tsRNAs與腫瘤關(guān)系的研究進展*

何小雪 樊希蕊 黃蕓 王輝②

中國為人口大國，約占全球24%新發(fā)癌癥病例和30%癌癥死亡病例［1］。因此，亟需對中國常見癌癥發(fā)生、發(fā)展分子機制開展深入的研究。自從在秀麗隱桿線蟲中發(fā)現(xiàn)第一個小RNA（lin-4）后，非編碼RNAs的研究不斷涌現(xiàn)［2］，特別是其在多種癌癥中的差異性表達受到廣泛關(guān)注。轉(zhuǎn)運RNA 衍生的小RNAs（transfer RNA-derived small RNAs，tsRNAs）為來源于轉(zhuǎn)運RNA（transfer RNA，tRNA）的一類新興的非編碼單鏈RNAs，目前已有研究發(fā)現(xiàn)，tsRNAs 的表達變化與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移以及預(yù)防密切相關(guān)［3］。本文旨在對tsRNAs與常見腫瘤發(fā)生發(fā)展關(guān)系問題進行綜述。

1 tsRNAs的來源、類型及生物學(xué)作用

1.1 tsRNAs的來源和類型

tRNA是將核酸的遺傳信息翻譯成蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵性生物大分子化合物，具有典型的三葉草型二級結(jié)構(gòu)，包括氨基酸接受臂、D 環(huán)、TψC 環(huán)、反密碼子環(huán)與可變環(huán)。tRNA 在不同內(nèi)切酶的作用下，產(chǎn)生不同類型的tsRNAs。根據(jù)來源不同，主要分為兩種類型：tRFs 和tRNA 半分子（tiRNAs），其中tRFs 可分為tRF-1、tRF-2、tRF-3、tRF-5 和內(nèi)源性tRF（inter tRF，i-tRF）5類［4-6］。tRF-1由前體-tRNA的3'末端經(jīng)核酸內(nèi)切酶RNase Z或ELAC2切割產(chǎn)生，含有特征性的3'端多聚μ 殘基［7］；tRF-2 是近年來在tRNAGlu、tRNAAsp、tRNAGly 和tRNATyr 中新發(fā)現(xiàn)的，僅包含反密碼子莖和環(huán)，通常在低氧條件下產(chǎn)生［2］；tRF-3是由Dicer、血管生成素（angiogenin，ANG）或其他核糖核酸酶在成熟tRNA 的TψC環(huán)上切割而成，其末端均含有特異性的CCA 結(jié)構(gòu)［3，8］；tRF-5 由成熟tRNA 的D環(huán)或D 環(huán)與反密碼子環(huán)之間裂解產(chǎn)生［9］；i-tRF 來自成熟tRNA的內(nèi)部區(qū)域，包括反密碼子環(huán)和部分D-環(huán)和T-環(huán)［3］。tiRNA一般是低氧、饑餓等應(yīng)激條件下產(chǎn)生的，哺乳動物中由成熟tRNA的反密碼子環(huán)經(jīng)ANG剪切形成，酵母細(xì)胞中由Rny1p 剪切形成，約31～40 nts，分為5'tiRNA和3'tiRNA［10］。

