脂肪和肥胖相關蛋白在腫瘤中的研究進展

張孔雁 王佳賀

腫瘤是以細胞異常增殖為特點的一類疾病，伴隨人類疾病譜的改變，目前惡性腫瘤已成為嚴重威脅人類健康的重要疾病。現代腫瘤學的觀點普遍認為，惡性腫瘤是經歷持續的演變過程、涉及多個限速步驟，是多基因參與、多階段發生、長時間形成的復雜的病變過程。多年的研究表明，腫瘤的發生發展過程涉及復雜的分子機制[1]，如原癌基因、抑癌基因、代謝重編程、逃避凋亡、細胞永生化、血管生成、浸潤和轉移能力的獲得、免疫逃逸、基因組不穩定性、腫瘤微環境、表觀遺傳調控和非編碼RNA功能異常等。伴隨現代高通量分子檢測技術的快速發展和表觀遺傳學的深入研究，RNA修飾在腫瘤發生發展中的作用引起廣泛關注。MODOMICS的研究顯示，到2017年底，在所有生物體中已經發現163種不同的RNA化學修飾[2]。而 6-甲基腺嘌呤(N 6 -methyladenosine，m6A)是在真核生物的信使RNA(messenger RNAs，mRNAs)、微小RNA(microRNAs，miRNAs)、長鏈非編碼RNA(long non-coding RNAs，lncRNAs)中被認為是最普遍、最豐富、最保守的內部轉錄修飾。雖然m6A早在上個世紀70年代即被首次發現[3]，但它的功能特性和調控機制直到近幾年才逐漸被研究了解[4]。伴隨第一個m6A去甲基酶——脂肪和肥胖相關蛋白(fat mass and obesity-associated protein，FTO)的鑒定和轉錄組水平m6A測序技術的發展證明了m6A是一種可逆的、動態的RNA修飾，可能影響特定類型細胞中的大量mRNA和非編碼RNA。m6A的修飾富集在mRNA的近終止密碼子和3′非翻譯區(3′untranslated region, 3′UTR)，以帽子形式在5′UTR被翻譯[5-6]。其修飾主要發生在RRACH共識基序(R為G或A，H為A、C或U)[4]。m6A甲基化主要與3類蛋白相關，它們分別作為mRNA的讀碼器(mRNA writers)、閱讀器(mRNA readers)和消碼器(mRNA erasers)而存在。m6A由甲基轉移酶3(methyltransferase like 3,METTL3)、METTL14、Wilms腫瘤1相關蛋白(wilms tumor 1-associated protein，WTAP)、RBM15/15B和KIAA1429組成的甲基轉移酶復合物催化形成[7]，并可以在去甲基轉移酶FTO和ALKB同系物5(AlkB homologue 5，ALKBH5)的作用下選擇性地從目標mRNA中去除甲基代碼，從而影響RNA的轉錄、加工、翻譯和代謝等過程。mRNA閱讀器能夠解碼m6A的甲基化并產生功能信號，其主要包括YTH域蛋白、真核起始因子3(eukaryotic initiation factor 3，eIF3)、IGF2 mRNA結合蛋白家族(IGF2BP)和不均一核糖核蛋白家族(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein，HNRNP)[8-9]。其中，FTO是第一個被發現的涉及m6A動力學的RNA去甲基化酶[10]，它與多種疾病的發生發展有關，如肥胖、不孕、心血管疾病、T2DM、AD、腫瘤等[10-13]。隨著人們對m6A修飾在惡性腫瘤中的認識日益加深，FTO在腫瘤領域受到了越來越多的關注。本文就FTO在腫瘤中的研究進展作一綜述。

