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易基因:Nat Rev Drug Discov/IF101.8:何川团队顶刊综述RNA修饰系统作为疾病治疗靶点的研究进展

近日,芝加哥大学华人科学家何川教授团队在国际顶刊《Nature Reviews Drug Discovery》(IF=101.8) 发表题为 “RNA modification systems as therapeutic targets” 的综述文章,全景式阐述了 RNA 修饰系统作为治疗靶点的前沿进展。文章系统梳理了 RNA 修饰调控蛋白的细胞功能与疾病关联,重点聚焦 N6 - 甲基腺苷(m6A)通路,详解了靶向 YTH reader 蛋白等抑制剂的开发突破,并展望了其他 RNA 修饰通路的靶标潜力。这一综述不仅为癌症治疗开辟了靶向表观遗传调控的全新路径,更推动免疫治疗实现策略升级,同时为干细胞治疗与再生医学提供了创新性思路,标志着 RNA 修饰靶向疗法已进入临床转化的关键阶段。

值得关注的是,精准解析 RNA 修饰的动态变化是深入其机制、发掘治疗靶点的核心前提。作为 RNA 修饰研究的技术支撑力量,易基因在 m6A、m5C、m7G、m1A 等多类型 RNA 修饰检测领域的技术积累,正为科研人员提供高精准度的分析工具 —— 通过捕捉 RNA 修饰的细微变化,助力解析其与疾病发生的因果关联,为靶点验证、药物研发及临床诊断预后提供关键数据支撑。可以说,这篇顶刊综述不仅是领域发展的 “指南针”,更通过凸显技术工具的核心价值,为 RNA 修饰靶向疗法的临床落地注入了强劲动力。

DOI:10.1038/s41573-025-01280-8

RNA修饰、调控蛋白及分子功能

在众多RNA修饰中,N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine, m6A)、N7-甲基鸟苷(N7-methylguanosine, m7G)、5-甲基胞苷(5-methylcytosine, m5C) 、N1-甲基腺苷(N1-methyladenosine, m1A)、假尿苷(Ψ)和2'-O-甲基化(2'-O-methylation, Nm)是调控基因表达和细胞生物学过程的关键化学标记。与表观基因组修饰类似,RNA修饰在不改变DNA或RNA序列的情况下对基因表达存在关键作用。

RNA修饰可以在共转录或转录后添加,导致RNA结构、加工、翻译及降解的改变(表1)。这些功能由识别并结合修饰的RNA结合蛋白(RBPs,"readers")介导。除了RNA代谢和翻译,RNA修饰还可以调控RNA:DNA杂合体形成,参与影响全局染色质状态和转录。

此外,基于RNA修饰作用的多种关键生物通路与疾病的关联正在逐步解析,如RNA修饰调控癌症中的致癌通路,STM2457是第一个设计用于抑制RNA修饰酶催化活性的小分子,它能抑制m6A writer酶METTL3,在抑制急性髓性白血病(AML)小鼠模型中植入和扩增,成功证明了靶向RNA修饰酶治疗癌症的潜力。这项研究开发的首个影响RNA修饰酶的候选药物已进入临床试验。令人意外的,一些已获批的药物也被发现是RNA修饰的有效调控剂,如帕金森病药物安托卡朋(antecapone)被发现能抑制m6A去甲基酶FTO。综上,这些进展突显了靶向RNA修饰治疗疾病的潜力。

表1:RNA修饰、调控蛋白及分子功能

N6-甲基腺苷(m6A))

m6A是哺乳动物中最丰富的RNA修饰。平均每个哺乳动物转录本有三个m6A修饰,位于RRm6ACH(R=A/G;H=A/C/U)的共有序列中。m6A甲基化尽管发生在mRNA的各个区域,但在3'非翻译区(UTR)和靠近终止密码子处富集。m6A甲基化由"甲基转移酶(writers)"METTL3和METTL14沉积,可被"去甲基化酶(erasers)"FTO和ALKBH5去除。m6A修饰的RNA通过与RNA结合蛋白来调控RNA代谢,包括加工、运输、翻译及稳定性(图1),这些调控功能已在多种生物系统中得到了广泛研究,m6A调控多种过程,如干细胞分化、组织发育、信号通路、应激反应、神经功能、病毒感染和代谢等,m6A失调与癌症、免疫稳态、代谢疾病和神经紊乱相关。