1.2 tsRNAs的生物學(xué)作用

tsRNAs來源于非編碼RNA家族，在生物界中廣泛存在，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、轉(zhuǎn)錄及翻譯、病毒復(fù)制、細(xì)胞凋亡等多種生物過程［11］。異常表達的tsRNAs可以通過不同機制在癌癥中扮演抑癌基因或癌基因的角色。調(diào)控細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期進展方面：有研究發(fā)現(xiàn)tRFLeuCAG可通過調(diào)節(jié)激酶的活性，從而促進癌細(xì)胞G0/G1期細(xì)胞周期的進展［12］；tRF-1001參與誘導(dǎo)細(xì)胞周期從G2期細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)镸期，從而促進癌細(xì)胞增殖［13］。基因表達調(diào)控方面：依賴Dincer 的tRFs，尤其是與AGO 蛋白（argonaute proteins，AGO）結(jié)合較弱的5'tRF可通過3'末端保守的“GG”二核苷酸相互作用，抑制起始復(fù)合物從而抑制蛋白質(zhì)的整體合成［14］；也有研究發(fā)現(xiàn)，部分tsRNA可通過競爭性與RNA結(jié)合蛋白YBX1（Y-box binding protein 1，YBX1）結(jié)合取代致癌轉(zhuǎn)錄物，抑制癌基因的表達［15］；此外，tsRNAs還可以通過miRNA的方式調(diào)控基因表達。CU1276可作為一種miRNA參與抑制B淋巴瘤細(xì)胞增殖，并調(diào)節(jié)DNA損傷反應(yīng)［16］；不依賴Dincer的tRF-5和tRF-3能與RNA沉默復(fù)合物（RNA-induced silencing complex，RISC）的效應(yīng)分子AGO蛋白（GW182/TNRC6蛋白）結(jié)合，通過與3'非翻譯區(qū)（3'untranslated region，3'UTR）互補結(jié)合，在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達。tRFs這種能以類似miRNA的序列特異性方式調(diào)節(jié)生物學(xué)進程，進一步擴展了tRFs的調(diào)控譜，增加影響腫瘤細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期的能力［17-18］。病毒復(fù)制方面，tsRNAs可以作為病毒RNA逆轉(zhuǎn)錄的指導(dǎo)RNA。如宿主細(xì)胞中的tRF-3019 可與人T 細(xì)胞白血病病毒1 型（human T-cell leukemia virus type 1，HTLV-1）的RNA 引物結(jié)合位點（primer binding site，PBS）結(jié)合，從而啟動逆轉(zhuǎn)錄，促進病毒的合成［19］。此外，應(yīng)激狀態(tài)下ANG 誘導(dǎo)產(chǎn)生的tiRNAs，不僅可刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞參與腫瘤血管生成，還參與核糖體RNA的生物發(fā)生，滿足癌細(xì)胞持續(xù)生長所需的高代謝要求。目前，已在在多種動物模型中發(fā)現(xiàn)ANG抑制劑可以抑制癌癥進展［20］。

2 tsRNAs在癌癥中的研究進展

2.1 tsRNAs與非小細(xì)胞肺癌的關(guān)系

非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）為最常見的惡性腫瘤之一，5年生存率僅為15%［22］。Shao等［12］觀察到tRFLeuCAG在NSCLC組織細(xì)胞中的表達明顯高于正常組織，并與癌癥分期呈正相關(guān)，尤其在NSCLCⅣ期特異性極高，具有作為NSCLC Ⅳ期患者的診斷標(biāo)志物的潛力。用tRFLeuCAG抑制劑轉(zhuǎn)染H1299細(xì)胞，H1299細(xì)胞停留在G0/G1期，細(xì)胞增殖能力逐步下降，反向證實了tRFLeuCAG有加速NSCLC進程的作用。此外，通過培養(yǎng)轉(zhuǎn)染tRFLeuCAG抑制劑的H1299細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，極光激酶A（aurora kinases A，AURKA）的表達也顯著下調(diào)，AURKA是一種蛋白激酶，在有絲分裂中發(fā)揮重要作用［12］。由此可見，tRFLeuCAG 可能是通過激活A(yù)URKA的活性，從而加速癌細(xì)胞的G0/G1細(xì)胞周期的進展，進一步說明了tRFLeuCAG很有可能成為NSCLC新的診斷標(biāo)記物和潛在治療靶點。

