2023, Vol. 43
表观遗传是指不依赖于DNA序列的变化而是由于染色体改变所产生的稳定可遗传的表型[1]，主要包括DNA甲基化和组蛋白翻译后修饰。表观遗传修饰在肿瘤放疗和辐射损伤修复中发挥重要作用[2-3]。
近几年，一种可逆性的mRNA表观遗传学修饰—N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine, m6A)修饰被发现，即RNA分子腺嘌呤第6位氮原子发生甲基化修饰[4]。m6A甲基化修饰过程主要由3种类型的蛋白酶共同作用所决定，甲基转移酶(Writers)和去甲基化酶(Erasers)动态可逆地调控m6A甲基化修饰，并经甲基化识别酶(Readers)识别，发挥特定的生物学功能[5]。m6A甲基化修饰在许多生理和病理过程中发挥了重要的调控作用，包括热休克反应、紫外线诱导的DNA损伤、母体mRNA清除、神经元发生、生物节律、细胞发育分化等[6]。异常的m6A甲基化修饰与人类多种疾病相关信号通路的激活和抑制密切相关，一旦参与m6A修饰的酶失调会引起一系列疾病，包括肿瘤、纤维化疾病等。放疗作为重要的治疗手段被广泛应用于各种恶性肿瘤的治疗，然而在杀伤肿瘤细胞的同时，周围正常组织也会受到不同程度的损伤，组织的放射敏感性是影响因素之一。本文将就m6A甲基化修饰中关键酶在肿瘤放疗和辐射损伤中的作用及机制进行综述，并对m6A修饰作为临床肿瘤放疗及辐射损伤的重要治疗靶点的前景进行展望。
一、RNA m6A表观遗传学修饰的关键酶1. 甲基转移酶：m6A甲基化修饰的发生由多组分m6A甲基转移酶复合体(MTC)催化[7]。MTC由核心成分m6A甲基转移酶3蛋白/甲基转移酶14蛋白(METTL3/METTL14)的异二聚体和其他调节因子包括Wilms肿瘤1相关蛋白(WTAP)、病毒样m6A甲基转移酶(VIRMA，又称KIAA1429)、CCCH型13(ZC3H13)和RNA结合域蛋白15/15B(RBM15/RBM15B)组成。其中，METTL3与甲基供体S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine，SAM)结合并催化甲基转移。作为甲基转移酶的核心亚基，METTL3从酵母到人类的真核生物中高度保守。METTL14是MTC的另一个关键酶，其作为RNA结合的结构支撑物，与METTL3相互作用，形成稳定的异二聚体，两者协同诱导m6A修饰。WTAP是MTC的第3个重要组成部分，它本身对m6A修饰没有催化活性，而是作为一种适配器蛋白来稳定核心复合体，从而影响m6A修饰[8]。此外，其他蛋白质如KIAA1429、RBM15/RBM15B等作为MTC的组成部分，也是m6A甲基化所必需的。虽然MTC催化了RNA中大部分m6A甲基化，但近年来METTL16、METTL5和ZCCHC4也被鉴定为m6A甲基转移酶，它们可以单独作用并催化某些结构RNA上发生m6A修饰，如U6 snRNA、18S rRNA和28S rRNA [9-11]。
2. 去甲基酶：m6A去甲基酶的主要作用是去除RNA中的m6A甲基化基团，进而实现生理和病理条件下m6A甲基化的动态调节。2011年人类发现第一个m6A去甲基酶，即脂肪和肥胖相关蛋白(fat mass and obesity associated, FTO)，紧接着，在2013年α-酮戊二酸依赖性双加氧酶同源物5(α-ketoglutarate-dependent dioxygenase homolog 5, ALKBH5)被发现。FTO和ALKBH5都属于α-酮戊二酸依赖的双加氧酶家族，并以Fe(Ⅱ)和α-酮戊二酸依赖的方式催化m6A去甲基化。FTO或ALKBH5的缺乏或过表达都会改变细胞内m6A的水平。此外，最近的研究还发现了另一种m6A去甲基酶ALKBH3，且ALKBH3优先作用于tRNA中的m6A修饰[12]。