图1:m6A修饰及其调控蛋白。

  1. RNA m6A)甲基化由包含METTL3和METTL14的m6A“writers”复合体催化,且可被erasers蛋白FTO和ALKBH5去除。
  2. m6A修饰可被细胞核和细胞质中的选择性结合蛋白(“readers”)识别,包括YTHDF1/2/3、YTHDC1/2、IGF2BP1/2/3和FMRP。HNRNPA2B1、HNRNPC和HNRNPG可识别并结合因m6A甲基化而二级结构弱化的RNA区域。通过这些reader蛋白,m6A修饰可调控RNA加工和代谢的诸多方面。
  3. m6A 甲基转移酶(Writers)METTL3和METTL14及其抑制剂

METTL3、METTL14和调控亚基WTAP是沉积m6A的主要RNA甲基转移酶"writers"复合体的关键组分,其中METTL3和METTL14形成核心稳定的异源二聚体。METTL3表现出催化活性并结合甲基供体S-腺苷甲硫氨酸(SAM),而METTL14稳定甲基转移酶复合物以促进RNA结合和甲基化。

m6A mRNA甲基化可通过影响RNA翻译和稳定性影响许多致癌通路(图2)。例如,约1.5%的子宫内膜癌患者在METTL14中有R298P突变残基,与邻近正常组织相比,大部分子宫内膜癌中METTL3下调,导致m6A甲基化水平低。由此导致的PHLPP2 mRNA低甲基化降低了这种AKT激酶负调控因子的翻译,而对mTORC2组分编码mRNA的低甲基化抑制了mRNA衰变并增加mTORC2表达。结果,AKT通路被激活,刺激子宫内膜癌的增殖和肿瘤发生。METTL14的纯合R298P突变将其基序偏好从[G/A][G/A]ACU转变为Gl[A][C/U]U。虽然METTL14变化确实导致mRNA整体甲基化减少,但在非经典位点观察到m6A甲基化增加。

p53通路也受m6A调控(图2b)。METTL3-METTL14复合体甲基化编码p53抑制因子MDM2的mRNA。METTL3和METTL14在AML中表达均升高。与健康个体相比,AML患者中MDM2 mRNA高度甲基化,增加了MDM2蛋白表达并抑制p53信号。METTL3还与MDM2竞争p53结合,从而稳定p53。p53与METTL3互作促进METTL3介导的m6A甲基化,进而形成正反馈回路。

此外,调控m6A修饰或许能成为抗感染、调控免疫反应以及增强免疫治疗效果的新策略(图3)。

图2:受m6A调控的信号通路。

  1. m6A修饰通过多种机制调控AKT通路,进而影响细胞增殖与分化。在子宫内膜癌中,因METTL14突变或METTL3表达下调,PHLPP2转录本以及编码mTORC2组分的转录本上m6A水平降低,导致PHLPP2翻译减少,mTORC2组分转录本稳定性增加,从而激活AKT信号通路。在急性髓性白血病(acute myelogenous leukemia,AML)中,METTL3表达升高使PTEN mRNA m6A甲基化增加,促进其转录本翻译。PTEN表达升高抑制AKT信号通路,导致细胞存活与增殖。
  2. METTL3在调控p53通路中发挥相反作用。它使编码E3泛素连接酶MDM2(p53的负向调控因子)的转录本发生甲基化。MDM2 mRNA的甲基化提高其翻译效率,抑制p53信号通路,进而抑制细胞分化与凋亡。METTL3还与MDM2竞争p53结合位点,从而促进p53信号通路及其抑癌功能。
  3. 在JAK - STAT通路中,SOCS2、JAK1和STAT1的转录本受m6A甲基化调控。在肝癌细胞中,编码JAK负向调控因子SOCS2的转录本发生甲基化,加速mRNA降解,激活JAK信号通路以支持细胞增殖。JAK1和STAT1 mRNA甲基化促进这些转录本降解,抑制JAK-STAT信号通路,导致细胞分化减少与细胞因子应答降低。

