METTL1介导的tRNA m7G修饰通过翻译调控促进结直肠癌进展与肝转移的机制研究

《Cellular Oncology》：METTL1-mediated m7G tRNA modification promotes colorectal cancer progression and liver metastasis via translational regulation

本研究针对结直肠癌肝转移（CRLM）临床预后差的难题，发现RNA修饰酶METTL1在CRLM组织中显著高表达且与不良预后相关。通过多组学分析和功能实验验证，首次揭示METTL1通过催化tRNA m7G修饰，选择性增强细胞周期（如CCND3）和PI3K/Akt通路关键基因的翻译效率，从而驱动结直肠癌恶性进展。该研究为晚期结直肠癌提供了新的预后标志物和治疗靶点。

　　

结直肠癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一，其中肝转移（CRLM）是患者死亡的首要因素。尽管临床意义重大，但结直肠癌进展的分子机制仍不完全清楚。近年来，RNA修饰（尤其是tRNA修饰）作为致癌调控的新兴轴，在肿瘤发生发展中逐渐受到关注。其中，tRNA第46位点的N7-甲基鸟苷（m⁷G）修饰由METTL1/WDR4甲基转移酶复合物催化，已在多种癌症中被证实可通过选择性翻译致癌mRNA促进肿瘤进展。然而，该修饰在结直肠癌肝转移中的具体作用和机制尚不明确。

为阐明这一问题，研究人员通过无偏蛋白组学分析和单细胞RNA测序（scRNA-seq）对有无肝转移的结直肠癌患者组织进行筛查，发现METTL1在CRLM患者的原发肿瘤中显著上调。临床数据分析显示，METTL1高表达与患者不良生存率显著相关。为进一步验证其功能，研究团队通过体外和体内功能获得与缺失实验，发现METTL1敲低可抑制结直肠癌细胞增殖、迁移和侵袭，而野生型METTL1过表达则促进上述恶性表型，且这一作用依赖于其甲基转移酶活性。

在机制层面，研究通过tRNA甲基化测序（TRAC-seq）和核糖体-新生链复合物测序（RNC-seq）等多组学技术，揭示METTL1介导的m⁷G修饰可特异性增强细胞周期（如CCND3）和PI3K/Akt信号通路相关基因的翻译效率，而不影响其mRNA水平。值得注意的是，强制表达CCND3可部分回补METTL1敲低所导致的表型缺陷。动物实验进一步证实，METTL1敲低可显著抑制结直肠癌皮下移植瘤的生长和肝转移灶的形成。

关键技术方法包括：基于272例结直肠癌患者队列的临床样本分析；蛋白质组学和scRNA-seq筛选关键分子；CRISPR/Cas9基因编辑构建METTL1敲低/过表达细胞模型；TRAC-seq检测tRNA m⁷G修饰谱；RNC-seq评估翻译效率；以及皮下移植和脾脏注射肝转移模型等体内功能验证。

3.1 METTL1在结直肠癌中高表达且与不良预后相关

通过蛋白质组学和scRNA-seq分析发现，METTL1在CRLM患者原发肿瘤中表达最高，且与患者较短的无进展生存期和总生存期显著相关。免疫组化结果进一步证实METTL1在肝转移灶中表达最强。

3.2 METTL1增强结直肠癌细胞增殖、迁移和侵袭能力

功能实验表明，METTL1敲低显著抑制结直肠癌细胞增殖、克隆形成和转移能力，而回补野生型METTL1可逆转上述表型，证明其促癌功能依赖于酶活性。

3.3 METTL1介导的tRNA m⁷G修饰调控tRNA表达及全局翻译

TRAC-seq鉴定出16个m⁷G修饰的tRNA，其修饰水平在METTL1敲低后显著下降。多核糖体分析和嘌呤霉素摄入实验证实METTL1缺失导致全局翻译效率降低。

3.4 METTL1通过选择性翻译调控致癌mRNA

RNC-seq发现METTL1敲低后，富含m⁷G解码密码子的mRNA（如细胞周期和PI3K/Akt通路相关基因）翻译效率显著下降。Western blot验证CCND3、PI3K等关键蛋白表达降低，而mRNA水平无变化。

3.5 METTL1敲低抑制结直肠癌体内生长和肝转移

动物实验表明，METTL1敲低可显著减小移植瘤体积和肝转移灶，免疫组化显示Ki67阳性细胞比例下降，证实其抑制肿瘤增殖的作用。

本研究系统阐明了METTL1及其介导的tRNA m⁷G修饰在结直肠癌肝转移中的关键作用。METTL1通过增强特定致癌基因的翻译效率，驱动肿瘤进展和转移，不仅为结直肠癌的分子机制提供了新见解，也为晚期患者提供了潜在的预后标志物和治疗靶点。鉴于转移性结直肠癌的难治性和当前靶向治疗的局限性，该研究可能为晚期疾病的新治疗策略开发提供重要理论依据。