m%5E%286%29A甲基化修饰在消化系统恶性肿瘤免疫治疗中的研究进展.pdf

胃肠病学2022年第27卷第8期m6A甲基化修饰在消化系统恶性肿瘤免疫治疗中的研究进展*彭晨李小琴#王德强陆懿应乐倩黄雨朦江苏大学附属医院肿瘤科（212001）摘要N6甲基腺苷（m6A）作为转录表达的关键调节剂，是真核细胞中最为常见的表观转录组学修饰。通过三大调节因子甲基转移酶、去甲基化酶和结合蛋白的共同调节，m6A在肿瘤的发生、发展中起有重要作用。免疫治疗作为多种晚期恶性肿瘤的一线治疗方案，在许多消化系统恶性肿瘤患者中表现出明显的耐药性。最近的研究证实，m6A甲基化修饰对肿瘤免疫起有重要的调节作用，从而影响肿瘤患者免疫治疗的疗效。本文就m6A甲基化修饰在消化系统恶性肿瘤免疫治疗中的研究进展作一综述。关键词N6甲基腺苷；消化系统肿瘤；免疫疗法；甲基转移酶类；去甲基化酶类；结合蛋白Progress in Research on m6A Methylation Modification in Immunotherapy of Digestive System Malignant TumorsPENG Chen,LI Xiaoqin,WANG Deqiang,LU Yi,YING Yueqian,HUANG Yumeng.Department of Oncology,Affiliated Hospital of Jiangsu University,Zhenjiang,Jiangsu Province(212001)Correspondence to:LI Xiaoqin,Email:AbstractAs a key regulator of transcriptional expression,N6methyladenosine(m6A)is the most commonly seen epigenetic transcriptome modification in eukaryotic cells.m6A plays an important role in the occurrence and development of tumor through the joint regulation of three regulatory factors,methyltransferase,demethylase and binding protein.Immunotherapy,as the firstline treatment for many advanced malignant tumors,has shown obvious drug resistance in many patients with digestive system malignant tumors.Recent studies have confirmed that m6A methylation modification plays an important regulatory role in tumor immunity,thus affecting the efficacy of immunotherapy in tumor patients.This article reviewed progress in research on m6A methylation modification in immunotherapy of digestive system malignant tumors.Key wordsN6Methyladenosine;Digestive System Neoplasms;Immunotherapy;Methyltransferases;Demethylases;Binding ProteinsDOI：10.3969/j.issn.10087125.2022.08.008*基金项目：镇江市社会发展项目（SH2021068）#本文通信作者，Email:消化系统恶性肿瘤是当前最常见、同时也是最致命的恶性肿瘤之一，占全球恶性肿瘤发病率的 26%，死亡率约占35%1。目前针对消化系统恶性肿瘤的治疗方法主要包括手术治疗、放疗、化疗、靶向治疗等，但传统治疗方法的疗效有时并不能令人满意2。靶向细胞毒性 T 细胞相关抗原4（cytotoxic T lymphocyte antigen4,CTLA4）或程序性死亡受体1（programmed cell death1,PD1）途径的免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitors,ICI）在多种恶性肿瘤的治疗中已初见成效，然而在消化系统恶性肿瘤中的获益人群仍然有限3。因此，探究免疫检查点外的免疫机制是消化系统恶性肿瘤免疫治疗的重要研究方向。