综述：RNA m5C甲基化在癌症中的作用：机制与生物学影响

《Oncogenesis》：RNA m5C methylation in cancer: mechanisms and biological impact

本综述系统阐述了RNA 5-甲基胞嘧啶（m5C）修饰在肿瘤发生中的核心作用机制与生物学功能。文章重点解析了m5C"写入器"（Writers）、"读取器"（Readers）和"擦除器"（Erasers）三类调控蛋白的工作机制，及其通过调节RNA稳定性、核质转运和翻译效率影响肿瘤细胞增殖、代谢重编程、上皮-间质转化（EMT）、铁死亡及治疗耐药等关键生物学过程。综述还总结了m5C在不同癌症类型中的特异性调控网络，并展望了其作为癌症诊断生物标志物和治疗靶点的临床应用前景。

　　

RNA m⁵C甲基化是近年来备受关注的一种重要的表观转录组修饰，其在基因表达调控中扮演着关键角色。这种修饰由三类功能蛋白动态调控："写入器"（如NSUN家族和DNMT2）负责催化m⁵C的形成；"读取器"（如ALYREF和YBX1）识别并结合m⁵C修饰，介导下游功能；而"擦除器"（如ALKBH1和TET家族）则负责去除修饰，实现可逆调控。

三种RNA m⁵C调控因子："读取器"、"写入器"和"擦除器"

m⁵C修饰网络通过精细的调控机制影响RNA的代谢和功能。写入器蛋白利用S-腺苷甲硫氨酸（SAM）作为甲基供体，催化胞嘧啶第五位碳原子的甲基化。NSUN家族成员各司其职：NSUN1主要修饰28S rRNA，参与核糖体生物合成；NSUN2是目前研究最深入的m⁵C甲基转移酶，靶向mRNA和非编码RNA，增强mRNA稳定性并促进核输出；NSUN3特异性甲基化线粒体tRNA（mt-tRNA），维持线粒体翻译和氧化磷酸化功能。

读取器蛋白通过特异性结构域识别m⁵C修饰位点。ALYREF通过识别m⁵C修饰的mRNA促进其核质转运，在鼻咽癌（NPC）中，ALYREF结合NOTCH1 mRNA的m⁵C位点，增强其稳定性和核输出。YBX1作为多功能m⁵C读取器，在食管鳞状细胞癌（ESCC）中以m⁵C依赖性方式稳定SMOX mRNA，促进肿瘤进展。

擦除器蛋白如ALKBH1和TET家族负责动态去除m⁵C修饰。ALKBH1通过其α-酮戊二酸和Fe（II）依赖性双加氧酶活性将m⁵C氧化为5-羟甲基胞嘧啶（hm⁵C）和5-甲酰基胞嘧啶（f⁵C）。TET蛋白最初以氧化DNA 5-甲基胞嘧啶（5mC）而闻名，后来发现也能催化RNA m⁵C氧化。

m⁵C调控因子的表达、调控及生理功能

m⁵C调控因子的表达模式并非均一，而是表现出明显的组织特异性。例如，NSUN2在具有高再生和增殖能力的组织（如睾丸、肠隐窝和皮肤）中高表达。这种基线表达谱使得这些组织在NSUN2的促生长功能被进一步放大时，更容易发生致癌转化。

m⁵C调控因子的表达和活性受到转录、转录后和翻译后多层次调控系统的调控。在转录水平，它们的基因受致癌和抑癌信号通路调控；在转录后水平，microRNA（miRNA）和长链非编码RNA（lncRNA）精细调节mRNA的稳定性和翻译效率；翻译后修饰（PTM）则提供了一种快速可逆的机制来精确调控蛋白活性、稳定性和亚细胞定位。

m⁵C在不同癌症类型中的作用

m⁵C甲基化的失调是众多癌症的标志，由其调控机制的异常表达、突变或活性改变所驱动。

在呼吸系统肿瘤中，NSUN2通过稳定PIK3R2 mRNA激活PI3K-AKT信号通路，促进肺腺癌（LUAD）的恶性转化。同时，其与ALYREF的协同相互作用调节YAP mRNA甲基化，增强由YAP表达介导的Hippo通路激活。

