邓云洋，孙达欣，梁万旺，黄丰泽

(桂林医学院附属医院乳甲外科，广西 桂林 541000)

表观遗传修饰是指在细胞核中基因核苷酸顺序不发生改变的前提下出现基因功能改变且在某种机制调节下可逆的一种修饰。其中N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenine，m6A)修饰是信使RNA(messenger RNA,mRNA)最常见的一种RNA修饰[1]。既往研究发现，m6A修饰调控紊乱可能影响mRNA的加工、降解以及翻译过程，进而影响基因的表达，从而参与肿瘤的发生、发展过程[2]。随着甲基化RNA免疫共沉淀结合高通量测序等技术的快速发展，发现m6A修饰可以在甲基转移酶、去甲基化酶和解读器蛋白的协同作用下完成[3]。其中m6A去甲基化酶包括肥胖相关蛋白(fat mass and obesity-associated protein，FTO)和ALKB同系物5(ALKB homolog 5,ALKBH5)[4]。有研究表明，FTO不仅在肥胖相关疾病中发挥关键作用，还参与多种肿瘤(如急性髓系白血病、胶质母细胞瘤和乳腺癌)的发生发展过程，同时另一种m6A去甲基化酶ALKBH5也与多种肿瘤(如结肠癌、胰腺癌、胃癌)的发生发展相关[5]。但ALKBH5参与肿瘤发生发展的机制尚未明确或存在争议，仍需要进一步研究。目前，肿瘤治疗已进入精准化时代，靶向治疗成为肿瘤治疗过程中的重要环节，但目前部分肿瘤仍缺乏有效靶点或产生耐药现象。因此，ALKBH5极有可能成为参与肿瘤诊断以及治疗的新靶点，现就ALKBH5与肿瘤发生、发展的研究进展予以综述，以为肿瘤分子靶向治疗提供新线索。

1 m6A去甲基化酶ALKBH5的结构及其组成

1983年，Kataoka等[6]从大肠埃希菌变异株中分离出一种新基因并命名为ALKB。至今，已经发现9种ALKB同系物，分别命名为ALKBH1～8，将FTO称为ALKBH9[7-8]。其中ALKBH5是2-氧戊二酸酯和铁离子依赖性核酸氧化酶，可催化RNA中m6A的去甲基化[9-10]。Feng等[11]鉴定了人ALKBH5的晶体结构，ALKBH5结构包含7个α-螺旋和9个β-折叠，ALKBH5的催化核心还包含依赖于α-酮戊二酸的双链β折叠。与其他ALKB蛋白相比，ALKBH5的独特“盖”区在底物识别和催化中起着至关重要的作用，该盖进一步分为两个部分，分别称为“Flip1”和“Flip2”。Flip1区域(残基117-129)包含一个α-螺旋(α3)和一个β-链(β2)，Flip2区域包含一个长环。另外，Cys-230和Cys-267之间的二硫键对于ALKBH5与单链RNA/DNA的选择性结合至关重要，这一发现促进了对ALKBH5底物识别特异性的理解。Xu等[12]使用诱变和等温滴定量热法结合实验鉴定了ALKBH5的m6A结合口袋和参与m6A识别的关键残基。研究发现，DEAD-box RNA解旋酶3的ATP结构域与ALKBH5的双链β折叠结构域之间具有紧密联系，并得出DEAD-box RNA解旋酶3充当ALKBH5调节mRNA或微RNA脱甲基化的“介体”这一结论[13]。Purslow等[14]进一步研究了溶液中ALKBH5的结构和动力学，并提供了ALKB蛋白处于无序构象状态的第一个原子分辨率模型。

2 m6A去甲基化酶ALKBH5与肿瘤的关系

ALKBH5与多种肿瘤的增殖、迁移、侵袭、转移密切相关，且在不同肿瘤中的表达水平及作用存在差异甚至相反，见表1。现根据已有的研究成果，简要阐述ALKBH5与不同肿瘤发生发展的关系。

