综述：癌症中的 N7- 甲基鸟苷（m7G）修饰：从机制到治疗潜力

这篇综述聚焦于 N7- 甲基鸟苷（m7G）修饰，深入探讨其在癌症中的作用机制。m7G 修饰参与 RNA 代谢，影响肿瘤增殖、凋亡、转移等过程。同时，相关分子可作为肿瘤标志物和治疗靶点，为癌症诊疗提供新思路，值得一读。

　　

引言

癌症作为一种恶性疾病，以细胞的失控增殖、侵袭周围组织并最终导致器官衰竭为特征，具有高发病率和高死亡率。尽管近年来在癌症的认知和治疗方面取得了显著进展，但肿瘤的复发和转移潜能仍然很高，这使得死亡率居高不下。目前癌症治疗面临的主要挑战之一是对肿瘤发生机制的理解尚不全面，再加上缺乏针对癌症的特异性临床试验，这些都阻碍了药物的研发。因此，深入探究癌症发生和发展的机制，识别潜在的诊断生物标志物和治疗靶点，对于提高癌症靶向治疗的认知以及设计更有效的治疗方案至关重要。

近年来，下一代测序技术的快速发展凸显了转录后修饰在众多生理和病理过程中的关键作用。动态的 RNA 修饰广泛存在于所有核苷酸中，至今已鉴定出超过 170 种不同类型的 RNA 修饰。多种 RNA 种类都会经历修饰，且大多数涉及不止一种化学修饰。RNA 甲基化是最常见且最丰富的 RNA 修饰形式，相关研究已开展了 60 多年，它对 RNA 转录、剪接、结构完整性、稳定性和翻译等多个生物学过程的调节至关重要。目前，已鉴定出 70 多种 RNA 甲基化类型，其中对 N⁶- 甲基腺苷（m⁶A）、N⁷- 甲基鸟苷（m⁷G）、5 - 甲基胞嘧啶（m⁵C）、N¹- 甲基腺苷（m¹A）、N³- 甲基胞嘧啶（m³C）和假尿苷（ψ）等修饰的研究较为广泛。在这些修饰中，m⁶A 是最常见且研究最深入的修饰，但近年来，m⁷G 甲基化等其他类型的 RNA 甲基化也受到了越来越多的关注。

m⁷G 甲基化是一种普遍存在且在进化上保守的 RNA 修饰，它是指在 RNA 中鸟苷的第 7 位进行 N - 甲基化，这一过程由特定的甲基转移酶催化。这种修饰主要发生在 mRNA 的 5’帽结构处，作用于鸟苷的氮 7 位置。此外，在各种物种的信使 RNA（mRNA）内部、初级微小 RNA（pri-miRNA）、核糖体 RNA（rRNA）和转运 RNA（tRNA）中也能发现 m⁷G 修饰。m⁷G 修饰参与调节众多生物学过程，包括 mRNA 转录、tRNA 稳定性、微小 RNA（miRNA）的生物合成和功能，以及 18S rRNA 的加工和成熟。它通过调节多种分子的表达，参与各种生理和病理过程，与心血管疾病、发育障碍、神经系统疾病、代谢相关疾病，尤其是癌症的发生密切相关。越来越多的证据表明，m⁷G 甲基化与癌症的发展和进展密切相关，并影响多种与癌症相关的生物学功能。在癌症中，m⁷G 甲基转移酶常常异常表达，改变 mRNA、tRNA、rRNA 和 miRNA 中的 m⁷G 修饰，进而影响靶基因的表达，调控与癌症相关的生物学过程。

本综述旨在总结 m⁷G 修饰在癌症发展中的分子机制，及其在癌症治疗中的潜在应用。同时，还将探讨 m⁷G 修饰相关分子作为癌症诊断、疾病监测和预后评估生物标志物的潜力，为癌症的诊断和靶向治疗提供新的策略。

