RNA m7G甲基化修飾的生物學(xué)功能及其在癌癥中的作用

瀏覽次數(shù)：652　發(fā)布日期：2023-12-21　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

m7G修飾是RNA轉(zhuǎn)錄后修飾之一，存在于許多不同類型的RNA中。通過對(duì)RNA中m7G修飾的準(zhǔn)確鑒定，揭示了m7G在基因表達(dá)調(diào)控和不同生理功能中的作用。越來越多的證據(jù)表明，m7G修飾在癌癥發(fā)生中至關(guān)重要。本文綜述了m7G的檢測(cè)技術(shù)、分布、生物學(xué)功能和調(diào)控因子的最新研究進(jìn)展，還總結(jié)了m7G修飾與癌癥發(fā)展、耐藥性和腫瘤微環(huán)境之間的關(guān)系，并討論了未來的研究方向和趨勢(shì)。

Introduction
表觀遺傳學(xué)是指在不改變基因核苷酸序列的情況下基因表達(dá)的可遺傳變化，包括DNA甲基化、組蛋白修飾和RNA修飾。近年來，RNA修飾成為新的研究熱點(diǎn)，已鑒定出170多種RNA修飾，包括N6甲基腺苷（m6A）、N7甲基鳥苷（m7G）、5-甲基胞嘧啶（m5C）、N1甲基腺苷（m1A）、N3甲基胞胞嘧啶（m3C）和假尿苷（ψ）（圖1），在RNA代謝和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用。隨著測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，m7G已成為RNA修飾的新研究熱點(diǎn)。

圖1：常見RNA修飾的分子式
（A）Ψ （B）m3C （C）m5C （D）m6A （E）m1A （F）m7G

在真核生物、原核生物和古細(xì)菌中經(jīng)常觀察到帶正電荷的m7G修飾。m7G修飾通常存在于mRNA、tRNA、rRNA、miRNA和真核生物mRNA的5′cap端，幾乎影響RNA代謝的整個(gè)過程，包括pre-mRNA剪接、mRNA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、轉(zhuǎn)錄、翻譯和出核。2019年，Zhang等人首次證實(shí)哺乳動(dòng)物mRNA中存在m7G，并率先發(fā)明了一種新型表觀遺傳學(xué)測(cè)序方法（m7G-seq），揭示m7G修飾的分布位點(diǎn)，為m7G后續(xù)修飾的相關(guān)研究奠定了基礎(chǔ)。

m7G不僅參與RNA的正常生理代謝，而且最近研究還表明，m7G和相關(guān)調(diào)節(jié)因子在腫瘤中似乎相當(dāng)失調(diào)。因此本文綜述了m7G修飾的生物學(xué)作用、腫瘤發(fā)生的潛在分子機(jī)制以及進(jìn)一步研究的前景。

m7G修飾的檢測(cè)方法
RNA修飾檢測(cè)是研究m7G修飾基因表達(dá)調(diào)控的基礎(chǔ)。主要方法包括定量檢測(cè)和高通量測(cè)序（表1）。前者以液相色譜-質(zhì)譜（LC-MS/MS）和Northern blot為代表，用于分析tRNA中m7G整體修飾程度。此外，rRNA m7G修飾水平可以通過引物延伸檢測(cè)。然而上述技術(shù)的分辨率有限，無法在單核苷酸堿基分辨率下檢測(cè)m7G修飾位點(diǎn)。

表1：m7G修飾常用檢測(cè)方法

高通量測(cè)序是指使用抗體免疫沉淀或化學(xué)方法準(zhǔn)確定位RNA中m7G修飾位點(diǎn)�；诳贵w的分析主要包括甲基化RNA免疫沉淀與下一代測(cè)序結(jié)合（m7G MERIP-Seq）和免疫沉淀測(cè)序（m7G-miCLIPseq）。由于抗體的非特異性結(jié)合，兩種測(cè)序方法都容易出現(xiàn)假陽性。前者只能檢測(cè)哪些mRNAs發(fā)生m7G甲基化修飾，而后者可以以單堿基分辨率鑒定特定m7G修飾位點(diǎn)。基于化學(xué)檢測(cè)的分析主要有兩種類型，一種是化學(xué)還原法和逆轉(zhuǎn)錄方法，如m7G MAP-seq、m7G-seq。m7G-seq利用化學(xué)還原和脫氨作用選擇性將m7G位點(diǎn)轉(zhuǎn)化為堿性位點(diǎn)，并通過逆轉(zhuǎn)錄酶成功檢測(cè)mRNA中的m7G信號(hào)。m7G MAP-seq通過硼氫化鹽將m7G位點(diǎn)還原為堿性位點(diǎn)，通過逆轉(zhuǎn)錄直接記錄為cDNA突變并測(cè)序。另一種是化學(xué)裂解介導(dǎo)的檢測(cè)，如堿性水解和苯胺裂解測(cè)序（AlkAniline-Seq）和tRNA還原和切割測(cè)序（TRAC-Seq）。AlkAniline-Seq通過苯胺裂解產(chǎn)生5'-磷酸鍵，用于文庫制備。TRAC-Seq在原理上相似，只是前者使用總RNA作為起始材料，而后者使用小RNA作為起始材料，并加入AlkB去甲基化和硼氫化鹽還原步驟，從而實(shí)現(xiàn)tRNA高效逆轉(zhuǎn)錄。上述四種化學(xué)方法都以單核苷酸分辨率檢測(cè)m7G修飾位點(diǎn)，但由于m7G位點(diǎn)的部分還原、脫氨和裂解，其準(zhǔn)確性仍然較差。為此，Zhang等人進(jìn)一步優(yōu)化m7G-Seq，開發(fā)了m7G-quant-Seq，實(shí)現(xiàn)tRNA內(nèi)m7G位點(diǎn)的高效還原和純化。