2.1ALKBH5与结肠癌 2020年全球癌症统计报告显示，结直肠癌的发生率居第3位，死亡率居第2位[15]。Guo等[16]使用微阵列技术鉴定了结肠癌组织和正常组织间长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)的表达情况，结果发现鉴定出的16种候选lncRNA在癌症组织中明显上调且lncRNA核富集转录本1(nuclear-enriched abundant transcript 1，

表1 ALKBH5在各种肿瘤中的表达、目标基因以及作用

2.2ALKBH5与胰腺癌 胰腺癌是一种较为常见的消化系统肿瘤，恶性程度极高。据统计2020年，胰腺癌因预后差而死亡的人数(466 000例)与病例数(496 000例)接近，是癌症死亡的第七大主要原因[15]。He等[18]通过免疫印迹试验显示，与正常组织相比，ALKBH5在MIA-PaCa-2和BxPC-3癌细胞中明显下调，进一步研究发现KCNK15和WISP2反义RNA1(KCNK15 and WISP 2 antisense RNA1，KCNK15-AS1)可被ALKBH5去甲基化且ALKBH5对KCNK15-AS1的去甲基化作用可上调其表达，随后通过分析69对临床胰腺癌和正常组织中KCNK15-AS1的表达，发现KCNK15-AS1在胰腺癌组织中显著减少，并证实了KCNK15-AS1能抑制MIA-PaCa-2和BxPC-3细胞迁移和侵袭，因此推测ALKBH5通过m6A去甲基化修饰KCNK15-AS1使其表达上调，从而发挥抑制肿瘤发生、发展和转移的作用，但具体机制尚不清楚。另外，Cho等[19]利用癌症基因组图谱和国际癌症基因组联盟数据库并基于ALKBH5基因的表达，发现ALKBH5基因是一种新的预测胰腺癌预后的生物标志物，ALKBH5高表达患者的生存率提高，表明ALKBH5对胰腺癌的发生发展具有积极作用。Tang等[20]发现在胰腺导管腺癌细胞中ALKBH5下调，并阐明了一种新的m6A修饰机制，即ALKBH5通过下调Wnt通路抑制因子1 mRNA的m6A水平来抑制Wnt信号，从而在体内和体外减弱胰腺导管腺癌细胞的增殖、迁移、侵袭。Guo等[21]发现胰腺癌患者ALKBH5明显下调，ALKBH5通过去甲基化作用使节律基因1 mRNA中m6A修饰水平下调，然而m6A修饰后的节律基因1 mRNA与YTH结构域m6A RNA结合蛋白2相互作用可促使节律基因1 mRNA降解，因此ALKBH5通过抑制此过程来上调节律基因1 mRNA水平，进而导致共济失调毛细血管扩张突变蛋白-细胞周期检测点激酶2-p53/细胞分裂周期25C信号通路重新激活，从而抑制胰腺癌细胞生长，发挥抑制肿瘤的作用，且p53诱导的ALKBH5转录激活还能作为一个反馈环调控胰腺癌中的m6A修饰。综上所述，ALKBH5可抑制胰腺癌的发生发展，但具体机制尚不明确。

2.3ALKBH5与胃癌 胃癌在全球癌症发病率中排名第五，死亡率排名第四[15]。Zhang等[22]发现，ALKBH5在胃癌中表达明显上调，并通过挽救试验发现lncRNA NEAT1是ALKBH5潜在的结合lncRNA，ALKBH5能通过去甲基化修饰lncRNA NEAT1使其表达上调，由于以往的研究证实lncRNA NEAT1过表达对胃癌的侵袭性和转移有促进作用，推测ALKBH5通过降低lncRNA NEAT1的m6A甲基化促进胃癌的侵袭和转移。综上，ALKBH5与胃癌的侵袭、转移有关并发挥促肿瘤的作用。