图3:靶向RNA修饰的潜在治疗应用。靶向RNA修饰效应蛋白具有极具前景的临床价值。

  1. m6A甲基化及其效应蛋白(包括METTL3、METTL14、ALKBH5、YTHDF1和YTHDF2)已被报道有助于调控免疫细胞功能并维持稳态,且在自身免疫疾病中发生改变。
  2. 多种RNA修饰及其相应的效应蛋白参与对病毒感染的免疫反应。例如YTHDF3抑制抗病毒免疫反应并促进病毒感染。抑制YTHDF3可能是传统抗病毒药物的替代选择。
  3. 靶向RNA修饰可能会使肿瘤对抗PD-1或抗PD-L1免疫治疗具有高灵敏度。例如与YTHDF2抑制剂联合使用可增强放疗和抗PD - L1治疗的疗效。
  4. 调控m6A效应蛋白可能会使癌细胞对化疗药物高灵敏度。例如使用FTO抑制剂可能会使白血病细胞对酪氨酸激酶抑制剂(TKIs)敏感并克服药物耐受性,提供比单独TKI治疗更好的疗效。
  5. m6A甲基化效应蛋白如METTL3/14和YTHDF2,可能有助于在干细胞治疗应用过程中维持干细胞的干性或促进其分化。靶向YTHDF2或相关因子的抑制剂可能会促进干细胞扩增,同时将恶性转化的风险降至最低。
  6. YTHDF蛋白连同结合的RNA能够形成与神经性疾病相关的相分离凝聚体。靶向YTHDF蛋白可能会抑制凝聚体形成,从而利于疾病治疗。

利用METTL3的晶体结构,已开发出几种METTL3抑制剂(图4a)。UZH1a是一种腺苷类似物,与METTL3的SAM结合口袋竞争结合。STM2457是一种高亲和力抑制剂(Kd=55pM),在AML细胞中抑制METTL3甲基转移酶活性,IC50约为1-10μM。在AML小鼠模型中,STM2457治疗减少白血病细胞植入和增殖,延长了生存期。UZH2是另一种腺苷类似物抑制剂,而STC-15是一种非核苷酸小分子,通过变构机制抑制METTL3活性。这些抑制剂在抑制AML细胞增殖方面显示出前景,并已进入临床前开发阶段。

