m6A甲基化酶METTL3在癌症发生发展中的作用*

黄伟伟 李艳红 李晨 李英英 何恩鹏

随着人类环境的日益恶化及人们的不良生活方式，全球人口患癌率剧增。在21世纪，癌症已成为威胁人们健康的头号疾病。虽然生命科学的不断发展及医疗水平的不断进步为攻克癌症提供了更多的治疗手段，但癌症的发展机制极其复杂，且目前的医疗技术水平仍存在不足，因此如何安全、有效地治疗癌症依然是个难题。

近年来，遗传学分支学科-表观遗传学的发展十分迅速。表观遗传学主要通过基因修饰功能来调控基因的表达，且不会改变基因的核苷酸序列［1］。RNA修饰广泛影响着RNA的结构、功能及稳定性，是近年来研究热点。在所有的RNA 修饰中，N6-甲基腺苷（m6A）是真核生物mRNA中最普遍的修饰形式，也是目前研究较多的RNA 修饰之一［2］。m6A 指腺苷碱基第6号N 原子上的甲基化，普遍存在于自然界中［3-9］。自20世纪70年代m6A被发现以来［10］，相关的研究进展十分缓慢。脂肪与肥胖相关蛋白FTO被鉴定为第一个m6A 去甲基化酶［11］，表明m6A 修饰是一个动态的、可逆的过程，进一步暗示m6A可能在生物体内发挥着重要功能。这极大地激发了研究者们的兴趣，使该领域的研究迅速发展。

m6A修饰相关的研究越来越多，除了调节RNA的剪切、转运、翻译和降解等生物过程［12］，m6A在多种癌症中也扮演着重要的角色。目前已有多项研究证明m6A甲基化酶样3（methyltransferase like 3，METTL3）在人类多种恶性肿瘤中表达失调且具有致癌性。Yang等［13］证明敲低METTL3可有效抑制胃癌细胞增殖、迁移和侵袭能力，过表达增加其致癌功能。在乳腺癌中，METTL3也被证明发挥重要作用。Wang等［14］发现在乳腺癌组织和细胞中METTL3 上调。不论在体内和体外，敲除METTL3均可降低甲基化水平，减少癌细胞增殖，加速坏死细胞凋亡并抑制肿瘤生长。Peng等［15］证明METTL3上调是导致大肠癌中m6A异常修饰的原因之一，并且与肿瘤转移呈正相关。过表达实验表明METTL3在体外和体内均可促进癌细胞迁移和侵袭。以上研究表明，m6A甲基化调控失衡与癌症进展密切联系，METTL3作为最主要的甲基化酶，对癌症发展通路m6A甲基化的调控失衡，从而影响癌症的发展。本文通过总结METTL3在各种癌症中最新的研究进展，阐明其对RNA稳定性以及其多种癌症的调节机制。

1 m6A的动态调节及相关蛋白

m6A甲基化发生在转录后，并富集于3'非编码区域、5'非编码区域和终止密码子附近的共识基序-RRACH 基序（R 表示A 或G；H 表示A、C 或U）［16-18］。m6A 修饰是可逆的，它的动态化调节过程包括三部分，分别是“writer”甲基化酶，”eraser”去甲基化酶以及“reader”甲基识别蛋白，它们分别执行着不同的功能。甲基化酶负责将目标甲基化，一般是由甲基化酶METTL3、METTL14 以 及Wilms肿瘤相关蛋白WTAP 组成METTL3/METTL14/WTAP 复合物来催化形成的［19-20］。”eraser”执行去甲基化的功能。在Fe2+及α-酮戊二酸的参与下，m6A甲基化可被FTO和ALKB同系物5（ALKB5）清除［21］。显而易见，“reader”可识别甲基化信息，执行此项功能的蛋白有YTHDF1-3、YTHDC1-2、eIF3、hnRNPs、HUR、IGF2BPs 等［22］。由此，m6A 形成一个闭环的、可逆的过程，调节自身甲基化水平及上下游关基因的表达（图1）。

图1 m6A动态调控过程及相关的蛋白酶［19-22］

2 METTL3与人类肿瘤

肿瘤是人体在环境中各种致癌因素的影响下，局部组织在基因水平上失去对细胞生长的正常调控，导致其异常增生而形成的。与正常细胞相比，肿瘤细胞的形态、代谢和功能都有所变化。近年来，越来越多的报道指出m6A 与肿瘤的发展相关，并在多种癌症中发现其甲基化酶METTL3 参与癌症发生发展的证据，见表1。

2.1 METTL3与胃癌

胃癌是一种恶性肿瘤，由胃黏膜上皮细胞的异常增殖与分化导致，在中国各种恶性肿瘤中发生率最高。有学者研究发现，m6A甲基化酶METTL3的表达水平与胃癌细胞的发展相关。相关研究表明，胃癌组织中的METTL3水平显著增加，且METTL3的表达水平随着肿瘤等级的增加而逐渐升高。体外试验表明，METTL3下调可激活凋亡相关蛋白的表达，并使ATK信号通路失活，从而抑制肿瘤的转移［23］。有研究报道，长链非编码RNA（lncRNA）LINC00470通过与METTL3相互作用并依赖于YTHDF2途径来介导抑癌基因PTEN mRNA降解，促进胃癌细胞的发展［24］。

