m6A 修饰调控细胞增殖的新机制及其癌症治疗新策略

为探究 m6A 修饰对细胞增殖的影响及机制，中山大学等机构的研究人员用 METTL3 抑制剂 STM2457 构建低 m6A 细胞模型开展研究。结果发现 m6A 修饰通过调控 TIGAR 影响细胞代谢和增殖，G6PD 是关键调节因子，这为癌症治疗提供新方向。

　　在生命的微观世界里，RNA 修饰如同隐藏的密码，掌控着基因表达的 “开关”，影响着细胞的各种生命活动。N⁶- 甲基腺苷（m⁶A）作为真核生物 mRNA 中最常见且丰富的修饰类型之一，近年来成为科研人员关注的焦点。它参与众多生理和病理过程，在癌症发生发展中也扮演着重要角色。然而，m⁶A 对细胞增殖的精确影响以及其调控代谢基因的潜在机制，仍如同迷雾般有待揭开。

癌细胞的疯狂增殖是癌症难以攻克的关键。为满足自身不断分裂的需求，癌细胞会巧妙地改变代谢方式，其中有氧糖酵解（即 Warburg 效应）是其主要的葡萄糖代谢途径。不过，这一过程会产生过量的活性氧（ROS），威胁细胞的生存。而磷酸戊糖途径（PPP）可通过葡萄糖 - 6 - 磷酸脱氢酶（G6PD）的作用，帮助细胞抵御氧化应激。在这复杂的代谢网络中，m⁶A 修饰究竟发挥着怎样的作用？这成为亟待解决的科学问题。

中山大学等机构的研究人员勇挑重担，针对这一问题展开深入研究。他们的研究成果发表在《Communications Biology》上，为我们理解 m⁶A 修饰与细胞增殖的关系提供了全新视角，也为癌症治疗开辟了潜在的新途径。

研究人员在实验过程中运用了多种关键技术方法。他们使用质谱技术检测 RNA 中 m⁶A 的修饰水平，通过 RNA 测序（RNA-seq）和甲基化 RNA 免疫沉淀测序（MeRIP-seq）分析基因表达和 m⁶A 修饰位点的变化 。利用 CRISPR-Cas9 基因编辑技术进行全基因组筛选，以寻找对 m⁶A 修饰敏感的基因。还采用靶向代谢组学技术，深入探究细胞代谢变化。此外，研究人员从癌症基因组图谱（TCGA）数据库获取数据，分析相关基因表达与患者生存的关系。

