综述：DNA甲基化与RNA甲基化之间的相互作用塑造癌症细胞可塑性

《Seminars in Cancer Biology》：Interplay between DNA and RNA methylation shapes cancer cell plasticity

　　

细胞可塑性（cellular plasticity）是指健康细胞在不同表型状态之间转换并改变其特性以维持组织稳态和完整性的能力。在肿瘤背景下，癌症干细胞（cancer stem cells, CSCs）利用这种灵活性来抵抗胁迫、促进肿瘤扩散并逃避治疗干预。表观遗传调控，特别是CpG位点的DNA甲基化（DNA methylation），通过调节染色质可及性抑制分化程序，被公认为肿瘤可塑性的重要驱动因素。最近，RNA修饰（RNA modifications, 表观转录组学）已成为基因表达的关键转录后调控因子，塑造RNA的命运和功能。其中，N6-甲基腺苷（N6-methyladenosine, m⁶A）、5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine, m⁵C）、N1-甲基腺苷（N1-methyladenosine, m¹A）和N7-甲基鸟苷（N7-methylguanosine, m⁷G）通过调节干性-分化平衡、胁迫适应和上皮-间质转化（epithelial-to-mesenchymal transition, EMT）参与细胞身份的调控。值得注意的是，在肿瘤中经常观察到DNA和RNA甲基化特征的失调，提示这些调控层之间可能存在功能性相互作用。新兴证据表明，DNA CpG甲基化和RNA甲基化通路可能协同影响干性、存活和EMT相关信号，从而支持CSCs的可塑性。尽管这种交叉对话的分子机制尚未完全阐明，但越来越多的研究表明，DNA和RNA甲基化可能在相互连接的调控网络中汇聚，共同参与癌症细胞身份的控制。对这些相互作用的深入理解可能揭示靶向肿瘤可塑性的新脆弱点。在本综述中，研究人员总结了当前关于DNA和RNA甲基化在调控肿瘤可塑性中相互作用的知识，强调了新出现的机制性见解、功能性相互作用以及对未来表观遗传和表观转录组治疗策略的潜在意义。

**1. Introduction**
癌症被日益视为高度动态和异质性的疾病，肿瘤细胞可在分化状态与干细胞样状态之间可逆转换，这一现象称为癌症细胞可塑性，是肿瘤起始、进展、转移、治疗耐药和复发的核心机制。最初，癌症干细胞（CSCs）通过干细胞相关表面标志物（如CD133、CD44、EpCAM、CD24）进行鉴定，但当前认为CSC表型高度动态，受肿瘤分期、环境胁迫、炎症信号、缺氧及治疗暴露等因素影响。这些动态细胞状态转换主要由表观遗传机制（包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑复合物及非编码RNA）控制，共同塑造与干性相关的转录程序。DNA甲基化（包括5-甲基胞嘧啶m⁵C及其氧化产物hm⁵C、f⁵C、ca⁵C）是癌症中研究最广泛的表观遗传改变之一，在干细胞命运决定中起核心作用。正常组织中甲基化模式严格调控以维持自我更新与分化平衡，而肿瘤发生过程中异常DNA甲基化逐渐累积，导致肿瘤抑制基因和分化相关基因的转录沉默，建立稳定干细胞样状态的“表观遗传记忆”。此外，Wnt/β-catenin、Notch和Hedgehog等发育通路在癌症中过度激活，与表观遗传调控因子相互作用，维持自我更新并抑制分化，促进肿瘤侵袭性。与DNA表观遗传标记类似，RNA修饰（表观转录组学）通过控制RNA代谢的几乎每个阶段（包括成熟、核输出、折叠、剪接、稳定性和翻译）成为基因表达的关键调控因子。RNA甲基化标记如m⁶A、m⁵C、m¹A和m⁷G可介导干性程序的维持、免疫耐受、上皮-间质转化（EMT）、药物驱动及代谢重编程。表观遗传和表观转录组调控均依赖由“写入器”、“读取器”和“擦除器”组成的协调网络，分别沉积、识别和移除DNA和RNA分子上的化学修饰。因此，DNA与RNA甲基化标记及其机制的汇聚可能代表癌症可塑性的新调控层面。例如，DNA甲基转移酶（DNMT）介导的CpG甲基化可调控RNA甲基化基因的表达，而METTL依赖的RNA甲基化可影响DNA甲基化基因转录本的稳定性与功能。本综述旨在提供综合整合分析，阐明表观遗传与表观转录组机制如何协同调控CSC可塑性和肿瘤进展，提出统一模型，即DNA和RNA上运行的“写入器-读取器-擦除器”甲基化网络可能构成动态控制CSC命运决策的互联调控层，并强调新兴治疗脆弱性。