N6甲基腺苷（N6methyladenosine,m6A）作为转录表达的关键调节剂，与恶性肿瘤的发展、增殖、生长、侵袭、转移以及免疫系统逃避等致癌或抑癌功能密切相关。本文就m6A甲基化修饰相关调节因子在肿瘤免疫中的作用作一综述，重点阐述目前其作为消化系统恶性肿瘤的生物学标志物和免疫治疗靶点在临床应用中的潜力和研究进展。一、m6A甲基化修饰m6A是位于RNA腺嘌呤第六个氮原子上的甲基化修饰，同时也是真核细胞中最常见的RNA修饰方式之一，广泛分布于真核生物和病毒的mRNA中4。m6A甲基化修饰主要由三大类调节因子系统，即甲基转移酶、去甲基化酶和结合蛋白共同调节。三种调节因子通过对目标mRNA的添加、去除以及优先结合m6A修饰位点，参与了RNA输出、剪接、稳定、衰减、成核、翻译以及加工等多个RNA生物学过程。基于三种m6A调节因子的调控，m6A甲基化修饰呈现出动态、可逆、多层次的特点5。二、m6A相关调节因子1.m6A 甲基转移酶：m6A 甲基转移酶又称为写入基因（writers），主要包括甲基转移酶样3（methyltransferase like 3,METTL3）、甲 基 转 移 酶 样 14（methyltransferase like 14,METTL14）、肾 母 细 胞 瘤 1 关 联 蛋 白（Wilms tumor 1 associating protein,WTAP）、病毒样m6A甲基转移酶相关蛋白 499Chin J Gastroenterol,2022,Vol.27，No.8（virlike m6A methyltransferase associated protein,VIRMA）、RNA 结 合 基 序 蛋 白 15（RNA binding motif protein 15，RBM15）等，共同组成了m6A甲基转移酶复合物（m6A methyltransferase complex,MTC），参与机体的甲基化修饰6。m6A甲基化修饰是由位于核斑点内的MTC催化而成，MTC通过与辅因子S腺苷L蛋氨酸（SadenosylLmethionine,SAM）结合，从而催化甲基从SAM转移至腺嘌呤的N6端。METTL3在MTC中作为唯一具有SAM特征性结合位点的活性亚基，起到催化m6A甲基化的作用7。METTL4不具有真正的催化活性，但可通过识别RNA底物和促进甲基定位来增强甲基转移酶的活性8。WTAP是MTC的调节亚基，不具备任何可识别的结构域。与MTC结合后，WTAP可招募其他m6A甲基转移酶来靶向目标RNA，从而起到调节细胞内m6A沉积的作用9。2.m6A 去甲基化酶：m6A 去甲基化酶又称为擦除基因（erasers），主要针对已甲基化的m6A进行去除甲基化修饰，导致m6A甲基化动态具有可逆性。去甲基化酶主要包括肥胖相关基因 FTO 和烷基化修复蛋白 B 同源物 5（alkylation repair protein B homolog 5,ALKBH5），两者均为非血红素Fe(II)/酮戊二酸（ketoglutarate,KG）依赖性的双加氧酶AlkB家族的成员10。在O2、KG和Fe(II）的参与下，甲基基团被m6A去甲基化酶氧化并以甲醛的形式释放，这对于维持基因组完整性至关重要11。3.m6A 结 合 蛋 白：m6A 结 合 蛋 白 又 称 为 读 取 基 因（readers），通过与被m6A修饰的mRNA结合来发挥生物学作用。目前已发现的m6A结合蛋白主要包括YTH域家族、异质核核糖核蛋白（heterogeneous nuclear ribonucleoproteins,HNRNP）家族以及胰岛素样生长因子 2 mRNA 结合蛋白（insulinlike growth factor 2 mRNA binding proteins,IGF2BP）家族，参与RNA的剪接、翻译、降解、输出等生物学过程，从而调节RNA的稳定性，调控基因的表达12。三、m6A甲基化修饰与消化系统肿瘤的免疫治疗尽管ICI可显著改善晚期消化系统恶性肿瘤患者的预后，但仍有相当一部分患者对ICI无应答。越来越多的证据表明，肿瘤细胞的内在因素（如免疫检查点的表达水平、肿瘤突变负荷）以及外部因素如肿瘤浸润性淋巴细胞（tumorinfiltrating lymphocytes,TILs）的浸润水平与ICI的功效显著相关13。因此通过进一步探究m6A甲基化修饰对肿瘤免疫微环境（tumor immune microenvironment）的影响，如对 TILs等免疫细胞的浸润水平以及 PD1等免疫检查点表达的影响，可为开发新的免疫治疗提供更多的思路。1.食管癌：作为全球常见的恶性肿瘤类型，目前传统治疗方案下的食管癌患者整体预后仍较差。免疫治疗可为晚期食管癌患者提供显著的生存获益，但由于食管癌复杂的免疫逃避机制，目前 ICI 单药治疗的疗效相当有限14。