專家點評Cancer Cell | 楊財廣/陳建軍/錢志堅合作團隊開發FTO抑製劑用於抗白血病治療

點評丨周翔（武漢大學教授）

責編丨黃蔚

表觀遺傳調控基因表達是分子生物學中心法則的拓展與延伸，是理解生命個體演化複雜性與多樣性的重要前沿方向。近年來，以m⁶A-RNA甲基化修飾為代表的研究開闢了「表觀轉錄組學」研究新方向。m⁶A是真核細胞中mRNAs豐度最高的甲基化修飾，影響了RNA生命周期的每個過程，如mRNA的穩定性、剪接及前體miRNA加工等，同時也參與了組織發育、乾細胞修復分化、DNA損傷應答、生物節律調控和天然免疫調控等生物學過程 【1】。m⁶⁶⁶⁶⁶⁶⁶A調節蛋白為靶點的新葯提供新的切入點。
中科院上海藥物研究所 楊財廣研究員帶領化學生物學團隊在國際上較早開展RNA去甲基化酶FTO的化學乾預研究。他與上海藥物所羅成研究員合作，報導了第一例FTO抑製劑 【2】；與羅成研究員、北京大學 賈桂芳教授合作，發現抗炎葯甲氯芬那酸（Meclofenamic Acid，MA）選擇性抑製FTO，而不抑製同源去甲基化酶ALKBH5 【3】；與武漢大學周翔教授合作，發現熒光素類化合物是FTO去甲基化酶的雙功能小分子探針 【4】。這些（以及其他課題組報導的）⁶A甲基化修飾以及FTO的生物學功能調控研究提供了小分子工具。然而，這些FTO抑製劑的活性和特異性相對較差，並且對它們的作用機制尚未完全研究清楚，因此，需要開發更有效的FTO抑製劑以應用於臨床治療。開發了兩個新的FTO小分子抑製劑，FB23和FB23-2，它們直接結合FTO並特異性抑製FTO的m⁶A去甲基化酶活性，並抑製急性髓系白血病細胞的增殖，有望用於該病的臨床治療 【5】。

2017年，陳建軍教授團隊發現FTO在急性髓系白血病部分亞型中顯著高表達，誘導原癌基因介導的細胞轉化引發白血病，並且抑製全反式維甲酸（ATRA）引起的急性髓系白血病細胞的分化（陳建軍、何川組Cancer Cell報導肥胖基因FTO過表達導致白血病）【6】。在此工作基礎上，最新的這項研究以白血病亞型中高表達的FTO為靶標，根據FTO識別甲基化RNA底物的分子機制等特點，基於結構導向的合理設計與藥物化學構效關係研究，獲得了兩個FTO小分子抑製劑：FB23和FB23-2（FB23-2為FB2衍生物，細胞滲透率更高）（圖1）。

圖1

為研究FB23和FB23-2對FTO的抑製活性及特異性結合能力，研究者檢測了FB23對FTO的半最大抑製濃度（half maximal inhibitory concentration (IC50)），為0.06uM，這比已報導的FTO抑製劑MA的活性高140倍。同時，研究者檢測和分析了FB23和FB23-2對RNA，DNA和組蛋白去甲基化酶及405個激酶蛋白的抑製效果，發現僅有6個激酶被抑製，但是IC50比FTO低50-220倍，說明FB23和FB23-2特異性結合併高效地抑製FTO活性。

進一步，研究者用FB23-2處理白血病細胞，發現FB23-2選擇性抑製白血病細胞中FTO的m⁶⁶A的整體水準，同時上調白血病關鍵基因 ASB2、RARA、MYC以及 CEBPA等mRNA甲基化修飾的豐度，增加抑癌蛋白質的豐度，降低促癌蛋白質豐度，從而抑製實驗室細胞系以及病人來源的原代白血病細胞增殖，並且在PDX（patient-derived xeno-transplantation）小鼠模型上展現明確的抗白血病治療效果 （圖2）。