RNA中的m7G修飾
近年來隨著測(cè)序方法的不斷改進(jìn)，鑒定RNA甲基化的整體修飾水平和內(nèi)部位點(diǎn)已成為可能。m7G修飾已被證明存在于mRNA、tRNA和rRNA中（圖2），并在人體的正常生理功能中發(fā)揮重要作用（圖3）。

圖2：m7G在RNA中修飾的過程和位點(diǎn)。

m7G修飾存在于mRNA的5’cap、5’UTR和A-G富集區(qū)域。其中5’cap甲基化由RNMT/RAM介導(dǎo)，mRNA甲基化由METTL1/WDR4介導(dǎo)。METTL1/WDR4在tRNA G46位點(diǎn)催化m7G甲基化酶。甲基轉(zhuǎn)移酶WBSCR22/TRMT112催化18s rRNA G1639位點(diǎn)

圖3：RNA代謝參與m7G修飾過程。

m7G調(diào)控因子參與RNA的轉(zhuǎn)錄后延伸、剪接、多腺苷酸化、出核和翻譯，還穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄后RNA結(jié)構(gòu)

mRNA中的m7G修飾
真核生物mRNA m7G最早發(fā)現(xiàn)于其5'端。RNMT/RAM甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體以SAM為甲基供體，在鳥嘌呤核苷酸的N7位點(diǎn)形成m7G（5'）ppp（5'”）X的“cap”結(jié)構(gòu)。m7G cap與真核生物翻譯起始因子（elF4E）結(jié)合并參與翻譯起始。它可以與cap結(jié)合復(fù)合物互作，招募Npl3和Yra1，并增加mRNA出核；可以抵抗相關(guān)RNA水解酶活性，并穩(wěn)定mRNA結(jié)構(gòu)。

此外，mRNA中也有許多m7G修飾位點(diǎn)。Zhang等人發(fā)現(xiàn)，敲除m7G cap后，哺乳動(dòng)物mRNA中的m7G占比0.02%-0.05%�；贛ERIP-seq和逆轉(zhuǎn)錄方法，利用m7G易發(fā)生化學(xué)還原反應(yīng)的特性，開發(fā)了一種新的測(cè)序方法——m7G-seq，實(shí)現(xiàn)了m7G修飾在mRNA內(nèi)堿基分辨率的精確定位。使用這項(xiàng)技術(shù)，他們發(fā)現(xiàn)m7G在mRNA 5'UTR、編碼序列（CDSs）和3'UTR以及AG富集區(qū)域中顯著富集。Malbec等人通過m7G-miCLIP-seq在人和小鼠細(xì)胞中mRNA 5’端AG富集的非編碼區(qū)發(fā)現(xiàn)了m7G peaks；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)盡管m7G修飾在哺乳動(dòng)物中高度保守，但在應(yīng)激條件下mRNA中的m7G修飾動(dòng)態(tài)調(diào)控。一旦發(fā)生熱休克和氧化應(yīng)激，mRNA CDSs和3'UTR區(qū)域中m7G修飾豐度顯著增加，5'UTR中m7G修飾豐度明顯降低，mRNA翻譯效率提高�？紤]到3'UTR是基因表達(dá)和翻譯的關(guān)鍵調(diào)控區(qū)，有理由懷疑3'UTR中的m7G修飾位點(diǎn)是調(diào)節(jié)mRNA翻譯效率的開關(guān)。

