Role of m6A Methylation-Modified lncRNA in Digestive Tract Tumors
m6A methylation is an important epigenetic modification in RNA molecules such as mRNA and lncRNA, which plays an important role in the occurrence and development of gastrointestinal tumors by regulating gene expression. m6A methylation-modified lncRNA has a significant impact on the proliferation, invasion, and metastasis of a variety of gastrointestinal tract tumors such as hepatocellular carcinomas, gastric carcinomas, esophageal carcinomas, and pancreatic carcinomas. The m6A-modified lncRNA has a wide potential for use as biomarkers in the diagnosis, treatment and prognosis evaluation of GI tumors. Future studies are expected to translate this modification mechanism into clinical therapeutic targets to enhance patient survival and treatment effects.
m6A Methylation Modification
恶性肿瘤是全球范围内导致死亡的主要原因之一,其发病率和死亡率高企不下。肿瘤的发生和发展与多种基因调控机制密切相关,非编码RNA(ncRNA)的甲基化修饰作为基因表达调控的重要方式,在癌症的表观遗传学研究中引起了广泛关注
消化道肿瘤包括胃癌、肝癌、胰腺癌和结直肠癌等,是全球范围内发病率和死亡率较高的一类恶性肿瘤
食管癌是全球范围内常见的恶性肿瘤之一,其发病率和死亡率在许多国家居高不下。根据统计,食管癌是全球第六大导致癌症相关死亡的肿瘤,其在许多国家特别是亚洲和非洲的发病率尤为显著
研究表明,lncRNA PVT1是一种具有显著致瘤潜力的分子,其在多种癌症中均呈现高表达状态。在食管癌中,PVT1通过m6A修饰增强了其稳定性,导致其在细胞内的表达水平持续升高
随着对m6A甲基化修饰的lncRNA深入研究,其在食管癌的诊断、治疗和预后评估中的潜在应用价值逐渐显现。m6A修饰不仅影响lncRNA的稳定性和功能,还可能通过调控这些lncRNA的表达,成为食管癌的诊断和预后标志物,为肿瘤治疗提供了新的策略。
PVT1的m6A修饰水平已被证明与食管癌患者的预后密切相关。研究表明,PVT1的m6A修饰水平越高
胃癌是全球范围内导致癌症相关死亡的主要原因之一,是全球第5大常见癌症和第3大癌症相关死亡原因
研究表明,lncRNA GAS5在胃癌中具有抑癌作用,其m6A甲基化修饰降低了其稳定性,削弱了GAS5的抑癌效应。GAS5是一种已知的肿瘤抑制因子,GAS5的m6A修饰能够促进其与m6A读取蛋白YTHDF2结合,导致其稳定性下降
随着m6A甲基化修饰在胃癌中作用的深入研究,其在诊断、治疗和预后评估中的潜在应用逐渐得到重视。m6A修饰不仅影响lncRNA的稳定性和功能,还可能通过调控这些lncRNA的表达,为胃癌的精准治疗提供新的思路。
通过抑制m6A甲基化酶METTL3或METTL14的活性,可以降低HOTAIR的m6A修饰,从而减弱其促进EMT的能力,抑制胃癌细胞的侵袭性和转移能力
