小核仁RNA的生物學特征及其與腫瘤關系的研究進展

呂鑒峰，李少一，劉云會

中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院，沈陽110004

小核仁RNA(snoRNAs)是一類廣泛分布于真核生物細胞核仁的小分子非編碼RNA，長度為60～300個核苷酸，主要參與rRNA和其他小RNA轉錄后的成熟加工過程[1]。snoRNAs主要分為C/D box snoRNAs和H/ACA box snoRNAs兩類，C/D box snoRNAs主要介導rRNA特定位點的2′-O-甲基化，而H/ACA box snoRNAs主要介導rRNA特定位點的假尿苷化，二者均能與核糖核蛋白(RNPs)結合形成穩(wěn)定的、具有功能的snoRNPs復合體[2]。由于snoRNAs功能較為單一，其與腫瘤的關系曾一度被人們所忽視。然而近年研究發(fā)現，在非小細胞肺癌中SNORD78(C/D box)過表達[3]；SNORD50A/B(C/D box)能夠直接結合K-Ras蛋白，從而導致腫瘤的發(fā)生[4]；沉默SNORA55(H/ACA box)表達能夠抑制前列腺癌細胞的增殖和遷移[5]。這些證據表明，snoRNAs在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中可能發(fā)揮重要的調控作用。本文結合文獻就snoRNAs的生物學特征及其在腫瘤中作用的研究進展作一綜述。

1 snoRNAs的生物學特征

1.1 snoRNAs的分子結構 根據保守序列和二級結構的不同，snoRNAs主要分為C/D box snoRNAs、H/ACA box snoRNAs兩類。

典型的C/D box snoRNAs長度為60～90個核苷酸，其特征是在5′端和3′端分別具有保守的C box序列(UGAUGA)和D box序列(CUGA)[6]。C box和D box序列分別對齊并折疊成較為穩(wěn)定的莖環(huán)結構，稱為kink-turn，包含非經典的G-A、A-G、U-U堿基對，是snoRNAs生物合成和核仁定位過程中的核心結構，也是C/D box snoRNPs核心蛋白的結合位點，其核心蛋白包括Snu13、Nop56、Nop58、核仁纖維蛋白Nop1p[6,7]。Kiss等[7]研究表明，Nop58和Snu13能夠與kink-turn上的C box、D box序列結合；Nop56和核仁纖維蛋白Nop1p能夠與C′ box、D′ box(C box、D box的內部副本)交叉連接形成C/D box snoRNPs，從而發(fā)揮生物學作用。

H/ACA box snoRNAs長度為120～140個核苷酸，包含由兩個發(fā)夾結構組成的特征性二級結構。H box(ANANNA，N代表任一核苷酸)位于連接兩個發(fā)夾結構的鉸鏈區(qū)域，而高度保守的ACA box位于第二個發(fā)夾之后3′端上游3個核苷酸處[8]。最近研究證實，在人類細胞中負責將尿苷轉化為假尿苷的假尿苷合成酶與H/ACA snoRNAs的H box具有很強的相關性，而ACA box對H/ACA snoRNAs的穩(wěn)定性十分重要[9]。H/ACA box snoRNAs主要與DKC1、Nhp2、Nop10、Gar1四種核心蛋白結合形成H/ACA box snoRNPs，每個H/ACA box snoRNPs包含DKC1和其余三種核心蛋白中的任意一種，兩種核心蛋白分別與H/ACA box snoRNAs的兩個發(fā)夾結構相關聯，在rRNA加工和假尿苷化過程中發(fā)揮重要作用[9]。

1.2 snoRNAs的生物學功能

1.2.1 C/D box snoRNAs的生物學作用 C/D box snoRNAs的主要功能是介導rRNA的2′-O-甲基化。每個指導甲基化的RNA都包含一個或兩個長度為10～21個核苷酸的指導序列，介導堿基與特定的rRNA區(qū)域配對。C/D box snoRNAs的生物學功能主要取決于特征性的C/D box(C′/D′ box)序列和指導序列[10]。snoRNAs的指導序列始終位于D box(和/或D′ box)的上游，在D box上游5個核苷酸的snoRNA/rRNA雙鏈上，rRNA核苷酸被靶向修飾，這種修飾作用沒有堿基特異性，A、C、G、U均能被甲基化，而且snoRNA/rRNA雙鏈的長度也不確定，一般為10～21個堿基對[11]。D box上游5個核苷酸這一位置最初由snoRNAs序列和甲基化的定位位點推斷得出，而改變指導序列與D box的間隔，會導致相應的修飾位點轉移到一個新的位置，而這個新的位置仍然是D box上游5個核苷酸處。因此，只要在snoRNAs中設計新的指導序列，就可以在體內靶向新的甲基化位點[12]。