2.2 tsRNAs與乳腺癌的關(guān)系

乳腺癌（brest cancer，BC）是女性常見的惡性腫瘤。有研究發(fā)現(xiàn)，缺氧時誘導(dǎo)產(chǎn)生的tRFs 通過轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機制可能有抑制乳腺癌進展的作用。目前，已知的 該 類tRFs 主要來自tRNAGlu、tRNAAsp 和tRNAGly，其在應(yīng)激條件下通過與致癌轉(zhuǎn)錄本競爭性結(jié)合YBX1，取代內(nèi)源性致癌基因，拮抗YBX1 的活性，從而抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移［15］。YBX1 是一種多功能RNA結(jié)合蛋白，在多種腫瘤中高表達，可結(jié)合體內(nèi)多種轉(zhuǎn)錄本，穩(wěn)定致癌基因并介導(dǎo)其表達增強，加快腫瘤發(fā)展進程［23］。其與tRFs 的相互作用具有特異性，在缺氧條件下增強，而高轉(zhuǎn)移性的乳腺癌細(xì)胞通過減弱該類tRFs的誘導(dǎo)來逃避這種腫瘤抑制途徑。此外，TRFs還能以依賴YBX1的方式干擾翻譯起始因子EIF4G來抑制翻譯［15］，從而抑制癌蛋白的表達。

三陰性乳腺癌（triple-negative breast cancer，TNBC）為乳腺癌最具有侵襲性的亞型［24］。Telonis等［25］研究發(fā)現(xiàn)，tRFs在TNBC中存在差異性表達，該類tRFs大多來自核tRNAGlyGCC、tRNAHisGTG和線粒體tRNAValTAC，在特定的生物背景下可加載到AGO蛋白上，通過RNA干擾途徑直接靶向mRNAs，破壞乳房正常的分子生物學(xué)指標(biāo)，導(dǎo)致腫瘤相關(guān)蛋白顯著上調(diào)；此外，tRFs還可通過誘捕RNA 結(jié)合蛋白直接調(diào)控mRNA 豐度，破壞mRNA與tRFs的協(xié)同關(guān)聯(lián)，從而影響了轉(zhuǎn)移相關(guān)性MAPK和Wnt/β-catenin信號通路，增加了腫瘤轉(zhuǎn)移的可能性，有成為TNBC潛在的診斷標(biāo)志物和治療靶點的潛力。但tRFs在不同性別、組織、或種族的個體中，其表達豐度不同，尤其是i-tRFs，在TNBC中的表達具有明顯的組織特異性和種族特異性［25-26］，但其臨床應(yīng)用價值尚待進一步研究證實。

2.3 tsRNAs與結(jié)直腸癌的關(guān)系

結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）是癌癥相關(guān)死亡的第三大原因［22］。有研究發(fā)現(xiàn)，tRF/miR-1280 通過靶向抑制JAG2調(diào)控Notch通路，降低轉(zhuǎn)錄因子Gata（主要是Gata1）的表達水平，從而使miR-200b表達上調(diào)，抑制腫瘤上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，從而抑制癌細(xì)胞的增殖及轉(zhuǎn)移［27］。JAG2 是與細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期、遷移、黏附、侵襲、凋亡和細(xì)胞分化相關(guān)的基因，可通過調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的自我更新促進癌癥轉(zhuǎn)移［28］。Notch信號通路在細(xì)胞發(fā)育過程中控制細(xì)胞命運和信號整合，與腫瘤干細(xì)胞的自我更新、增殖和干細(xì)胞樣表型等多種特征密切相關(guān)；可見，tRF/miR-1280是CRC細(xì)胞Notch信號通路的主要調(diào)控因子，也是CRC腫瘤干細(xì)胞生長和功能的重要調(diào)控因子，將tRF/miR-1280 引入癌細(xì)胞可能是逆轉(zhuǎn)腫瘤進展的一種新方法［27］。

