m7G修飾在腫瘤中的作用

湯新媛，李絮，刁鴻濤，張越

（廣東藥科大學中醫藥研究院，廣東廣州 510006）

轉錄后修飾在多種生理和病理過程中發揮關鍵作用[1-3]。迄今為止，已發現了170 多種RNA 修飾方式，主要包括6-甲基腺嘌呤（m6A）、1-甲基腺嘌呤（m1A）、5-甲基胞嘧啶（m5C）和N-7 甲基鳥嘌呤（m7G）等，分別作用于信使RNA（mRNA）、核糖體RNA（rRNA）、轉移RNA（tRNA）和長鏈非編碼RNA（lncRNA）等[1，4]。其中，m7G是轉錄后調控中最常見的堿基修飾之一，廣泛分布于tRNA、rRNA 以及真核生物mRNA 的5′帽子區[5-8]。此外，最近研究發現microRNA（miRNA）也會發生m7G甲基化修飾[9]。

m7G 修飾參與調控多種疾病，包括異常干細胞生長和分化[10]、Galloway Mowat 綜合征[11]、侏儒癥[12]等。目前大量研究表明，m7G甲基化與腫瘤的發生、發展密切相關，并參與多種生物學過程[13-15]。本文綜述重點關注m7G 修飾研究在腫瘤中的進展，特別關注m7G 在腫瘤發生和進展中的功能，以及探討m7G 研究的未來方向及臨床應用前景。

1 m7G修飾相關蛋白

酵母中的m7G 修飾相關蛋白主要是Trm8p/Trm82p異二聚體復合物和Bud23/Trm112，與其對應的是哺乳動物中的同源物METTL1/WDR4 和WBSCR22/TRMT112[16]。此外，哺乳動物中的m7G 修飾相關蛋白還包括RNMT和RAM[17]。

1.1 METTL1/WDR4

哺乳動物中，最受關注的m7G 修飾相關蛋白是甲基轉移酶樣蛋白1（METTL1），它與輔因子WD 重復結構域4（WDR4）結合，介導tRNA、miRNA 和mRNA 發生m7G 修飾[16]。同時，這種METTL1/WDR4 復合物對于正常的mRNA 翻譯、神經自我更新和譜系分化也是必不可少的[10]。

tRNA 是mRNA 翻譯過程中協助破譯遺傳密碼的關鍵分子，以往的傳統觀點認為tRNA 在所有細胞中都穩定表達，隨著研究的深入發現tRNA 的基因表達存在組織特異性和細胞類型特異性，并且tRNA 基因的表達和功能都受到轉錄后修飾的動態調節。m7G甲基化修飾是tRNA 主要修飾方式之一，m7G 修飾位于tRNA子集的46位，該子集在其可變環中含有RAGGU模體。G46 與C13 和G22 形成堿基三重作用，有助于穩定tRNA 的三級結構[18]。WDR4 基因突變可導致tRNA m7G修飾受損，降低大量生物功能相關的基因的表達，導致腦畸形、腦病和面部二型性為特征的原始性小頭畸形侏儒癥[12]以及Galloway-Mowaty綜合征[11]。

此外，miRNA也會發生由METTL1/WDR4復合物介導的m7G 修飾。METTL1/WDR4 在主要miRNA 轉錄物（pri-miRNA）的G-四聯體結構中發生m7G 修飾來促進miRNA的形成[19]。在A549細胞中，缺失METTL1 會減少let-7 miRNA 的形成并促進細胞遷移[19]。

還有，METTL1/WDR4 已被確定為mRNA 的m7G修飾蛋白。METTL1作為m7G甲基轉移酶在靶mRNA中發生m7G 修飾，而WDR4 則促進異二聚體復合物與靶mRNA 的結合[20]。這種由METTL1/WDR4 介導的m7G mRNA 修飾與翻譯效率高低有關。在HeLa 細胞中，瞬時和穩定敲除METTL1 都會顯著降低METTL1介導的m7G 修飾的相關mRNAs 的翻譯效率[20]。同時METTL1 還通過m7G 修飾促進血管內皮生長因子A（VEGFA）mRNA 的翻譯，從而刺激缺血后血管生成[21]。