2.4ALKBH5与肺癌 2020年全球癌症统计报告显示，肺癌是全球第二大癌症，也是全球癌症死亡的主要原因[15]。既往研究表明，阻塞性睡眠呼吸暂停与肿瘤进展和肿瘤相关死亡率密切相关[23-24]。Chao等[25]在此基础上发现间歇性缺氧状态下小鼠肺腺癌细胞和皮下肿瘤中ALKBH5升高，随后他们继续在间歇性缺氧条件下敲除人肺腺癌细胞中的ALKBH5，发现这些细胞的增殖和侵袭受到明显抑制，并发现ALKBH5能通过对转录因子叉头框蛋白M1(forkhead box protein M1,FOXM1) mRNA m6A去甲基化修饰升高其表达，从而促进肺腺癌细胞的增殖和侵袭。Jin等[26]在非小细胞肺癌中发现m6A去甲基化酶ALKBH5通过降低YTH结构域蛋白家族介导的Yes相关蛋白(Yes-associated protein，YAP)mRNA表达和抑制微RNA(microRNA,miRNA/miR)-107/LATS2轴介导的YAP mRNA活性来抑制非小细胞肺癌肿瘤的生长和转移。Zhu等[27]研究发现，ALKBH5在非小细胞肺癌组织和细胞中表达明显上调，并推测ALKBH5通过m6A去甲基化修饰金属蛋白酶组织抑制因子3 mRNA降低其稳定性，进而发挥促进非小细胞肺癌细胞恶性生物学特性的作用。

2.5ALKBH5与乳腺癌 女性乳腺癌现已超过肺癌，成为2020年全球癌症发病率的主要原因，估计有230万新发病例，占所有癌症的11.7%，是全球癌症死亡的第五大原因[15]。研究发现，必要的生理刺激(即缺氧)可以调节人类癌细胞RNA的m6A修饰，缺氧通过增加编码核心多能因子的mRNA去甲基化，部分诱导乳腺癌干细胞表型[28-29]。通过实验发现，缺氧可诱导雌激素受体阳性乳腺癌干细胞(MCF-7)和三阴性乳腺癌干细胞(MDA-MB231、SUM-159和MDA-MB-435)中ALKBH5的表达，ALKBH5可通过去甲基化修饰NANOG(一种含有同源异域结构域的转录因子)mRNA使其表达及稳定性上调。而多能性因子NANOG mRNA是原发肿瘤形成和远处转移所必需的，它在维持和规范癌症干细胞中具有重要作用。因此，ALKBH5对乳腺癌的发生发展有促进作用，但具体机制还需进一步研究。

2.6ALKBH5与卵巢癌 卵巢癌是常见的女性生殖器官恶性肿瘤之一，发病率仅次于宫颈癌和子宫体癌，由于早期症状较隐匿，当出现临床症状时，大多数(>70%)已为晚期[15]。因此，了解卵巢癌发展的分子机制对于推进其诊断和治疗策略至关重要。Bcl-2是Bcl家族主要的抗凋亡蛋白，以往研究表明Bcl-1、Bcl-2在自噬和凋亡之间起重要作用[30-32]。Bcl-2与Bcl-1结合抑制自噬；相反，Bcl-2与Bcl-1分离可能是激活自噬的关键。因此，Zhu等[33]进一步发现上皮性卵巢癌组织中ALKBH5的表达明显上调，ALKBH5通过m6A去甲基化修饰Bcl-2 mRNA使其表达上调，促进Bcl-2与Bcl-1的结合，抑制上皮性卵巢癌肿瘤细胞的自噬作用，进而发挥促肿瘤作用。Jiang等[34]发现在卵巢癌组织中被病原体相关分子激活的Toll样受体通过激活核因子κB信号通路上调ALKBH5的表达，且ALKBH5能通过m6A去甲基化修饰NANOG mRNA，并使其表达下调，ALKBH5能通过参与构建卵巢癌肿瘤微环境促进肿瘤的发生发展，但NANOG mRNA表达异常在卵巢癌中的作用尚未阐明。在卵巢癌中ALKBH5通过去甲基化修饰上调相关mRNA表达，继而在肿瘤细胞自噬、肿瘤微环境方面发挥促肿瘤作用，但具体机制仍需进一步研究。

