核仁小RNA在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的研究進(jìn)展

劉琳，付婷，牟相成，朱文靜#

1青島市婦女兒童醫(yī)院藥學(xué)部，山東 青島266000

2青島市市立醫(yī)院藥劑科，山東 青島266000

3東營(yíng)市廣饒縣中醫(yī)院影像科，山東 東營(yíng)257300

腫瘤將成為21世紀(jì)世界范圍內(nèi)人類(lèi)疾病死亡的主要原因[1]。腫瘤是因維持細(xì)胞生長(zhǎng)和凋亡的蛋白質(zhì)編碼基因及非編碼基因的表達(dá)紊亂引起的。人類(lèi)基因組中約含有25 000個(gè)具有編碼蛋白質(zhì)功能的基因，這些基因占基因組總序列的比例不超過(guò)2%，絕大部分DNA序列被轉(zhuǎn)錄為不具有編碼蛋白質(zhì)功能的RNA，即非編碼RNA（non-coding RNA，ncRNA），根據(jù)片段的長(zhǎng)度可分為小分子ncRNA和長(zhǎng)鏈ncRNA，其比編碼蛋白質(zhì)的基因更加復(fù)雜[2-6]。ncRNA包括微小RNA（microRNA，miRNA）、核仁小RNA（small nucleolar RNA，snoRNA）、干擾小RNA（small interfering RNA，siRNA）、pi蛋白結(jié)合RNA（piwi-interacting RNA，piRNA）、小卡哈爾體特異性RNA（small Cajal body-specific RNA，scaRNA）、核小RNA（small nuclear RNA，sn-RNA）。研究表明，人類(lèi)腫瘤的miRNA表達(dá)譜已經(jīng)用于腫瘤的診斷、治療以及預(yù)后評(píng)估[7-10]。snoRNA是一類(lèi)長(zhǎng)度為60～300個(gè)核苷酸的小分子ncRNA，具有保守的結(jié)構(gòu)元件，在核糖體RNA（ribosomal RNA，rRNA）前體的剪接加工和轉(zhuǎn)錄后修飾過(guò)程中起重要作用[11-14]。研究表明，部分小分子ncRNA與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，尤其是snoRNA的異常表達(dá)直接影響著腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后[1,15-17]。

1 snoRNA的結(jié)構(gòu)與功能

snoRNA位于真核生物細(xì)胞的核仁中，根據(jù)snoRNA保守的結(jié)構(gòu)元件將其分為C/D box snoRNA和H/ACA box snoRNA兩類(lèi)，常與組蛋白形成snoRNP而發(fā)揮作用[12-13]，主要功能是指導(dǎo)rRNA的修飾、加工和折疊過(guò)程。常見(jiàn)的snoRNA主要有三類(lèi)：C/D box snoRNA、H/ACAbox snoRNA和scaRNA[13]。

C/D box snoRNA包含兩個(gè)短的序列元件，即位于 5'端的C box（5'PuUGAUGA3'）和3'端的D box（5'CUGA3'），其內(nèi)部含有類(lèi)似于C box和D box的結(jié)構(gòu)，分別稱(chēng)為box C'和box D'，兩端有4～6個(gè)核苷酸的反向重復(fù)序列，通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)形成單個(gè)發(fā)夾結(jié)構(gòu)。C/D box snoRNA在rRNA前體的剪接加工過(guò)程中起重要作用，其引導(dǎo)序列長(zhǎng)度為10～21個(gè)核苷酸的rRNA的折疊，并且在一些情況下，snoRNA可增強(qiáng)甲基化rRNA的甲基化修飾[18]。C/D box snoRNA主要通過(guò)堿基互補(bǔ)作用行使功能，參與指導(dǎo)rRNA上特定位點(diǎn)的2'-O-核糖甲基化修飾[19-20]。而構(gòu)成C/D box snoRNP的其他蛋白質(zhì)組分如Nop56、Nop58和Snu13（在人類(lèi)中為15.5K），使前體rRNA與鄰近box D/D'的snoRNA更容易發(fā)生堿基配對(duì)。

