兰州大学魏虎来团队揭示：RNA去甲基化酶FTO在胃癌恶性进展中发挥关键作用

2024年7月2日，兰州大学基础医学院魏虎来团队在期刊《Communications Biology》上发表了题为“RNA demethylase FTO participates in malignant progression of gastric cancer by regulating SP1-AURKB-ATM pathway”的研究论文。本研究重点介绍了FTO在GC发展中的作用，及其作为治疗靶点的潜力。团队结合生物信息学、临床数据、分子检测和功能实验，进行了全面的分析。

https://www.nature.com/articles/s42003-024-06477-y#Sec1

研究背景

01

胃癌 （GC） 对全球公共卫生构成了严峻的挑战。2020 年，全球有超过100万例新发病例和769,000例死亡。尽管胃癌的诊断和治疗取得了进展，但晚期GC的预后，仍然很差，远处转移患者的五年生存率低于5%。因此，确定新的治疗靶点，了解GC发展的分子机制，对于改善GC的早期诊断至关重要。

最近，RNA修饰在癌症中的功能，引起了越来越多的关注。RNA中最普遍的甲基化形式，是N6-甲基腺苷（m6A），其失调与包括GC在内的癌症发病机制有关。例如，去甲基化酶ALKBH5通过调节PKMYT1 m6A， 抑制胃癌的扩散。通过控制miR-30c-2-3p/AKT1S1轴，METTL14介导的circORC5的m6A改变，可防止胃癌的进展。脂肪量和肥胖相关蛋白（FTO）是第一个确定的m6去甲基化酶，可特异性去除RNA m6。FTO在许多癌症中进行表达，对癌症的发展有明显的影响。

特异性蛋白1（SP1）是一种转录因子，可在细胞增殖、分化和凋亡过程中，增强癌基因的转录。例如，USP39通过稳定和去泛素化SP1，来促进肝癌细胞的肿瘤发生。LncRNA THAP7-AS1通过使CUL4B进入细胞核，来促进肿瘤发生。它由SP1转录触发，并通过METTL3介导的m6A修饰转录后维持。AURKB 是有丝分裂和顺铂耐药的关键调节因子，可促进GC的生长、发育和转移。ATM基因的种系突变，导致毛细血管扩张综合征，表现为对恶性肿瘤的易感性增加。

本研究的目的，是检查FTO在GC增殖和转移中的作用。团队发现了一种涉及SP1、AURKB和ATM的新型信号通路，这是GC进展所必需的，为开发针对GC的治疗策略，提供了潜在的生物标志物。

研究进展

02

在GC中发现FTO的上调，并与不良预后相关

为探究FTO在GC发展中的作用，团队基于TCGA数据集和当地入组患者，分析FTO表达水平、患者生存率和各种临床病理参数。与正常组织相比，GC患者恶性组织中的FTO明显上调。为了验证这一结果，团队收集了20个临床样本，并评估了FTO表达水平。如IHC所揭示的那样，恶性组织中FTO的蛋白质和mRNA水平，都高于癌旁组织、蛋白质印迹和qPCR。此外，生存曲线显示，FTO表达水平升高的患者，在首次进展（FP）、总生存期（OS）和进展后生存期（PPS）方面，表现出明显较差的预后。FTO的上调，与晚期神经浸润、肿瘤大小和淋巴结转移（LNM）显著相关。FTO的mRNA水平和蛋白质在人GC细胞（HGC27、MKN-45、AGS和SGC-7901）中的表达，显著高于人正常胃粘膜上皮细胞（GES-1）。总之，以上数据表明，FTO表达上调，并与GC患者的肿瘤发生和不良临床结果相关。

来自TCGA数据库的STAD（胃腺癌）和正常组织中的FTO表达水平。通过IHC（b）、Western blotting（c）和RT-qPCR（d）检测的GC患者癌性和癌副组织中的b–d FTO表达水平。e FTO表达水平高或低的STAD患者的首次进展（FP）、总生存期（OS）和进展后生存期（PPS）的Kaplan-Meier曲线。f 癌组织中FTO的上调与GC患者病理进展之间的关系。通过RT-qPCR（g）和Western blotting（h）法，测定人GC细胞系和正常胃黏膜上皮细胞中的GTO表达水平。 β-肌动蛋白用作RT-qPCR和蛋白质印迹测定的内部对照。*p < 0.05，**p < 0.01。

SP1是FTO的下游靶标，调节GC进展

已确认FTO可以促进GC细胞的增殖、迁移和侵入。团队通过使用FTO敲低和对照的AGS细胞中，使用m6A RNA甲基化测序，来研究m6A甲基化机制。团队发现，SP1的RNA甲基化水平，在FTO敲低组中显著增加。值得注意的是，转录组测序显示，SP1的转录水平在FTO敲低组中下调。实验数据表明，FTO通过去除其RNA甲基化，来控制SP1的表达。

FTO通过调节SP1-AURKB-ATM轴，

来促进GC的发展

为了进一步确定FTO是否通过特异性调节SP1-AURKB-ATM轴，来促进GC的发育，团队首先研究了FTO敲低后GC细胞的生物学功能，无论是否伴有SP1/AURKB过表达（NC、sh-FTO、sh-FTO+oe SP1、sh-FTO+oe AURKB）。实验结果表明，存活率或增殖性、菌落形成、迁移和入侵AGS和SGC-7901细胞的能力，明显受到FTO敲低（sh-FTO）的抑制，而过表达SP1（sh-FTO+oe SP1）或AURKB（sh-FTO+oe AURKB），几乎可以完全挽救。此外，SP1或AURKB过表达，几乎恢复了FTO敲低抑制的ATM和P38，以及增加的P53磷酸化。这些发现表明，FTO对SP1/AURKB表达的上调，通过释放ATM/P38赋予的P53抑制作用，在驱动GC的发展中，发挥了重要作用。