在消化系统肿瘤中，m⁵C修饰通过多维调控网络驱动肿瘤进展。在食管鳞状细胞癌（ESCC）中，YBX1以m⁵C依赖性方式稳定SMOX mRNA，激活多胺代谢促进ESCC发展。在胃癌（GC）中，HCP5-132aa蛋白桥接YBX1和ELAVL1形成三元复合物，特异性识别SLC7A11和G6PD mRNA上的m⁵C位点，协同稳定铁死亡相关转录本并通过代谢重编程驱动肿瘤进展。

m⁵C影响肿瘤进展的不同作用机制

细胞增殖、迁移和侵袭

m⁵C甲基化通过调节关键癌基因的RNA稳定性和翻译效率，驱动肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭能力。例如，在非小细胞肺癌（NSCLC）中，LINC02159敲低通过抑制增殖、迁移和侵袭同时诱导凋亡和细胞周期停滞来抑制肿瘤生长。在结直肠癌（CRC）中，ALYREF通过m⁵C识别招募ELAVL1来稳定RPS6KB2和RPTOR转录本，促进肿瘤生长和迁移。

代谢重编程

m⁵C甲基化与代谢重编程之间存在复杂的双向调控关系。在胰腺导管腺癌（PDAC）中，ALYREF通过m⁵C识别稳定JunD mRNA，使JunD能够激活SLC7A5和mTORC1信号传导。这增强了肿瘤细胞中的氨基酸摄取，同时损害了CD8⁺ T细胞功能，将m⁵C与免疫代谢串扰联系起来。除了氨基酸代谢，m⁵C修饰还调节葡萄糖利用。研究表明，NSUN2稳定ME1、GLUT3和CDK2 mRNA以诱导代谢重编程和细胞周期进程。

上皮-间质转化（EMT）

EMT是肿瘤细胞获得迁移和侵袭能力的关键过程。在肝细胞肝癌（LIHC）中，ALYREF通过m⁵C稳定EGFR mRNA，激活STAT3信号通路以促进EMT、迁移和肿瘤形成。在肺癌中，NOP2/ALYREF/EZH2轴通过稳定驱动间质转化的转录本来诱导EMT。

铁死亡

铁死亡是一种铁依赖性的、非凋亡形式的调节性细胞死亡。在子宫内膜癌中，NSUN2介导的m⁵C修饰稳定SLC7A11 mRNA，提高其蛋白水平以抑制铁死亡并促进肿瘤生长。靶向该轴可恢复铁死亡敏感性，提供了一种治疗策略。

治疗耐药

m⁵C修饰在癌症治疗耐药中发挥关键作用。在宫颈癌（CC）中，NSUN6介导的m⁵C修饰稳定NDRG1 mRNA，增强同源重组修复能力并赋予放疗抗性。除了放疗抗性，m⁵C修饰还驱动对靶向治疗的耐药性：在EGFR-TKI耐药的NSCLC中，NSUN2通过YBX1高甲基化QSOX1 mRNA并使其稳定，从而维持吉非替尼耐药性。

其他机制

外泌体是细胞间通讯的重要媒介。研究表明，NSUN2和YBX1诱导的m⁵C甲基化增强了多发性骨髓瘤（MM）细胞中长链非编码RNA MALAT1的表达。这种上调导致MALAT1通过外泌体转移到破骨细胞，加剧骨破坏。自噬是溶酶体依赖的降解过程。研究证明，SAT1积累通过YBX1介导的m⁵C修饰稳定mTOR mRNA，从而有效抑制自噬。

结论

m⁵C甲基化在癌症生物学中是一个强大的肿瘤发生效应器。尽管不同癌症类型中特定的靶RNA和下游通路有所不同，但已出现重复出现的机制主题。m⁵C修饰主要通过增强致癌转录本的稳定性和翻译效率、促进其核输出以及优化对细胞增殖、存活和代谢重编程至关重要的蛋白质翻译来促进肿瘤发生。功能输出由一组高度保守的调节轴协调，特别是NSUN2-ALYREF和NSUN2-YBX1复合物，它们作为协调RNA核输出、稳定性和翻译的中心节点。重要的是，m⁵C失调的背景依赖性后果取决于不同组织中甲基化的特定靶RNA，这解释了共同机制如何驱动广泛的癌症表型。