**2. Epigenetics in Cancer Plasticity: CSC Markers, Differentiation, and Epigenetic Regulation**
CSCs的可塑性依赖于能够快速可逆地适应环境与治疗压力的调控系统，这通过“癌症可塑性标志”体现，包括肿瘤起始、干性维持、EMT可塑性、癌细胞多样性、代谢重编程、免疫逃逸以及化疗和放疗耐药。DNA甲基化作为动态可逆的表观遗传机制，在维持干性、抑制分化及稳定适应性肿瘤细胞状态中发挥核心作用。肿瘤发生过程中，DNMTs（特别是DNMT1）的失调活性渐进建立异常甲基化模式，强化CSC表型并产生稳定的恶性表观遗传记忆状态。实验研究表明，组成型DNA甲基化对干细胞自我更新和分化相关转录程序的抑制至关重要。在癌症中，DNMT1依赖性甲基化支持CSC维持和肿瘤起始。例如，结直肠癌中DNMT1缺失减少CSC相关群体并损害肿瘤起始能力；肺癌中IL-6/JAK2/STAT3信号通过上调DNMT1增强CSC特性；乳腺上皮中DNMT1缺失减少CSC频率和肿瘤起始。相反，DNA去甲基化通路破坏也可调节CSC可塑性。TET家族酶催化DNA去甲基化，TET2活性丧失导致广泛DNA高甲基化、分化程序抑制及干细胞样潜能增加。在胶质母细胞瘤中，SOX2/miR-10b-5p/TET2调控轴抑制TET2表达，降低hm⁵C水平，增强肿瘤传播能力。代谢改变可间接调节CSC表观遗传学，如IDH1/2突变产生2-羟基戊二酸（2-HG），抑制TET酶活性并诱导全局DNA高甲基化，导致分化受损和干细胞/祖细胞表型增强。表观遗传调控与发育信号通路（如Wnt/β-catenin）紧密互联，例如肝癌中DNMT1依赖的BEX1调控激活Wnt/β-catenin信号，维持肝CSC自我更新。这些观察将DNA甲基化确立为整合致癌信号、代谢改变和微环境刺激的中心调控枢纽，促成适应性CSC表型。

**3. RNA Methylation regulation of cell phenotype (normal and tumor)**
表观转录组机制代表基因表达动态可逆调控的新途径。本节综述最受研究的RNA底物表观转录组标记及其在生理和致癌背景下塑造细胞表型的作用。

**3.1. N6-methyladenosine (m⁶A)**
m⁶A及其相关因子是RNA稳定性的关键调控因子，影响RNA生命周期的几乎所有阶段，包括成熟、剪接、输出和翻译。m⁶A的可逆性使其适合调节细胞对环境和分化信号的转录组响应。在造血系统中，破坏METTL3介导的m⁶A沉积会损害造血干细胞和祖细胞的特化，通过去稳定参与自我更新通路的关键转录本。在胶质母细胞瘤中，升高的METTL3/METTL14活性促进SOX2转录本的稳定，维持干细胞样表型和治疗耐药。在结直肠癌细胞中，自我更新和球体形成与YTHDF1表达增加及Wnt/β-catenin信号抑制相关，而遗传消耗YTHDF1可恢复Wnt因子表达，减少克隆形成并刺激分化。在急性髓系白血病（AML）中，METTL3介导的m⁶A沉积促进关键癌转录本（如MYC、BCL2、PTEN mRNA）的翻译，支持白血病细胞自我更新和干性维持。m⁶A读取器YTHDF2的过表达抑制凋亡激活因子TNFRSF2 mRNA的表达，调控白血病干细胞（LSC）身份。m⁶A信号还与乳腺癌中EMT激活和转移播散相关，通过稳定EMT相关转录本和非编码RNA（如MALAT1和miR-26b），并可能通过支持PD-L1表达调节胆管癌中CSC免疫逃逸。在代谢调控方面，三阴性乳腺癌中METTL3通过促进MYC/WDR5关联重编程葡萄糖代谢，刺激GLUT1和HK2等代谢基因；在肝细胞癌中METTL3/14复合物过度激活导致ACLY和SCD1表达增加，深度重编程脂质代谢。这些发现支持m⁶A在调控癌症可塑性多个标志中的潜在作用，但证据强度在不同肿瘤类型和生物学背景下差异显著。