在人類細胞C/D box snoRNAs的核心蛋白中，纖維蛋白具有甲基化轉移酶的重要結構特征。當纖維蛋白的類甲基化轉移酶結構域發(fā)生突變時，rRNA上的甲基化被阻斷。因此，纖維蛋白可能是與C/D box snoRNAs起協同作用的2′-O-核糖甲基化酶。Nop56和Nop58在序列上高度相似，可能源自同一祖先，盡管Nop58一直被認為是所有C/D box snoRNAs的核心成分，但也有一部分C/D box snoRNAs不受敲除Nop58的影響，而受Nop58敲除影響的C/D box snoRNAs通常具有一個長末端，即從C box上游5個核苷酸到D box下游4或5個核苷酸為止[13]。Snu13能特異性地結合C box和D box的結構元件參與pre-mRNA的加工[14]。

1.2.2 H/ACA box snoRNAs的生物學作用 H/ACA box snoRNAs的主要功能是介導rRNA的假尿苷化。與C/D box snoRNAs不同，H/ACA box snoRNAs最多可識別兩種不同的底物rRNA，其引導序列穿過H/ACA box snoRNAs兩個發(fā)夾中間的凸起，通過堿基互補配對原則確定目標rRNA中假尿苷化的確切位置，被修飾的尿苷通常位于H或ACA box上游14或15個核苷酸處[9]。

H/ACA box snoRNPs的蛋白組分與H/ACA box snoRNAs共同作用，指導哺乳動物100余種rRNA的假尿苷化。每一個H/ACA box snoRNPs均由一個起引導作用的H/ACA box snoRNAs和DKC1、Nhp2、Nop10、Gar1等核心蛋白構成的蛋白復合物[7]。由于DKC1具有假尿苷化酶的信號元件，而且這些信號元件的突變或缺失可導致H/ACA box snoRNAs指導的rRNA假尿苷化明顯減少。因此，DKC1被認為是H/ACA box snoRNPs指導假尿苷化過程中的催化物[15]。另外，Nhp2和Nop10能夠特異性結合到轉錄中的H/ACA box snoRNAs基因上，是H/ACA box snoRNPs發(fā)揮功能所必需的[16]。

2 snoRNAs在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用

盡管對snoRNAs在腫瘤中作用的認識尚處于初步階段，但已有研究證實snoRNAs能夠通過調控細胞增殖、分化和凋亡等參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。snoRNAs可通過參與rRNA的成熟加工過程來調控核糖體生成，從而發(fā)揮促癌作用。如SNORD3A、SNORD118通過增加維持細胞高增殖率所必需的核糖體產生，促進肺腫瘤的發(fā)生[17]。snoRNAs還能參與細胞凋亡調控，從而影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。如SNORA80E(1q22)可通過抑制p53誘導的細胞凋亡并促進其增殖，從而促進肺腫瘤發(fā)生和惡性進展[17]。此外，snoRNAs還能參與細胞周期調控，影響腫瘤細胞增殖。如SNORD76能夠使腫瘤細胞停滯于細胞周期S期，從而抑制腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[18]；SNORD47誘導細胞周期G2期停滯，從而抑制腦膠質瘤侵襲和轉移[19]；SNORA71A通過調控MAPK信號通路影響細胞周期，最終介導腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[4]。另外，在多種腫瘤中還發(fā)現了snoRNAs突變，導致snoRNAs功能障礙，繼而導致腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。snoRNA U50在前列腺癌細胞中發(fā)生突變或表達下調，可能以抑癌基因作用參與前列腺癌的發(fā)生、發(fā)展[20]。當SNORD50A/B缺失時，K-Ras通路過度激活，從而刺激肺腫瘤細胞增殖和分裂[4]。snoRNAs還可作為原癌基因或抑癌基因直接參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。SNORD66、SNORD76分別定位于人染色體3q27.1和1q25.1，這兩個區(qū)域基因在人類實體瘤中最易擴增，尤其是在非小細胞肺癌中[21]。SNORD33定位于人染色體19q13.3，該區(qū)域含有與肺腫瘤相關的潛在致癌基因[22]。以上研究表明，snoRNAs可直接依靠其轉錄或通過調控細胞周期及細胞增殖、分化、凋亡等，參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。

