AHCY-腺苷复合物通过重编程mRNA m6A甲基化增强脂肪酸生物合成和肿瘤发生的新机制

《Cell Research》：The AHCY–adenosine complex rewires mRNA methylation to enhance fatty acid biosynthesis and tumorigenesis

本研究揭示了甲硫氨酸代谢酶AHCY与代谢物腺苷(ADO)形成复合物，通过促进AHCY二聚化，竞争性抑制去甲基化酶FTO与含有VWDRACH motif的RNA结合，从而特异性提高脂肪酸合成关键基因(如ACACA、SCD1)的m6A甲基化水平，最终促进脂质代谢重编程和肿瘤发生。这一发现阐明了甲硫氨酸代谢调控RNA表观遗传的新途径，为癌症治疗提供了新靶点。

在细胞代谢的复杂网络中，甲硫氨酸代谢一直被认为是表观遗传调控的关键环节，其代谢产物S-腺苷甲硫氨酸(SAM)作为重要的甲基供体，参与DNA、组蛋白和RNA的甲基化修饰。然而，科学家们逐渐发现，甲硫氨酸代谢可能还存在不依赖于SAM的调控机制，这些未知机制在肿瘤发生发展中的作用尤其引人关注。

近年来，RNA修饰特别是信使RNA中最常见的内部修饰——N6-甲基腺苷(m⁶A)成为了研究热点。这种可逆的化学修饰由甲基转移酶复合物(METTL3-METTL14)催化，并被去甲基化酶(FTO和ALKBH5)去除，动态调控着RNA的稳定性、剪接和翻译过程。m⁶A修饰的异常与多种发育性疾病和癌症发展密切相关。

尽管研究人员已经认识到代谢在影响表观遗传和细胞命运决定中的重要性，但对于代谢酶和代谢物在RNA表观遗传学中的具体调控机制仍知之甚少。特别是在甲硫氨酸代谢途径中，是否存在不依赖于SAM的机制参与m⁶A修饰的调控，以及这种调控如何影响肿瘤生物学，成为了亟待解决的科学问题。

中山大学肿瘤防治中心徐瑞华、鞠怀强团队在《Cell Research》上发表的研究，正是针对这一科学问题展开的深入探索。研究人员发现了一个意想不到的现象：甲硫氨酸代谢酶腺苷酸同型半胱氨酸酶(AHCY)与代谢物腺苷(ADO)形成的复合物，能够以不依赖于SAM的方式调控m⁶A甲基化水平，从而影响肿瘤细胞的代谢重编程和恶性进展。

为了系统探究这一现象背后的分子机制，研究团队运用了多种前沿技术方法：通过CRISPR-Cas9筛选技术在SAM充足条件下鉴定调控m⁶A的关键代谢基因；利用液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)精确检测m⁶A水平和代谢物含量；开发AHCY-based ADO传感器实时监测AHCY-ADO复合物动态变化；采用化学诱导邻近系统(ABA诱导的ABI/PYL1系统)特异性调控复合物稳定性；通过分子对接和分子动力学模拟分析蛋白质相互作用；结合MeRIP-seq和FTO CLIP-seq等高通量测序技术全面解析m⁶A修饰谱和FTO结合特征；利用患者来源异种移植(PDX)模型和条件性基因敲除小鼠模型进行体内功能验证。

AHCY特异性增加mRNA m⁶A甲基化水平

研究人员通过CRISPR筛选发现在SAM充足条件下，AHCY的缺失显著降低了mRNA m⁶A水平，而其他甲硫氨酸代谢关键基因(如MAT2A)的敲低则影响较小。进一步实验证实，AHCY缺失细胞中m⁶A水平的降低并非由于甲基转移酶或去甲基化酶表达量的变化，而是通过一种不依赖于SAM的新机制。

腺苷通过结合AHCY调控m⁶A修饰

代谢物补充实验发现，ADO能显著提高m⁶A水平，且这一效应不依赖于ADO受体信号通路。重要的是，ADO的这一作用需要AHCY的存在，提示AHCY-ADO复合物的形成对于m⁶A调控至关重要。研究人员开发的AHCY-based ADO传感器(Sensor C1)成功实现了对细胞内AHCY-ADO复合物的实时监测。