**3.2. N1-methyladenosine (m¹A)**
m¹A因参与细胞关键生存机制而迅速引起关注。在造血干细胞中，TRMT6-TRMT61A过表达导致tRNA分子上m¹A水平升高，促进mTORC1信号通路，支持HSC增殖和自我更新能力，并防止坏死性凋亡诱导。在癌症中，m¹A与促生存致癌通路的刺激相关。例如，siRNA介导的m¹A擦除器ALKBH3沉默导致p21^WAF1/Cip1和p27^Kip1表达增加，降低肺腺癌细胞增殖并诱导衰老。ALKBH3去甲基化还通过释放ATP5D mRNA从核糖体复合物，抑制其翻译，影响宫颈癌细胞糖酵解过程。m¹A写入器TRMT61A与MYC和PD-L1表达相关，提示该修饰在癌细胞免疫逃逸中的潜在作用。与m⁶A相比，直接连接m¹A修饰与CSC维持的证据仍有限，多数研究基于关联性观察，需更多机制性和功能性研究。

**3.3. 5-methylcytosine (m⁵C)**
RNA m⁵C甲基化在细胞生物学中的作用日益重要，涉及翻译、成熟和核输出等多个步骤。m⁵C在细胞分化和代谢等过程中发挥作用，如斑马鱼胚胎母源-合子转变中稳定母源转录本，NSUN2调节tRNA成熟从而影响全局蛋白质合成和代谢重编程。在宫颈癌细胞中，NSUN2对LRRC8A mRNA的m⁵C添加与YBX1介导的稳定化协同作用，诱导LRRC8A过表达，增加肿瘤增殖和播散。在结直肠癌中，NSUN2和YBX1对ENO1转录本的m⁵C修饰导致乳酸代谢重编程，促进免疫逃逸。NSUN2还是葡萄糖感应分子，在肝细胞癌中葡萄糖介导NSUN2激活，稳定TREX2 mRNA并抑制cGAS/STING轴，触发肿瘤发生并阻止免疫检测。尽管多项研究将m⁵C调控因子与肿瘤播散、免疫逃逸和代谢适应联系起来，但仅部分直接评估CSC相关功能。

**3.4. N7-methylguanosine (m⁷G)**
m⁷G传统上位于转录本的5'端，但最近在RNA分子内部也被检测到。除了在mRNA加帽和翻译起始中的经典功能，内部m⁷G有助于维持RNA稳定性和构象。在神经干细胞中，m⁷G水平升高与SPTBN2 mRNA稳定性增加相关，促进干细胞更新和神经发生；METTL1过表达则驱动神经分化。在癌症生物学中，METTL1敲低在TKI耐药的肝细胞癌细胞中损害tRNA活性并减少EGFR相关基因翻译，抑制增殖并克服耐药。在AML中，METTL1缺失减少特定tRNA子集，控制HCK/CXCR4信号，损害白血病干细胞维持。m⁷G还影响转化细胞中mRNA表达，如胃癌中METTL1-WDR4复合物在PIK3C2B和AKT mRNA上沉积m⁷G，维持PI3K/AKT/mTOR激活，促进癌细胞侵袭性。m⁷G活性还影响癌症代谢，如食管癌细胞中PFKFB3 RNA上的m⁷G与肿瘤适应糖酵解代谢和放射抵抗表型相关。这些发现将m⁷G定位为高度动态的转录后调控因子，整合分化、代谢适应、EMT和免疫重塑以维持肿瘤可塑性。目前最强机制证据来自AML，其他肿瘤类型证据多为关联性，需进一步研究。