1.2 WBSCR22/TRMT112

人類中另一個受關注m7G調節因子是WBSCR22/TRMT112 復合物，它介導真核細胞18 S rRNA 處的m7G 修飾[22]。有趣的是，WBSCR22 和它的代謝穩定劑TRMT112 一起參與了18 S rRNA 前體加工，而且與40 S rRNA 的前體亞單位催化活性無關，其只需提供有效的核輸出即可促進核糖體的生物發生[22-23]。沉默WBSCR22會促進細胞核中18 S rRNA 前體的積累，最終延緩18 S rRNA 的成熟[24]。這些證據表明m7G 調節因子是核糖體生物發生過程中的一種質量控制機制。

1.3 RNMT/RAM

真核細胞轉錄早期過程中，RNMT/RAM 甲基轉移酶復合物會催化發生m7G cap 修飾[25]。RAM 負責穩定RNMT結構并招募靶RNA，然后發生m7G修飾產生5′m7GpppX，它不僅保護RNA 免受核酸外切酶切割，而且還影響RNA 加工、輸出和翻譯[26]。真核翻譯起始因子4E（EIF4E）特異性地直接結合到該m7G-cap，影響靶RNA 的輸出和翻譯效率[27]。過表達RNMT/RAM 通過增加其mRNA 的m7G-cap 促進細胞周期蛋白D1（CCND1）的翻譯，從而促進乳腺上皮細胞和成纖維細胞的轉化[28]。

綜上，m7G 修飾是tRNA 可變環，真核18 S 核糖體RNA（rRNA）和mRNA 分子帽等位置中最常見的修飾之一。主要在酵母和小鼠中鑒定出含有m7G 修飾的tRNA 亞群，且在G46 處由酵母中的Trm8/Trm82 復合物和人的METTL1/WDR4 復合物催化。真核18 S rRNA 中m7G 修飾也是保守的，這種修飾由酵母中的Bud23/Trm112 復合物和人中的WBSCR22/TRMT112復合物調節以對核糖體生物發生產生潛在影響。而RNMT/RAM 甲基轉移酶復合物介導m7G-cap 修飾和增加mRNA穩定性。

2 m7G在腫瘤中的功能

m7G 修飾似乎是腫瘤發生發展中的一把雙刃劍，在不同類型的腫瘤中發揮不同的作用。m7G甲基轉移酶通常在癌癥中異常表達，并催化tRNA 或miRNA 中的m7G 修飾，最終影響靶基因表達并調節腫瘤相關的生物學功能。在此，本文總結了m7G 修飾在多種腫瘤中潛在的分子機制、功能以及作用。見表1。

表1 m7G修飾在多種腫瘤中的作用機制Table 1 Molecular mechanisms of m7G modification in tumors

2.1 m7G與肺癌

在全球所有惡性腫瘤中，肺癌（LC）的發病率和病死率最高[29]。METTL1 和WDR4 在肺癌中高表達，促進肺癌細胞的增殖、遷移和侵襲，并與肺癌患者的不良預后呈正相關[30]。METTL1/WDR4 復合物通過介導tRNA m7G 修飾，調控細胞周期蛋白CCND3 和CCNE1發揮致癌作用[30]。此外，最新的研究還表明METTL1在A549 細胞中通過調控AKT/mTORC1 信號通路，促進細胞自噬和增殖[31]。但也有不同的報道，這些研究顯示，在肺癌中METTL1與let-7e miRNA前體結合，影響let-7e miRNA 成熟體表達，并通過負性調節HMGA2 抑制A549 細胞的增殖[19]。綜上，METTL1 在肺癌中的作用及機制仍需進一步研究。

2.2 m7G與肝癌

肝細胞癌（HCC）是最常見的惡性腫瘤之一，每年約有超過80 萬新發病例和78 萬死亡病例[32]。與癌旁組織相比，METTL1 和WDR4 在肝癌組織中表達顯著升高，抑制METTL1/WDR4 會降低tRNA m7G 修飾延緩肝癌進展[13]。研究顯示，METTL1 和WDR4 的表達與肝癌患者瘤分期、分級及預后具有顯著的相關性[33]。