图4:靶向RNA修饰“writer”、“eraser”和“reader”蛋白的抑制剂。

  1. 抑制METTL3的化合物。
  2. 激活m6A甲基转移酶复合体的化合物。
  3. 抑制FTO的化合物。
  4. 抑制ALKBH5的化合物。
  5. 抑制YTHDF蛋白的化合物。
  6. 抑制IGF2BP蛋白的化合物。
  7. 靶向TRMT6/61A复合体的抑制剂。
  8. m6A去甲基化酶(erasers)FTO和ALKBH5及其抑制剂
    FTO(肥胖相关基因,fat-mass and obesity-associated gene)和ALKBH5(AlkB同源蛋白5)是m6A去甲基化酶,能去除mRNA上的m6A修饰。FTO在多种癌症中过表达,包括AML、胶质母细胞瘤和乳腺癌,与不良预后相关。FTO通过去甲基化致癌转录本如MYC、BCL2和CEBPA促进肿瘤发生。ALKBH5在缺氧条件下被诱导,在胶质母细胞瘤干细胞、AML和乳腺癌中高表达,通过调控NANOG等干细胞因子维持癌症干细胞特性。
    ALKBH5也参与免疫细胞代谢。DEAD-box(DDX)解旋酶招募ALKBH5去甲基化m6A标记的抗病毒转录本,抑制病毒感染后I型干扰素的产生。双链DNA或人巨细胞病毒触发的I型干扰素产生也受ALKBH5调控。此外,ALKBH5可以通过m6A去甲基化上调α-酮戊二酸脱氢酶(OGDH)mRNA,促进先天免疫反应非依赖性病毒复制。ALKBH5在T细胞激活时上调,并能调控CD4+ T细胞在自身免疫中的致病性。此外,ALKBH5在塑造肿瘤微环境(TME)中起关键作用,主要抑制抗癌免疫。
    基于FTO在癌症中的机制研究和可用的晶体结构,已开发出多种小分子抑制剂(图4c)。例如,2012年通过基于结构的高通量筛选,发现了天然产物大黄素(rhein)作为FTO抑制剂,其在体外与FTO活性位点竞争性结合,Kd为2.4 μM。大黄素在白血病细胞中的IC50为21 μM,其对TKI耐药细胞的应用可恢复对TKI的敏感性。MO-I-500是另一种FTO抑制剂,其通过模拟维生素C的结构来诱导一大类Fe(II)-依赖和2-氧戊二酸(2OG)-依赖双加氧酶的活性。MO-I-500在体外对纯化的FTO的IC50为8.7 μM,并在三阴性乳腺癌细胞中抑制其增殖。尽管大黄素和MO-I-500缺乏对FTO的选择性,但2OG类似物compound 12显示出对FTO约30倍的选择性,其在HeLa细胞中的应用导致mRNA m6A剂量依赖性增加。另一种天然致癌代谢产物R-2HG也显示出对FTO的广泛抗肿瘤效果。
    通过基于结构的虚拟筛选,发现了ALKBH5抑制剂。例如,通过基于晶体结构的虚拟筛选,发现了化合物3和化合物6,它们在体外对ALKBH5的抑制作用分别为IC50=0.84 μM和1.79 μM。最近,通过高通量荧光偏振测定法揭示了一类新的ALKBH5抑制剂,具有1-芳基-1H-吡唑骨架,其中化合物20m显示出对ALKBH5超过1000倍的选择性,IC50为0.021 μM。
  9. YTH结构域蛋白作为m6A reader蛋白及其抑制剂

m6A调控在很大程度上依赖于其结合蛋白。研究最深入的reader蛋白YTS521-B同源(YTH)结构域的家族蛋白YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3、YTHDC1和YTHDC2。这些蛋白通过识别和结合m6A修饰的RNA来调控m6A修饰RNA命运。YTHDF1促进其m6A靶标转录本翻译,YTHDF1在多种患者肿瘤中表达升高,并与不良预后相关。YTHDF2结合m6A修饰的mRNA,招募CCR4-NOT去腺苷酸酶复合体,并定位于RNA处理体以促进mRNA降解。YTHDF3可以调控m6A修饰RNA的翻译和降解。

YTHDC1和YTHDC2是定位于细胞核的m6A“reader”蛋白。YTHDC1通过与剪切和出核因子SRSF3的互作调控pre-mRNA剪切和出核,其功能与多种疾病相关。YTHDC2调控m6A修饰RNA的翻译和降解,并在调控精子发生中的有丝分裂到减数分裂的转换中发挥作用。

非选择性YTHDF抑制剂ebselen(图4e)通过监测化合物对YTH结构域色氨酸荧光猝灭效应发现。Salvianolic acid C是首个YTHDF1靶向抑制剂,其与YTHDF1的结合亲和力(Kd)为5-6μM。DC-Y13-27(图4e)是通过筛选发现的YTHDF2抑制剂,其IC50为21.8 μM。这些抑制剂通过影响YTHDF家族蛋白的功能来调控m6A修饰RNA命运。

