賀紫薇 葛夢(mèng)迪 孫心悅 劉成祥 王寬宇

乳腺癌(breast cancer,BC)是威脅全球女性生命健康的重要風(fēng)險(xiǎn)因素,根據(jù)2020年美國癌癥協(xié)會(huì)發(fā)布的BC流行病學(xué)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),全球BC病例數(shù)已經(jīng)超過270萬,每年新增病例約為60萬,BC仍是導(dǎo)致女性死亡的主要原因之一[1]。近年來,表觀遺傳修飾在惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中的調(diào)節(jié)作用備受關(guān)注。研究表明,BC的表觀轉(zhuǎn)錄具有生物多樣性,其中包括RNA甲基化修飾。N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenosine,m6A)是生物體中豐度較高且影響較大的修飾類型之一,也是真核生物中常見的RNA甲基化修飾類型[2]。2011 年,芝加哥大學(xué)何川教授團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)了 m6A 的去甲基化酶 FTO,揭示m6A的可逆化修飾,他們證明了這種 RNA 甲基化具有可逆性,且明確了 RNA 層面的修飾也參與了基因表達(dá)調(diào)控[3]。

隨著測序技術(shù)的發(fā)展,RNA表觀修飾研究領(lǐng)域得到了開創(chuàng)性發(fā)展,m6A修飾作為主要的RNA表觀遺傳修飾之一,也成為了生物科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。研究表明,m6A在癌癥中發(fā)揮重要作用,參與腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)功能,例如增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移、耐藥等,與患者的預(yù)后密切相關(guān)[4]。但m6A與BC的關(guān)系及其在BC發(fā)生、發(fā)展中的作用機(jī)制尚不明確。本文重點(diǎn)闡述了m6A甲基化修飾的生物調(diào)節(jié)過程以及m6A在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中的作用,就m6A甲基化修飾在BC生長、侵襲、轉(zhuǎn)移及耐藥等方面的作用及調(diào)控機(jī)制展開綜述,旨在揭示m6A甲基化修飾在BC發(fā)生、發(fā)展過程中的作用位點(diǎn),為BC的治療提供新策略。

一、m6A甲基化修飾

1.m6A甲基化修飾的概述:RNA修飾在調(diào)節(jié)人類的生命健康和疾病中發(fā)揮著重要作用,已知有160多種RNA修飾類型,廣泛分布于各種RNA類型[5]。據(jù)Boccaletto等[6]研究報(bào)道,在真核生物的mRNA中,RNA修飾主要包括N1-甲基腺苷(m1A)、N6-甲基腺苷(m6A)和5-甲基胞嘧啶(m5C)等類型,其中m6A最早于20世紀(jì)70年代被發(fā)現(xiàn),是大多數(shù)高等真核生物的mRNA和lncRNA中最常見、最豐富的內(nèi)部修飾之一[7]。m6A甲基化修飾是一種可逆的動(dòng)態(tài)調(diào)控機(jī)制,需要甲基化轉(zhuǎn)移酶、去甲基化酶和甲基化識(shí)別蛋白共同參與[8]。

2.m6A甲基轉(zhuǎn)移酶:m6A甲基轉(zhuǎn)移酶是一類重要的催化酶,主要作用是將甲基基團(tuán)從S-腺苷甲硫氨酸(SAM)轉(zhuǎn)移給親霍爾基,從而實(shí)現(xiàn)DNA、RNA和蛋白質(zhì)等生物大分子中的甲基化修飾[9]。在m6A甲基化修飾中,甲基轉(zhuǎn)移酶主要包括METTL3、METTL14、WTAP和VIRMA等亞基,這些亞基通過相互作用形成復(fù)合物,共同催化mRNA上的腺苷酸進(jìn)行m6A甲基化修飾[10]。根據(jù)結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究,METTL3和METTL14是m6A甲基化修飾的關(guān)鍵酶,它們以復(fù)合物形式存在,并參與特定腺苷殘基的甲基化,WTAP、VIRMA和其他蛋白也是重要的組成部分。其中WTAP在招募METTL3和METTL14方面具有非常重要的作用,在m6A甲基化修飾過程中METTL3是唯一的催化亞基,它與METTL14和WTAP結(jié)合形成復(fù)合體,并以甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物的形式催化特定序列介導(dǎo)的m6A修飾,在完成催化作用方面發(fā)揮重要作用。