1 FTO的發現、結構特征及生物學功能

1.1 FTO的發現與結構特征 FTO是Peters等[14]在并趾基因突變體的研究中發現并報道的，之后Stratakis等[15]的研究發現，人類染色體16 q12.2區域中的變異與生長發育過程中的異常發育有關，其中FTO就包含在這個區域。Frayling等[16]2007年進行的全基因組水平關聯研究發現，16號染色體上FTO基因的單核苷酸多態性(SNP) rs9939609變異與T2DM呈現較強的相關性，對脂肪的生成和累積具有調控作用，因此將其正式命名為FTO。FTO是一種與肥胖相關的等位基因，它定位于人類16號染色體長臂上，16q12.2，基因的長度約400 kb，包含9個外顯子和8個內含子。伴隨對FTO基因的深入認識，發現其基因序列中包含有CLITLl結合位點及大量的與胰島素敏感性和肥胖相關的單核苷酸多態性位點(single nucleotide polymorphism sites，SNPs)[16]。其中，Smemo等[17]的研究表明，FTO基因中內含子1可以與IRX3基因的啟動子序列發生作用，可以調控FTO基因的表達水平。FTO在人體下丘腦、垂體、胰島、腎上腺、骨骼肌、脂肪等組織中高表達[16]。它位于細胞核和細胞質中，可以借助一個可移動的中介在2個細胞組分之間穿梭。這種在細胞內外的移動可能是通過一種由輸出蛋白2(XPO2)家族介導的機制來實現的[18]。

1.2 FTO的生物學功能 FTO基因具有鐵結合基因和α-酮戊二酸相互作用的結構域，屬于非亞鐵血紅素加雙氧酶(ALKB)超家族的一員[19]，故其又被稱為ALKBH9。FTO可編碼α-酮戊二酸依賴的核酸去甲基化酶，在維生素C及Fe2+的誘導下能夠催化α-酮戊二酸產生琥珀酸鹽和二氧化碳。它的作用與ABH2和ABH3的基因產物相似，具有脫甲基作用，這可能與代謝相關基因的調節有關。有研究證明，敲除小鼠FTO基因后，mRNA上的m6A水平會顯著提高，小鼠出現生長緩慢、體質量減輕[10]。FTO動態調節m6A，從而調控脂肪的形成，表明FTO也可能參與脂肪的生成過程[20]。多項研究均表明，FTO主要在調整代謝速率、調控能量的消耗與平衡、體質量與體脂的聚集及干細胞的分化等方面發揮作用。最近研究發現，FTO還參與心腦血管疾病、AD[12]、腫瘤[13]等疾病的發生與發展，尤其在腫瘤發病機制方面有了進一步的研究進展。

2 FTO在腫瘤發生發展中的研究

FTO與體質量增加和肥胖有著密切的關系，而肥胖是一個多種惡性腫瘤公認的危險因素。雖然FTO在腫瘤發生發展中的機制研究還處于早期階段，但越來越多的證據表明，FTO與一些惡性腫瘤的發生、發展及預后密切相關。一項薈萃分析顯示，不同的FTO SNP與不同的癌癥如子宮內膜癌、胰腺癌和乳腺癌有關[21]。由于惡性腫瘤是多因素參與、多階段發生、長時間形成的復雜的病變過程，而FTO的作用往往不是唯一的原因，因此對其相關發病機制的研究有待進一步探討。

2.1 FTO SNP與不同類型惡性腫瘤的相關性研究 鑒于連鎖不平衡在腫瘤的遺傳定位、發生發展中發揮重要的作用，近年的研究多聚焦于SNP與不同類型惡性腫瘤的相關性方面。有研究表明，FTO基因的rs9939609、rs6499640、rs19079260和rs8050136變異已被確定與罹患子宮內膜癌風險有關[22]，而rs9939609也證實與胰腺癌的易感性有關，但與前列腺癌風險無關。目前，許多學者關注了FTO在乳腺癌中的機制，對于FTO在腫瘤中的發病機制有了進一步的探索。肥胖增加乳腺癌的患病風險，這與腫瘤的生長、侵襲、轉移和預后相關[23]。與癌旁乳腺組織相比，FTO在乳腺癌組織中表達較高，尤其是在激素受體(HR)陰性、HER2擴增的乳腺癌組織中。然而，FTO基因的遺傳多態性因種族而異。rs9939609多態性與亞洲人的癌癥風險顯著相關，其與亞洲人子宮內膜癌和胰腺癌的易感性相關[24]。由此可見，FTO SNPs可能通過調控相關基因的表達，來影響腫瘤的易感性。