IGF2BP1、IGF2BP2和IGF2BP3是另一种m6A结合蛋白家族。这些蛋白通过稳定m6A修饰RNA并促进其翻译来发挥功能。例如,BTYNB是IGF2BP1的抑制剂,其通过阻止IGF2BP1与MYC mRNA的结合来抑制黑色素瘤和卵巢癌细胞增殖。CWI1-2是IGF2BP2的抑制剂,其通过阻止IGF2BP2与RNA的结合来抑制AML细胞增殖。

图5:靶向m6A“writer”、“eraser”和“reader”蛋白的抑制剂可抑制小鼠AML。

  1. m6A“writer”METTL3可修饰SP1、MYC和HOXA10等转录本,促进其翻译,从而支持急性髓系白血病(AML)细胞的存活与增殖。METTL3抑制剂STM2457能够抑制这些转录本的甲基化,进而阻断m6A介导的翻译过程,抑制AML细胞的增殖。在患者来源异种移植(PDX)小鼠模型中,STM2457给药可减少肿瘤生长,延长生存期。
  2. m6A“eraser”FTO可稳定ASB2、RARA、MYC和CEBPA等转录本,从而促进AML细胞增殖。FTO抑制剂FB23-2可促进转录本上m6A积累,导致转录本降解。在小鼠PDX模型中,FB23-2给药可减少肿瘤生长,延长生存期。
  3. m6A“reader”IGF2BP2可稳定转录本并促进翻译,以支持AML中的谷氨酰胺代谢。抑制剂CWI1-2可阻止IGF2BP2与RNA结合,减少其对致癌转录本的稳定作用。在携带小鼠AML细胞系C1498的二次骨髓移植同种异体小鼠模型中,CWI1-2可减少肿瘤生长,延长生存期。

N7 -甲基鸟苷(m7G)

m7G的分布与功能

m7G修饰存在于各种RNA种类中,包括tRNA、mRNA和核糖体RNA(rRNA;表1)。在tRNA中,m7G甲基化高度保守,通常位于第46位。m7G与相邻核苷酸相互作用产生正电荷并稳定tRNA结构以减少核糖体暂停,从而维持翻译效率。在mRNA上,m7G在mRNA 5'端加帽过程中沉积,随后m7G与帽结合复合体和翻译起始因子eIF4E互作促进RNA剪切、出核和翻译。哺乳动物RNA也可以有内部m7G修饰,以帽m7G独立机制调控翻译。RBP quaking 7(QKI-7)已被表征为内部m7G的reader蛋白之一。过表达QKI-7促进化疗应激期间m7G标记mRNA在应激颗粒中的定位,并使癌细胞对阿霉素治疗敏感。在miRNA上,内部m7G修饰通过防止二级结构促进miRNA加工。

m7G修饰的调控蛋白

在人类细胞中,METTL1及其辅助因子WD重复域4(WDR4)形成催化tRNA和某些mRNA上m7G的甲基转移酶复合体。METTL1和WDR4通过增加tRNA m7G甲基化和tRNA丰度来驱动肿瘤进展。例如,在肝细胞癌(HCC)中,WDR4通过增加tRNA m7G甲基化和促进CCNB1转录本的翻译来促进PI3K和AKT磷酸化以及P53的泛素化和降解。

高METTL1表达水平与癌症患者的不良生存相关,敲低各种癌细胞系中的METTL1抑制细胞生长和肿瘤发生。Arg-TCT RNA和METTL1在AML和胶质母细胞瘤细胞中都表现出致癌作用。METTL1通过tRNA m7G调控mRNA技术的致癌作用也在肺癌、头颈部鳞状细胞癌和肝癌中有报道。

METTL1也可能通过miRNA上的m7G修饰以调控加工,从而发挥肿瘤抑制作用,如一项肺癌的研究结果表明不同RNA种类上的m7G可能具有不同效应。METTL1过表达可以使肿瘤细胞对顺铂治疗敏感。

m7G修饰的抑制剂

METTL1和WDR4的致癌作用使它们成为癌症的潜在治疗靶点,但目前尚无靶向METTL1或WDR4的抑制剂。设计靶向METTL1-SAM结合口袋关键残基的小分子作为未来的研究方向,可能显示出抑制效果,但需要具有选择性以避免抑制其它基于SAM的酶。或者设计破坏METTL1-WDR4相互作用的抑制剂,以METTL1-WDR4复合物的晶体结构为指导。在METTL1抑制对疾病结果不利的情况下,鉴定m7G结合蛋白可能揭示更多治疗靶点。