ncRNA中的m7G修飾
m7G修飾不僅在調(diào)控mRNAs翻譯中起著重要作用，而且對(duì)ncRNAs表達(dá)和功能也具有重要意義。

目前，tRNA中的m7G修飾研究最多�？勺儹h(huán)第46位的N7鳥嘌呤原子通常被tRNA甲基轉(zhuǎn)移酶甲基化，生成m7G46。它與L型tRNA結(jié)構(gòu)中C13-G22堿基對(duì)的氫鍵（hydrogen bond）互作，形成一種特殊帶正電荷的M7G46-C13-G22結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定tRNA的三維核心。m7G46于1965年首次在酵母tRNA中檢測(cè)到，通過Trm8p/Trm82p異二聚體復(fù)合體形成m7G修飾。后來Zhang等人使用m7G-Seq證實(shí)了哺乳動(dòng)物tRNA中m7G修飾的存在。與mRNA類似，ncRNA中的m7G修飾位點(diǎn)在AG序列中也顯著富集。反密碼子區(qū)域的tRNA修飾在翻譯調(diào)控中至關(guān)重要，并通過提高癌基因的翻譯效率來促進(jìn)癌癥發(fā)生和發(fā)展。同時(shí)，一旦tRNA中的m7G46修飾缺失，會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)發(fā)育相關(guān)疾病，表明m7G-tRNA參與神經(jīng)譜系正常分化。

rRNA中也存在m7G修飾。在酵母18S rRNA上，位于P位點(diǎn)和E位點(diǎn)tRNA之間脊上的G1575被Bud23-Trm112甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體N7甲基化，而人類18S RNA G1639位點(diǎn)具有類似結(jié)構(gòu)。此外已經(jīng)證明細(xì)菌16s RNA G1405位點(diǎn)被選擇性甲基化以形成m7G修飾，導(dǎo)致對(duì)氨基糖苷類藥物的耐藥性。然而m7G修飾在rRNA中的作用尚不完全清楚，需要進(jìn)一步研究。

m7G修飾也發(fā)生在miRNA中。Pandolfini等人通過開發(fā)硼氫化物還原測(cè)序（BoRed-seq）技術(shù)，成功在miRNAs let-7e-5p特定亞群的G11位點(diǎn)鑒定出m7G修飾。m7G促進(jìn)miRNA中G-四鏈體產(chǎn)生，并有助于pre-miRNA加工。Enroth等人利用m7G-maP-seq在包括人Let-7e在內(nèi)的miRNA中未檢測(cè)到m7G修飾。因此，需要更多的高通量測(cè)序技術(shù)來進(jìn)一步檢測(cè)miRNA中的m7G修飾。

m7G的調(diào)控因子
m7G修飾及相關(guān)調(diào)控因子在維持人體正常生理功能和癌癥發(fā)生中起著重要作用。到目前為止，哺乳動(dòng)物中的m7G調(diào)控因子包括METTL1/WDR4、RNMT/RAM和WBSCR22/TRMT112等甲基轉(zhuǎn)移酶，可以將活性甲基從供體轉(zhuǎn)移到鳥gan第N7位的RNA核糖體，形成m7G修飾。

METTL1/WDR4
METTL1是最典型的RNA m7G甲基轉(zhuǎn)移酶，通常與WDR4形成復(fù)合體來催化甲基化反應(yīng)。METTL1位于12q13區(qū)，含有276個(gè)氨基酸，可折疊成8個(gè)α-helice和7個(gè)β-sheet。METTL1在體內(nèi)和體外被PKB和RSK在Ser27位點(diǎn)磷酸化，失去活性并促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)。WDR4是WD重復(fù)蛋白家族成員，位于21q22.3區(qū)，含有412個(gè)氨基酸，可折疊成4個(gè)α-helice和28個(gè)β-sheet，是酵母Trm8p/Trm82p同源物。研究表明，WDR4表達(dá)與METTL1蛋白水平顯著相關(guān)，表明WDR4是METTL1的重要輔因子。METTL1/WDR4復(fù)合體通常能夠在tRNA可變環(huán)的G46位點(diǎn)引入m7G修飾，穩(wěn)定并影響tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)和功能，并受胰島素和相關(guān)生長(zhǎng)因子調(diào)控。METTL1/WDR4復(fù)合體參與胚胎干細(xì)胞的自我更新和分化，在小鼠胚胎干細(xì)胞（mESC）中，METTL1基因被敲低。一方面會(huì)影響細(xì)胞分裂和集落形成率，另一方面干擾胚胎干細(xì)胞向神經(jīng)譜系分化，并促進(jìn)內(nèi)胚層和中胚層譜系分化。而WDR4突變會(huì)導(dǎo)致獨(dú)特的小頭原發(fā)性侏儒癥，伴有明顯的面部和大腦畸形和癲癇發(fā)作，可能由tRNA中m7G甲基化修飾減少誘導(dǎo)。最近研究還表明，較低的METTL1/WDR4與唐氏綜合征、多發(fā)性硬化癥、腦缺血和阿爾茨海默病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病之間存在強(qiáng)相關(guān)性。具體機(jī)制有待今后進(jìn)一步闡明。

