Cancer Cell综述 | 肿瘤编码与非编码RNA m6A修饰

RNA m6A修饰是近期RNA领域研究的一个热点方向，3月16日，Cancer Cell杂志在线发表了美国希望之城Beckman研究所陈建军教授为通讯作者的一篇综述文章，系统汇总了目前编码与非编码RNA的m6A修饰研究进展，以及在肿瘤中起的作用（[1]）。

m6A修饰是一种可逆的RNA化学修饰类型，是目前RNA中研究最清楚的化学修饰方式。m6A修饰指的是RNA中A碱基的6位N元素上增加一个甲基的修饰方式。具体的修饰前后化学结构式如下图所示：

图1 RNA m6A修饰酶 （[1]）

RNA m6A修饰最早的研究报道在1974年。目前已经在绝大部分的整合生物中发现了RNA的m6A修饰，包括各种哺乳动物，植物昆虫，酵母以及一些病毒中。虽然m6A修饰发现的比较早，但很长一段时间并没有取得太大的进展，直到2011年，首次报道发现高度保守的FTO酶是一种m6A修饰的去修饰酶，这让人们意识到RNA的m6A修饰是一种可逆的修饰形式。2012年首次报道通过meRIP在全转录组水平系统分析了细胞内总RNA中m6A修饰的状况。全转录组中RNA修饰的变化还催生了一个新型的生物学调控机制，“表观转录组”概念的形成。目前已经报道发现表观转录组在几乎所有的生物学机制过程以及生长发育和疾病发生过程中有重要作用。

哺乳动物总mRNA中有三分之一的mRNA具有m6A修饰，每个mRNA可携带平均3-5个m6A修饰位点。这些修饰位点基本集中在DRACH的motif中（D=G, A, or U; R = G or A; H = A, C, or U），往往位于mRNA的CDS区和3’UTR。有趣的是，很多m6A修饰位点还有一定的保守性。

目前有多种成熟的研究RNA m6A修饰高通量研究技术和方法，包括传统的基于anti-m6A抗体的meRIP技术，miCLIP技术，还包括最新报道的不依赖抗体的MAZTER-seq和DART-seq技术。几乎所有类型的RNA分子都可以携带m6A修饰，包括mRNA，rRNA，lncRNA，miRNA，snRNA，circRNA等等。

RNA m6A修饰动态可逆

RNA的m6A修饰由修饰酶和去修饰酶动态调控，这些酶被形象的称为RNA m6A修饰的“Writer”和“Eraser”。目前关于RNA m6A修饰的“Writer”和“Eraser”已经有了较多的认识。m6A Writer酶包括METTL3/METTL14/WTAP复合体以及其他几个亚基，如KIAA1429，ZC3H13， RBM15/RBM15B等。其中METTL3是核心催化亚基，它催化SAM的甲基转移到A碱基的N6位点。METTL14帮助稳定METTL3，近期研究还发现METTL14可以识别组蛋白的H3K36me3修饰，调控RNA的m6A修饰位点选择。还有报道发现ZFP217，SMAD2/3和CEBPZ也参与特定mRNA m6A修饰位点的选择。METTL16，ZCCHC4和METTL5在其他RNA分子类型的m6A修饰中起作用，如snRNA，rRNA等等。

RNA的m6A修饰可以由Eraser酶催化去修饰。目前已报到的RNA m6A修饰Eraser酶包括FTO和ALKBH5。其中FTO可以催化m6A或m6Am的去甲基化，ALKBH5则更特异性的对m6A修饰起作用。一些研究发现FTO酶在一些肿瘤中异常增高，有类癌基因的促进肿瘤发展的作用。

m6A修饰对RNA的调控作用

RNA发生了m6A修饰后对RNA的功能和定位等各方面都有一定的调控机制，目前对mRNA中m6A修饰的作用研究相对比较清楚。概括而言，m6A修饰可以通过改变结合蛋白的差异参与包括可变剪切调控，RNA出核，RNA降解，mRNA特殊翻译机制等过程的调控。m6A修饰的识别蛋白“Reader”是介导这些功能机制的重要因素。RNA m6A修饰的Writer和Eraser主要定位于细胞核内，而Reader可以在细胞核和细胞质中均有分布。常见的RNA  m6A修饰的Reader如YTH家族蛋白，一些HNRNP蛋白等等。这些Reader蛋白可以介导不同的作用途径，如果YTHDC1可以介导mRNA的出核。hnRNPA2B1，hnRNPC，hnRNPG介导RNA的可变剪切。YTHDF2/3与mRNA的降解有关，eIF3A介导特殊的RNA翻译机制等等。