3 snoRNAs在腫瘤診斷中的潛在作用

目前，非編碼RNA中的微小RNA和長鏈非編碼RNA已被作為多種腫瘤診斷的生物標志物。snoRNAs由于長期被認為僅執(zhí)行管家功能，很少被認為是腫瘤診斷的生物標志物。然而近年研究發(fā)現，在腫瘤細胞中部分snoRNAs異常表達，這為其成為腫瘤診斷潛在的生物標志物提供了可能。有研究報道，肺癌組織SNORA80E、SNORA73B、SNORD33、SNORD66、SNORD76、SNORD78六種snoRNAs表達較正常肺組織至少高出1.5倍[3]。Nogueira Jorge等[23]報道，正常組織與腫瘤組織有28種snoRNAs差異表達。與其他部位腫瘤相比，肺癌還包含少數特定的snoRNAs，如肺鱗癌可出現SNORA31A、SNORA47、SNORD83B表達差異，肺腺癌可出現SNORD7、SNORD81、SNORD99表達差異[24]。H5sn2屬于H/ACA box snoRNAs，在人類腦膜瘤組織中表達降低[25]。SNORD113-1在肝細胞癌組織中表達下調[26]。SNORD76、SNORD78、ACA11、SNORA42在結直腸癌組織中表達明顯高于正常結直腸組織[27]。這些在腫瘤中特異性表達的snoRNAs對腫瘤診斷可能具有提示作用。另外，腫瘤特異性snoRNAs不僅存在于腫瘤組織中，在外周血中亦可穩(wěn)定檢測到，而且血液標本取材便捷，更易被患者接受。因此，通過PCR技術定量分析在血液中穩(wěn)定存在的異常表達snoRNAs，對腫瘤診斷具有重要意義。有研究報道，檢測血漿C/D box snoRNAs中的SNORD33、SNORD66和SNORD76在區(qū)分非小細胞肺癌患者與健康人群的敏感性為81.1%、特異性為95.8%[3]。因此，這些差異表達的snoRNAs具有成為腫瘤診斷生物標志物的潛力。

4 snoRNAs在腫瘤治療中的潛在作用

盡管snoRNAs在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的分子生物學機制尚不完全清楚，但目前研究認為，snoRNAs有可能成為腫瘤治療的有效靶點。由于snoRNAs本身可作為原癌基因或抑癌基因，能夠利用siRNA、慢病毒轉染及反義寡核苷酸等手段抑制或過表達snoRNAs，這為其作為腫瘤靶向藥物奠定了基礎。如SNORA42在肺腫瘤組織中高表達，采用SNORA42-siRNA轉染的肺腫瘤細胞表現出SNORA42表達缺失，尾靜脈或皮下注射SNORA42-siRNA可用于治療小鼠肺腫瘤[22]。反義寡核苷酸介導的SNORA23表達下調能夠延緩胰腺導管腺癌生長、侵襲和轉移[28]。通過慢病毒轉染過表達SNORD76能夠明顯抑制腦膠質瘤生長[18]。溶瘤腺病毒能夠促進SNORD44過表達，從而抑制結腸癌生長和轉移[29]。此外，一些snoRNAs的生物學功能依賴于二級結構具有蛋白質結合能力，通過破壞snoRNAs的二級結構有可能抑制腫瘤生長。因此，干預snoRNAs表達或功能狀態(tài)有可能成為腫瘤治療新的方向，但目前這方面的研究較少。

5 snoRNAs在腫瘤預后評估中的潛在作用

研究表明，腫瘤組織RNU43、RNU44、RNU48低表達與患者預后不良有關[30，31]。C/D box snoRNAs中SNORD43、SNORD44、SNORD48低表達與頭頸部鱗癌患者預后不良有關[32]。因此，snoRNAs可能與腫瘤患者預后有關，有可能成為判斷腫瘤預后的一個新指標。有研究報道，與SNORA42低表達的非小細胞肺癌患者比較，SNORA42高表達患者生存時間更短[22]。SNORD47高表達的神經膠質瘤患者較SNORD47低表達患者總體生存期更長[19]。肝癌組織中SNORA18L5表達變化與患者生存時間密切相關[33]。Okugawa等[27]報道，SNORD42、SNORD21能夠預測結直腸癌患者預后。這些研究結果提示，snoRNAs對腫瘤預后評價具有一定價值，有可能成為判斷腫瘤預后的潛在生物標志物。

綜上所述，snoRNAs主要分為C/D box snoRNAs、H/ACA box snoRNAs兩類，二者功能主要為介導rRNA的2′-O-甲基化和假尿苷化；snoRNAs可通過調控細胞增殖、分化、凋亡等參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，有可能成為腫瘤診斷和預后判斷的生物標志物以及潛在的治療靶點。但目前對snoRNAs在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中作用的研究尚處于起步階段，仍需要進一步深入研究。