作为一种重要的RNA表观遗传修饰，如何与DNA和组蛋白表观遗传学相互作用调节基因表达，以及m6A修饰与其他类型的RNA修饰是否存在潜在的联系，都有待进一步研究。目前，关于m6A修改的研究和我们的整体理解都仍处于初级阶段。
原文链接：https://doi.org/10.1186/s12943-020-01216-3
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