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Cell | 能量代谢与免疫逃逸的双重挑战：YTHDF2如何塑造肿瘤生存策略？

生物探索 · 公众号 · 生物 · 2024-12-18 16:35

正文

引言

在过去的几十年里，B细胞恶性肿瘤（如急性淋巴细胞白血病 B-ALL 和B细胞淋巴瘤）已经成为威胁人类健康的重要疾病。这些恶性肿瘤通常起源于B细胞的异常增殖和分化，导致癌细胞快速生长并逃避免疫系统的监视。尽管近年来免疫疗法（如嵌合抗原受体T细胞疗法CAR-T和双特异性T细胞接合抗体BiTE）取得了显著进展，但治疗的长期效果仍然不尽如人意——约50%的患者在接受治疗后出现复发，其中抗原逃逸（Antigen Escape）是导致复发的主要原因之一。此外，B细胞恶性肿瘤的快速生长对能量供应提出了极高的需求，然而，这一过程中癌细胞如何维持高效的ATP合成与供能仍然是一个尚未完全揭示的关键科学问题。

在这一背景下，12月17日Cell的研究报道“YTHDF2 promotes ATP synthesis and immune evasion in B cell malignancies”，聚焦于YTHDF2这一重要的RNA修饰识别蛋白（Reader）。YTHDF2作为mRNA的m6A（N6-甲基腺嘌呤）和m5C（5-甲基胞嘧啶）双重识别因子，扮演着调控基因表达的关键角色。该研究发现，YTHDF2在B细胞恶性肿瘤中呈现异常高表达，并通过双重机制促进癌细胞的生存与免疫逃逸。一方面，YTHDF2通过识别m5C修饰的F型ATP合成酶亚基mRNAs，稳定其表达，显著提高ATP的合成效率，从而为癌细胞的快速生长提供充足的能量。另一方面，YTHDF2还能识别m6A修饰的CD19和MHC-II类分子mRNAs，促进其降解，削弱癌细胞对免疫系统的可见性，进而逃避免疫疗法的杀伤作用。

此外，研究人员通过筛选小分子化合物，发现了YTHDF2的抑制剂CCI-38，该药物能够显著抑制ATP合成，恢复CD19和MHC-II分子的表达，从而增强CAR-T细胞和BiTE疗法对肿瘤的杀伤效果。这一发现为B细胞恶性肿瘤的治疗提供了新的靶点和药物选择。

该研究首次揭示了YTHDF2在B细胞恶性肿瘤中的能量供给和免疫逃逸的双重作用机制，阐明了RNA修饰在肿瘤发生与免疫治疗中的重要作用，极大地拓宽了人们对B细胞恶性肿瘤的认知。YTHDF2抑制剂的成功应用不仅有望改善当前免疫疗法的疗效，也为未来肿瘤的精准治疗开辟了新方向。

B细胞恶性肿瘤：隐匿的“能量怪兽”

在血液系统肿瘤中，B细胞恶性肿瘤如急性淋巴细胞白血病（B-ALL）和B细胞淋巴瘤，是一类具有高度侵袭性且难以治愈的疾病。这些肿瘤起源于B细胞的异常增殖和分化，导致体内大量恶性B细胞积聚，不仅破坏正常免疫功能，还迅速扩散至骨髓、淋巴结等关键部位，威胁患者的生命。更令人棘手的是，B细胞恶性肿瘤具有极强的“适应性”，它们能够在免疫系统的压力下进化出逃避机制，特别是在接受免疫疗法后，部分癌细胞通过“抗原逃逸”机制隐藏自己，成为医生们难以消灭的“能量怪兽”。

近年来，以嵌合抗原受体T细胞疗法（CAR-T）和双特异性T细胞接合抗体（BiTE）为代表的免疫疗法为B细胞恶性肿瘤患者带来了新的希望。例如，CAR-T疗法通过改造T细胞，使其能够精准识别B细胞表面的CD19抗原并对癌细胞进行杀伤。然而，临床数据却显示，约50%的患者在治疗后出现复发，其中主要原因是癌细胞降低了CD19分子的表达，躲过了CAR-T的“追踪”，这一现象被称为抗原逃逸。