2.2 METTL3与肺癌

最近的一项研究显示，METTL3在非小细胞肺癌组织表达升高，且正向调节NSCLC 组织中非编码RNA（miRNA）miR-33a的表达水平。进一步研究发现，miR-33a 可以通过靶向METTL3 mRNA 的3'UTR 来抑制NSCLC细胞的增殖［25］。同样，一项类似的研究表明，非小细胞肺癌组织中miR-600可以抑制METTL3的表达，下调的METTL3抑制NSCLC的进展［26］。

2.3 METTL3与大肠癌

Wen 课题组通过在临床大样本中检测METTL3的表达发现，上调的METTL3是大肠癌（CRC）中m6A的异常修饰的原因，并与肿瘤转移呈正相关，推测METTL3 可能影响CRC 细胞的转移。体内外实验评估METTL3的功能表明，METTL3促进了CRC 细胞在体内外的迁移和侵袭，与推测的结果一致。进一步研究发现，METTL3 的下游目标是miR-1246。MET⁃TL3可以甲基化pri-miR-1246，促进了pri-miR-1246的成熟。通过生物信息学工具，发现抑癌基因SPRED2 是miR-1246 的下游靶点。SPRED2 与Raf/MEK/ERK 途径相互作用防止癌细胞迁移和侵袭。METTL3 介导的SPRED2 负转录调控因子miR-1246的上调，使Raf/MEK/ERK 途径失活，促进了癌细胞的迁移和侵袭［15］。研究发现，METTL3 甲基化的SOX2转录本可以直接被m6A“阅读器”IGF2BP2 识别，IGF2BP2可以维持转录本的稳定性，从而防止其降解并通过依赖于m6A-IGF2BP2的方式自然增加其表达机制，有助于肿瘤的发生和迁徙［27］。

表1 METTL3在各类肿瘤中的表达及作用

3 METTL3调控癌症的机制分析

3.1 METTL3影响RNA稳定性

越来越多的证据表明，METTL3通过调节RNA的剪接、加工、翻译和衰变等过程，来参与多种恶性肿瘤的发生。有研究表明，RNA 结合蛋白DGCR8 可识别和处理被METTL3 甲基化的pri-miRNAs，METTL3的损耗减少了DGCR8与pri-miRNAs 的结合，导致成熟miRNAs 的减少和未处理的pri-miRNAs 的积累［40］。最近的一项研究显示，METTL3-m6A-CDCP1轴在膀胱癌的发展进程中发挥巨大作用。METTL3催化CDCP1mRNA 的m6A 水平，并促进其在化学转化时的翻译。METTL3 或CDCP1 的水平变化可调控癌细胞的增殖、迁移和侵袭［41］。Choe 等［42］研究发现METTL3 通过与EIF3 形成mRNA 环来增强癌基因EGFR的翻译，形成密集包装的多核糖体并促进致癌性转化。破坏METTL3–EIF3 相互作用则消除了METTL3促进翻译，并影响多核糖体构象和其促进致癌性转化的能力。与大多研究不同的是，尽管m6A的核心催化酶METTL3在起作用，但是这个过程中的调控可能跟m6A 修饰无关，其主要作用是环化mRNA。在宫颈癌组织中METTL3 的表达上调，抑制METTL3 可以抑制子宫颈癌细胞的增殖。课题组进一步研究发现METTL3 可以通过依赖IGF2BP3 的方式增加RAB2B 的mRNA 稳定性，上调的RAB2B 可以诱导宫颈癌细胞的生长［38］。

3.2 METTL3调控癌基因的表达

此外，METTL3还可通过调节癌基因的表达来参与癌症的发展。最近的一项研究显示，METTL3与微处理器蛋白DGCR8 相互作用并以m6A 依赖性的方式正向调节pri-miR221/222过程，miR221/222通过直接靶向膀胱癌中的抑癌基因PTEN，从而降低抑癌基因PTEN，促进膀胱癌的增殖［30］。另一项在前列腺癌中的研究表明，METTL3可能在前列腺癌的发生和发展中起致癌基因的作用。研究发现，METTL3与原癌基因MYC 的表达存在显著的正相关关系。METTL3增加了MYC mRNA 转录本的m6A 水平，进而导致该基因在mRNA和蛋白水平表达上调。原癌基因MYC是METTL3 通过m6A 修饰调控的关键下游分子，METTL3 通过上调MYC 促进前列腺癌的增殖和进展［32］。还有学者发现，在急性髓性白血病中，MET⁃TL3也是通过上调原癌基因MYC表达来促进AML细胞的增殖［28］。Wu 等［39］则发现子宫颈癌中癌基因iASPP 和METTL3 水平升高，且均为早期子宫颈癌预后不良的独立指标。