此外，团队将稳定的AURKB敲低 （AURKB-KD），AGS细胞皮下注射到裸鼠体内，以制作异种移植GC模型。实验结果表明，AUKRB是GC的促进因子。为了研究SP1-AURKB-ATM轴在GC发育中的临床意义，团队利用SP1抑制剂普利卡霉素，抑制AGS和SGC细胞中SP1的表达，发现SP1明显抑制AURKB的表达水平，以及磷酸化ATM和P38的水平；同时，上调磷酸化P53的水平。总之，以上实验结果表明，SP1-AURKB-ATM轴在GC的发展中，起着关键作用。

FTO-SP1-AURKB-ATM轴在气相色谱进展中的功能示意图。

研究结论

03

RNA表观遗传学，特别是可逆和动态的m6RNA甲基化，已成为癌变和癌症进展过程中，基因表达调控的关键方式。FTO在癌症研究中的重要性，正在增长，它能够调节RNA去甲基化。

本研究介绍了FTO在GC发展中的作用，及其作为治疗靶点的潜力。了解FTO在癌症进展中的作用，对于制定诊断和治疗GC的有效策略至关重要。因此，团队结合生物信息学、临床数据、分子检测和功能实验，进行了全面的分析。首先，团队发现，GC组织和细胞显著增加了FTO，这与晚期神经浸润、肿瘤大小和LNM，以及不良预后有关。这一结果与先前的研究一致，该研究将FTO与各种癌症联系起来，强调了FTO在GC中的临床相关性。RNA甲基化测序结果显示，在GC细胞中敲低FTO后，许多基因的甲基化状态，特别是与肿瘤转移和代谢相关的基因的甲基化状态，发生显著改变。表明FTO可能通过调节RNA甲基化的稳态和恶性进展或代谢相关基因的去甲基化，在GC的发生和发展中，发挥明显的调控作用。在这个过程中包含的准确基因或途径，需要进一步探索。团队的研究证实，FTO促进了GC细胞活力、集落形成、迁移和侵袭，为FTO在GC进展中的致癌作用，提供了令人信服的证据。然而，根据TCGA数据库的分析，FTO（或SP1）的表达，与胃癌的分级、分期或亚型之间，没有显著关系。此外，团队将SP1和AURKB确定为FTO的下游靶标，揭示了参与GC进展的信号转导轴。肿瘤具有独特的微环境，来控制肿瘤细胞的命运。AURKB作为FTO/SP1/AURKB通路的下游关键节点，可以影响GC的肿瘤微环境。TCGA分析显示，AURKB与基质评分呈负相关，这意味着AURKB高表达肿瘤的免疫细胞，浸润程度相对较低。免疫细胞相关性分析显示，AURKB的高表达，可导致B细胞、T细胞（CD4或CD8）、NK细胞、DC、巨噬细胞和CAFs的免疫富集降低。更重要的是，实验结果表明，GC中FTO/SP1/AURKB信号表达的增强，也可能通过调节肿瘤免疫微环境，来深入控制其恶性进展，这可能对患者的治疗和预后非常不利。团队还发现，FTO至少通过上调SP1表达和AURKB来增强GC细胞的恶性，而AURKB又通过增加ATM和P38的磷酸化来激活它们，导致P53 失活。P53是一种肿瘤抑制因子，在维持基因组稳定性和限制异常细胞增殖方面，起着重要作用。P38磷酸化并激活多种转录因子，包括P53。P38 MAPK通过调节细胞中的EMT，在肿瘤细胞侵袭和转移中起重要作用。研究表明，CLIC1通过ROS介导的P38 MAPK信号通路，调节胃癌细胞的迁移和侵袭。与两者相关的信号通路，在细胞周期的调控中，具有广泛的作用，是肿瘤治疗的研究热点。这为驱动GC发展和转移的潜在分子机制，提供了新的见解。表明FTO可能是GC治疗的潜在靶点。靶向FTO活性或表达，可以通过破坏致癌信号轴，来抑制肿瘤生长和转移。团队的工作还为开发FTO特异性抑制剂，作为GC治疗的新型疗法，奠定了基础。

然而，团队的研究，主要依靠体外实验和异种移植小鼠模型，来研究FTO在GC中的功能。虽然为GC进展，提供了有价值的细胞和分子见解，但这些方法，可能无法完全概括人体中发生的复杂肿瘤微环境和相互作用。因此，在更具临床相关性的模型中，这些将是有益的。例如，患者来源的异种移植物或类器官培养物，这些模型更忠实地反映了人类GC的异质性和复杂性。

总之，团队目前的工作，为FTO在GC进展中的作用，提供了全面的证据。团队阐明了FTO通过调节SP1-AURKB-ATM轴，来促进细胞增殖和转移。研究结果强调了FTO、SP1、AURKB和ATM，作为GC治疗的预后生物标志物和治疗靶点的潜力。这项研究拓宽了科学界对GC发展的分子过程的理解，并为开发创新的诊断工具和靶向治疗奠定了基础。虽然团队将SP1-AURKB-ATM轴确定为FTO调控的主要下游通路，但不能排除FTO也靶向其他信号通路，以促进GC进展的可能性。进一步探索替代的下游途径和相关的细胞过程，将使科学界能够正确理解FTO在GC开发中的作用。