N⁷- 甲基鸟苷（m⁷G）修饰的功能和作用

m⁷G 修饰的发现、定义和生物学功能

m⁷G 是一种重要且在进化上保守的 RNA 修饰，参与表观遗传调控，广泛存在于原核生物和真核生物中。m⁷G 修饰是指在 RNA 中鸟苷的第 7 位氮原子上进行甲基化，由特定的甲基转移酶催化。这些修饰会影响 mRNA、rRNA、miRNA 和 tRNA 的合成与加工，参与各种细胞的生理和病理过程。

m⁷G 修饰的发现和定义是一个逐步发展的过程。1965 年，Holley 等人确定了酵母 tRNA^Ala的序列，这是 RNA 研究早期的一个重要里程碑。1975 年，m⁷G 修饰首次在病毒 RNA、mRNA、tRNA 和 rRNA 中被报道，同年，Hefti 等人首次在辛德毕斯病毒 RNA 的 5’端鉴定出 m⁷G 帽结构，Ensinger 等人成功从痘苗病毒中溶解出 m⁷G 甲基转移酶。1977 年，人们进一步阐明了各种 RNA 分子中 m⁷G 帽结构和内部 m⁷G 修饰的存在。1978 年，m⁷G 特异性抗体的开发极大地加速了该领域的研究。1991 年，m⁷G 的阅读器 —— 真核起始因子 4E（eIF4E）被鉴定出来，揭示了其通过氢键与 m⁷G 基团的结合机制，明确了 m⁷G 修饰在 RNA 代谢中的作用。2002 年，Alexandrov 等人发现酵母 tRNA 中 G46 位置存在 m⁷G 修饰，由 Trm8p/Trm82p 异二聚体复合物介导，这进一步加深了人们对其生物学意义的理解。2007 年，eIF4E 与多种恶性肿瘤之间的关联为聚焦 m⁷G 修饰的癌症研究开辟了新途径。2019 年，研究人员利用高通量测序技术检测了哺乳动物 mRNA 和 tRNA 中的 m⁷G 修饰，并在成熟 miRNA 和 miRNA 前体中鉴定出 m⁷G。通过结合 BoRed-seq 和 RNA 免疫沉淀技术，研究人员将 m⁷G 修饰定位到参与抑制细胞迁移的 miRNA 上，并利用质谱技术在 miRNA let-7e-5p 的特定鸟苷上确定了 m⁷G 修饰。2020 年，Vinther 和 Pandolfini 就使用 m⁷G-RIP-seq、BoRed-seq 和 MS/MS 分析检测结直肠癌（CRC）中 miRNA let-7e 的 m⁷G 修饰的方法展开了争论，这推动了 RNA 表观遗传修饰检测方法的进一步发展。2021 年，m⁷G 在癌症进展，尤其是肿瘤免疫微环境中的调控作用受到越来越多的关注。2023 年，Liu 等人报道，在肝内胆管癌（ICC）小鼠模型中，敲除负责 RNA m⁷G 修饰的关键甲基转移酶甲基转移酶样 1（METTL1），并联合抑制 CXCR2（CXCL8 的受体），可以增强 PD-1 阻断疗法的疗效。2024 年，Luo 等人提出 RMscore 模型，通过患者样本中 PD-1/PD-L1 的表达相关性，将 m⁷G 修饰与乳腺癌的免疫治疗耐药性联系起来。

虽然目前对 m⁷G 修饰调节因子的了解仍然有限，但已经鉴定出几种负责 m⁷G 修饰形成的关键甲基转移酶。这些酶能够催化将甲基转移到 RNA 中鸟苷的 N7 位置，从而影响 RNA 的功能。主要的甲基转移酶包括 METTL1/WD 重复结构域 4（WDR4）、威廉姆斯 - 布伦综合征染色体区域 22（WBSCR22）/ 甲基转移酶激活亚基 11 - 2（TRMT112）和 RNA 鸟嘌呤 - 7 甲基转移酶（RNMT）/RNMT 激活小蛋白（RAM）。METTL1/WDR4 复合物是最知名的 m⁷G 甲基转移酶系统之一，由 METTL1 及其伴侣 WDR4 组成。METTL1 作为一种 tRNA 甲基转移酶，能够将甲基从 S - 腺苷甲硫氨酸转移到 tRNA 中鸟苷的 N7 位置，从而稳定 tRNA 的三级结构。WDR4 则可以稳定 METTL1，增强其甲基转移酶活性。此外，METTL1/WDR4 复合物还能在 mRNA 中，尤其是在 5’非翻译区（5’-UTR）、编码序列和 3’非翻译区（3’-UTR）介导高水平的 m⁷G 修饰，这表明它广泛参与 RNA 的调控。WBSCR22/TRMT112 复合物介导人类 18SrRNA 中 G1639 位置的 m⁷G 修饰，这对核糖体的成熟和功能至关重要。WBSCR22 作为催化亚基，TRMT112 作为共激活因子，通过稳定复合物来支持核糖体的生物发生。缺乏这种修饰会损害核糖体的成熟和核输出，从而降低整体翻译效率。RNMT/RAM 复合物能够对加帽 mRNA 中第一个转录核苷酸的鸟苷残基进行甲基化，有助于 m⁷G 帽结构的形成。通过修饰 mRNA 帽结构，RNMT 可以影响前体 mRNA 的输出、翻译起始和稳定性。