AHCY-腺苷复合物通过结合FTO调控m⁶A

机制上，AHCY-ADO复合物促进了AHCY的二聚化，增强了其与去甲基化酶FTO的相互作用。这种相互作用抑制了FTO与其底物RNA的结合，特别是那些含有特定VWDRACH motif的RNA，从而导致这些转录本上m⁶A水平的升高。分子动力学模拟显示，AHCY二聚体可能通过淹没FTO的RNA结合域来抑制其活性。

AHCY-腺苷复合物增加AHCY二聚化以抑制FTO活性

体外实验证实，AHCY-ADO复合物能直接抑制FTO的去甲基化酶活性。特别值得注意的是，ADO促进了AHCY的二聚化和四聚化，而二聚体形式的AHCY与FTO的亲和力最强。研究人员发现的AHCY二聚体扰动肽(AA#7)能有效破坏AHCY-FTO相互作用，为靶向该通路提供了潜在工具。

AHCY-腺苷复合物破坏FTO与RNA的结合

CLIP实验表明，AHCY-ADO复合物能显著抑制FTO与目标RNA的结合。序列分析发现，FTO偏好结合含有GADRACH motif的RNA序列，而AHCY正是通过干扰FTO在这一位点的结合来发挥调控作用。这一发现解释了AHCY-ADO复合物如何特异性调控部分转录本的m⁶A水平而非全局性影响。

AHCY-腺苷复合物促进脂肪酸生物合成和肿瘤生长

功能上，AHCY-ADO复合物通过上调脂肪酸合成关键基因(如ACACA和SCD1)的m⁶A水平，促进了脂肪酸的从头合成。体内外实验均证实，破坏AHCY二聚化或AHCY-FTO相互作用的突变体均无法恢复AHCY缺失导致的脂质合成下降和肿瘤生长抑制，证明了该通路在肿瘤代谢重编程中的重要性。

AHCY-FTO轴增强体内肿瘤发生

利用条件性Ahcy基因敲除小鼠模型，研究人员证实AHCY缺失能显著抑制AOM/DSS诱导的结直肠癌发生。重要的是，Fto的敲除能部分逆转Ahcy缺失导致的肿瘤抑制效应，进一步支持了AHCY通过FTO调控肿瘤发生的体内证据。

AHCY-ADO复合物与肿瘤患者不良预后相关

临床样本分析显示，AHCY与ACC1在结直肠癌和肺癌组织中表达正相关，且高表达AHCY的患者总体生存期显著缩短。值得注意的是，在高AHCY表达的肿瘤中，ADO相关基因特征与更差的预后相关，突出了AHCY-ADO复合物的临床意义。

研究结论表明，AHCY-ADO复合物代表了一种新型的代谢与表观遗传交叉对话机制。这一复合物通过促进AHCY二聚化，增强与FTO的相互作用，从而干扰FTO对特定底物RNA的去甲基化功能，导致脂质合成相关基因的m⁶A水平升高和表达上调，最终促进肿瘤生长。该研究不仅揭示了甲硫氨酸代谢调控RNA m⁶A修饰的新途径，还为针对代谢酶非经典功能的癌症治疗策略提供了理论依据。

值得注意的是，这一调控机制独立于AHCY的经典水解酶活性，展现了代谢酶的多效性功能。研究人员开发的二聚体扰动肽AA#7能有效抑制肿瘤生长，为临床转化提供了潜在先导化合物。此外，该研究还解决了FTO在癌症中功能矛盾的长期争议，表明其作用可能受到微环境代谢状态和特定底物序列的调控。

这项工作的意义在于揭示了代谢酶与其代谢物形成的复合物在肿瘤表观遗传调控中的重要作用，为理解代谢重编程如何驱动肿瘤进展提供了新视角，也为开发针对代谢-表观遗传交叉对话的癌症治疗策略奠定了坚实基础。