H/ACA box snoRNA具有“發(fā)夾-鉸鏈-發(fā)夾-尾部”的典型二級(jí)結(jié)構(gòu)，絞鏈區(qū)和尾部分別具有H box（ANANNA）和ACA box保守序列元件，ACA box通常位于3'末端上游3個(gè)核苷酸處。大多數(shù)H/ACA box snoRNA指導(dǎo)真核生物rRNA和snRNA中特定位點(diǎn)的假尿嘧啶化修飾，即指導(dǎo)RNA分子由尿嘧啶向假尿嘧啶進(jìn)行轉(zhuǎn)換[13,20]。由于H box（5'-ANNA-3'）和ACA box的存在，H/ACA box snoRNA可以形成雙發(fā)夾結(jié)構(gòu)。H/ACA box snoRNA與前體rRNA的堿基配對(duì)發(fā)生在雙發(fā)夾內(nèi)部的“假尿苷化口袋”中，與靶向的尿苷發(fā)生非堿基配對(duì)，因此，可通過(guò)假尿苷合成酶Cbf5進(jìn)行異構(gòu)化。構(gòu)成H/ACA box snoRNP的其他成分如Nop10、Nhp2和Gar1，主要發(fā)揮穩(wěn)定三級(jí)折疊結(jié)構(gòu)的功能，確保靶RNA在Cbf5活性位點(diǎn)的精確定位[21]。此外，scaRNA是snoRNA的一個(gè)特定子集，其在哈爾卡體內(nèi)積累，并指導(dǎo)剪接體RNA的轉(zhuǎn)錄后修飾[22]。

2 snoRNA的組織特異性表達(dá)

不同類(lèi)型的snoRNA在不同組織中的表達(dá)水平不同，C/D box snoRNA和H/ACA box snoRNA在不同組織中的表達(dá)水平亦不同[17,23-25]。通過(guò)分析11種人類(lèi)組織中全基因組snoRNA的表達(dá)水平發(fā)現(xiàn)，同一類(lèi)型的snoRNA在下丘腦、睪丸、脾臟組織中的表達(dá)水平存在差異[24]。而且，部分snoRNA如腦特異性表達(dá)的snoRNA（brain-specific snoRNA，bsnoRNA）]廣泛表達(dá)于大腦組織中[23,26]，且這些bsnoRNA不參與rRNA或snRNA的修飾，它們可能參與信使RNA（messenger RNA，mRNA）亞基的剪切[27]。例如，腦特異性C/D box snoRNA HBⅡ-52與5-羥色胺2C受體mRNA的關(guān)鍵區(qū)段具有18個(gè)互補(bǔ)的保守核苷酸序列，指示了腦特異性C/D box snoRNA在該mRNA加工過(guò)程中的潛在作用[25]。

3 snoRNA宿主基因的異常表達(dá)與腫瘤的關(guān)系

在哺乳動(dòng)物中，大部分snoRNA位于蛋白質(zhì)編碼或非蛋白質(zhì)編碼基因的內(nèi)含子中，而這些基因稱(chēng)為snoRNA的宿主基因[28]。隨著對(duì)snoRNA研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)snoRNA通過(guò)影響其宿主基因的表達(dá)從而影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后[16]。C/D box snoRNA的主基因ZFAS1是乳腺發(fā)育的調(diào)控因子，也是乳腺癌的潛在標(biāo)志物[29]。snoRNA的主基因生長(zhǎng)抑制特異性基因5（growth arrest specific 5，GAS5）在乳腺癌組織中的轉(zhuǎn)錄水平低于正常乳腺上皮組織，表明GAS5參與乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程[30-31]。GAS在乳腺癌和頭頸部鱗狀細(xì)胞癌中發(fā)揮著抑癌基因的作用，其表達(dá)水平的降低與乳腺癌和頭頸部鱗狀細(xì)胞癌患者的預(yù)后不良有關(guān)，而且位于其內(nèi)含子中的snoRNARNU44也與患者的預(yù)后有一定的關(guān)系[32]。snoRNA的主基因SNHG1和SNHG16的高表達(dá)可以促進(jìn)肝癌和結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展[33-34]。其中，SNHG1的表達(dá)與骨肉瘤、結(jié)直腸癌、肝細(xì)胞癌、非小細(xì)胞肺癌、食管癌、卵巢癌、神經(jīng)膠質(zhì)瘤和胃癌患者的總生存期均有關(guān)[35]。另外，SNHG1在多種腫瘤的診斷中具有重要的意義[36-37]。