同時(shí)，METTL1/WDR4復(fù)合體能夠通過tRNA m7G修飾變化來介導(dǎo)mRNA翻譯有效性。研究表明METTL1沉默會(huì)損害m7G tRNA修飾，導(dǎo)致tRNA結(jié)合位點(diǎn)（位點(diǎn)A）的核糖體懸浮液增加，并阻斷核糖體易位，從而降低蛋白質(zhì)豐度，降低細(xì)胞內(nèi)mRNA的整體翻譯效率。相反，由于METTL1上調(diào)而導(dǎo)致mRNA翻譯效率增加與癌癥發(fā)展密不可分。研究表明，METTL1上調(diào)導(dǎo)致m7G tRNA（尤其是Arg-TCT tRNA）的甲基化修飾水平增加，從而減少了AGA密碼子區(qū)域的核糖體停頓，并促進(jìn)與細(xì)胞周期和致癌mRNA調(diào)控相關(guān)的mRNA翻譯效率，導(dǎo)致癌癥發(fā)生和進(jìn)展。
此外，METTL1還可以促進(jìn)缺血后血管生成。研究表明，METTL1能夠以m7G修飾依賴性方式增加VEGFA mRNA翻譯，并促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移。這可能成為缺血性腦部疾病的新治療靶點(diǎn)。

WBSCR22/TRMT112
WBSCR22/TRMT112作為酵母Bud23-Trm112的功能同源物，已被證明是一種m7G甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體，參與18S rRNA的m7G甲基化修飾。WBSCR22最初被鑒定為威廉姆斯綜合征（Williams syndrome）中發(fā)現(xiàn)的26個(gè)基因之一，包含核定位信號(hào)和高度保守的S-腺苷-L-甲硫氨酸結(jié)合基序（motif）。WBSCR22參與器官再生和傷口愈合過程，增強(qiáng)糖皮質(zhì)激素受體功能，調(diào)節(jié)肺部炎癥，并與癌癥發(fā)生和耐藥性相關(guān)。微小進(jìn)化保守蛋白TRMT112通過WBSCR22輔因子參與rRNA m7G修飾，TRMT122對(duì)WBSCR22代謝穩(wěn)定至關(guān)重要，兩者組裝成異二聚甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體，促進(jìn)pre-rRNA加工合成18S rRNA，并在18S rRNA G1639位點(diǎn)發(fā)生m7G修飾。
Pre-rRNA加工不需要WBSCR22甲基轉(zhuǎn)移酶的催化活性。在WBSCR22甲基轉(zhuǎn)移酶的關(guān)鍵功能殘基上取代氨基酸突變體對(duì)Pre-rRNA加工沒有影響。但如果WBSCR22基因沉默，成熟18S rRNA數(shù)量將顯著減少，表明甲基轉(zhuǎn)移酶可以在Pre-rRNA加工后幫助成熟rRNA甲基化修飾，而不依賴于其催化作用。18S rRNA m7G1639的功能尚不清楚，但其高度保守性對(duì)核糖體的翻譯過程有重要影響。

RNMT/RAM
人RNMT也是m7G修飾的調(diào)控因子，是一種由476個(gè)氨基酸組成的核蛋白。RNMT和T細(xì)胞之間可能存在互作。RNMT是TCR刺激誘導(dǎo)T細(xì)胞活化的關(guān)鍵介質(zhì)。同時(shí)活化的T細(xì)胞也有助于RNMT通過m7G帽合成mRNA、rRNA和snoRNA，特異性調(diào)控核糖體豐度，提高翻譯效率。RAM是由RNMT激活的亞基，兩者相互結(jié)合形成穩(wěn)定的復(fù)合體結(jié)構(gòu)，有助于在mRNA修飾的5’cap端引入m7G，并促進(jìn)mRNA成熟。此外RAM促進(jìn)甲基供體招募，增強(qiáng)RNMT甲基轉(zhuǎn)移酶活性，并調(diào)節(jié)m7G修飾以及mRNA帽上相關(guān)基因的表達(dá)。

癌癥中m7G的異常表達(dá)
盡管目前對(duì)m7G修飾的研究還不夠充分，但越來越多證據(jù)表明，m7G修飾參與癌癥發(fā)生發(fā)展機(jī)制，并與耐藥性相關(guān)。m7G修飾在各種最常見癌癥中的作用（圖4）和相關(guān)機(jī)制（圖5）如下：

圖4：m7G修飾在各種腫瘤中的異常表達(dá)。

m7G調(diào)控因子作為促進(jìn)劑促進(jìn)HCC、NPC、ICC、HNSCC、BC、LC、ESCC、NBL、膠質(zhì)瘤（Glioma）的增殖和進(jìn)展，并作為抑制劑抑制PC的發(fā)展。
HCC：肝細(xì)胞癌；NPC：鼻咽癌；ICC：肝內(nèi)膽管癌；HNSCC：頭頸部鱗狀細(xì)胞癌；LC：肺癌；ESCC：食管鱗狀細(xì)胞癌；NBL：神經(jīng)母細(xì)胞瘤；BC：膀胱癌；PC：胰腺癌