与此同时，B细胞恶性肿瘤的快速增殖对能量供应提出了前所未有的需求。研究发现，虽然恶性B细胞的线粒体数量较少，但它们却能够维持极高效的ATP合成，确保细胞迅速分裂和扩散。这种看似“违背生物常识”的现象表明，癌细胞必然存在一套独特的能量代谢机制，支撑其快速生长的“贪婪本性”。

因此，研究人员面临两大关键问题：第一，如何解决免疫疗法中癌细胞的抗原逃逸问题？第二，癌细胞是如何在有限的线粒体条件下维持高效的能量供应？揭开这些谜团，不仅能帮助人类更好地理解B细胞恶性肿瘤的生存策略，还将为新的治疗手段提供突破口。

RNA修饰与YTHDF2：肿瘤细胞的“幕后推手”

在基因表达的过程中，RNA分子曾被认为只是简单的“信息传递者”，负责将DNA编码的遗传信息转化为蛋白质。然而，近年来的研究揭示，RNA分子远比我们想象中复杂，它们的功能受到一系列化学修饰的精细调控。这些修饰，就像分子世界的“隐形墨水”，决定了RNA的稳定性、翻译效率以及在细胞内的去向。其中，最重要的两种修饰分别是m6A（N6-甲基腺嘌呤）和m5C（5-甲基胞嘧啶）。

m6A修饰是RNA分子上最常见的内部修饰之一，广泛存在于真核生物的mRNA中。它通过被“写入酶”（Writer）标记、被“擦除酶”（Eraser）去除，最终由“识别蛋白”（Reader）读取，调控RNA的降解和翻译。相比之下，m5C修饰虽然不如m6A普遍，但它同样影响mRNA的稳定性，尤其是在代谢调控等关键生物过程中发挥作用。

在这场RNA修饰的博弈中，YTHDF2成为了肿瘤细胞的“幕后推手”。YTHDF2是一种特殊的RNA修饰识别蛋白，能够同时识别m6A和m5C两种修饰，成为癌细胞快速增殖和免疫逃逸的核心工具。一方面，YTHDF2通过识别m5C修饰的F型ATP合成酶mRNAs，稳定其表达，促进ATP的高效合成，为癌细胞的快速分裂提供能量支持。另一方面，YTHDF2也能识别m6A修饰的CD19和MHC-II类分子mRNAs，促进它们的降解，帮助肿瘤细胞逃避免疫系统的追杀。

研究数据显示，YTHDF2在B细胞恶性肿瘤中异常高表达，其水平显著高于正常B细胞。这种表达的增加，使YTHDF2成为推动肿瘤发生、发展和治疗耐受的关键分子，就像一个隐藏在幕后却操控全局的“指挥官”。

正是YTHDF2对m6A和m5C“双重修饰”的精准读取，赋予了癌细胞强大的生存和适应能力。因此，靶向YTHDF2不仅有望切断癌细胞的“能量供给”，还能打破其“隐身术”，让肿瘤细胞再次暴露于免疫系统的火力之下。

YTHDF2在B细胞恶性肿瘤中高表达并扮演促癌作用的证据（Credit: Cell）

(A) 热图分析（Heatmap）

通过对 B-ALL 患者的 RNA-seq 数据集分析，展示了与 m6A 修饰相关基因在肿瘤中的表达模式。结果显示，YTHDF2 在 B-ALL 患者中表达显著升高，并且在所有 m6A 机制基因中最显著。

(B) YTHDF2 表达水平

与 (A) 中的热图一致，分析了 YTHDF2 在患者中的丰度，进一步确认其在 B-ALL 患者中高度表达。

(C) 依赖性评分（DepMap 数据库）

通过 CRISPR-Cas9 基因敲除筛选数据，显示了 YTHDF2 对于 B 细胞白血病/淋巴瘤细胞的生存至关重要（依赖性评分显著降低），而对其他类型癌症的依赖性较低。这表明 YTHDF2 是 B 细胞恶性肿瘤中特异的关键基因。