肝细胞癌(Hepatocellular Carcinoma, HCC)是全球范围内最常见的恶性肿瘤之一,在全球癌症发病率中排名第六,死亡率更是高居第四。由于其早期症状不明显,大多数患者确诊时已是晚期,导致治疗效果不佳,因此HCC的高发病率和高死亡率成为全球公共卫生的重大挑战。
近年来,m6A甲基化修饰在HCC的发生和发展中发挥了关键作用,尤其是通过m6A修饰的长链非编码RNA(lncRNA)调控肝癌细胞,逐渐成为HCC研究的热点之一。在HCC中,lncRNA HULC (Highly Upregulated in Liver Cancer)的m6A修饰显著增强了其RNA稳定性,从而促进了肝癌细胞的增殖和生存能力。研究发现,HULC在HCC中通过m6A甲基化保持其高水平表达,并通过增加细胞的恶性行为进一步推动肝癌的进展。METTL3甲基转移酶在HCC中的高表达与患者生存期的缩短密切相关。研究表明,这可能是由于m6A甲基化水平的提升使得肿瘤抑制因子SOCS2更容易被YTHDF2降解,从而加速了肝癌的恶性进展。进一步的生物分析表明,低表达的METTL3和YTHDF1与较好的预后相关,这提示METTL3和YTHDF1的联合检测可能作为评估HCC恶性进展和预后的潜在生物标志物。lncRNAFAM225A通过m6A甲基化修饰促进了肿瘤细胞的增殖和侵袭能力。这种修饰增强了FAM225A的稳定性,进而通过调控信号通路PI3K/AKT,推动了HCC的恶性进展。类似地,lncRNA LINC00460在HCC中同样通过m6A修饰增加了其表达稳定性,促进了EMT过程,从而加速了肿瘤的转移和侵袭。与此同时,lncRNA XIST的m6A修饰也被发现与HCC的进展密切相关。研究表明,m6A修饰增强了XIST在肿瘤中的功能,进一步抑制了肿瘤抑制因子miR-101的表达,进而促进了肝癌细胞的增殖和存活。因此,m6A修饰不仅通过调控蛋白编码基因,还通过调控非编码RNA在肝癌的发生发展中发挥了重要作用。
总而言之,m6A甲基化修饰的lncRNA及其相关蛋白在肝癌中的作用机制复杂多样,深入研究m6A修饰在HCC中的作用,为开发新的治疗靶点提供了重要线索。靶向调控m6A修饰途径,如抑制HULC或MALAT1的m6A修饰,已显示出抑制肝细胞增殖和转移的潜力,为肝癌的治疗提供了新的突破。此外,METTL3、YTHDF1等蛋白的联合检测可能作为评估HCC预后的有效工具,进一步推动肝癌精准治疗的发展。
胰腺癌,作为消化系统的恶性肿瘤之一,以高度的侵袭性和转移能力著称,患者的中位生存期往往较短,治疗难度极大。近年来,随着分子生物学的发展,研究者逐渐揭示了m6A甲基化修饰及其相关蛋白在胰腺癌中的关键作用
研究表明,lncRNA LINC00470是在胰腺癌中被广泛研究的与m6A修饰相关的lncRNA之一
结直肠癌是全球范围内发病率较高的消化道恶性肿瘤之一。近年来,m6A甲基化修饰在结直肠癌中的研究取得了重要进展,特别是在lncRNA的调控方面。研究表明,m6A修饰的lncRNA在结直肠癌的发生和发展中扮演了重要角色。具体而言,lncRNA NEAT1通过m6A修饰影响其稳定性,进而促进结直肠癌细胞的增殖和侵袭。NEAT1的m6A修饰增强了其在癌细胞中的稳定性,使其能够更长时间地存在并发挥功能,从而推动肿瘤的恶性进展。
NEAT1通过m6A甲基化修饰后,能够通过调控Wnt/β-catenin信号通路的激活,促进癌细胞增殖和转移。m6A修饰增加了NEAT1的结合能力,使其更有效地与β-catenin结合,进一步增强了这一信号通路的活性。这种机制表明,NEAT1的m6A修饰对于调控结直肠癌细胞的恶性特性至关重要。
此外,m6A相关蛋白YTHDF1在结直肠癌中也发挥了关键作用。研究发现,YTHDF1的高表达与肿瘤的恶性程度密切相关,包括肿瘤组织的浸润深度、淋巴结转移、远处转移和组织学特征等。具体机制研究表明,癌基因c-Myc能够与YTHDF1的5’ UTR结合,促进YTHDF1的表达。这一过程增强了YTHDF1在结直肠癌细胞中的作用,进一步推动了肿瘤的发展。当YTHDF1被敲除时,结直肠癌中的Wnt/β-catenin通路受到抑制,表明YTHDF1在这一关键信号通路中的作用,对于肿瘤细胞的增殖和存活至关重要。