圖5：m7G修飾在癌癥發(fā)生發(fā)展中的調(diào)控機(jī)制

肝癌（Liver cancer）
肝癌是世界第五大常見癌癥，是男性和女性癌癥相關(guān)死亡的第二和第四大病因，預(yù)后極差。原發(fā)性肝癌主要包括肝細(xì)胞癌（HCC）和肝內(nèi)膽管癌（ICC），前者來源于肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞，占肝細(xì)胞癌發(fā)病率的80%。后者來源于膽管上皮細(xì)胞，比HCC惡性程度更高，三年生存率僅為30%。
研究表明，m7G tRNA修飾及其甲基轉(zhuǎn)移酶METTL1、WDR4和WBSCR22在HCC中顯著升高，促進(jìn)肝細(xì)胞癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲。在HCC中，METTL1敲除會(huì)導(dǎo)致tRNA m7G修飾減少，mRNA翻譯效率嚴(yán)重受損，細(xì)胞周期蛋白A2、EGFR和VEGFA蛋白表達(dá)水平降低。同時(shí)，EGFR和VEGFA的下游信號(hào)通路Akt和MAPK活性降低，使細(xì)胞周期停滯，抑制HCC進(jìn)展。METTL1還可以通過下調(diào)PTEN通路活性來促進(jìn)HCC進(jìn)展，表明METTL1可以通過多種通路在肝細(xì)胞癌發(fā)展中發(fā)揮調(diào)控作用。同時(shí)WDR4促進(jìn)G2/M細(xì)胞周期轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致細(xì)胞增殖。通過促進(jìn)EIF2A與CCNB1mRNA結(jié)合，CCNB1翻譯效率提高，激活PI3K/AKT信號(hào)通路，協(xié)助EMT轉(zhuǎn)化。CCNB1可以泛素化p53并降解p53，從而促進(jìn)癌變。WBSCR22調(diào)控腫瘤的主要機(jī)制正在研究中，毫無疑問METTL1、WDR4和WBSCR22是未來治療肝細(xì)胞癌的潛在靶點(diǎn)。

此外，METTL1/WDR4復(fù)合體在ICC中也顯著上調(diào)。METTL1敲除降低了mRNA的總翻譯水平，因?yàn)樗鼘?dǎo)致m7G tRNA依賴性解碼密碼子頻率降低和核糖體停頓增加。METTL1敲除不會(huì)改變癌癥相關(guān)基因mRNA水平，但其翻譯效率受損，導(dǎo)致細(xì)胞周期相關(guān)蛋白如CCNA2、CCND2、CDK6、CDK8和EGFR下降，從而影響腫瘤進(jìn)展。

頭頸部鱗狀細(xì)胞癌（HNSCC）
頭頸部鱗狀細(xì)胞癌（HNSCC）來源于口腔、咽部和喉部的粘膜上皮細(xì)胞，是世界第六大常見癌癥。METTL1/WDR4復(fù)合體上調(diào)促進(jìn)腫瘤發(fā)展和轉(zhuǎn)移。機(jī)制上METTL1/WDR4復(fù)合體減少降低了tRNA m7G水平，并抑制參與PI3K/AKT/mTOR相關(guān)通路基因的mRNA翻譯。由于PI3K/AKT/mTOR通路磷酸化水平降低，其下游相關(guān)蛋白包括Cyclin D1、波形蛋白（Vimentin）、MMP9、Bcl-2和P-S6K表達(dá)降低，抑癌基因bax表達(dá)增加。同時(shí)研究表明，METTL1介導(dǎo)的PI3K/AKT/mTOR通路磷酸化促進(jìn)了HNSCC發(fā)展，靶向METTL1將成為未來重要的治療靶點(diǎn)。
鼻咽癌（NPC）是一種HNSCC，但其流行病學(xué)和發(fā)病機(jī)制與HNSCC并不完全相同。NPC中METTL1/WDR4上調(diào)增加m7G tRNA表達(dá)，并通過上調(diào)WNT/β-catenin信號(hào)通路，增加EMT轉(zhuǎn)化并促進(jìn)癌變。

膀胱癌（BC）
膀胱癌（BC）是世界第九大常見惡性腫瘤，尿上皮癌是其主要病理類型。近年來人們發(fā)現(xiàn)METTL1增加與BC出現(xiàn)呈正相關(guān)。機(jī)制上METTL1通過促進(jìn)tRNA m7G修飾來增加tRNA解碼頻率，從而提高EGFR/EFEMP1翻譯效率，并抑制其下游信號(hào)通路FAK/Akt信號(hào)。另一項(xiàng)研究表明，METTL1通過miR-760軸影響B(tài)C進(jìn)展。METTL1以m7G依賴方式促進(jìn)pre-miR-760加工，并有助于miR-760成熟。miR-760增加將下調(diào)致癌蛋白AFT3，表明METTL1通過m7G-miR-760/ATF3軸調(diào)節(jié)BC進(jìn)展。由于miRNA傾向于與其靶向mRNA 3'非編碼區(qū)結(jié)合，從而沉默mRNA表達(dá)。METTL1可能成為BC治療的重要潛在靶點(diǎn)。