(D) YTHDF2 mRNA 在 DLBCL 患者与健康对照中的丰度

RNA-seq 数据显示，YTHDF2 在弥漫性大 B 细胞淋巴瘤（DLBCL）患者中的表达显著高于健康对照组，进一步证实其在恶性 B 细胞中的高表达。

(E) 正常与恶性 B 细胞中 YTHDF2 的实时 qPCR 结果

实时定量 PCR 显示，YTHDF2 在多种恶性 B 细胞类型中的 mRNA 水平显著高于正常 B 细胞，数据支持其促癌基因的特性。

(F) 生存分析

基于不同 YTHDF2 表达水平，将 B-ALL、DLBCL 和 MCL（套细胞淋巴瘤）患者分组进行生存分析。高表达 YTHDF2 的患者表现出较短的总体生存期（OS）、无进展生存期（PFS）或无事件生存期（EFS），说明其高表达与不良预后密切相关。

(G) 白血病与健康细胞中的 YTHDF2 蛋白表达

利用统计分析比较，显示YTHDF2 在白血病细胞中的蛋白表达显著高于健康细胞，进一步支持其作为促癌因子的作用。

(H) 正常与恶性 B 细胞中的 YTHDF2 蛋白表达

进一步验证了YTHDF2 蛋白在恶性 B 细胞中显著高于正常 B 细胞，结果与 RNA 水平一致。

(I–K) YTHDF2 敲低对恶性 B 细胞竞争力的影响

通过在不同 B 细胞恶性肿瘤模型中敲低 YTHDF2（使用 mCherry+-shRNA 或 RFP+-sgRNA 标记），发现 YTHDF2 敲低显著降低了肿瘤细胞的竞争能力，说明其在维持肿瘤细胞生存中的重要作用。

(L–O) 敲低 YTHDF2 对细胞生长和增殖的影响

通过对 B-ALL、淋巴瘤细胞和患者衍生的异种移植（PDX）模型细胞敲低 YTHDF2，发现这些细胞的生长和增殖能力显著下降。特别是在小鼠模型中，使用 Ythdf2 条件性敲除（cKO）也表现出类似的抑制效果。

(P–S) YTHDF2 过表达对恶性 B 细胞的促进作用

通过在转染了空载体-GFP 或 Ythdf2-GFP 的 B-ALL 细胞中进行竞争力和增殖实验，发现过表达 YTHDF2 可显著增强恶性 B 细胞的竞争力和增殖能力，进一步证明其作为促癌基因的功能。

YTHDF2如何助力癌细胞“充能”：揭开ATP高效合成的秘密

癌细胞的快速生长和增殖，就像一座永不停歇的“工厂”，需要源源不断的能量作为支撑。而这种能量的核心来源，正是细胞线粒体中通过氧化磷酸化（OXPHOS）产生的三磷酸腺苷（ATP）。然而，B细胞恶性肿瘤面临一个天然的“能量瓶颈”：它们分裂速度极快，但线粒体数量却远低于其他类型的癌细胞。这让研究人员不禁好奇，它们是如何在“缺乏燃料仓库”的情况下，实现高效能量供应的呢？答案的关键，就隐藏在YTHDF2和RNA修饰的巧妙配合中。

研究发现，YTHDF2能够识别并结合m5C修饰的特定mRNAs，尤其是负责ATP合成的F型ATP合成酶亚基（ATP5PB、ATP5MF和ATP5MG）mRNAs。通过这一结合，YTHDF2能够稳定这些mRNAs，防止它们被降解，从而提高ATP合成酶亚基的蛋白质表达水平。ATP合成酶作为线粒体中“能量制造”的核心机器，加速了ATP的生成，为癌细胞提供了充足的能量供应。

实验数据显示，当YTHDF2被敲低时，癌细胞的氧气消耗率（OCR）和ATP合成显著下降，细胞增殖也随之受阻。这一现象在多种B细胞恶性肿瘤中得到验证，包括急性淋巴细胞白血病（B-ALL）和弥漫性大B细胞淋巴瘤（DLBCL）。相反，过表达YTHDF2或其m6A结合突变体（m6A-MUT）时，ATP合成效率迅速提升，癌细胞的能量供应得到极大保障，推动其快速增殖和扩散。