METTL1/WDR4 介導tRNA m7G 修飾調節細胞周期蛋白A2（CCNA2）、表皮生長因子受體（EGFR）和血管內皮生長因子A（VEGFA）mRNA 的翻譯[13]，促進肝癌細胞增殖和遷移。并且，與對照小鼠相比，METTL1基因敲除小鼠的肝癌發生率降低，腫瘤形成速度減慢，腫瘤形成能力減弱。WDR4[34]通過增加G2/M 細胞周期轉換抑制肝癌細胞凋亡，同時通過影響上皮-間充質轉換（EMT）過程增強轉移和索拉非尼耐藥性。并且，WDR4 通過促進真核翻譯起始因子2A（EIF2A）與CCNB1 mRNA 轉錄物的結合來促進細胞周期蛋白B1（CCNB1）的轉錄。在肝內膽管癌中，METTL1/WDR4介導tRNA m7G 修飾，通過激活EFGR 和VEGFA 信號通路中的Akt和MAPK，促進肝癌細胞增殖和遷移。

此外，WBSCR22[35]和RNMT 在肝癌中也發揮重要作用，與癌旁組織相比，WBSCR22 和RNMT 的啟動子在HCC 中去甲基化。沉默WBSCR22 或RNMT 會抑制肝癌細胞增殖和侵襲。總之，RNA m7G 修飾選擇性促進致癌因子轉錄和相關基因的翻譯，影響肝腫瘤的發生和發展。

2.3 m7G與結腸癌

結腸癌（CC）是全世界范圍內發生最廣泛的消化道惡性腫瘤。METTL1 在結腸癌中表達降低，促進結腸癌細胞凋亡，并抑制腸癌細胞的增殖、遷移和侵襲[36]。METTL1/WDR4 復合物以m7G 依賴的方式促進let-7e miRNA 合成，介導下游靶基因高遷移率家族AT-hook 2（HMGA2）抑制結腸癌細胞的增殖、遷移和侵襲。此外，METTL1 通過促進miR-149-3p、P53 表達并同時降低S100 鈣結合蛋白A4（S100A4）的表達，增強結腸癌細胞對順鉑藥物的敏感性[37]。

WBSCR22[38]在CC 中也顯著過度表達，是患者生存率低的預測因素。缺失WBSCR22 可以激活奧沙利鉑誘導的細胞凋亡，顯著降低CC 對奧沙利鉑的耐藥性。m7G修飾參與CC多種腫瘤進展相關過程，這可能成為CC治療的新靶點。

2.4 m7G與頭頸癌

頭頸部鱗狀細胞癌（HNSCC）是頭頸部最常見的惡性腫瘤，由口腔、咽和喉的粘膜上皮發展而來[39]。HNSCC生長迅速，惡性程度高，預后較差，嚴重威脅人類健康。在頭頸部鱗狀細胞癌中METTL1 和WDR4表達異常增高，促進HNSCC發生、發展。

METTL1/WDR4增加tRNA 的m7G修飾，通過m7G tRNA 解碼的密碼子依賴方式，激活HNSCC 癌中雷帕霉素復合物（mTORC）信號通路的磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/Akt/哺乳動物靶點，促進腫瘤發生[40-41]。值得注意的是，METTL1參與TIME 重塑。METTL1基因敲除小鼠具有抗腫瘤微環境，具有較高的CD4+memory T 細胞、CD4+naive T 細胞和CD8+naive T 細胞浸潤，以及較低的Tregs 和Th17 細胞浸潤。同時，在METTL1基因敲除小鼠中，癌細胞和巨噬細胞之間的相互作用[白細胞介素1β（IL1β）-白細胞介素1 受體2 型（IL1R2）]也受到抑制[40]。綜上所述，這些發現為METTL1/WDR4 相關的HNSCC 治療策略提供了證據。