肺癌
近年來，肺癌發(fā)病率逐漸上升，死亡率居世界首位。盡管肺癌靶向治療取得了突破，但5年生存率僅不到20%。METTL1和WDR4在肺癌組織中表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和遷移。METTL1缺失會(huì)降低m7G tRNA表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子CCND3和CCNE1 mRNA翻譯效率降低。METTL1通過AKT/mTORC1信號(hào)通路抑制A549細(xì)胞增殖和自噬。Pandolfifini等人發(fā)現(xiàn)METTL1通過促進(jìn)m7G miRNAs加工而減少肺癌遷移。METTL1通過AKT/mTORC1信號(hào)通路抑制A549細(xì)胞的增殖和自噬，這可能是由于miRNAs抑制靶基因翻譯。METTL1對(duì)肺癌發(fā)生既正調(diào)控作用，也具有負(fù)調(diào)控作用。

食管癌
食管癌是世界第八大常見惡性腫瘤，主要分為食管鱗狀細(xì)胞癌（ESCC）和食管腺癌，食管鱗癌是亞洲食管癌的主要亞型。METTL1和WDR4高表達(dá)與食管鱗癌預(yù)后不良呈正相關(guān)，METTL1敲除導(dǎo)致核糖體在m7G tRNA解碼的密碼子區(qū)域停頓，從而顯著降低RPTOR（mTOR復(fù)合物1的調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白）的翻譯效率，提高其下游靶基因ULK1的磷酸化水平，導(dǎo)致ESCC細(xì)胞死亡和自噬增加，減緩ESCC的遷移和進(jìn)展。METTL1/RPTOR/ULK1自噬軸是未來ESCC治療的重要靶點(diǎn)。

神經(jīng)母細(xì)胞瘤
神經(jīng)母細(xì)胞瘤（Neuroblastoma，NBL）是一種來源于交感神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤。雖發(fā)病率低，但卻是兒童最常見的顱外實(shí)體癌。由于其生存率低，因此開發(fā)新的治療策略至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)，METTL1在NBL中的過表達(dá)是導(dǎo)致預(yù)后不良的顯著危險(xiǎn)因素。通過促進(jìn)m7G tRNA表達(dá)，METTL1提高了c-MYC轉(zhuǎn)錄激活基因組和細(xì)胞周期的mRNA翻譯效率，包括常見癌基因metadherin（MTDH）和程序性細(xì)胞死亡10（PDCD10）。

神經(jīng)膠質(zhì)瘤（Glioma）
神經(jīng)膠質(zhì)瘤是一種來源于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的原發(fā)性腦腫瘤，惡性程度極高，WTO分為低級(jí)別膠質(zhì)瘤（LGG）和高級(jí)別膠質(zhì)瘤（HGG）。METTL1和WBSCR22均在膠質(zhì)瘤中高表達(dá)。METTL1的膠質(zhì)瘤分級(jí)依賴性增加表明METTL1顯著增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。MELL1對(duì)下游MAPK信號(hào)通路的刺激可能是造成這種情況的原因。WBSCR22通過磷酸化Akt和GSK3，提高膠質(zhì)瘤細(xì)胞中β-連環(huán)蛋白和CyclinD1水平以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖。

胰腺癌（ancreatic cancer）
胰腺癌是一種惡性程度極高的消化道腫瘤。5年生存率為7%，發(fā)病率與死亡率相當(dāng)。由于預(yù)后極差，了解其病理生理學(xué)至關(guān)重要。WBSCR22可抑制腫瘤細(xì)胞增殖和遷移，TRMT112作為其輔助因子可增強(qiáng)WBSCR22的抑癌作用。機(jī)制上WBSCR22高表達(dá)可下調(diào)致癌因子干擾素刺激基因15（ISG15）翻譯，逆轉(zhuǎn)ISG15的致癌作用。

m7G修飾在腫瘤免疫微環(huán)境中的作用
近年來，腫瘤微環(huán)境（TME）在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用受到廣泛關(guān)注。TME與腫瘤發(fā)生、免疫逃逸、免疫耐受和耐藥性密切相關(guān)，是腫瘤細(xì)胞、癌相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAF）、內(nèi)皮細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和其他類型免疫細(xì)胞發(fā)育的內(nèi)部環(huán)境。