Zhao等15发现HNRNPC和VIRMA等m6A调节因子的表达与免疫抑制因子、免疫刺激因子和主要组织相容性复合体分子的表达呈明显负相关。Guo等16通过对20个m6A甲基化调节因子进行研究，发现YTHDF2、METTL14和KIAA1429等m6A调节因子的表达与食管鳞状细胞癌（esophageal squamous cell carcinoma,ESCC）患者PDL1的表达呈显著负相关。此外，Zhou等17发现RNA甲基转移酶METTL3的表达与T细胞、B细胞和中性粒细胞在 ESCC 中的浸润水平呈负相关，表明METTL3是食管癌免疫调节的关键分子。因此，m6A调节因子通过对肿瘤免疫微环境和PDL1表达的调节，可起到使ESCC患者对免疫治疗增敏的作用。同时，葡萄糖转运蛋白1、己糖激酶2等代谢相关蛋白与m6A甲基化修饰密切相关，在调节肿瘤免疫细胞浸润以及肿瘤的发生、发展中起有重要作用1,1819，这或许会是食管癌免疫治疗疗效评估和预后预测的潜在生物学靶点。2.胃癌：既往的临床研究表明，免疫治疗在晚期胃癌患者中具有一定的潜在治疗价值。但由于胃癌的高度异质性，如何选择敏感的预测生物学靶点已成为目前胃癌免疫治疗进展的研究重点20。Zhang 等21的研究通过无监督聚类分析，基于免疫细胞的相对丰度将1 938个胃癌样本分为三种不同的 m6A 甲基化修饰模式，即免疫排斥表型（immuneexcluded phenotype）、免 疫 炎 症 表 型（immune inflamed phenotype）以及免疫沙漠表型（immunedesert phenotype）。其中免疫排斥型对应的肿瘤免疫微环境免疫特征为先天免疫的激活；免疫炎症表型则代表适应性免疫的激活；而免疫沙漠表型与免疫抑制相对应。通过这三种不同的m6A修饰模式可预测患者体内抗肿瘤免疫反应强度、肿瘤进展以及恶性程度。Han等22对21种m6A调节因子构建的m6A修饰评分系统进行分析，发现ICI在高m6A评分的患者中通常表现出较差的临床疗效。WTAP作为m6A甲基转移酶复合物的组成部分，在胃癌中表达失调。研究23发现，在WTAP高表达患者中，调节性T细胞（Treg细胞）和CD4记忆激活T细胞等免疫细胞显著低于WTAP低表达患者，说明WTAP表达可抑制免疫细胞的产生。在甲基化酶KIAA1429低表达的肿瘤中，活化的树突细胞（dendritic cells,DC）、未成熟的DC和浆细胞样DC等肿瘤免疫微环境相关DC显著富集。Zhang等21通过对抗PDL1免疫治疗进行队列分析，表明KIAA1429低表达患者具有明显的生存获益趋势。总而言之，目前已有充分的研究表明，通过对m6A修饰的定量描述将有助于预测胃癌患者对免疫疗法的反应，而m6A甲基化修饰调节因子是否可作为胃癌患者体内抗肿瘤免疫治疗的直接靶向位点，促进肿瘤免疫治疗的疗效，亟待进一步探寻和证实。3.肝细胞癌（hepatocellular carcinoma,HCC）：HCC由于其独特的血管、神经分布，在世界范围内的死亡率一直居高不下。在手术治疗、肝移植以及局部消融治疗受限的晚期患者中，免疫治疗为病情长期进展的肝癌患者带来了希望24。但如何降低肝癌患者对免疫治疗的抗性，目前仍然是急需解 500胃肠病学2022年第27卷第8期决的问题。Li等25通过DEPCGs交叉分析筛选出3个与免疫高度相关的m6A相关lncRNA进行风险评分，发现免疫检查点和人类白细胞抗原在高风险评分患者中的表达均显著上调。Jiang等26发现在m6A修饰高评分的HCC患者中巨噬细胞、记忆B细胞、滤泡辅助性T细胞和中性粒细胞等免疫细胞的浸润水平显著增加，且与单独抗PD1治疗、抗CTLA4治疗或联合治疗疗效显著相关，因此可作为预测抗PD1/PDL1免疫治疗反应的新的生物学标志物。随后的研究进一步揭示了m6A修饰模式与肿瘤免疫微环境的相关性，Xu等27证实在m6A调节因子表达增高的患者中免疫细胞浸润水平较低，这种相关性可能与m6A调节因子信号通路的拷贝数变化如深度缺失和臂级缺失有关。m6A相关基因的表达与PDL1、CTLA4等免疫检查点的表达具有明显相关性，故m6A 相关分子标签可作为 HCC 中肿瘤免疫表型和预测抗PD1免疫治疗反应的生物学标志物。小核糖核蛋白多肽C（SNRPC）为m6A甲基化调节因子的成员，Cai等28发现，肿瘤相关免疫细胞在高SNRPC表达的组织中浸润较少。且高SNRPC表达的患者对ICI治疗反应欠佳，尤其是对PD1抑制剂。ZC3H13作为m6A甲基化调节因子，在HCC肿瘤样本中的表达水平下调，免疫检查阻断相关基因表达在低 ZC3H13 表达的样本中显著上调29。Li等30的研究发现，BTBD10在HCC患者中的表达与m6A甲基化相关基因呈正比，可通过调节TILs的比例引起PD1/PDL1表达增加。