3.m6A去甲基化酶:m6A去甲基化酶是指能夠?qū)RNA上某些m6A甲基化修飾還原為腺嘌呤的酶。在真核生物中,已發(fā)現(xiàn)多種m6A去甲基化酶,主要包括FTO (fat mass and obesity-associated protein)、ALKBH5 (AlkB homolog 5)、ALKBH3 (AlkB homolog 3)、DIOX4 (dioxygenase 4)以及FTO-2OG酸化酶家族等[11,12]。目前,對(duì)m6A去甲基化酶的研究主要關(guān)注于FTO和ALKBH5這兩種酶。FTO是第一種被發(fā)現(xiàn)的m6A去甲基化酶,對(duì)于肥胖和2型糖尿病等疾病具有重要的功能。FTO蛋白屬于AlkB蛋白家族,其核心結(jié)構(gòu)域與AlkB家族相似,但在C端具有獨(dú)特的長環(huán)結(jié)構(gòu)與AlkB家族中的其他蛋白不同,使得FTO蛋白能夠去甲基化修飾單鏈DNA或單鏈RNA的甲基化修飾。一旦FTO基因的轉(zhuǎn)錄水平發(fā)生異常,可能會(huì)引起多種疾病[13]。ALKBH5是另外一種重要的去甲基化酶,它能夠?qū)?xì)胞核中的mRNA進(jìn)行去甲基化修飾,當(dāng)ALKBH5被敲低時(shí),mRNA上的m6A修飾水平明顯上升[14]。此外,ALKBH3 與ALKBH5也被發(fā)現(xiàn)具有去甲基化活性[12]。

4.m6A甲基識(shí)別蛋白:m6A甲基化修飾可通過特定的蛋白質(zhì)識(shí)別和介導(dǎo),調(diào)節(jié)RNA的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)運(yùn)、翻譯、和幫助合成蛋白等多種生物學(xué)功能,從而影響疾病的進(jìn)程[15]。目前已知的m6A甲基識(shí)別蛋白包括YTH結(jié)構(gòu)域家族(YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3和YTHDC1)、HNRNP家族、IGF2BPs家族(IGF2BP1、IGF2BP2、IGF2BP3)、FMRP家族(FMRP、FXR1和FXR2)等。YTH結(jié)構(gòu)域蛋白是一類參與RNA代謝調(diào)控的蛋白質(zhì),能影響RNA的翻譯、降解等處理過程,在調(diào)控RNA代謝、維持基因表達(dá)穩(wěn)態(tài)等方面起著重要作用[16]。HNRNP家族蛋白廣泛存在于真核生物中,主要參與mRNA的加工和轉(zhuǎn)運(yùn),調(diào)節(jié)mRNA的轉(zhuǎn)錄后修飾、剪接、本體結(jié)構(gòu)和核外定位等過程,在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中也發(fā)揮著重要作用,包括參與細(xì)胞增殖、分化和凋亡等生物過程[17]。IGF2BPs家族蛋白在腫瘤的發(fā)展過程中,調(diào)節(jié)m6A甲基化修飾的RNA的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)錄和翻譯,從而促進(jìn)或抑制癌細(xì)胞的增殖、侵襲,決定癌細(xì)胞對(duì)放療和化療藥物的反應(yīng)性[18]。FMRP家族蛋白可以通過調(diào)節(jié)m6A甲基化修飾的RNA的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)錄和翻譯,對(duì)腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移以及對(duì)放療和化療藥物的反應(yīng)性產(chǎn)生影響[19]。