越來越多研究發(fā)現(xiàn)m7G修飾及其相關(guān)調(diào)控因子在TME中起著重要作用。早幼粒細(xì)胞白血病蛋白（PML）是一種腫瘤抑制蛋白，在TME中起重要作用。肺癌中WDR4通過泛素化通路降解PML，并通過HIF-1上調(diào)其下游CD73、尿激酶型纖溶酶原激活物受體（uPAR）和血清淀粉樣蛋白A2（SAA2），這三種蛋白可通過多種機(jī)制建立促轉(zhuǎn)移的腫瘤微環(huán)境。同時(shí)WDR4/PML軸可以減少CD8+ T細(xì)胞并增加TME中的Treg和M2巨噬細(xì)胞。M2巨噬細(xì)胞是源于單核細(xì)胞的獨(dú)特亞群，與M1不同，M2可以分泌多種免疫抑制細(xì)胞因子，如IL-10和TGF-β以產(chǎn)生免疫抑制。Treg細(xì)胞主要來源于胸腺，具有免疫抑制作用。TME通過誘導(dǎo)腫瘤浸潤(rùn)Treg細(xì)胞中的PD-1表達(dá)來抑制CD8+ T細(xì)胞的免疫應(yīng)答，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞免疫逃逸。在HNSCC中，METTL1敲除改變了TME中免疫細(xì)胞組成以及其與腫瘤細(xì)胞的通訊方式。在METTL1基因敲除小鼠中，CD4+ T和CD8+ T細(xì)胞顯著上調(diào)，Treg和Th17細(xì)胞顯著降低。白細(xì)胞介素1（IL1b）-白細(xì)胞介素1受體2（IL1r2）和白細(xì)胞介素1受體1（IL1r1）抑制間質(zhì)細(xì)胞和上皮細(xì)胞受體-配體致癌通路。在腎上腺皮質(zhì)癌中，免疫熒光顯示METTL1在腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)與CD8 +T細(xì)胞成反比，與巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)率成正比。許多生物信息學(xué)分析也表明，m7G修飾相關(guān)調(diào)控因子以及LncRNA對(duì)TME有重要影響。

m7G修飾與腫瘤耐藥性
盡管已經(jīng)開發(fā)出許多治療癌癥的藥物，但它們對(duì)治療的耐藥性和低患者存活率仍然令人沮喪。近年來越來越多研究揭示了m7G修飾和相關(guān)調(diào)控因子與癌癥耐藥性相關(guān)，總結(jié)如下（表2）。通過調(diào)節(jié)結(jié)腸癌（CC）中的miR149-3p/S100A4/P53軸，增加METTL1可促進(jìn)順鉑對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞的致死作用。相反WBSCR22過表達(dá)降低了結(jié)腸癌細(xì)胞中奧沙利鉑誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）和8-oxoguanine（8-oxoG）產(chǎn)生，導(dǎo)致對(duì)奧沙利鉑治療敏感性降低。在肝細(xì)胞癌中，METTL1/WDR4復(fù)合體通過調(diào)節(jié)m7G tRNA修飾促進(jìn)EGFR通路基因翻譯，從而降低腫瘤對(duì)侖伐替尼（Lenvatinib）的敏感性。敲除METTL1可以提高Hela細(xì)胞對(duì)5-氟尿嘧啶的敏感性。METTL1和WDR4通過改變腫瘤微環(huán)境來驅(qū)動(dòng)耐藥性。先前研究表明，TME與耐藥性有關(guān)，可能是因?yàn)門ME動(dòng)態(tài)變化使得化療藥物靶向信號(hào)通路發(fā)生變化并失去其最初的致死作用。在鼻咽癌中，METTL1通過WNT/β-catenin信號(hào)通路增加EMT轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致體外和體內(nèi)對(duì)順鉑和多西紫杉醇化療耐藥。WDR4還通過增強(qiáng)CCNB1翻譯和EMT轉(zhuǎn)化來降低肝細(xì)胞癌細(xì)胞對(duì)索拉非尼的敏感性，揭示了METTL1和WDR4在介導(dǎo)癌癥耐藥性中的重要作用，并有望成為未來的治療靶點(diǎn)。

表2：m7G調(diào)控因子介導(dǎo)癌癥耐藥性

結(jié)論和未來方向
本文綜述了m7G修飾和相關(guān)甲基轉(zhuǎn)移酶在調(diào)控RNA轉(zhuǎn)錄、剪接、出核、翻譯和相關(guān)生物過程中的作用，并描述了m7G修飾調(diào)節(jié)癌癥發(fā)生機(jī)制，表明m7G修飾及其調(diào)控因子是未來癌癥治療的重要干預(yù)靶點(diǎn)。

METTL1/WDR4表達(dá)在大多數(shù)癌癥中異常升高，通過增強(qiáng)m7G-tRNA表達(dá)，核糖體懸浮液減少，相關(guān)致癌基因mRNA翻譯效率提高，下游致癌信號(hào)通路如PI3K/AKT和MAPK被激活，與此同時(shí)抑癌基因也在下降。m7G甲基化是腫瘤生長(zhǎng)的雙重調(diào)控因子，METTL1上調(diào)在CC畸形瘤中顯示出抑癌作用，但在HCC、ICC、HNSCC、NPC、BC、LC、ESCC、NBL和神經(jīng)膠質(zhì)瘤中具有顯著促癌作用；WBCCR22也是既抑制PC又促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)瘤。m7G修飾在同一腫瘤中具有矛盾的雙重作用。在肺癌中，METTL1通過miRNA下調(diào)癌基因發(fā)生，同時(shí)通過AKT/mTORC1信號(hào)通路促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖，表明METTL1對(duì)肺癌同時(shí)具有正調(diào)控和負(fù)調(diào)控作用，但最終通過復(fù)雜的機(jī)制表現(xiàn)出促癌作用。