2.5 m7G與膠質瘤

膠質瘤（Glioma）是最常見的中樞神經系統腫瘤，METTL1 在膠質瘤中表達異常增加，并隨著腫瘤分級的增加而增加，同時，在膠質瘤中METTL1 還表現出高水平的基因組擴增[42]。METTL1[43]作用于腫瘤相關的MAPK 信號通路增強膠質瘤的增殖和生長。WBSCR22[44]在膠質瘤中也異常上調，通過調節PI3K/Akt/GSK3β信號通路促進膠質瘤細胞生長和轉移。沉默WBSCR22 減少Akt 和GSK3β的磷酸化，調節細胞內CCND1和β-連環蛋白的水平，從而可抑制膠質瘤的進展。這些發現為治療膠質瘤提供了更多可能。

2.6 m7G與胰腺癌

胰腺癌（PC）特點是高侵襲性和致命性，患者5 年內生存率不超過10%[45]。WBSCR22 在PC 樣本中下調，下調程度與患者存活時間相關。致癌因子干擾素刺激基因15（ISG15）在PC 標本中顯著上調，促使癌細胞增殖、侵襲和腫瘤形成。研究表明，WBSCR22 與TRMT112 共同減弱ISG15 的翻譯發揮抑制腫瘤作用[46]。綜上，m7G 修飾可能是未來PC 治療的一種新方式。

2.7 m7G與其他癌癥

METTL1在其他腫瘤中也表達上調。包括浸潤性乳腺癌[42]（BRCA）、腎透明細胞癌[43]（KIRC）、食管鱗狀細胞癌[41]（ESCC）、膀胱癌[47]（BC）、鼻咽癌[48]（NPC）、直腸癌[49]（READ）和子宮內膜癌[50]（UCEC）。

ESCC 中METTL1 和WDR4 的表達異常上調，抑制自噬相關途徑（mTOR 調節相關蛋白（RPTOR）和Unc-51 樣自噬激活激酶1（ULK1））負性調節因子的轉錄水平[41]。并且，METTL1的過度表達將以m7G tRNA密碼子依賴的方式介導m7G tRNA修飾，上調EGFR和含EGF 的纖維蛋白細胞外基質蛋白1（EFEMP1）的水平，以激活EFGR 通路并促進膀胱腫瘤的發生[47]。此外，沉默METTL1 和WDR4 降低鼻咽癌的腫瘤發生幾率，顯著抑制腫瘤的生長、遷移和侵襲，促進腫瘤細胞凋亡[48]。

3 m7G在腫瘤治療中的應用

射頻消融（RFA）是肝細胞癌（HCC）的重要治療方法[51]，發現在RFA 后復發性HCC 中METTL1 表達增強，伴隨著CD11b+CD15+PMN-MDSCs增加和CD8+T淋巴細胞減少[52]。METTL1 上調通過誘導髓源性抑制細胞（MDSCs）增強TGF-β2 翻譯形成免疫抑制環境。肝臟特異性過表達或敲除METTL1 顯著影響PMN-MDSCs 的積累并隨后影響CD8+T 淋巴細胞浸潤。與假手術相比，完全RFA（cRFA）成功消除了腫瘤，而不完全消融（iRFA）治療的小鼠表現出腫瘤生長和轉移增強，PMN-MDSCs積累增加，CD8+T淋巴細胞減少，METTL1表達和m7G tRNA修飾增強[53]。

METTL 家族是一類RNA 修飾蛋白，與細胞的復制、遷移和侵襲等過程有重大關聯。在特定癌細胞中這些蛋白高表達，包括某些腦癌、皮膚癌和胰腺癌細胞等，且與患者的不良預后直接相關。此前研究者Tzelepis 等[54]利用CRISPR-Cas9 基因編輯技術對癌細胞的易感位點進行了篩選，最后確定了METTL1基因作為新型藥物開發的靶點，METTL1 基因能產生RNA修飾METTL1 蛋白。研究發現，METTL1 基因發生突變導致METTL1 蛋白水平升高，促進細胞快速復制，形成致癌轉變，從而產生高度侵襲性的腫瘤組織[55]。