二、m6A甲基化修飾與乳腺癌的關(guān)系

1.m6A甲基轉(zhuǎn)移酶與乳腺癌:多項(xiàng)研究表明,m6A甲基化水平在腫瘤細(xì)胞中顯著增強(qiáng),并且與腫瘤發(fā)生、惡性轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移等嚴(yán)重影響患者預(yù)后的臨床表現(xiàn)具有顯著相關(guān)性[20]。在BC中,過度表達(dá)和特異性降解m6A甲基化酶,如METTL3、METTL14,或表達(dá)異常的WTAP和VIRMA等,均可以影響多個(gè)與BC相關(guān)的信號(hào)通路功能和基因表達(dá)。例如,METTL3可以調(diào)控BRCA1、MYC、EGFR等基因的表達(dá)和功能,影響B(tài)C的生長和轉(zhuǎn)移;WTAP會(huì)促進(jìn)BC細(xì)胞的腫瘤球形結(jié)構(gòu)和抗藥性;而VIRMA則能夠影響HOXA10、CYP1B1、ERBB3等基因,進(jìn)一步影響B(tài)C的發(fā)生和發(fā)展[21,22]。研究表明,不同的m6A甲基化酶在BC中表現(xiàn)不同的作用,如降低METTL3的表達(dá)可導(dǎo)致BC細(xì)胞凋亡率增加和轉(zhuǎn)移抑制,另一項(xiàng)研究則顯示METTL14的下調(diào)與BC患者的預(yù)后不佳密切相關(guān)。總的來說,m6A甲基化酶有機(jī)會(huì)成為BC潛在的治療靶點(diǎn),需要進(jìn)一步研究解決一些尚未明確的問題,如各亞基之間是否存在協(xié)同效應(yīng),以及m6A甲基化酶在BC的治療中的具體應(yīng)用方式。

2.m6A去甲基化酶與乳腺癌:m6A去甲基化酶在BC的發(fā)生、發(fā)展過程中具有重要的生物學(xué)作用,研究表明,FTO在BC中的表達(dá)水平明顯升高,與腫瘤的預(yù)后和惡性程度密切相關(guān),高表達(dá)的FTO能夠促進(jìn)BC細(xì)胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移和耐藥性的發(fā)生[23]。ALKBH5在BC中的表達(dá)水平明顯降低,其低表達(dá)會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵基因的m6A甲基化增加,促進(jìn)腫瘤的生長、侵襲和轉(zhuǎn)移[24]。關(guān)于ALKBH3和DIOX4在BC中的研究還比較有限,二者在BC中的具體作用尚不清楚,但一些初步的研究表明,ALKBH3和DIOX4可能參與了BC的發(fā)展和進(jìn)展。FTO-2OG酸化酶家族是一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的酶家族,其中包括ALKBH1、FTO3、ALKBH7等成員,與FTO具有相似的去甲基化修飾催化活性。研究發(fā)現(xiàn),ALKBH1和ALKBH7在腫瘤細(xì)胞中表達(dá)水平明顯增高,這可能和BC的發(fā)展和預(yù)后相關(guān)[25]。

3.m6A甲基識(shí)別蛋白與乳腺癌:YTH域家族蛋白在BC的發(fā)展中,例如,YTHDC1可以影響B(tài)C干細(xì)胞的自我更新和分化能力;YTHDF2通過調(diào)節(jié)m6A修飾的RNAs降解途徑,并影響致癌基因MYC的表達(dá),促進(jìn)BC細(xì)胞增殖和侵襲;YTHDF1和YTHDF3則參與了調(diào)控BC細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感度。HNRNP家族蛋白可以通過調(diào)節(jié)m6A修飾RNA的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)錄和翻譯,促進(jìn)或抑制BC的發(fā)生、發(fā)展。IGF2BPs家族在BC的進(jìn)展中起到了重要作用,IGF2BP1被發(fā)現(xiàn)在BC中高表達(dá),它能夠通過調(diào)控m6A甲基化修飾的RNA的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄,影響B(tài)C細(xì)胞的生長、轉(zhuǎn)移和治療反應(yīng)性;IGF2BP3的表達(dá)在BC中明顯上調(diào),從而促進(jìn)細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移。FMRP家族蛋白的高表達(dá)可以促進(jìn)PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路的活化并抑制p53信號(hào)通路,增加癌細(xì)胞的生存和增殖[26]。同時(shí),這些蛋白也能夠調(diào)控多種關(guān)鍵基因如BRCA1、BCL2、CDK2、EGFR 和ERα等的轉(zhuǎn)錄和翻譯,從而影響癌細(xì)胞的增殖、侵襲和對(duì)藥物的反應(yīng)性。