5-甲基胞嘧啶(m5C)

m5C的分布与功能

m5C修饰广泛存在于各种RNA种类中,包括mRNA、tRNA、rRNA、长链非编码(lncRNA)和miRNA(表1)。NSUN家族蛋白和TRDMT1是m5C修饰的甲基转移酶,这些修饰可增加tRNA和mRNA的稳定性,调控蛋白合成。具体而言,NSUN2、NSUN6和TRDMT1甲基化tRNA m5C,调控密码子识别从而调控蛋白合成。在rRNA中,m5C修饰的NSUN1和NSUN5对三级结构和核糖体生物发生很重要。NSUN2、NSUN3和NSUN4介导的线粒体m5C RNA甲基化调控线粒体翻译。mRNA在编码序列中有丰富的m5C修饰,阻碍翻译效率但增强mRNA从细胞核到细胞质的出核。

m5C修饰的调控蛋白

NSUN2是研究最为广泛的m5C甲基转移酶。NSUN2表达和tRNA、mRNA和lncRNA上的m5C修饰在多种癌症中上调,并与不良预后相关。例如,在HCC细胞中,NSUN2高表达通过稳定H19 lncRNA来促进肿瘤进展。已显示其具有致癌功能。沉默NSUN2降低了RNA m5C总丰度并抑制HCC细胞的增殖、迁移和侵袭。由于其在甲基化tRNA中的活性,功能NSUN2的缺乏也导致tRNA不稳定,并与智力障碍和细胞对应激反应的敏感化相关。

甲基转移酶TRDMT1催化tRNA m5C甲基化,并在DNA损伤位点促进RNA在DNA:RNA杂合体上的甲基化。这些甲基化位点被m5C reader蛋白RAD52结合以启动同源重组DNA修复通路。抑制TRDMT1-RAD52轴诱导凋亡,并使癌细胞对放疗和PARP抑制剂敏感。靶向TRDMT1可以为同源重组缺陷癌症提供替代治疗策略。

除了RAD52和FMRP,m5C还被两种reader蛋白ALYREF和YBX1富集。ALYREF结合mRNA m5C并促进其靶标的出核。它在HCC、膀胱癌、神经母细胞瘤和胶质母细胞瘤中高表达。在这些癌组织中,ALYREF似乎稳定并维持甲基化致癌转录本如MYC和PKM2表达,敲低ALYREF抑制胶质母细胞瘤细胞生长和体内肿瘤形成。靶向ALYREF的小分子可能对各种癌症,特别是MYC驱动的癌症具有临床价值。在病毒感染中,ALYREF出核m5C甲基化病毒RNA并增加逆转录病毒复制。因此,ALYREF抑制剂也可能具有阻碍病毒感染的潜力。

YBX1是另一种m5C结合蛋白,在膀胱癌中高度表达,且与膀胱癌进展呈正相关。YBX1通过招募RNA稳定剂ELAVL1来稳定m5C高度甲基化的致癌转录本HDGF促进肿瘤发生。

m5C修饰蛋白的临床靶向潜力

由于NSUN2在多种癌症中的表达上调和其对肿瘤进展的促进作用,使其成为潜在的治疗靶点。然而,目前尚未有靶向NSUN2的抑制剂被开发出来。此外,TRDMT1在DNA损伤修复以及癌症治疗中的潜在作用也为其作为治疗靶点提供了理论依据,尤其是在同源重组缺陷型癌症中,但目前同样缺乏靶向TRDMT1的特异性抑制剂。