2.4 tsRNAs與前列腺癌的關(guān)系

前列腺癌（prostate cancer，PCa）為常見的男性泌尿系統(tǒng)惡性腫瘤。有研究表明，tRFs 與PCa 的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)［29］。在饑餓、氧化等應(yīng)激條件下，tRFs 顯著上調(diào)，促進應(yīng)激顆粒組裝，通過負(fù)調(diào)控mTORC1 過度活化誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡而在PCa 發(fā)展中發(fā)揮重要作用［30］。通過分析不同級別PCa 中tRFs 的差異性表達發(fā)現(xiàn)，tRF-544在高級別（格里森評分≥7）腫瘤組中表達較低，復(fù)發(fā)性患者tRF-544 持續(xù)下調(diào)，而tRF-315在復(fù)發(fā)性疾病中有明顯的上調(diào)趨勢，在高級別腫瘤中表達更高。提示tRF-315 和tRF-544 的表達率可以有效區(qū)分高、低級別前列腺癌，并可為復(fù)發(fā)性侵襲性前列腺癌的早期檢測提供了新的候選生物標(biāo)志物［30］。此外，Honda等［31］觀察到在雄激素受體陽性的PCa 中，tiRNAs 以性激素依賴的方式大量表達，5'-tiRNAAspGUC 和5'-tiRNAHisGUG 的水平顯著升高，而在無雄激素培養(yǎng)的PCa細(xì)胞系中，5'tiRNAs的含量降低，同時，敲除5'tiRNAs 會阻礙癌細(xì)胞的生長，這說明5'tiRNAs 是激素依賴性前列腺癌細(xì)胞增殖的一大重要影響因素。

2.5 tsRNAs與肝癌的關(guān)系

眾所周知，病毒感染在肝癌發(fā)病中起重要作用，其中最常見的是慢性乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）或丙型肝炎病毒（hepatitis C virus，HCV）［1］；有證據(jù)顯示，tRF U3 家族中，具有3'U 尾的tRF 有顯著抑制HCV-IRES（internal ribosome entry site，IRES）介導(dǎo)的翻譯作用，降低HCV-RNA 的滴度，調(diào)控病毒基因表達［32］。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，LeuCAG3'tsRNA 在肝癌中表達上調(diào)，在體外和小鼠原位肝細(xì)胞癌模型中，抑制LeuCAG3'tsRNA 的表達可以誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡［21］；Kim 等［21］進一步研究顯示，LeuCAG3'tsRNA 敲低的表型效應(yīng)是由于特異性小核糖體蛋白RPS28 表達降低，進而破壞18S rRNA 成熟并最終誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，從而抑制腫瘤細(xì)胞的生長，在肝癌進程中發(fā)揮重要作用。

2.6 tsRNAs與胃癌的關(guān)系

近期一項研究發(fā)現(xiàn)，胃癌（gastric cancer，GC）患者的癌組織及血漿中也存在tRFs和tiRNAs的異常表達［33］。目前，暫無胃癌方面的詳細(xì)報道，進一步探索特異性胃癌相關(guān)的tsRNAs，完善其影響胃癌發(fā)生發(fā)展的作用機制，將給胃癌的診療帶來重大突破。

3 展望

tsRNAs 是在特定條件下產(chǎn)生的功能性調(diào)控分子，在肺癌、乳腺癌、結(jié)直腸癌、肝癌和前列腺癌等多種腫瘤中存在異常表達，并且在一定程度上影響腫瘤發(fā)展進程。目前，其生物發(fā)生機制及臨床價值尚未明確：tsRNAs是在特定條件下產(chǎn)生的，其具體的機制尚未清晰，關(guān)于tsRNAs分類尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，tsRNAs在一定程度上影響腫瘤進程，但是否可以作為特異性腫瘤標(biāo)記物或治療靶點還需深入研究其靶標(biāo)、上游分子及下游分子之間的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并對其進行技術(shù)干預(yù)或藥物干預(yù)等相關(guān)研究；tRFs 在不同性別、組織、或種族的個體中，其表達豐度亦大不相同，這其中是否有特異性關(guān)聯(lián)尚待進一步研究確認(rèn)。綜上所述，tsRNAs在腫瘤中的異常表達，使其在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，為腫瘤的診斷、治療及預(yù)防開辟新方向。