三、m6A甲基化修飾對(duì)乳腺癌中的調(diào)控作用

1.增殖和分化:近年來研究顯示,m6A甲基化在BC增殖和分化中起著重要的調(diào)節(jié)作用。首先,m6A甲基化可以增強(qiáng)或者抑制關(guān)鍵基因的表達(dá),從而影響細(xì)胞增殖和分化,已知METTL3在BC組織和細(xì)胞中上調(diào),METTL3過表達(dá)可促進(jìn)BC的發(fā)生和進(jìn)展,METTL3蛋白敲除可降低甲基化水平,減少細(xì)胞增殖,加速凋亡[27]。其次,一些m6A修飾酶的異常表達(dá)也與BC的發(fā)生和發(fā)展相關(guān),例如ALKBH5和METTL14等,其表達(dá)水平變化也會(huì)影響B(tài)C細(xì)胞的增殖和分化。Jin等[28]研究表明,m6A去甲基化酶ALKBH5通過調(diào)節(jié)YTHDFs-YAP信號(hào)通路和抑制細(xì)胞骨架動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性來影響B(tài)C細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移,該研究發(fā)現(xiàn)ALKBH5的表達(dá)水平在BC中降低,這會(huì)導(dǎo)致m6A甲基化水平升高、促進(jìn)YAP的表達(dá),從而促進(jìn)BC細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。Gong等[29]研究表明,BC組織中存在兩種抑癌基因METTL14和ZC3H13的表達(dá)下調(diào),并預(yù)測預(yù)后不良。此外,m6A甲基化還可以影響RNA的代謝和轉(zhuǎn)運(yùn),從而調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和分化的過程。例如,RNA結(jié)合蛋白YTHDF2和YTHDF3能夠識(shí)別m6A修飾的RNA并介導(dǎo)其降解,從而調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖[30,31]。這些研究表明,m6A甲基化參與調(diào)節(jié)BC細(xì)胞增殖和分化,作用復(fù)雜涉及到多種調(diào)節(jié)機(jī)制。并且METTL3和ALKBH5等m6A修飾因子在這個(gè)過程中起到了重要的作用。

2.轉(zhuǎn)移和侵襲:m6A甲基化在BC轉(zhuǎn)移方面發(fā)揮著重要的作用,不同的m6A修飾酶或者脫甲基化酶會(huì)對(duì)BC細(xì)胞的生長和惡性度產(chǎn)生不同的影響。在BC中,m6A甲基化通過調(diào)節(jié)RNA的剪接、穩(wěn)定性和翻譯等機(jī)制,影響了多種信號(hào)通路的表達(dá)和功能。這些信號(hào)通路包括細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡、轉(zhuǎn)移和侵襲相關(guān)的信號(hào)通路等。研究表明,m6A甲基化可能通過增強(qiáng)BC細(xì)胞移動(dòng)性和侵襲性,促進(jìn)BC的轉(zhuǎn)移。Niu等[32]研究發(fā)現(xiàn),METTL3能夠減少BC細(xì)胞的侵襲和遷移,在抑制m6A水平的基礎(chǔ)上促進(jìn)BNIP3(Bcl-2/adenovirus E1B 19kDa-interacting protein 3)mRNA的翻譯,從而影響腫瘤生長和轉(zhuǎn)移。這一研究揭示了m6A修飾在控制BC轉(zhuǎn)移中的作用。此外,一些m6A甲基化酶和脫甲基化酶在BC中也發(fā)揮著重要作用。例如,m6A甲基化酶METTL3的過度表達(dá)與BC的轉(zhuǎn)移和侵襲有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),METTL3通過調(diào)控某些關(guān)鍵基因的m6A甲基化水平,影響了BC細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移過程,其過度表達(dá)可以促進(jìn)BC干細(xì)胞的形成和轉(zhuǎn)移[23]。