总之，m⁷G 修饰通过调节 RNA 的结构、稳定性以及与蛋白质的相互作用，在调控基因表达、RNA 加工和翻译过程中发挥着重要作用。这些调控机制代表了包括癌症在内的多种疾病的潜在治疗靶点，凸显了 m⁷G 修饰在各种生理和病理环境中的重要性。

m⁷G 修饰的机制

RNA 修饰的研究让人们对 m⁷G 有了更深入的理解，揭示了其在多种生物学过程中的关键作用。m⁷G 修饰广泛分布于 RNA 分子中，影响着 mRNA 稳定性、核输出、翻译、tRNA 稳定性和翻译、通过影响 18S rRNA 成熟来调节核糖体合成，以及调控非编码 RNA（ncRNAs）等关键功能。

1. 调控 mRNA 稳定性、核输出和翻译：mRNA 5’端的 m⁷G 帽结构，如 m⁷GpppX，能够通过减少核酸外切酶介导的降解来增强 RNA 的稳定性，从而延长 RNA 的半衰期并维持其完整性。m⁷G 帽与 eIF4E 相互作用形成帽 - eIF4E - RNMT 复合物，该复合物可调节 RNA 的核输出并提高翻译效率。eIF4E 与 RNMT 竞争 m⁷G 帽的结合，进而调节 RNA 的运输和翻译。Cowling 研究表明，RNMT/RAM 复合物能够增强细胞周期蛋白 D1 mRNA 帽的甲基化和翻译，从而调节细胞周期，促进细胞增殖和转化。此外，Yu 等人报道，Mettl1 通过 m⁷G 修饰稳定并上调丝氨酸和精氨酸丰富的剪接因子 9 mRNA，这促进了活化 T 细胞核因子 4 的选择性剪接，有助于细胞增大。
2. 调控 tRNA 稳定性和翻译：m⁷G 修饰也会影响 tRNA 的稳定性和蛋白质翻译。在 tRNA 的特定区域，如 D 臂、T 臂和可变环中的 m⁷G 修饰，会影响 tRNA 的稳定性和功能。例如，m⁷G46 修饰会影响 tRNA 的折叠和功能。此外，敲低 METTL1 会降低酵母 tRNA 中 m⁷G46 的水平，损害其运输和翻译功能。
3. 通过影响 18S rRNA 成熟在核糖体合成中的作用：WBSCR22/TRMT112 复合物介导 rRNA 中的 m⁷G 修饰，这对核糖体的生物发生至关重要。该复合物参与 18S rRNA 前体的成熟，并促进 40S 核糖体亚基的核输出。抑制 WBSCR22 会导致未成熟的核糖体亚基在细胞核中积累，破坏核糖体的合成。有趣的是，这些甲基转移酶的催化活性并非总是前体 18S rRNA 加工和输出所必需的，这表明在 rRNA 成熟过程中存在一种保守的质量控制机制。
4. 调控 ncRNAs 的产生：m⁷G 修饰在调控 ncRNAs 的产生中也发挥着作用，包括 miRNA、环状 RNA（circRNA）和 tRNA 衍生的小 RNA（tsRNA）。在 miRNA 中，m⁷G 修饰能够稳定 pri - miRNA 中的 G - 四链体结构，促进 DROSHA 介导的切割和 miRNA 的成熟。METTL1 通过 m⁷G 修饰调节 let - 7 等 miRNA，从而影响 miRNA 的成熟和功能。m⁷G 修饰还能稳定 circRNAs，METTL1 通过 GG 依赖的 m⁷G 修饰促进 circKDM1A 的稳定性。tsRNAs 是由成熟 tRNA 或前体 tRNA 切割产生的短 RNA 片段，参与多种调控过程。敲低 METTL1 会降低 m⁷G 水平，导致 tRNA 不稳定和 tsRNA 生物合成增加，这种破坏会影响翻译效率，并导致细胞行为改变。有趣的是，另一项研究报道，改变 METTL1 的水平不会影响 tsRNAs 的总丰度，但会影响 m⁷G 修饰的 tRNA 衍生的应激诱导小 RNA（tiRNAs）和 tsRNAs 的表达。