mRNA 5’端不僅存在m7G修飾，還包括m6A、m6Am和Am等組合RNA修飾。它們彼此靠近，可以相互影響。Am通常通過甲基轉(zhuǎn)移酶磷酸化CTD互作因子1（PCIF1）以m7G帽依賴性方式轉(zhuǎn)化為m6Am，會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)和可逆的表觀轉(zhuǎn)錄組修飾。m6Am可以通過去甲基化酶FTO以m7G修飾依賴方式轉(zhuǎn)換回Am。表明轉(zhuǎn)錄后修飾是調(diào)節(jié)體內(nèi)生理過程復(fù)雜機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的一部分。除了與m6Am修飾的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)外，m7G是否也能與其他修飾配合，還需要進(jìn)一步探索和研究。

除了參與癌癥耐藥性外，m7G修飾還介導(dǎo)癌癥對(duì)其他治療的耐藥性。肝癌的放療抗性由METTL1表達(dá)增加引起。在放療后，METTL1改善了DNA依賴性蛋白激酶催化亞基或DNA連接酶IV翻譯，從而加速了非同源末端連接（NHEJ）介導(dǎo)的DNA雙鏈斷裂修復(fù)。此外，METTL1在射頻消融后HCC組織通過m7G-tRNA調(diào)控下游SLUG/SNAIL信號(hào)通路，增加HCC的惡性程度，也許常規(guī)癌癥治療與特異性METTL1抑制劑相結(jié)合可以達(dá)到更好的治療效果。

目前，m7G修飾及其相關(guān)調(diào)控因子的研究仍存在諸多局限。由于m7G是近年來新發(fā)現(xiàn)的RNA修飾，參與這一過程的去甲基化酶（eraser）、甲基化閱讀蛋白（reader）和其他甲基轉(zhuǎn)移酶（writer）尚未被鑒定。由于m7G數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建，研究人員已經(jīng)預(yù)測(cè)了一些與m7G修飾相關(guān)的調(diào)控因子，但仍需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其是否參與m7G修飾形成。

由于技術(shù)限制，miRNA中是否存在m7G甲基化位點(diǎn)仍存在爭(zhēng)議，因此迫切需要開發(fā)新的高分辨率測(cè)序工具來幫助更好了解RNA中的m7G修飾譜。近年來RNA中的m7G位點(diǎn)已經(jīng)被幾個(gè)Web服務(wù)器模擬，包括iRNA-m7G、XG-m7G、m7G-IFL、m7GFinder、m7G-DPP和m7GPredictor，這將有助于更快更新m7G內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。

未來的研究將集中于m7G修飾在TME中的作用，這將有助于提高癌癥免疫療法的有效性和應(yīng)答率。M2巨噬細(xì)胞、髓源性抑制細(xì)胞（MDSCs）和Treg細(xì)胞是TME中主要的免疫抑制細(xì)胞，通過分泌多種抑制因子來限制免疫應(yīng)答。Liu等人已經(jīng)證明，在ICC小鼠模型中，靶向METTL1介導(dǎo)的tRNA修飾減少了多形核髓源性抑制細(xì)胞（PMN-MDSCs）并提高抗PD-1療效。關(guān)于HNSCC中IL1b-IL1R1信號(hào)的抑制作用，Mair等證實(shí)Treg在HNSCC腫瘤微環(huán)境中顯著增加。與IL1R1 Treg相比，腫瘤浸潤(rùn)性Treg細(xì)胞選擇性表達(dá)IL1R1受體，標(biāo)志著Treg細(xì)胞的高度抑制和擴(kuò)大，更有效抑制CD8+ T細(xì)胞�？赡鼙砻鱩7G修飾通過這一機(jī)制調(diào)控HNSCC腫瘤微環(huán)境，但仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)來證明。迄今為止尚無m7G修飾的靶向抑制劑，鑒于m7G修飾在腫瘤治療中的巨大潛力，相關(guān)藥物出現(xiàn)有望提高靶向藥物聯(lián)合免疫治療的療效。總之，m7G修飾為腫瘤發(fā)生發(fā)展機(jī)制的研究提供了新思路，對(duì)腫瘤診斷、預(yù)后和治療具有重要作用，值得進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：Zhang X, Zhu WY, Shen SY, Shen JH, Chen XD. Biological roles of RNA m7G modification and its implications in cancer. Biol Direct. 2023 Sep 14;18(1):58. pii: 10.1186/s13062-023-00414-5. doi: 10.1186/s13062-023-00414-5. PubMed PMID: 37710294.

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