N1 -甲基腺苷(m1A)

m1A修饰的存在及其作用

m1A修饰存在于tRNA、mRNA、rRNA和lncRNA中(表1),其在tRNA上的存在有助于维持tRNA稳定性以及调控翻译的起始和延伸过程。在mRNA上,m1A修饰主要富集在5′非翻译区(5′UTR),与替代翻译起始位点相关。

m1A修饰酶及其与癌症的关联

TRMT6-TRMT61A复合体、TRMT61B以及TRMT10C是以各种RNA为底物的m1A甲基转移酶(writers)。TRMT6、TRMT61A或TRMT61B的高表达与胶质瘤患者的不良预后相关。此外,在肝细胞癌(HCC)中也观察到TRMT6和TRMT61A mRNA的高表达以及m1A丰度增加。

具体而言,TRMT6-TRMT61A对PPARG mRNA的m1A58修饰确保其适当翻译,PPARG调控胆固醇生物合成并激活Hedgehog信号。抑制TRMT6-TRMT61A通过调控PPARG翻译抑制HCC肿瘤发生。

目前已鉴定出几种m1A去甲基化酶(erasers),其中研究最多的是ALKBH1酶,在大多数tRNA中去甲基化m1A58。这种m1A58去甲基化导致起始甲硫氨酸tRNA降解,ALKBH1缺失增加起始甲硫氨酸tRNA稳定性和翻译效率。ALKBH1在患病组织中异常表达,但尚未深入研究其机制。在胰腺癌患者中,ALKBH1基因表达水平与不良预后呈负相关。ALKBH1表达水平也与心血管疾病相关;然而,这种关联是否是m1A依赖的尚不清楚。

ALKBH3去甲基化DNA和RNA上的m1A,对rRNA、tRNA和mRNA有活性。由于ALKBH3缺失导致的tRNA上m1A积累减少了蛋白合成。敲低ALKBH3也抑制癌细胞增殖。在卵巢癌和乳腺癌中,ALKBH3水平升高,该蛋白去甲基化细胞因子CSF-1的mRNA。结果,CSF-1 mRNA的半衰期延长,CSF-1蛋白水平升高促进转移和侵袭。ALKBH1和ALKBH3水平与胶质瘤患者的不良生存相关。

总体而言,m1A依赖性RNA调控在细胞过程和疾病发病机制中具有作用,表明靶向m1A甲基化酶和去甲基化酶的潜力。未来开发靶向这些酶的选择性和强效小分子抑制剂将能够在各种治疗领域验证这些假设。

m1A相关抑制剂的应用前景

在筛选破坏TRMT6-TRMT61A复合物形成的抑制剂时,鉴定出抗菌药物四甲基秋兰姆二硫化物(thiram)(图4g)。thiram抑制肝脏肿瘤生长并特异性降低m1A丰度,证明靶向m1A writers酶用于癌症治疗的潜力。

假尿苷(Ψ)

Ψ分布与功能

Ψ是尿苷的异构体,是第一个被发现的RNA修饰,也是最丰富的RNA修饰。Ψ广泛存在于rRNA和tRNA中(表1)。虽然丰度较低,Ψ也存在于其它RNA种类中,包括miRNA和mRNA。rRNA上的假尿苷主要分布在核糖体的功能区域,如肽酰转移酶中心、解码区域等。这些位点假尿苷的缺失会干扰翻译或核糖体生物发生。tRNA和mRNA上的Ψ同样调控翻译。高度保守的tRNA假尿苷化,以及在反密码子茎和环区域,调控与密码子的碱基配对。mRNA终止密码子UAA、UAG或UGA的假尿苷化导致终止密码子通读。snRNA中的假尿苷可以调控剪切。

Ψ修饰与疾病关联

假尿苷化可以直接由假尿苷合成酶(PUS)酶催化,或由DKC1催化,DKC1由具有H/ACA motif的snoRNA引导。mRNA的假尿苷化在热休克和应激反应中动态调控,但疾病刺激是否导致不同的假尿苷模式需要进一步研究。然而,研究支持修饰失调与疾病相关的观点。