综上所述，作为一种关键的转录后修饰，m⁷G 修饰是 RNA 代谢不可或缺的一部分。它能够稳定 RNA 分子，调节 RNA 的运输和翻译，控制基因表达，促进核糖体的生物发生，并影响 ncRNA 的功能。这些机制突出了 m⁷G 在 RNA 功能和调控中的核心作用，也强调了其在多种生物学过程中的重要性。

m⁷G 修饰与人类疾病

m⁷G 修饰存在于多种 RNA 中，影响基因表达和细胞功能，进而参与蛋白质合成、翻译调控和信号转导等多种生物学过程。当 m⁷G 修饰功能异常时，可能会导致多种人类疾病，如心血管疾病、发育和神经系统疾病、炎症相关疾病、代谢相关疾病以及肿瘤等。

m⁷G 疾病数据库显示，心血管疾病中 m⁷G 位点变异的频率最高。METTL1 和 WDR4 介导的 m⁷G 甲基化在维持胚胎干细胞自我更新和调节血管生成中起着关键作用。具体而言，METTL1 缺失会增强与心血管发育相关基因的表达。此外，METTL1 敲除会通过多种信号通路影响血管生成和中胚层分化。Zhou 等人证明，METTL1 通过增强血管内皮生长因子（VEGF）mRNA 的翻译，促进缺血后损伤的血管生成，这表明其在治疗外周动脉疾病方面具有潜在价值。在小鼠心脏组织中，主动脉缩窄或血管紧张素 II 刺激会诱导 METTL1 的表达，而 METTL1 敲除则可以通过影响 SRSF9 mRNA 的 m⁷G 修饰来调节 NFATc4 的剪接，从而减轻压力过载诱导的心脏肥大，影响心脏功能。这些研究结果表明，靶向 METTL1 介导的 m⁷G 修饰可能是治疗血管疾病的一种策略。

m⁷G 修饰与多种发育和神经系统疾病有关。沉默 METTL1 会破坏神经外胚层的形成，导致神经发育异常。在阿尔茨海默病模型中，在大脑皮层和海马体的兴奋性神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞中观察到 METTL1 表达下调。在多发性硬化症（一种中枢神经系统的自身免疫性脱髓鞘疾病）中，发现了 METTL1 的突变。WDR4 突变与多种发育障碍相关，包括加洛韦 - 莫瓦特综合征（一种伴有小头畸形的原发性侏儒症），并且可能与唐氏综合征有关，在小鼠中过表达 WDR4 已被证明可以挽救唐氏综合征的表型。从机制上讲，由于 METTL1 或 WDR4 突变导致的 m⁷G 甲基化紊乱，进而引起 let - 7 miRNA 的调节异常，可能是这些神经发育障碍的原因之一。总之，METTL1 和 WDR4 的突变以及异常的 m⁷G 甲基化与一系列神经退行性疾病和发育障碍有关。

尤其值得注意的是，m⁷G 修饰与癌症进展的关联日益密切。在急性髓系白血病（AML）、ICC 和前列腺癌等多种癌症中，m⁷G 调节因子，如 METTL1 和 WDR4 的表达水平常常异常升高。它们会增强 m⁷G tRNA 的表达，激活下游的致癌信号通路，如 PI3K/AKT/mTOR 通路，并抑制 tsRNAs 的生物合成，从而控制肿瘤生长抑制、干扰素通路和免疫效应器等关键调节因子的合成。

m⁷G 测序技术和工具

20 世纪 70 年代，研究人员使用了一系列生化和分析技术，包括酶消化、薄层层析和质谱等，来揭示 RNA 分子<