下面来详细看看研究结果：

• STM2457 有效降低 m⁶A 水平并抑制细胞增殖：研究人员借助 DepMap 数据集发现多数细胞系依赖 METTL3。于是，他们使用 METTL3 的强效选择性抑制剂 STM2457，成功构建了低 m⁶A 水平的细胞模型。实验显示，STM2457 处理后，m⁶A 水平显著下降，且呈时间和剂量依赖性。多种细胞系的增殖受到抑制，细胞周期发生改变，S 期明显延长，而细胞凋亡无显著变化。同时，敲低 METTL3 的实验也证实了上述结果，表明这些效应确实由 m⁶A 水平降低所介导。
• TIGAR 是 m⁶A 介导的细胞增殖调控的关键靶点：对经 STM2457 处理的 HEK293T 细胞进行 RNA-seq 分析，研究人员发现众多基因的表达发生显著变化。通过基因本体（GO）富集分析，发现这些差异表达基因与氧化应激反应、负磷酸化调节和 p53 转录基因网络相关。进一步分析发现，基因表达变化与 m⁶A 修饰呈负相关。YTHDF2 在 m⁶A 介导的 RNA 降解中发挥重要作用，其 CLIP 数据显示，TIGAR（TP53 诱导的糖酵解和凋亡调节因子）是一个关键基因。转录抑制实验表明，STM2457 处理可显著提高 TIGAR mRNA 的稳定性。敲除 TIGAR 的实验证实，它能挽救因 METTL3 敲低导致的细胞增殖缺陷，说明 TIGAR 是 m⁶A 减少抑制细胞增殖的关键介导因子。
• m⁶A 缺乏驱动代谢重编程：鉴于 TIGAR 在糖酵解中的作用，研究人员深入探究了 m⁶A 缺乏对代谢的影响。靶向代谢组学分析表明，STM2457 处理后，细胞的葡萄糖代谢发生显著改变。m⁶A 缺陷样本中的细胞代谢物普遍减少，尤其是糖酵解中间产物，而 PPP 中的关键物质 NADP 水平降低，暗示 PPP 活性增强。¹³C 标记的葡萄糖示踪实验进一步证实，m⁶A 减少会使 PPP 活性增强。这一系列结果表明，m⁶A 修饰通过调控 TIGAR，对糖酵解和 PPP 的平衡起着关键作用。
• CRISPR 筛选确定 G6PD 是 m⁶A 依赖的细胞增殖的关键调节因子：为找出敲除后能调节低 m⁶A 导致的细胞生长抑制的基因，研究人员进行了全基因组 CRISPR-Cas9 筛选。他们将靶向 18,360 个蛋白质编码基因的 sgRNA 文库导入表达 Cas9 的 HEK293T 细胞，经培养和测序分析后，发现多个与 RNA 加工相关的基因以及核心 m⁶A 甲基转移酶复合物的组分基因。其中，G6PD 敲除可挽救低 m⁶A 导致的细胞增殖缺陷。后续实验进一步验证了 G6PD 在低 m⁶A 环境下对细胞增殖的调节作用，无论 m⁶A 减少是由 STM2457 处理还是 METTL3 敲低引起。
• m⁶A 缺乏通过 ROS 依赖的 CDK2 失活诱导 S 期停滞：研究聚焦于 G6PD，发现敲低 G6PD 不会改变 m⁶A 水平，但会影响细胞内 ROS 水平。STM2457 处理导致细胞内 ROS 水平下降，NADPH 水平升高，而敲低 G6PD 可逆转这些变化。ROS 是细胞代谢的副产物，也是重要的信号分子，影响细胞增殖等多种功能。研究发现，STM2457 处理使 CDK2（细胞周期 S 期进展的关键调节因子）的 T160 位点磷酸化水平降低，导致 S 期停滞。敲低 G6PD 恢复 ROS 水平后，CDK2 T160 磷酸化水平和细胞周期也恢复正常。这表明 m⁶A 修饰通过调节 TIGAR 影响葡萄糖代谢，降低 ROS 水平，进而抑制 CDK2 T160 磷酸化，诱导 S 期停滞，最终抑制细胞增殖。
• G6PD 参与 m⁶A 调节的癌症进展：研究人员分析 TCGA 数据库中肝癌（LIHC）患者的数据，发现 METTL3 在肝癌肿瘤组织中高表达，且高表达与患者预后不良相关。同时，METTL3 与 G6PD 的表达呈正相关。低表达 METTL3 和高表达 G6PD 的患者预后相对较好，而激活 G6PD 可增强 STM2457 对肿瘤细胞增殖的抑制作用。这表明肝癌患者中，低 METTL3 和高 G6PD 表达的患者可能对 METTL3 抑制剂更敏感，联合抑制 METTL3 和激活 G6PD 有望成为一种有效的癌症治疗策略。

综合研究结论和讨论部分，这项研究成功构建了低 m⁶A 甲基化细胞模型，揭示了 m⁶A 修饰在细胞增殖中的关键作用。m⁶A 修饰通过调控 TIGAR 影响糖酵解和 PPP 的平衡，进而影响细胞内 ROS 水平和 CDK2 活性，最终调控细胞周期和增殖。此外，研究还发现 G6PD 是 m⁶A 依赖的细胞增殖的关键调节因子，为癌症治疗提供了潜在的新靶点和联合治疗策略。这一研究成果不仅加深了人们对 m⁶A 修饰功能的理解，也为癌症的治疗研究开辟了新方向，具有重要的理论和临床意义。