**4. Functional interplay between DNA and RNA methylation in cancer plasticity**
DNA和RNA甲基化并非独立调控层，而是通过多种机制相互连接，包括甲基化酶的相互调控、共享代谢通路、协调染色质重塑以及重叠转录靶点。这些相互作用建立整合的表观遗传-表观转录组网络，协调细胞状态转换、干性和对环境与治疗压力的适应。

**4.1. DNA methylation regulates RNA methylation machinery**
DNA甲基化通过启动子甲基化调节RNA甲基化酶的表达，重塑表观转录组景观。在胰腺癌中，DNMT1和DNMT3A与METTL3启动子结合减少导致METTL3过表达，增强m⁶A依赖的pri-miR-25加工为miR-25-3p，促进肿瘤进展。在食管鳞状细胞癌中，香烟烟雾凝集物暴露诱导ALKBH5启动子低甲基化，增加其表达和m⁶A去甲基化活性，导致lncRNA LINC00278去稳定化，减少YY1BM微肽产生，促进增殖。在肝细胞癌中，NSUN7启动子高甲基化介导的抑制降低全局RNA m⁵C甲基化，CCDC9B转录本上m⁵C沉积减少增加其稳定性，增强IVNS1ABP表达，获得耐药表型。这些观察表明DNA甲基化可直接调控RNA甲基化调控因子的丰度和活性，间接控制RNA命运和肿瘤细胞行为。

**4.2. RNA methylation regulates DNA methylation pathways**
RNA甲基化可通过调控DNA甲基化相关蛋白的表达、稳定性或染色质招募影响DNA甲基化机制。在肺癌中，DNMT1 mRNA的m⁶A修饰增强其表达，导致广泛DNA高甲基化，降低FOXO3a表达，触发EMT和肿瘤播散。在食管鳞状细胞癌中，m⁶A读取器FXR1促进DNA去甲基化酶TET1招募至染色质，诱导DNA去甲基化和PI3K/AKT及TGF-β信号组分转录激活，增强肿瘤增殖和迁移。在人胚胎干细胞中，核m⁶A读取器YTHDC2招募TET1至特定转座元件，维持其转录活性，有助于多能性维持。DNMT1介导的干细胞相关基因基因体DNA甲基化与METTL3/METTL14介导的对应转录本m⁶A沉积共存，尽管活跃转录，仍促进转录本降解。

**4.3. Shared regulatory mechanisms coordinating DNA and RNA methylation**
TET家族蛋白是功能整合的突出例子，既参与DNA去甲基化又参与RNA修饰通路。在胶质瘤细胞中，NSUN5在CTNNB1（β-catenin）mRNA上沉积m⁵C，同时招募TET2，将m⁵C氧化为hm⁵C。氧化后的RNA标记被RBFOX2识别，促进β-catenin mRNA降解，损害胶质瘤免疫逃逸。

**5. The role of DNA and RNA methylation and their interplay in cancer therapy resistance**
治疗耐药是癌症相关死亡的主要原因，主要由具有自我更新能力、表型可塑性和治疗后肿瘤再增殖能力的CSC亚群驱动。CSC通过可逆表观遗传和表观转录组机制动态重编程基因表达，实现对治疗压力的快速适应。DNA甲基化长期被认为是治疗耐药的核心调控因子，RNA甲基化则作为附加的转录后调控层近来出现。协调相互作用可能强化耐药表型。需注意治疗耐药并不总是指示CSC可塑性，耐药表型也可能通过瞬时适应状态或遗传耐药克隆选择产生。

