責編 | 兮
2011年10月，芝加哥大學的何川教授在Nature Chemical Biology上發表論文「N6-Methyladenosine in nuclear RNA is a major substrate of the obesity-associated FTO」，首次證明FTO是m6A的去甲基化酶【1】，m6A作為mRNA上最豐富的可逆修飾受到了極大地關注，並從此開啟了RNA表觀遺傳學的浪潮。
2016年12月，陳建軍教授與何川教授合作，在Cancer cell上發表研究成果「FTO Plays an Oncogenic Role in Acute Myeloid Leukemia as a N6-Methyladenosine RNA Demethylase」，首次闡明了FTO作為m6A去甲基化酶在急性髓系白血病的發生發展過程中起到了關鍵的促癌作用【2】。同時這一發現也為後續研究開發FTO抑制劑用於白血病的治療提供理論依據（詳見BioArt報導：芝大陳建軍、何川組Cancer Cell報導肥胖基因FTO過表達導致白血病）。
2017年12月，陳建軍教授與何川教授以及金潔教授合作，在Cell上發表研究成果「R-2HG Exhibits Anti-tumor Activity by Targeting FTO/m6A/MYC/CEBPA Signaling」，這篇文章揭示R-2HG（IDH1/2突變後形成的代謝產物）通過競爭性地抑制FTO去甲基化酶的活性在白血病中發揮抑癌的功能【3】。此研究很好地闡明了R-2HG在腫瘤發生發展過程中作為一把雙刃劍的功能：
IDH突變導致R-2HG的聚集促進腫瘤發生；R-2HG可以通過抑制原癌基因FTO去甲基化酶的功能發揮抗癌的作用（詳見BioArt報導：Cell丨FTO第二磅！重審IDH突變在白血病中的作用）。同時研究者還發現在白血病治療過程中，R-2HG與DNA甲基轉移酶的抑制劑（hypomethylating agent, HMA），例如地西他濱(Decitabine)，呈現協同作用，但相關機制還不是清楚；R-2HG是α-KG（α酮戊二酸）的結構類似物，除了靶向抑制FTO外，還抑制其他α-KG依賴的雙加氧酶的活性，比如組蛋白去甲基化酶和DNA去甲基化酶。
2019年4月，楊財廣教授與陳建軍教授以及錢志堅教授合作在Cancer Cell雜誌發表研究Smale-molecule Targeting of Oncogenic FTO Demethylase in Acute Myeloid Leukemia，該研究開發了兩個新的FTO小分子抑制劑，FB23和FB23-2，能夠直接與FTO結合併特異性抑制其m6A去甲基化酶活性從而抑制急性髓系白血病的發展【4】（詳見BioArt報導：專家點評Cancer Cell丨楊財廣/陳建軍/錢志堅合作團隊開發FTO抑制劑用於抗白血病治療）。
研究者檢測了FB23對FTO的半最大抑制濃度為60nM，這說明其能在體外非常有效的抑制FTO的酶活性。小鼠體內實驗證明FB23-2可以抑制白血病的發生發展，但是總體上對白血病細胞的殺傷作用溫和，特別是在AML病人來源的異種移植（patient-derived xenograft, PDX）小鼠模型中（中位生存時間48天vs .58天，對照組vs. FB23-2）。這一研究具有重要的科學意義和社會價值，但同時也促使我們篩選更為高效的FTO抑制劑用於臨床治療。
2020年6月11日，美國希望之城國家醫療中心（City of Hope National Medical Center）貝克曼研究所 (Beckman Research Institute) 的陳建軍教授研究團隊（蘇瑞博士、董磊博士、黎楊嬋博士，博士生高敏和韓麗為本文的共同第一作者）在Cancer Cell發表了題為「Targeting FTO Suppresses Cancer Stem Cell Maintenance and Immune Evasion」的研究論文，報導了兩個小分子化合物有效的抑制FTO，對於多種AML小鼠模型，尤其是復發的PDX模型，具有顯著的治療作用。此外作者還發現FTO抑制或敲除後可以顯著降低白血病幹細胞的頻率(frequency)以及抑制白血病細胞的免疫逃逸。