更令人惊讶的是，YTHDF2的这一功能完全依赖于其对m5C修饰的特异识别，而非m6A修饰。这揭示了YTHDF2在癌细胞中的一种全新机制：通过稳定m5C修饰的ATP合成酶亚基mRNAs，它巧妙地维持了癌细胞的“能量充足状态”，让这些肿瘤细胞在能量短缺的逆境中仍能高速运转，肆意扩张。

“隐身术”揭秘：YTHDF2如何帮助癌细胞逃避免疫打击

肿瘤细胞与免疫系统之间的斗争，就像一场持续不断的“猫鼠游戏”。免疫疗法，如CAR-T细胞疗法，通过精准识别癌细胞表面的CD19抗原，发挥强大的杀伤作用。然而，令人沮丧的是，部分癌细胞似乎掌握了“隐身术”，在接受治疗后，表面CD19分子的表达逐渐消失，导致免疫疗法失效。这一现象背后的“幕后黑手”，正是YTHDF2。

研究发现，YTHDF2能够识别m6A修饰的mRNAs，并通过促进其降解，调控特定基因的表达。在B细胞恶性肿瘤中，YTHDF2直接作用于CD19和MHC-II类分子（如HLA-DMA和HLA-DMB）的mRNAs，导致它们快速降解，显著降低了这些关键抗原分子的表达水平。CD19是CAR-T疗法的主要靶点，而MHC-II类分子则在抗原呈递中发挥重要作用，它们的减少使癌细胞有效“隐藏”在免疫系统的视野之外，从而实现免疫逃逸。

实验数据显示，敲低YTHDF2后，CD19和MHC-II类分子的mRNA稳定性显著增强，蛋白表达水平明显提高，癌细胞表面的抗原呈递能力恢复，免疫细胞对癌细胞的杀伤效果大幅提升。相反，过表达YTHDF2会进一步降低CD19和MHC-II分子的表达，使肿瘤细胞更难被免疫系统识别。这一机制在CAR-T细胞与双特异性抗体（BiTE）疗法中尤为关键，因为CD19的丢失正是导致治疗失败和肿瘤复发的主要原因之一。

更有趣的是，YTHDF2识别m6A修饰的CD19和HLA-DMA/B mRNAs，不依赖于其m5C修饰结合能力，表明YTHDF2在能量代谢与免疫逃逸之间发挥“双重作用”，为肿瘤细胞提供了“生存武器”。这一特性让YTHDF2成为B细胞肿瘤的核心驱动因素之一，也是目前治疗耐药与复发问题的重要突破口。

突破困境：YTHDF2抑制剂CCI-38的横空出世

面对YTHDF2这一癌细胞“能量供给”和“免疫逃逸”的核心帮凶，研究人员开始通过高通量化合物筛选，寻找能够特异性抑制YTHDF2的小分子药物。

通过基于结构的虚拟筛选技术，从79种潜在候选化合物中锁定了CCI-38，并进一步通过药物亲和性反应目标稳定性试验（DARTS）和荧光蛋白热稳定性实验（FTSA）确认其对YTHDF2的高特异性。CCI-38能够与YTHDF2的RNA结合口袋相互作用，阻断YTHDF2与m6A或m5C修饰mRNAs的结合。这一机制使得CCI-38在分子层面有效瓦解了YTHDF2的功能。

在功能实验中，CCI-38展现了令人惊叹的双重抑制效果：一方面，它抑制了YTHDF2对m5C修饰ATP合成酶亚基mRNAs的稳定作用，显著降低ATP合成，直接削弱了癌细胞的“能量供应链”；另一方面，CCI-38阻断了YTHDF2对m6A修饰的CD19和MHC-II分子mRNAs的降解作用，恢复了肿瘤细胞的抗原表达，使其重新暴露于免疫系统的攻击之下。

此外，CCI-38不仅在实验室细胞系中表现出强大的抑瘤作用，还在动物模型中展现了极佳的治疗效果。研究发现，CCI-38能够显著减少肿瘤负荷，延长移植小鼠的生存期；与CAR-T细胞疗法联合使用时，更是表现出强大的协同作用，大幅提高了CAR-T细胞对肿瘤细胞的杀伤效率。

实验室到临床：CCI-38如何帮助CAR-T疗法“重振旗鼓”