假尿苷化被认为与癌症的发生和发展有关,如与MYC表达水平相关的snoRNA SCARNA15表达,其通过引导假尿苷化调控肿瘤抑制基因剪切和癌细胞生长。

Ψ修饰酶的抑制与治疗潜力

通过监测假尿苷水平,鉴定出小分子C17作为PUS7催化活性的抑制剂,C17能在纳摩尔浓度下抑制胶质母细胞瘤干细胞(GSC)的生长,并在小鼠中抑制肿瘤生长,这表明靶向PUS酶的抑制剂开发对于癌症治疗具有潜在的应用价值。

2′-O-甲基化(Nm)

Nm修饰分布及功能

Nm表示对任何一种核糖核苷酸的2′-羟基的甲基化,存在于tRNA、rRNA、snRNA、小非编码RNA和mRNA中(表1)。与核碱基修饰不同,Nm不直接干扰Watson-Crick碱基配对。然而,Nm修饰保护RNA免受核酸酶活性,增强RNA-RNA互作,破坏RNA-蛋白质互作并干扰RNA三级结构。因此,Nm对调控RNA稳定性、翻译和剪切非常重要。

Nm修饰与疾病关联

FTSJ1编码的tRNA Nm甲基转移酶与X连锁智力障碍有关,而FBL(Fibrillarin)这种在rRNA甲基化中起作用的甲基转移酶在多种癌症中过表达,可能有助于肿瘤细胞的生长。

Nm修饰在区分自身和非自身转录本方面也起着重要的作用,例如,在mRNA生物合成过程中,由CMTR1和CMTR2这两个帽子甲基转移酶依次进行的Nm修饰能够防止先天免疫反应对自身RNA的攻击。

Nm修饰相关抑制剂的开发

尽管Nm修饰在多种疾病中具有重要意义,然而,靶向调控Nm修饰蛋白的抑制剂的开发仍然有限。开发具有选择性的抑制剂有望为智力障碍、癌症和病毒感染等疾病的治疗提供新的应用方向。

机遇与挑战

目前,越来越多的证据表明,模式生物上的多种RNA修饰在各类疾病中均具有显著作用,这些发现为治疗靶点开辟了一个新的道路,m6A修饰通路在癌症中的作用及其在肿瘤微环境(TME)中的调控作用表明,其可能具有抗肿瘤益处,且有一定概率改善癌症治疗的效果,尤其是针对治疗的耐药性方面。

干细胞治疗是另一个可能从抑制m6A效应蛋白的药物中受益的领域,m6A修饰通过影响YTHDF2对转录本的快速降解来调控干细胞的自我更新和分化,靶向m6A通路可能为克服治疗用干细胞扩增提供机会。

尽管RNA修饰作为治疗靶点具有巨大潜力,但在将研究得出的小分子药物应用于临床仍面临挑战,例如,靶向RNA修饰蛋白的小分子药物可能需要在特定的时间窗口内给药,原因是RNA修饰的功能高度依赖于给药背景。此外,RNA修饰和RNA结合蛋白通常具有相似的催化结构域或结合口袋,这使得开发特异性抑制剂变得具有挑战性,在设计小分子时需要考虑如何实现对特定底物结合域的干扰,以实现特异性抑制。

RNA治疗领域的进展表明,了解不同RNA修饰功能可以对合成RNA分子进行加工,以实现某些化学和生物学特性。例如,包括m6A、Ψ、m5C和mRNA 5′端帽子上的m7G等在内的多种RNA修饰可以减轻免疫原性,同时增加翻译效率,这些RNA修饰的发现为RNA治疗药物的开发和优化提供了重要的指导。

易基因相关产品拓展性案例展示

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参考文献:

Zhang L, Wei J, Zou Z, He C. RNA modification systems as therapeutic targets. Nat Rev Drug Discov. 2025 Sep 17. doi: 10.1038/s41573-025-01280-8.

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