研究者基於FTO晶體結構的虛擬篩選策略從包含260,000個小分子化合物的美國國家癌症研究所（National Cancer Institute, NCI）開發治療程序庫（Developmental Therapeutics Program, DTP）中篩選得到兩個化合物 CS1(Bisantrene)和CS2（Brequinara）作為潛在的FTO抑制劑。
作者通過一系列生物化學以及生物物理學的方法，包括m6A去甲基化酶實驗，Drug Affinity Responsive Target Stability(DARTS)實驗，核磁滴定(NMR Titrition), 紫外交聯免疫沉澱結合qPCR定量技術 (Corsslinking-Immunprecipitaton and qPCR)，證明這兩個小分子抑制劑直接結合在FTO的酶促反應中心阻礙了靶基因mRNA的結合從而抑制了其甲基轉移酶的活性。
研究者發現這兩個小分子化合物可以顯著抑制AML細胞（尤其是FTO高表達的細胞）的增殖（IC50在100nM左右），但對正常造血細胞影響較小。此外研究者還構建了AML細胞來源的異種移植模型，骨髓移植(bone marrow transplantation)模型以及復發病人來源的PDX小鼠模型證明這兩個小分子抑制劑在低劑量（5 mg/kg/day,每隔一天治療，共治療10次）的條件下就可以使AML小鼠的中位生存時間延長一倍！另外，研究者發現這兩個小分子化合物具有廣譜抗癌性，對一系列實體瘤（包括乳腺癌、胰腺癌、以及膠質母細胞瘤（GBM））均具有顯著殺傷作用。
現階段化療依然是治療AML最主要的手段，但是復發、耐藥以及難治性AML使得現有的化療方案預後較差，給臨床治療帶來了極大地困擾。白血病幹細胞(LSC/LIC)被認為是導致AML病人復發以及耐藥的原因之一。該研究發現FTO在白血病幹細胞（CD34+）中的表達遠高於其在bulk細胞（CD34-）中的表達，FTO敲除或者抑制後可以顯著抑制白血病幹細胞的自我更新(self-renewal)從而阻礙AML的發生發展。
目前有證據提示DNA甲基轉移酶的抑制劑（HMA）在AML治療過程中導致復發和耐藥的機制可能與免疫逃逸分子PD-L1或PD-L2的上升導致免疫逃逸有關【5】，但是相關的研究很少。2017年作者已經發現R-2HG（抑制FTO）與HMA在AML治療過程中呈現協同作用，但相關機制還不是清楚。在AML細胞中，作者發現HMA可以通過上調FTO的表達導致全局性去甲基化。基於此作者推測FTO是否能夠調控免疫抑制分子的表達從而與HMA呈現協同作用呢？通過AML細胞與T細胞體外共培養實驗以及AML小鼠免疫治療試驗證明在AML細胞中抑制或敲除FTO的表達後可以顯著提高T細胞對AML細胞的殺傷作用（下圖）。
後續的機制研究發現在這一生物學過程主要與免疫抑制分子LILRB4（詳見BioArt報導：Nature亮點 | 華人學者發現白血病免疫抑制和侵襲的新機制，有望發展新型免疫治療方法）而不是PD-L1/PD-L2的表達失調有關。LILRB4是FTO直接的靶基因。在AML細胞中，FTO通過調節LILRB4 mRNA上m6A影響其mRNA穩定性從而正向調控其表達；地西他濱處理可以誘導LILRB4的表達；FTO抑制或敲除後導致其表達顯著下調。與正常造血細胞相比較，LILRB4在白血病細胞中顯著高表達，但PD-L1/PD-L2並沒有高表達；並且在AML細胞中，LILRB4的表達豐度是PD-L1/PD-L2的40-50倍。
這些數據在一定程度上解釋了為什麼以往的臨床試驗靶向PD-1/PD-L1/PD-L2的免疫治療策略在AML中並沒有起到明顯的療效。因此，在AML中，LILRB4可能是一個更好的免疫治療的靶點。該研究同時也為AML臨床治療提供新的策略，聯合化療（比如FTO抑制劑或者HMA）和免疫治療（比如LILRB4單抗）有可能取得令人滿意的效果。