2.7ALKBH5与胶质母细胞瘤 胶质母细胞瘤是最常见、最具破坏性的原发性恶性脑肿瘤[15]。Zhang等[35]发现在胶质母细胞瘤中ALKBH5表达明显上调，其通过m6A去甲基化修饰FOXM1 mRNA使其表达上调，从而发挥促肿瘤作用。此外，咪唑并苯并嗪-5-硫酮MV1035可通过抑制ALKBH5来抑制胶质母细胞瘤细胞系的迁移和侵袭[36]。Liu等[37]研究发现，ALKBH5能通过m6A去甲基化修饰性别决定区Y框蛋白2 mRNA升高其表达，从而发挥抑制细胞凋亡、促进细胞增殖和替莫唑胺耐药的作用。综上所述，ALKBH5在胶质母细胞瘤中过表达并发挥促肿瘤作用，其抑制剂可显著抑制肿瘤细胞系的迁移和侵袭，此外ALKBH5还参与替莫唑胺化疗药物的耐药过程。

2.8ALKBH5与骨肉瘤 骨肉瘤是一种恶性肿瘤，目前的治疗手段主要采取手术切除与化疗相结合的方法，但转移和复发的患者预后仍较差，5年总体生存率仅为20%[38]。研究发现，lncRNA浆细胞瘤转化迁移基因1(plasmacytoma variant translocation 1，PVT1)在骨肉瘤患者中的表达显著升高，lncRNA PVT1通过抑制miR-195并提高其靶蛋白表达促进骨肉瘤细胞的增殖、迁移和侵袭[39]。此外，在耐药方面，lncRNA PVT1能通过激活肝细胞生长因子受体/磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B通路，靶向miR-152增强骨肉瘤细胞对吉西他滨的化疗耐药性[40]。Chen等[41]进一步发现，ALKBH5通过m6A去甲基化修饰lncRNA PVT1，从而抑制读取器蛋白YTH结构域m6A RNA结合蛋白2与lncRNA PVT1的结合，使lncRNA PVT1表达上调发挥促进骨肉瘤转移和增殖的作用。然而，有研究发现，ALKBH5通过对YAP mRNA的直接/间接调控抑制骨肉瘤的进展，且与正常成骨细胞/组织相比，骨肉瘤细胞/组织中去甲基化酶ALKBH5水平下调[42]。综上可知，ALKBH5参与骨肉瘤的发生、发展，同时发挥促进/抑制骨肉瘤细胞增殖、转移的作用，并且间接增强了骨肉瘤细胞对吉西他滨的化疗耐药性。

3 小 结

ALKBH5参与多种肿瘤的发生发展和转移过程，在不同肿瘤中表达水平不同，如在乳腺癌、胃癌、肺癌、卵巢癌、胶质母细胞瘤中表达明显上调且发挥促进肿瘤发生发展的作用；相反，在结肠癌、胰腺癌中表达下调且发挥抑制肿瘤发生发展的作用。从机制上讲，ALKBH5通过m6A去甲基化修饰目的基因，进而影响目的基因的表达，通过增强或减弱癌细胞的自我更新或调节癌细胞的自噬改变肿瘤微环境的方式来影响肿瘤细胞增殖、迁移、侵袭。另外，ALKBH5在影响肿瘤耐药方面也起一定作用，因此ALKBH5作为一个潜在的靶向基因具有极大的临床潜力，但仍需进一步研究来阐明其在不同肿瘤中的具体作用机制。