4 snoRNA作為腫瘤標(biāo)志物和腫瘤治療的靶點(diǎn)

部分snoRNA可以作為腫瘤標(biāo)志物，不僅能夠通過(guò)影響其主基因的表達(dá)從而影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，還會(huì)影響腫瘤患者的預(yù)后；另外，snoRNA亦可以作為腫瘤患者治療的新靶點(diǎn)。snoRNA是篩查早期結(jié)直腸癌的生物標(biāo)志物，SNORA21和SNORA42可促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展，并且可以作為預(yù)測(cè)結(jié)直腸癌預(yù)后的生物標(biāo)志物[38-40]。沉默SNORA74B基因可以提高PHLPP基因的表達(dá)水平，阻斷蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱(chēng)AKT）/雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin，MTOR）信號(hào)通路，從而抑制胃癌的發(fā)生、發(fā)展，提示SNORA74B可能成為胃癌治療的新靶點(diǎn)[41]。有研究發(fā)現(xiàn)，上調(diào)SNORD47的表達(dá)不但能夠抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞阻滯于G2期，從而抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞的侵襲和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程，還能夠增強(qiáng)替莫唑胺的抗腫瘤作用[42]。另外，snoRNA還可通過(guò)影響細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡及上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程從而影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。在非小細(xì)胞肺癌中，抑制SNORD78的表達(dá)可以誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯在G0/G1期，從而抑制非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的增殖。此外，SNORD78還可通過(guò)誘導(dǎo)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的發(fā)生從而促進(jìn)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的侵襲。SNORD78在腫瘤干細(xì)胞樣細(xì)胞中的表達(dá)也明顯上調(diào)，是非小細(xì)胞肺癌自我更新的必需環(huán)節(jié)[43]。有研究發(fā)現(xiàn)，SNORA42的表達(dá)與非小細(xì)胞肺癌患者的生存情況呈負(fù)相關(guān)（P＜0.05），且與CD133-對(duì)應(yīng)物相比，SNORA42在CD133+的非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中的表達(dá)水平較高；敲除SNORA42降低了體外腫瘤起始細(xì)胞的增殖和自我更新能力，但SNORA42在非腫瘤起始細(xì)胞中的高表達(dá)卻可以增強(qiáng)細(xì)胞的增殖和自我更新能力[44]，提示snoRNA能夠通過(guò)影響腫瘤細(xì)胞的干性從而影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。

綜上所述，snoRNA的異常表達(dá)與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，其在腫瘤的早期診斷、腫瘤治療方案的優(yōu)化、患者預(yù)后的判斷等方面具有重要的指導(dǎo)意義。另外，snoRNA的特征使其成為腫瘤治療的理想靶點(diǎn)，例如，通過(guò)介導(dǎo)snoRNA所在區(qū)域的基因轉(zhuǎn)錄從而引起snoRNA沉默的途徑可能具有良好的腫瘤治療效果，其通過(guò)選擇性地沉默致癌的snoRNA從而抑制腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，在腫瘤治療中已經(jīng)得到了應(yīng)用；但是，其發(fā)揮致癌或抑癌作用的具體分子機(jī)制尚不十分明確，仍需進(jìn)一步研究。