研究团队通过一系列实验，证明CCI-38不仅能够单独抑制肿瘤进展，还能与CAR-T疗法协同作用，显著提升免疫疗法的效果。在动物模型中，研究人员将CCI-38应用于移植了复发性B细胞恶性肿瘤的小鼠（这些肿瘤对CAR-T疗法表现出耐受性）。结果显示，CCI-38能够有效恢复CD19和MHC-II分子的表达，使癌细胞重新暴露在CAR-T细胞的杀伤范围内。相比仅使用CAR-T疗法的对照组，联合CCI-38的小鼠群体肿瘤负荷明显减少，生存期显著延长。

在另一项实验中，研究团队利用从患者样本中提取的肿瘤细胞，进一步验证了CCI-38的临床潜力。他们从一位因抗原逃逸复发的B-ALL患者身上分离出CD19低表达的肿瘤细胞，并将其用于体外实验。结果表明，CCI-38治疗能够将CD19表达恢复至初诊时的水平（甚至更高），显著增强了CAR-T细胞对这些肿瘤细胞的杀伤能力。这种恢复效果在其他患者样本中也得到了验证，显示出CCI-38的广泛适用性。

更令人鼓舞的是，联合治疗不仅增强了CAR-T的杀伤效果，还显示出强大的协同抗肿瘤作用。在CAR-T细胞无法完全清除肿瘤的情况下，CCI-38通过减少癌细胞的能量供应和免疫逃逸，为CAR-T疗法争取了“第二次机会”。这种双重机制的发挥，极大地提高了免疫疗法的总体成功率。

模式图（Credit: Cell）

RNA修饰研究如何改变肿瘤治疗格局？

癌症的研究历史已经证明，突破性的科学发现往往来自对看似普通现象的深入挖掘。而RNA修饰，作为生命科学领域的一颗新星，正逐渐揭开其在基因表达调控中的神秘面纱。以YTHDF2为代表的RNA修饰识别蛋白，已经成为研究人员关注的焦点。这些分子不仅帮助我们重新理解肿瘤的发生机制，还为未来肿瘤的精准治疗提供了全新的靶点。

该研究展示了YTHDF2如何通过识别m6A和m5C修饰，为B细胞恶性肿瘤提供“双重助力”：一方面，YTHDF2稳定m5C修饰的ATP合成酶亚基mRNAs，维持肿瘤的高效能量供应；另一方面，它促进m6A修饰的CD19和MHC-II分子的降解，帮助癌细胞实现免疫逃逸。这种“双面角色”使YTHDF2成为B细胞肿瘤发展的关键推动因素，也为靶向YTHDF2的药物开发提供了明确方向。通过该研究开发的CCI-38抑制剂，研究人员成功抑制了YTHDF2的功能，不仅切断了癌细胞的“能量生命线”，还恢复了免疫系统对肿瘤细胞的精准打击能力。

更重要的是，YTHDF2只是RNA修饰调控网络中的冰山一角。研究表明，其他m6A或m5C相关蛋白同样可能在肿瘤发生、发展和治疗耐药中发挥重要作用。这意味着，RNA修饰领域蕴藏着无数潜在的治疗靶点，有望为肿瘤患者带来更多突破性疗法。例如，未来的研究可以探索RNA修饰如何调控肿瘤微环境，或研究RNA修饰的可逆性在抗癌药物开发中的应用潜力。

此外，该研究还展现了基础科学如何为临床实践提供直接的指导。从RNA修饰的分子机制解析，到CCI-38的开发，再到联合CAR-T疗法的显著效果，他们完成了一次从实验室到临床的创新之旅。RNA修饰研究不仅揭示了癌症的复杂性，也为我们提供了重新设计抗癌策略的工具箱。

展望未来，随着RNA修饰调控机制的深入研究，以及更多靶向药物的成功开发，肿瘤的精准治疗将迎来全新格局。RNA修饰的故事才刚刚开始，而它的潜力，足以让我们对癌症的治愈充满希望。这一领域的持续探索，或许会成为改变对抗癌症命运的决定性力量。

参考文献

https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(24)01324-2

责编|探索君

排版|探索君

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