3.3 METTL3调节上皮-间质转换

有研究表明，METTL3 可能通过参与上皮-间质转换（epithelial-mesenchymal transition，EMT）进程从而在癌症中发挥作用。有研究发现METTL3 是体外上皮-间质转移过程和体内转移所必需的。从机制上讲，首次确定了在GC 细胞中1 型锌指MYM 型（ZMYM1）是METTL3 真正的m6A 靶点。METTL3 对ZMYM1 mRNA 的m6A 修饰依靠“阅读器”蛋白HuR（也称为ELAVL1）依赖性途径增强了其稳定性。ZMYM1 通过募集CtBP/LSD1/CoREST 复合物与E-钙蛋白启动子结合并介导其抑制，从而促进EMT 发生和转移［43］。在卵巢癌中，METTL3通过上调受体酪氨酸激酶AXL 促进EMT 来加快卵巢癌的生长和侵袭［37］。最新的一项研究表明，TGF-β 诱导的肺癌细胞系EMT中，METTL3表达增加。抑制METTL3能拮抗TGF-β 诱导的EMT 和细胞迁移。深入研究发现，METTL3 可以调节EMT 的重要转录因子之一JUNB mRNA 的m6A 修饰、总mRNA 水平和mRNA 稳定性，高水平表达的JUNB 能够挽救敲低METTL3 抑制的TGF-β诱导的肺癌上皮-间质转化［44］。

3.4 METTL3调节AKT信号通路

METTL3 或可通过改变癌细胞中的信号通路影响癌症的发展。Liu等［45］研究发现METTL3下调激活了凋亡相关蛋白的表达，并使人胃癌细胞中的AKT信号通路失活。下调METTL3 在体外抑制人胃癌中的癌细胞迁移和侵袭，这可能是通过修饰基因表达来促进细胞凋亡和使AKT 信号通路失活而介导的。另一项在胃癌中的研究显示，m6A抑制通过激活Wnt和PI3K-Akt 信号传导促进了GC 细胞的增殖和侵袭性，而m6A 升高逆转了这些胃癌表型和分子变化［46］。此外，在肺癌细胞中，PI3K/Akt 通路与细胞生长和存活有关，Wei 等［47］观察到敲低METTL3 改变了PI3K 信号通路成员的蛋白表达和磷酸化。Liang等［48］发现在卵巢癌中，METTL3 下调降低了磷酸化AKT 及其下游效应子（包括p70S6K 和Cyclin D1）的表达水平，使AKT 通路的激活水平下降。推测MET⁃TL3 可能通过AKT 信号通路在卵巢癌细胞中发挥致癌作用。

3.5 METTL3参与细胞凋亡

肿瘤组织中癌细胞的凋亡与METTL3 有密切关系，METTL3通过调节癌细胞的凋亡来影响癌症的发展。有研究表明，METTL3的RNA和蛋白质水平在急性髓细胞白血病（AML）细胞中的表达更为丰富。在人骨髓性白血病细胞系中，低表达的METTL3诱导受体小鼠细胞分化和凋亡并延迟白血病进展［49］。同样，在Liang 等［48］的研究中也发现了METTL3 的下调增加了促凋亡的Bax 和Caspase 3 的表达水平并降低了抗凋亡的Bcl2 的表达，导致卵巢癌细胞凋亡率增加。有研究发现METTL3 可直接甲基化Bcl-2，MET⁃TL3 和Bcl-2 表达水平呈正相关。METTL3 通过靶向调节Bcl-2来影响乳腺癌的进程［33］。有研究报道，在前列腺癌中，METTL3 沉默降低了Hhedgehog 通路的重要组成部分GLI1 的m6A 修饰和表达，从而导致细胞凋亡［50］。

4 总结与展望

综上所述，METTL3 作为m6A 最主要的甲基化酶，在胃癌、乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌等多种癌症中发挥至关重要的作用，包括影响甲基化水平、癌症相关基因mRNA 稳定性、癌基因的表达、癌细胞信号通路和癌细胞凋亡等多种调节机制。METTL3 和受其调控的相关基因表达水平的改变，或许是利用分子疗法治疗癌症的潜在标靶。目前的一些研究显示了METTL3调节癌症的一些关键步骤，但仍需进一步研究癌症驱动基因转录、转录后修饰及翻译等复杂的调控网络，洞悉METTL3在其中发挥的作用。

因此，深入阐明METTL3 在不同肿瘤的调节机制，完善癌症发生发展调控网络，对于癌症的治疗具有重要的理论与实际意义。虽然一些研究有希望成为分子诊疗的靶点，但仍需进行大量临床试验，以确定METTL3在癌症中潜在的诊断和治疗功能。此外，METTL3是如何调节癌细胞的营养代谢尚不明确，进一步研究METTL3在癌细胞中的代谢机制，切断癌细胞的营养代谢，对癌症的治疗也至关重要。同时，积极开发METTL3 小分子抑制剂，精确且有效地调节METTL3和受其调控的相关基因表达水平，为分子疗法提供更加可靠的手段。