m6A甲基化修饰的lncRNA如NEAT1,在结直肠癌的诊断、治疗和预后评估中展现出巨大的潜力。研究表明,NEAT1的m6A修饰水平与结直肠癌患者的预后密切相关,能够作为评估肿瘤恶性程度的生物标志物。高水平的NEAT1 m6A修饰通常与更差的预后相关,提示肿瘤具有更强的侵袭性和转移能力。
与此同时,YTHDF1也可能影响结直肠癌对化疗药物的耐药性。研究发现,YTHDF1的高表达可能导致结直肠癌细胞对常用化疗药物如氟尿嘧啶(5-FU)和奥沙利铂(L-OHP)的耐药性增加,这使得YTHDF1成为结直肠癌远期不良预后的独立危险因素。因此,靶向m6A修饰的策略,如抑制NEAT1的m6A修饰,已被证明能够增强化疗药物的疗效,抑制肿瘤的生长和转移。通过针对YTHDF1或NEAT1的m6A修饰,可能为结直肠癌的治疗提供新的策略,改善患者的临床预后。这些发现为结直肠癌的诊断、治疗和预后评估提供了新的视角和潜在靶点,显示出m6A甲基化修饰在结直肠癌管理中的重要性。
除了在消化道肿瘤中发挥重要作用外,m6A甲基化修饰在其他多种肿瘤类型中的功能也得到了广泛研究。这些研究揭示了m6A修饰及其调控蛋白在肿瘤发生、发展和耐药性中的关键作用,进一步强调了m6A修饰作为肿瘤治疗靶点的潜力。
首先,m6A甲基化修饰在血液系统肿瘤中的作用尤为突出。在急性髓系白血病(AML)中,m6A甲基转移酶METTL3的高表达与癌细胞的增殖和侵袭能力显著相关。研究表明,METTL3通过促进mRNA的m6A甲基化修饰,增强了致癌基因如MYC、BCL2等的表达,从而推动了白血病细胞的快速增殖。此外,METTL3的高表达还与AML对放疗和化疗的耐药性密切相关,这表明METTL3不仅在肿瘤发生中起促进作用,还可能通过调控耐药基因的表达,影响治疗效果。与此类似,m6A去甲基化酶FTO也在AML中表现出显著的促癌作用。FTO通过去除关键mRNA上的m6A修饰,抑制了这些mRNA的降解,从而增强了相关基因的表达。例如,FTO通过抵抗全反式维甲酸(ATRA)介导的细胞分化,导致AML细胞的耐药性和疾病进展。
在神经系统肿瘤中,m6A甲基化修饰同样发挥了关键作用。胶质瘤是最常见的原发性脑肿瘤之一,其恶性程度高,预后极差。研究发现,m6A去甲基化酶ALKBH5在胶质瘤中的高表达通过去除FOXM1 mRNA上的m6A修饰,增加了FOXM1的稳定性和表达,从而促进了胶质瘤干细胞的增殖和致瘤性。FOXM1是一种与细胞增殖和存活密切相关的转录因子,其表达上调往往与肿瘤的侵袭性和治疗耐受性相关。因此,ALKBH5在胶质瘤中的作用与其在其他肿瘤中的抑癌作用形成鲜明对比,提示了其在不同肿瘤中的功能差异。
IGF2BP家族蛋白(包括IGF2BP1、IGF 2BP2和IGF2BP3)是另一类重要的m6A读取蛋白,在多种肿瘤中表现出促进癌症进展的作用。这些蛋白通过直接结合mRNA并维持其稳定性和翻译效率,推动了肿瘤的生长和扩散。例如,在宫颈癌和肝细胞癌中,IGF2BP家族成员通过增加MYC等致癌基因的翻译,促进了肿瘤细胞的增殖和迁移。MYC是一种强有力的致癌基因,其表达上调与多种癌症的发生发展密切相关。通过调控MYC的翻译,IGF2BP蛋白在肿瘤进展中扮演了至关重要的角色。此外,IGF2BP蛋白还可能通过维持其他关键mRNA的稳定性,增强肿瘤细胞的存活和耐药性,进一步推动癌症的恶性进展。
在此基础上,研究还发现一些特定的转录因子如ZEP217和HBXIP能够抑制METTL3的活性,参与肿瘤的发生与发展。例如,ZEP217通过与METTL3结合,抑制其甲基转移酶活性,减少了mRNA的m6A修饰,导致某些促癌基因的表达上调,从而促进了肿瘤的发生与进展。同样,HBXIP也通过抑制METTL3的活性,增加了细胞内未修饰mRNA的数量,影响了细胞增殖和分化过程。这些发现进一步拓展了我们对m6A修饰在肿瘤中的复杂调控机制的理解,表明m6A修饰不仅受到甲基化酶和去甲基化酶的直接调控,还可能通过多种间接途径影响肿瘤的生物学行为。