3. 甲基化识别酶：m6A甲基转移酶和去甲基酶的相互作用决定了m6A甲基化修饰的动态和可逆性调节。为了使m6A基团发挥不同的生物学功能，需要不同的m6A甲基化识别酶特异性识别，从而产生不同的下游效应。最早发现的甲基化识别酶是含有YTH结构域的家族，包括YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3、YTHDC1、YTHDC2。YTHDF1选择性识别m6A，与真核起始因子相互作用，促进mRNA翻译[13]。相反，YTHDF2将m6A修饰的可翻译mRNA带到mRNA的衰变点并促进转录本降解[14]。而YTHDF3与YTHDF1协同促进mRNA翻译，同时也可与YTHDF2的相互作用加速mRNA降解[15]。另一方面，YTHDC1通过招募或限制不同的剪接因子如SRSFs，促进外显子的包含[16]。此外，YTHDC1还可促进m6A修饰的mRNA的核输出[17]。YTHDC2通过优先结合共识基序中的m6A，提高了翻译效率，降低了mRNA的丰度[18]。除了YTH结构域家族，异质性核糖核蛋白(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein, HNRNP)家族的某些成员也是m6A甲基化识别酶。HNRNPA2B1通过结合m6A甲基化的转录本，进而促进前体miRNA的加工和成熟。此外，HNRNPC和HNRNPG参与调节mRNA的丰度和剪接。胰岛素样生长因子2 mRNA结合蛋白(insulin-like growth factor-2 mRNA-binding protein, IGF2BP)也可以识别m6A修饰，包括IGF2BP1，IGF2BP2和IGF2BP3，它们促进m6A修饰的mRNA的稳定和储存，影响基因调控。
二、RNA m6A甲基化修饰对肿瘤放疗的影响放射治疗是通过电离辐射诱导DNA损伤来杀死癌细胞或抑制癌细胞生长。与化疗相比，放疗可以局部控制肿瘤，全身副作用相对较少，然而，放疗抵抗限制了放疗疗效。m6A的失调可以影响肿瘤细胞的增殖能力、侵袭和转移能力、周期进程等，促进肿瘤的发生发展。m6A甲基化修饰及其相关酶可调控电离辐射诱导的DNA损伤和放射敏感性，进而可能影响放疗疗效。
1. 甲基转移酶在肿瘤放疗中作用机制的研究：甲基转移酶METTL3与放射抵抗相关，是胰腺癌潜在的治疗靶点。METTL3通过调节MAPK通路、泛素化依赖过程、RNA剪接等诱导放射抵抗，可能导致癌症进展，下调METTL3则会导致胰腺癌细胞系放射增敏[19]。在胶质母细胞瘤(GBM)中，电离辐射增强了METTL3的表达，并通过招募RNA结合蛋白HuR增加了SOX2的稳定性，从而诱导了放射抵抗；下调METTL3后可以减轻DNA损伤修复并增强放射敏感性[20]。在下咽鳞状细胞癌中，METTL3通过促进cirCUX1的稳定性产生放射抵抗[21]。此外，circCUX1与Caspase1 mRNA结合并抑制其表达，导致细胞程序性死亡减少，产生放射抵抗[21]。同样，METTL3在肺腺癌中的表达上调，促进了VANGL1的稳定性增强，进而通过激活BRAF/TP53BP1/RAD51通路减少DNA损伤，产生放射抵抗[22]。
中波紫外线(UVB)通过自噬降解对甲基转移酶METTL14蛋白稳定性的调节；METTL14促进全基因组修复(global genome repair，GGR)，并抑制UVB辐射诱导的皮肤肿瘤发生。因此，调控METTL14功能可能能够调节肿瘤发生中的RNA代谢和UVB损伤反应[23]。
此外，另一种甲基转移酶WTAP也被证明影响放疗疗效。在胃癌中，WTAP的上调增加了TGF-β的表达，进而促进了胃癌细胞的上皮间质转化及迁移，导致胃癌的放射抵抗[24]。同样在GBM中，下调WTAP可以增加放射敏感性，从而可能提高患者生存率[25]。
2. 去甲基酶在肿瘤放疗中作用机制的研究：m6A去甲基酶FTO在多种肿瘤中异常过表达并发挥致癌作用[26]。FTO通过使β-catenin mRNA去甲基化，稳定其表达，激活ERCC1可诱导宫颈鳞癌的放射抵抗[27]。在大多数肿瘤中，肿瘤干细胞(cancer stem cell, CSC)是造成放射抵抗和肿瘤复发的重要因素，有研究发现，m6A修饰与CSC生成相关，下调FTO的表达抑制了CSC的自我更新，进而抑制肿瘤进展[28]，在白血病中，FTO基因缺失可使白血病细胞对T细胞的细胞毒性增敏，并抑制低甲基化诱导的免疫逃避以及CSC的自我更新[29]。
去甲基酶ALKBH5的高表达往往预示着GBM患者的不良预后，ALKBH5通过降低FOXM1的m6A修饰，从而增强FOXM1的表达，而抑制ALKBH5的表达则抑制了GBM干细胞的成瘤潜能[30]。