圖2

該項研究是化學乾預RNA甲基化修飾的重要新進展，實現了FTO抑製劑在抗急性髓系白血病研究上的初步探索。

同時，值得注意的是，FTO是最具爭議的m⁶A催化相關蛋白。康奈爾大學的Samie R. Jaffrey教授和芝加哥大學的何川教授對FTO真正的催化底物是什麼這個科學問題，有多次交鋒。2011年，何川教授在 Nature Chemical Biology發表研究， N6-Methyladenosine in nuclear RNA is a major substrate of the obesity-associated FTO，首次證明FTO是RNA m⁶A修飾的去甲基化酶。也是基於此研究，陳建軍教授與何川教授合作在 Cancer Cell發表FTO通過介導m⁶⁶⁶⁶Am。R-2HG Exhibits Anti-tumor Activity by Targeting FTO/m⁶⁶⁶⁶⁶⁶⁶並且，2018年9月，何川教授發現FTO在不同細胞中的分布不同，細胞核中的FTO介導m⁶⁶⁶而今年1月，東京大學的Tsutomu Suzuki教授在 SCIENCE發表研究 Cap-specific terminal N6-methylation of RNA by an RNA polymerase II–associated methyltransferase，首次鑒定了m⁶⁶Am有抑製作用。該研究從側面支持了何川教授的觀點。

今年2月，北京大學化學與分子工程學院賈桂芳與上海交通大學醫學院張良課題組在PNAS在線發表了題為 Structural insights into FTO』s catalytic mechanism for the demethylation of multiple RNA substrates 的研究論文。該研究工作闡明FTO對不同RNA底物的催化機理，為深入研究FTO生理功能及開發FTO小分子抑製劑／激活劑奠定了基礎。（PNAS丨賈桂芳/張良合作組揭示m6A去甲基酶FTO對底物的作用機制）

巧合的是，今年2月，Samie R. Jaffrey教授突然改口，認為mRNA上的m⁶⁶Am對FTO的響應都不高，FTO的作用底物很可能是其他類型的RNA分子。在發表於 Nature Chemical Biology的研究FTO controls reversible m⁶Am RNA methylation during snRNA biogenesis中，Samie R. Jaffrey教授認為FTO的真正作用底物是snRNA。回到今天這篇文章，研究者確實在FB23-2處理細胞後，檢測了m⁶⁶⁶⁶⁶Am是否也受FB23-2調控，尚未見報導。

靶向DNA和組蛋白修飾的藥物已進入臨床治療，而基於RNA表觀遺傳學的腫瘤靶向治療才剛剛開始。但同時我們也應該意識到，只有深入地完全地了解FTO的作用機制，才能為新葯研發提供可靠的理論依據。

專家點評

周翔（武漢大學化學與分子科學學院教授、院長、教育部「長江學者」）

生物大分子的化學修飾是生命過程中一種普遍存在的調控方式，其重要的生理價值和病理意義已得到了人們的廣泛認同和重視。這一領域已成為當前生命科學最受關注的前沿領域之一，也是化學與生命科學和醫學交叉界面上最為活躍的研究前沿，並極大地促進了生命科學自身的發展，如表觀遺傳學的興起。在RNA甲基化修飾方面，芝加哥大學何川教授於2010年提出了「RNA表觀遺傳學」的猜想，證明RNA分子同樣受到動態甲基化修飾的調控，並直接影響基因轉錄和細胞命運的決定。經過短短幾年的迅速發展，以m⁶A為代表的可逆、動態RNA甲基化修飾的生物學功能解析直接促成了表觀轉錄組學這一新學科方向的誕生。

然而與表觀遺傳學相比，RNA甲基化修飾的人為操控和乾預能力低，乾預分子缺乏，滯後於生物學研究。作為RNA去甲基化酶，FTO除了通過氧化機制降低RNA甲基化修飾，此外還參與了複雜的蛋白質相互作用調控網路。因此基因干擾技術難以實現FTO某一具體功能的選擇性乾預。具有實時、可逆、選擇性等特點的化學探針是研究RNA甲基化修飾及其相關蛋白質功能的可靠工具，同時將對深入理解由FTO去甲基化功能紊亂而導致的病理及其靶向性藥物發現產生深遠影響。

上海藥物所在國際上較早開展FTO小分子抑製劑的研究，並且持續性地取得重要進展。藉助外源小分子乾預RNA甲基化修飾，對於進一步認識RNA生物學具有重要意義，有望揭示新的生命過程和發現新的疾病診療手段，也為後續新葯發現奠定基礎，具有重要的科學意義和社會價值。

製版人：珂

參考文獻

1. Roundtree, I. A.; Evans, M. E.; Pan, T.; He, C., Dynamic RNA Modifications in Gene Expression Regulation. Cell2017,169 (7), 1187-1200.

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