**5.1. DNA methylation-mediated therapy resistance**
异常DNA甲基化是治疗耐药的表观遗传机制之一。耐药肿瘤中DNMTs经常失调，促进分化和凋亡相关基因的稳定抑制，维持CSC维持和长期治疗耐药。这种表观遗传沉默增强促生存信号通路，同时降低化疗和放疗疗效。CSC通过DNA损伤应答基因的低甲基化增强DNA修复能力，改善治疗干预后存活。这些观察将DNA甲基化确立为治疗适应、肿瘤复发和耐药CSC群体维持的关键驱动因素。

**5.2. RNA methylation-mediated therapy resistance**
RNA修饰（尤其是m⁶A和m⁵C）在多种肿瘤类型中与药物耐药相关。在乳腺癌中，lncRNA MALAT1的m⁶A甲基化通过E2F1/AGR2信号轴促进阿霉素耐药；ALKBH5介导的BRCA1 mRNA去甲基化稳定转录本，增强DNA修复能力，促进多柔比星耐药。RNA m⁵C甲基化在卵巢癌中，抑制读取器YBX1增加铂类治疗敏感性；NSUN2在食管鳞状细胞癌中依赖lncRNA甲基化促进转移和耐药，在骨肉瘤中DNMT1介导的NSUN2抑制改变m⁵C甲基化影响凋亡。NSUN2下调通过调节Bcl-2/Bax和ERK1/2信号增加胃癌化疗敏感性。在胶质母细胞瘤中，NSUN6与NELFB和RPS6KB2相互作用适应替莫唑胺治疗；非小细胞肺癌中NSUN2介导的m⁵C甲基化通过稳定YBX1相关通路促进吉非替尼耐药。在肝细胞癌中，ALYREF介导的EGFR mRNA稳定化激活STAT3信号，促进厄洛替尼耐药；NSUN2表达升高与索拉非尼耐药相关。RNA m⁵C甲基化还通过调节DNA损伤修复通路促进放射耐药，如NSUN6在宫颈癌中通过NSUN6/ALYREF-m⁵C-NDRG1轴促进放射耐药；TRDMT1依赖的m⁵C沉积在DNA双链断裂处通过招募RAD51和RAD52促进同源重组修复，而TRDMT1/FMRP/TET1通路破坏则损害DNA修复并增加放射敏感性。多数研究在整体肿瘤细胞系或未选择肿瘤组织中进行，未直接分离或表征CSC亚群，因此这些机制是否在CSC群体中特异运作仍需验证。

**5.3. DNA–RNA methylation crosstalk in therapy resistance**
尽管证据有限，但新兴研究表明DNA和RNA甲基化之间的协调相互作用可能通过整合表观遗传、表观转录组和代谢适应机制促进治疗耐药。代谢重编程使CSC能够存活于治疗压力并获得耐药表型，代谢中间体可影响DNMT和TET酶活性，贡献DNA甲基化景观的动态重塑，而RNA修饰（如m⁶A和m⁵C）可能促进细胞对治疗响应所需的快速转录组适应。在肝细胞癌中，DNA启动子高甲基化介导的NSUN7抑制减少CCDC9B mRNA上的m⁵C沉积，触发IVNS1ABP上调，可能降低肝癌细胞对溴结构域抑制剂治疗的耐药性。泛癌多组学分析整合DNA m⁵C和RNA m⁶A调控特征，鉴定出潜在功能相互作用，在肝细胞癌中建立的整合评分模型可预测索拉非尼和经动脉化疗栓塞术后的临床结局，并有助于识别候选治疗靶点。尽管这些研究支持功能交互，但机制性研究数量有限，需进一步确定不同肿瘤类型和治疗背景下这些调控层的合作方式。