3. 甲基化识别酶在肿瘤放疗中作用机制的研究：甲基化识别酶YTHDC2与IGF1R mRNA结合，并促进IGF1R的翻译起始，激活IGF1R/AKT/S6通路，增强鼻咽癌放疗抵抗[31]。尽管YTH结构域家族蛋白在肿瘤中的作用研究已经取得很大进展，但其作用机制在很大程度上仍不清楚，目前关于YTH家族蛋白影响放射敏感性的报道仍很少，需要进一步探究。
以上研究揭示了m6A甲基化修饰及其相关酶在肿瘤放疗抵抗中的重要作用，这可能为制定肿瘤放疗策略提供了新方向。相关总结见表 1。
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表 1 m6A甲基化修饰在肿瘤放疗和辐射损伤中的关键作用 Table 1 The critical role of m6A methylation modification in tumor radiotherapy and radiation-induced injuries |
三、RNA m6A甲基化修饰参与辐射损伤修复
在上皮细胞、内皮细胞、免疫细胞等中，m6A甲基化修饰参与组织发育、DNA损伤、氧化应激等过程，对创面愈合和组织修复起着至关重要的作用。m6A修饰不仅可以调控肿瘤细胞的放射敏感性，导致肿瘤放疗抵抗，在辐射损伤修复的调控中也起到关键作用。
辐射损伤是肿瘤放疗中常见的不良反应，除了出现损伤症状(急性炎症、组织坏死、晚期纤维化等)以外，也会降低肿瘤放疗的疗效。目前已有研究报道m6A甲基化修饰及其相关酶调控辐射损伤。
在辐射暴露时，首先会出现造血系统损伤。经4 Gy γ射线照后，小鼠造血系统很快(5 min)就出现了造血系统的损伤，m6A水平和m6A甲基化修饰相关酶的表达发生改变。值得一提的是，抑制去甲基酶ALKBH5和FTO的表达降低小鼠放射敏感性，减轻放射性造血损伤[32]。
辐射引起的炎症是常见的并发症，对胸部肿瘤放疗时易导致放射性肺炎的发生，白介素6(interleukin 6, IL-6)是参与放射性肺损伤的主要促炎细胞因子。Zhao等[33]发现锌指结构转录调节因子(zinc finger and BTB domain-containing protein 7B, Zbtb7b)将ALKBH5招募到IL-6 mRNA上，抑制IL-6的m6A修饰和核质转运，进而减少了辐射诱导的IL-6在肺内的产生，为放射性肺炎的治疗提供了一个新的潜在的预测标志和治疗靶点。
电离辐射后，肝细胞中高迁移率族蛋白B1(high-mobility group box 1, HMGB1)被ALKBH5去甲基化，并被YTHDF2识别，从而增加了稳定性。HMGB1上调导致STING-IRF3信号增加，产生了天然免疫细胞因子，并促使肝细胞凋亡，发生放射性肝损伤[34]。因此靶向ALKBH5-HMGB1可能会产生潜在的治疗靶点，抑制放射性肝损伤的发生发展[34]。
施扬和何川教授团队发现了m6A甲基化修饰在紫外线诱导的DNA损伤反应中的重要作用，m6A甲基化修饰可以选择性招募DNA聚合酶κ到损伤部位，以促进修复和细胞存活[35]。有意义的是，当发生辐射损伤后，m6A会对辐射诱导的应力做出快速反应，并扩散到受损部位[36]，因此，m6A甲基化修饰有望成为辐射损伤的标志物，值得进一步探究。相关总结见表 1。
四、总结与展望作为真核生物mRNAs中最丰富的修饰类型，m6A修饰在基因表达和调控放射敏感性中发挥着至关重要的作用。放疗抵抗是多种因素的结果，如个体差异、肿瘤的位置、肿瘤细胞系、肿瘤侵袭性和细胞内分子变化等。因此，了解m6A修饰对肿瘤放疗抵抗的分子机制，有助于研究者优化现有药物的联合治疗或设计特定的药物来提高肿瘤细胞的放射敏感性，提高肿瘤的放疗疗效。关于m6A修饰参与肿瘤发生发展以及如何调控放射敏感性的研究已经很多，但是m6A修饰参与辐射损伤的研究仍然很少，如何把m6A修饰强大功能应用到肿瘤放疗与辐射损伤防护中仍待进一步探究。关注m6A修饰在调控正常组织修复中的分子机制，可能有助于减少临床肿瘤患者放疗过程中辐射损伤的发生，并为放射防护剂的研发提供新的思路。
利益冲突 无
作者贡献声明 冯阳负责文献调研、撰写论文；曹建平负责设计论文框架，指导论文修改；焦旸负责指导论文撰写和修改
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