研究人員發現敲除METTL1 基因可以抑制METTL1 蛋白產生和癌細胞的生長，而不損傷健康細胞。這表明，METTL1 蛋白或許能作為一種新型癌癥療法的潛在靶點[55]。最近研究人員開發了一種類似于蛋白質METTL3 的小分子抑制劑[56]來治療急性髓性白血病（AML），該藥物于2022 年進入臨床試驗階段；研究人員希望該研究能提供強有力的證據來幫助開發靶向作用METTL1 的類似藥物，從而用于治療一系列攜帶METTL1基因突變或存在高水平METTL1蛋白的侵襲性癌癥類型。

4 展望

1957 年發現了第1 個RNA 修飾，而到目前為止其中tRNA 修飾所占有的數量和種類最多。盡管研究了60 多年，但tRNA 亞群可變環46 位的N7-甲基鳥苷（m7G）修飾仍然還有很多未知秘密等待我們探索。m7G tRNA 修飾是最常見的tRNA 修飾之一，其依賴于酵母中Trm8p/Trm82p 異二聚體復合物和Bud23/Trm112 的m7G 甲基轉移酶活性[16]（哺乳動物中的METTL1/WDR4 和WBSCR22/TRMT112 復合物）。哺乳動物中，甲基轉移酶樣蛋白1（METTL1）與輔因子WD 重復結構域4（WDR4）結合，介導tRNA、miRNA和mRNA發生m7G修飾[16]。RNA鳥嘌呤-7甲基轉移酶（RNMT）及其輔因子RNMT 激活微小蛋白（RAM）調控mRNA 5'端的m7G 修飾[25]。Williams-Beuren 綜合征染色體區域22（WBSCR22）和tRNA 甲基轉移酶激活亞基11-2（TRMT112）參與介導rRNA 中的m7G 甲基化[22]。

本文闡述了m7G 修飾及其相應調節因子在癌癥中的生理和病理功能。盡管與m7G 相關的研究仍處于初步階段，但現有研究足以表明m7G 在腫瘤發展過程中的關鍵作用。m7G甲基轉移酶的功能是確保在靶RNA 的特定位置發生m7G 修飾，從而影響RNA 分子（包括mRNA、miRNA 和rRNA）的產生、結構和成熟，最終調節翻譯過程。

但m7G 修飾似乎是腫瘤進展中的一把雙刃劍。m7G 調節因子在多種腫瘤中異常表達，且在不同類型的腫瘤中發揮不同作用。例如，METTL1在LC、HCC、HNSCC、Glioma、ESCC、BC和NPC中顯著過度表達并促進腫瘤的發生和發展，而在CC 中發揮顯著的抗癌作用。WBCCR22 促進Glioma、HCC 和CC 的進展而抑制PC 發育。這些m7G 調節因子通過影響各種RNA的m7G 修飾來發揮生物學功能。m7G 修飾與各種RNA 之間的相互作用對癌細胞的生長、增殖、侵襲和轉移有很大影響。此外，m7G 修飾也參與腫瘤的耐藥性。METTL1 與各種腫瘤的化療敏感性有關：過表達METTL1 增加CC 對順鉑的敏感性，而穩定敲除METTL1 可以緩解NPC 對順鉑和多西紫杉醇的耐藥性。在HCC 中，WDR4 通過促進EMT 過程提高索拉非尼耐藥性。METTL1和WDR4還與免疫抑制性腫瘤微環境相關，并參與調節各種免疫細胞的浸潤和癌細胞與免疫細胞之間的相互作用，這可能為未來的免疫治療方法提供潛在的思路[40，57]。

總之，m7G修飾參與多種生理和病理活動，尤其是腫瘤的發生和進展；然而，我們對m7G 調節因子的了解尚不全面。到目前為止，只發現3 種甲基轉移酶復合 物，即METTL1/WDR4、WBSCR22/TRMT112 和RNMT/RAM。關于m7G 修飾的復雜過程仍然未完全清楚，尤其在腫瘤中m7G 和其他轉錄后修飾是否存在相互協同影響并發揮更多作用，有必要進行進一步的機理研究。