Qiu等31的体内外实验表明ALKBH5可通过介导去甲基化修饰降低PDL1的m6A修饰，使患者对抗PD1抑制剂更敏感。综上所述，在免疫联合治疗中，m6A等相关表观遗传修饰可使免疫治疗相关基因重新表达。通过调节免疫检查点的表达与免疫检查点阻断疗法的协同作用，改善抗肿瘤反应，这对提高 HCC 患者免疫治疗的临床疗效提供了很大帮助。4.胰腺癌：胰腺癌作为预后较差的恶性肿瘤之一，目前在临床上仍是一个重大的挑战。化疗、放疗、靶向治疗等经典治疗方案并未使患者长期获益。由于胰腺癌早期阶段肿瘤免疫被抑制，导致免疫治疗无法给胰腺癌患者带来明显的生存效益32。Guo等33发现胰腺导管腺癌的m6A调节因子与其免疫细胞浸润和患者存活率呈明显负相关，说明m6A调节因子可对胰腺导管腺癌的免疫微环境起调节作用。Sun等34通过构建m6A评分模型，发现低m6A评分的胰腺癌患者无论是单独使用抗PD1/CTLA4治疗还是免疫联合治疗，免疫细胞阳性比例分数均较高。同时Zhou等35证实，高m6A评分的胰腺癌患者KRAS、TP53、CDKN2A和AMAD4的突变率显著增加，提示存在免疫逃避，预示着患者对ICI的反应较差。由此可见，以m6A修饰构建的评分系统可预测胰腺癌患者免疫治疗反应的可能性。在m6A相关lncRNA基因高表达的胰腺癌患者中T细胞功能显著低下，提示免疫功能缺陷状态36。胰腺导管腺癌患者中RP51112D6.4等保护基因的下调以及MIR44351HG等危险基因的上调通常与CTLA4表达呈负相关；LINC00473通过与miR1955p竞争性结合上调PDL1，从而抑制CD8+T细胞对IFN、IL4和IL10等细胞因子的活化37。提示在胰腺癌患者中靶向m6A相关lncRNA调节免疫治疗抵抗的潜在价值。ALKBH5的臂级增益/缺失与RBM15的高表达、APC共刺激、炎症促进以及免疫细胞浸润呈正相关，且均会减少CD8+T 细胞的浸润38。因此可以考虑通过直接靶向m6A修饰调节因子来增加免疫细胞的浸润，这或许可作为改善胰腺癌患者免疫治疗疗效和延长预后的潜在策略。5.结直肠癌：结直肠癌具有复杂的特性以及广泛的突变特征，免疫治疗已在伴有微卫星不稳定（MSI）或错配修复缺陷（dMMR）的结直肠癌患者中取得了令人瞩目的疗效，但在其他类型的结直肠癌中却未显示出良好的成效39。因此，需要开发更多的治疗组合来增强其他类型的结直肠癌患者对免疫治疗的反应。Chong等40通过对1 307例结肠癌样本中的23个m6A调节因子进行分析，确定了在结肠癌患者中三种不同的m6A甲基化修饰模式的免疫细胞浸润程度不同。Jiang等41发现m6A相关lncRNA在调节结直肠癌患者的肿瘤免疫微环境以及PDL1表达中起有重要作用。因此m6A相关的lncRNA或许可为指导结直肠癌患者免疫治疗的选择提供一些新的思路。此外，在结直肠癌细胞中，METTL14缺失会导致CD8+T细胞功能障碍，进而限制肿瘤免疫微环境中的抗肿瘤T细胞反应42。Cai等43的研究发现直肠癌中METTL14表达下调，可降低免疫细胞的浸润。Wang等44的研究通过体内外实验发现在结直肠癌细胞中敲除METTL3/METTL14可明显增加CD8+T细胞的浸润，促进IFN、CXCL9和CXCL10等细胞因子的分泌，从而增强患者对抗PD1治疗的反应。m6A甲基化修饰通过调节CD34/CD276在结肠癌中的表达，会影响肿瘤免疫微环境内免疫细胞的浸润以及相关免疫检查点的表达，进而促进免疫逃避45。FTO作为m6A去甲基化酶，参与调节肿瘤和免疫相关信号。有研究认为，FTO的降解降低了PDL1 mRNA以及蛋白表达46。综上所述，通过直接靶向m6A修饰调节因子或其下游机制，最大限度地提高结直肠癌患者对免疫检查点阻断剂的反应，或许是未来结直肠癌免疫治疗的一个新思路。四、总结与展望基于三种m6A调节因子甲基转移酶、去甲基化酶以及结合蛋白的调节，m6A甲基化修饰能对肿瘤免疫微环境起到显著调节作用。通过对消化系统恶性肿瘤患者的研究分析发现，m6A甲基化修饰可调节免疫功能，从而影响肿瘤免疫治疗的疗效，证实了m6A相关调节因子作为消化系统恶性肿瘤免疫标志物的临床潜力。目前，m6A甲基化修饰在消化系统恶性肿瘤免疫治疗中的研究尚处于初步阶段，诸多问题仍待进一步探寻。因此，逐步发掘更多的m6A甲基化调节因子及其相关下游机制，可为将来开辟免疫精准治疗 501Chin J Gastroenterol,2022,Vol.27，No.8提供新的可能性。参考文献 1 ARNOLD M,ABNET C C,NEALE R E,et al.Global burden of 5 major types of gastrointestinal cancerJ.Gastroenterology,2020,159(1):335349.e15.2 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