总之,m6A甲基化修饰在多种肿瘤类型中扮演了关键角色,不仅参与了肿瘤细胞的增殖、侵袭和迁移,还影响了肿瘤的耐药性和对治疗的响应。不同肿瘤类型中的m6A调控机制存在显著差异,这可能与各肿瘤的组织来源、基因背景和微环境有关。未来,通过深入研究m6A修饰及其相关蛋白在不同肿瘤中的特异性作用,有望开发出更加精准的治疗策略,针对不同肿瘤类型的m6A调控机制进行个性化干预,从而提高癌症治疗的效果和患者的生存质量。
综上所述,m6A甲基化修饰在消化道肿瘤中的研究已经揭示了该修饰在lncRNA表达调控中的关键作用。具体而言,m6A修饰通过调控lncRNA的稳定性、定位及与蛋白质的相互作用,对肿瘤细胞的增殖、迁移、侵袭和转移产生了显著影响。在肝细胞癌(HCC)、胃癌、结直肠癌等消化道肿瘤中,许多促癌性lncRNA通过m6A修饰获得稳定性,进而推动肿瘤的发展。例如,PVT1和HULC在HCC中的m6A修饰使其稳定性显著增强,进而促进肿瘤细胞的增殖和转移能力。这类促癌lncRNA的m6A修饰上调常与恶性肿瘤的高侵袭性和不良预后相关。m6A修饰的作用并非总是简单的促癌效应。研究表明,在某些情况下,m6A修饰可以削弱促癌lncRNA的功能,甚至转换其为抑癌作用。例如,GAS5在胃癌中的m6A修饰降低了其稳定性,从而减少了其抑癌效应,导致胃癌细胞的增殖和迁移增强。这一现象提示,m6A修饰对同一lncRNA的作用可能在不同的肿瘤或不同的背景下产生相反的效应。这种双重调控能力揭示了m6A修饰在肿瘤中的复杂功能,提示我们需要在特定的细胞背景和病理环境下,仔细评估m6A修饰的具体作用机制。此外,m6A甲基化修饰在肿瘤耐药性中的作用也备受关注。以结直肠癌为例,YTHDF1通过m6A修饰增强了NEAT1的稳定性,从而增加了癌基因c-Myc的表达,激活了Wnt/β-catenin通路,导致肿瘤细胞对化疗药物的耐受性增加。这表明m6A修饰可以通过调控与药物代谢和作用相关的基因,显著影响肿瘤对化疗药物的敏感性。因此,靶向m6A修饰或其相关lncRNA,可能成为克服肿瘤耐药性的潜在策略,提升化疗的有效性,改善患者的临床预后。除了在消化道肿瘤中的作用外,m6A修饰的lncRNA在其他类型的癌症中也展示了重要的调控功能。例如,MALAT1在多种癌症中通过m6A修饰调控其稳定性和功能,显著影响肿瘤细胞的迁移和侵袭。此外,去甲基化酶FTO在急性髓细胞白血病中的高表达与抗药性和恶性进展密切相关。这些发现表明,m6A修饰的lncRNA在各种肿瘤类型中普遍存在并发挥重要作用,通过对其调控可以在更广泛的肿瘤类型中找到治疗靶点。
当前对m6A修饰的研究仍处于初步阶段,存在诸多挑战和未知领域。未来的研究需要更深入地探讨m6A修饰在不同细胞背景下的功能差异,尤其是在肿瘤异质性和肿瘤微环境中的作用。同时,技术手段的进步,如高通量测序和单细胞分析技术,将为研究提供更精确的数据支持。此外,动物模型和临床试验的结合,将有助于验证m6A修饰lncRNA在肿瘤治疗中的实际应用效果。m6A甲基化修饰的lncRNA在肿瘤学研究中具有广阔的前景。随着对其作用机制理解的加深,未来有望在肿瘤的诊断、治疗和预后评估中取得重要突破,推动肿瘤学领域向更加精准和个性化的方向发展。
国家自然科学基金资助(82460515);中央引导地方科技发展资金项目(LSKJ202447);咸阳市科技计划重点研发项目(L2024-ZDYF-SF-0025);西藏自治区自然科学基金项目(XZ202101ZR0074G);陕西省自然科学基金(2020JM-590, 2022JM-465);教育部春晖计划科研项目(202070310);2024年大学生创新创业训练计划项目,国家级、自治区级(202410695028、s202410695086)。
*通讯作者。