2.2 FTO在腫瘤形成機制方面的相關性研究 近年來多項研究表明，FTO具有致癌基因的作用。FTO在某些急性髓細胞白血病(acute myelocytic leukemia，AML)亞型如急性早幼粒細胞白血病中顯著上調，其通過下調整體m6A水平而在腫瘤發生和發展中發揮潛在的作用[25]。研究發現，顯著富集的FTO可直接上調致癌蛋白，如MLL融合蛋白、PML-RARA、FLT3-ITD和NPM1突變體,表明FTO在促進白血病細胞轉化、AML細胞生存或增長、促進白血病生成、抑制全反式酸(all-trans-retionic acid，ATRA)誘導的AML細胞分化過程中扮演著一個重要的致癌基因角色。機制上，FTO作為m6A去甲基酶發揮作用，在轉錄后以m6A依賴的方式調控其關鍵靶向RNA的表達，如ASB2和RARA，從而發揮其致癌作用[26-27]。因此，FTO介導的ASB2/RARA軸的抑制作用與m6A水平的降低顯著促進了AMLs的致癌作用。這些發現通過調節相關腫瘤的發生和發展，強調了FTO在腫瘤中的重要致癌作用。

FTO除上述重要的致癌作用外，在腫瘤的惡性生物學行為中亦發揮重要作用。一項AML的研究顯示，R-2HG可抑制FTO活性，其通過增加m6A的mRNA水平以降低MYC/CEBPA轉錄本的穩定性，從而抑制白血病細胞的增殖，促進細胞周期的阻滯[28]。此外，FTO在人宮頸鱗癌組織中過表達與病人預后不良有關[29]。近年有研究表明，FTO亦可以通過參與能量代謝的mTOR信號通路促進內膜癌細胞的增殖[30]，但具體機制尚不清楚,有待進一步深入研究。而在乳腺癌的研究中，FTO通過PI3K/AKT信號轉導通路影響乳腺癌細胞的能量代謝，包括乳酸、ATP、丙酮酸激酶活性、己糖激酶活性等而發揮作用[31]。

2.3 FTO在分子治療靶點及與預后的相關性研究 惡性腫瘤的治療以及治療的耐藥性目前仍是一個亟待解決的問題。腫瘤干細胞通常被認為是調節治療耐藥性的關鍵因素。Zhou等[29]的研究表明，FTO參與調節宮頸鱗癌的化療耐藥。事實上，FTO調控化療耐藥的研究尚不深入，還需要進一步的功能研究來尋找相關的機制。在可能相關的分子機制研究中，FTO作為細胞傳感器，可以獲取必需的氨基酸，并將氨基酸水平與哺乳動物雷帕霉素復合物1 (mTORC-1)信號傳導到靶蛋白進行偶聯，從而發揮其耐藥作用[30]。此外，FTO的高表達與胃癌的不良預后密切相關，促進胃癌細胞的遷移、侵襲和淋巴轉移[32]。

近年來，在惡性腫瘤分子治療方面發現了多種FTO活性的選擇性小分子抑制劑。Zheng等[33]發現的MO-I-500，作為一種選擇性FTO的抑制劑，不僅可以選擇性地抑制FTO的m6A去甲基酶活性，而且可以顯著抑制三陰性炎癥性乳腺癌細胞系SUM149細胞的存活和(或)集落形成；Su等[28]的研究表明，R-2HG也是一種FTO抑制劑，它可以直接與FTO蛋白結合，并以劑量依賴的方式顯著抑制FTO的m6A去甲基酶活性，導致R-2HG處理的白血病細胞增殖受到抑制，呈現出較強的抗腫瘤作用。

3 總結與展望

FTO作為m6A的去甲基化酶，通過調節mRNA中的m6A水平，參與許多基本的生理過程，同時在各種惡性腫瘤如白血病、乳腺癌和膠質母細胞瘤等的發生、發展和治療中亦發揮著重要作用。然而，FTO在腫瘤中的確切作用及其分子機制目前尚不完全清楚，有待進一步的深入研究。伴隨其分子機制的明確，FTO將有望成為腫瘤分子診斷的潛在標志物，同時也將為腫瘤分子靶向治療藥物的研發提供新的靶點。