**6. Open questions and translational implications of the DNA/RNA methylation interplay**
新兴证据表明DNA和RNA甲基化可构成互联调控系统，协调染色质组织、转录本稳定性和细胞状态转换。例如，m⁶A RNA甲基化抑制TET1表达可维持DNA甲基化和关键谱系特异性基因的抑制，阻止分化。METTL3/14介导的DNMT1招募至染色质可诱导基因体m⁵C沉积并激活关键分化通路。这种交互发生在多个层面，包括共享酶学机制、共同代谢底物、连接调控回路和重叠转录程序。m⁶A修饰常沉积在富含CpG启动子的基因上，提示CpG密度可能影响m⁶A写入复合物招募以强化或抑制基因表达。TET酶传统上作为DNA去甲基化酶，也能氧化RNA中的m⁵C，引发如何区分DNA和RNA底物的疑问。DNA和RNA甲基转移酶均使用SAM作为共同甲基供体，暗示碳代谢变化可能广泛影响细胞表观遗传和表观转录组甲基化景观。m⁶A写入器METTL16可直接甲基化并调节SAM合成酶MAT2A的表达，对SAM可用性产生重大影响。DNMT1酶可结合mRNA分子，增加其稳定性并招募NSUN2促进RNA m⁵C甲基化。这些发现奠定重新思考DNA和RNA甲基化系统边界的基础。尽管当前证据来自生理研究，但早期见解表明这种交互在癌症中也可能发挥重要作用，具有未来治疗干预潜力。历史上靶向DNA甲基化调节癌症表型仅部分成功，少数分子获FDA批准。最近针对RNA修饰的小分子抑制剂开发正在改变癌症治疗范式，多种靶向m⁶A写入器和擦除器的化合物显示抗肿瘤活性，其中STC15作为首个METTL3抑制剂进入实体瘤临床试验（NCT05584111）。靶向NSUN2和METTL1的药物分别抑制m⁵C和m⁷G，在体内显著减少癌症增殖并促进免疫激活。基于DNA和RNA甲基化组之间的新兴交互，将RNA甲基化抑制剂与已知DNA甲基化药物联合使用可能是有趣的治疗前景。在AML中，DNMT抑制剂（DNMTi）和METTL3抑制剂（METTL3i）均有效，联合治疗可能减少DNA甲基化，重新激活肿瘤抑制因子和免疫激活基因，同时减少m⁶A丰度，抑制致癌转录本稳定化。由于m¹A修饰与口腔肿瘤中PD-L1表达相关，联合抑制METTL1和DNMT1可能不仅增强免疫，还通过降低PD-L1表达缓解免疫逃逸。类似地，NSUN2抑制通过激活cGAS/STING促进先天免疫，可与DNMTi协同增强治疗性免疫应答。已知DNMT抑制剂5-氮杂胞苷也抑制tRNA上m⁵C沉积，为同时靶向DNA和RNA甲基化开辟新可能性。将DNA和RNA甲基化数据整合为统一表达评分，已成为发现新型癌症生物标志物和治疗靶点的杰出工具，凸显组合式DNA-RNA甲基化研究的巨大临床前景。然而，RNA甲基化生物学高度动态且强烈依赖于肿瘤背景，使治疗评估复杂化。此外，RNA甲基化治疗靶向带来额外复杂性，如写入器、擦除器和读取器蛋白特异性在组织间的不完全表征，这些酶在正常细胞稳态中发挥多效性作用导致的脱靶风险，RNA修饰酶在其经典定位之外的甲基化非依赖性功能，以及目前除已进入早期试验的化合物外缺乏选择性临床验证抑制剂。许多RNA和DNA甲基化调控因子对正常干细胞和祖细胞群体的维持和分化也至关重要，其联合抑制可能损害正常造血、组织再生和免疫细胞功能。RNA修饰的可逆性和上下文依赖性也使建立可靠生物标志物预测患者反应具有挑战性。因此，需要基于肿瘤分子特征、表观遗传谱和甲基化特征进行仔细的患者分层，以识别最可能受益于组合疗法的患者。另一个重要考虑因素是代偿机制的潜在出现，肿瘤细胞可能通过重新布线替代表观遗传或转录后调控通路来绕过单个甲基化酶的抑制，限制治疗持久性。最终，确定最佳治疗窗口并评估联合DNA和RNA甲基化抑制在肿瘤和正常组织中的潜在毒性至关重要。破译协调的DNA-RNA甲基化景观可能重新定义当前癌症可塑性模型，并为开发整合的表观遗传-表观转录组疗法开辟新机会。