3.細(xì)胞耐藥:近年來,m6A甲基化在BC細(xì)胞化療耐藥方面已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注。在某些情況下m6A甲基化能夠調(diào)節(jié)BC細(xì)胞的響應(yīng)和抵御化療藥物。例如,Li等[33]在阿霉素耐藥BC細(xì)胞中觀察到高表達(dá)的METTL3,METTL3通過m6A介導(dǎo)在阿霉素耐藥細(xì)胞中高表達(dá),通過募集E2F1激活A(yù)GR2轉(zhuǎn)錄來增強(qiáng)BC細(xì)胞耐藥性。此外,經(jīng)阿霉素和順鉑處理后的MDA-MB-231細(xì)胞存活率顯著降低,RNA m6A甲基化水平顯著提升,主要表現(xiàn)為ALKBH5在細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)顯著下降[34]。YTHDF1被認(rèn)為是一種新的BC化療耐藥處理目標(biāo)和被推測為具有腫瘤促進(jìn)劑作用的分子,研究發(fā)現(xiàn),YTHDF1在BC組織中有表達(dá)過量的現(xiàn)象,這可以促進(jìn)DNA損傷修復(fù),并提高、順鉑和奧拉帕尼等藥物的耐藥性,為了達(dá)到這個(gè)目的,YTHDF1加強(qiáng)了以METTL2為基礎(chǔ)的E8F14 mRNA的穩(wěn)定性[35]。研究表明,在 HER2陽性BC細(xì)胞中去甲基酶FTO的表達(dá)與曲妥珠單抗耐藥有關(guān),抑制FTO活性可以增強(qiáng)BC曲妥珠單抗耐藥細(xì)胞株(BT474/TR)的藥物敏感度[36]。雖然目前對(duì)m6A甲基化與BC細(xì)胞化療耐藥的關(guān)系的研究還處于相對(duì)初級(jí)的階段,但是這些發(fā)現(xiàn)為開發(fā)新的治療方法提供了一些線索。因此,針對(duì)m6A甲基化與化療耐藥之間的關(guān)系值得進(jìn)行更加深入的研究。

4.預(yù)后:研究表明,m6A甲基化的存在與BC患者的預(yù)后密切相關(guān)。具體來說,一些研究表明,在BC中,m6A甲基化這種RNA修飾方式的增加與患者的生存率的下降相關(guān)。同時(shí),一些研究還發(fā)現(xiàn),BC中m6A甲基化相關(guān)基因的表達(dá)水平也能夠影響患者的預(yù)后。例如,m6A甲基化酶METTL3和讀取蛋白YTHDF1的表達(dá)水平升高可以預(yù)示BC患者預(yù)后不良,而去甲基化酶FTO的表達(dá)水平升高則與BC患者預(yù)后好相關(guān),其下調(diào)表達(dá)與BC的預(yù)后不良相關(guān)。

四、展 望

在BC的研究中,m6A甲基化修飾已經(jīng)被證明與該疾病的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后密切相關(guān)。m6A甲基化與BC細(xì)胞增殖分化、轉(zhuǎn)移、耐藥等多個(gè)方面都存在著緊密的關(guān)聯(lián)。研究表明,m6A甲基化可以影響B(tài)C細(xì)胞增殖和分化,從而調(diào)節(jié)BC細(xì)胞的生長和擴(kuò)散。同時(shí),m6A甲基化也與BC細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲有關(guān),可能通過改變腫瘤相關(guān)信號(hào)通路和增強(qiáng)腫瘤轉(zhuǎn)移程序的激活來促進(jìn)BC的轉(zhuǎn)移。此外,m6A甲基化與BC耐藥也有密切的關(guān)系,有研究發(fā)現(xiàn),m6A甲基化水平的改變可以影響B(tài)C細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感度。最后,m6A甲基化還被證明可以用作BC患者預(yù)后的標(biāo)志物,預(yù)測患者的生存率和復(fù)發(fā)率?？傊?m6A甲基化是一個(gè)非常重要的RNA修飾方式,已被證明在BC中起著重要作用。深入研究m6A甲基化修飾的機(jī)制和作用,有助于更好地理解BC的發(fā)生和發(fā)展,為治療BC提供新的靶點(diǎn)和策略。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。