长链非编码RNA也有m6A修饰的一些报道，在lncRNA的蛋白互作机制，miRNA的成熟，circRNA的翻译等过程中均有相关的发现和报道。如MALAT1中有两个m6A修饰位点能够通过改变其二级结构影响MALT1与hnRNPC的相互作用。FOXM1-AS调控ALKBH5与FOXM1的mRNA的结合，GAS5-AS也有类似的功能。m6A修饰在miRNA的成熟过程也有一定的作用，很多pri-miRNA携带高度保守的m6A修饰位点（GGAC），但pre-miRNA往往没有，一种机制是pri-miRNA的m6A修饰可以通过募集hnRNPA2B1，促进DGCR8的结合和miRNA的成熟。METTL3的敲除或过表达可显著改变细胞总体miRNA 的丰度。m6A修饰可通过eIF4G2介导circRNA的翻译。

图2  m6A修饰对RNA的调控作用 （[1]）

肿瘤中常见m6A修饰相关酶的变化

大量的报道表明三种m6A修饰相关酶在多种人类肿瘤中发生了一些微妙的变化，这些变化可以通过影响特定RNA分子或总体RNA m6A修饰水平，在肿瘤发生发展中发挥作用。本文中作者对这部分的进展信息做了详细的汇总梳理。图3汇总了常见m6A修饰相关酶在肿瘤中的变化。

图3 肿瘤中常见m6A修饰相关酶的变化 （[1]）

红色表示类癌基因的作用；绿色代表类抑癌基因作用；黄色表示不同研究报道中情况有冲突。

肿瘤中m6A修饰异常的机制

除了RNA m6A修饰相关酶的一些变化，肿瘤中还存在其他的改变RNA m6A修饰的机制，包括由点突变导致的获得或丢失特定m6A修饰的情况，典型的如有的p53基因的273 G>A突变一方面能改变编码信息（R273H突变），另一方面也获得了一个m6A修饰位点，功能研究也发现，这个点突变可以在结肠癌中导致耐药，并且这种耐药作用是m6A修饰依赖的。

环境因素也可以通过改变m6A修饰状态对肿瘤的发生发展产生影响，包括吸烟，病毒感染等致癌因素与RNA m6A修饰状态有关。

图4  肿瘤相关RNA m6A修饰状态异常的机制 （[1]）

靶向RNA m6A修饰与肿瘤治疗

MO-I-500是一种FTO的特异性抑制剂，可以对三阴性乳腺癌有一定的抑制作用。甲氯芬那酸（Meclofenamic acid，MA）对FTO酶也有一定的抑制作用，研究报道MA能够抑制胶质母细胞瘤的增殖。其他如R-2HG，FB23-2对FTO也有抑制作用。这些RNA m6A修饰相关酶都显示了作为潜在肿瘤治疗靶点的可能性。

免疫治疗是近期肿瘤治疗的热点，m6A修饰也参与一些肿瘤免疫治疗相关基因的表达调控，包括PD-1，CXCR4等等，靶向干预这些基因RNA的m6A修饰也可以在肿瘤免疫治疗中开辟新的思路。

图5 靶向RNA m6A修饰与肿瘤治疗 （[1]）

最后，本文系统汇总了目前在肿瘤中编码和非编码RNA的m6A修饰研究主要进展，由于篇幅有限，很多具体的研究进展信息没有在此列出，感兴趣的可以去拜读原文。总体而言mRNA中m6A修饰的研究相对充足一些，非编码RNA，包括circRNA的m6A修饰研究还有很多需要探索的问题，是circRNA研究的一个重要机会。

参考文献

1.Huang, H., H. Weng, and J. Chen, m(6)A Modification in Coding and Non-coding RNAs: Roles and Therapeutic Implications in Cancer. Cancer Cell, 2020. 37(3): p. 270-288.

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