PIWI/piRNA在癌癥中的功能和機制

石碩，王晨，林海帆

①上?？萍即髮W 免疫化學研究所，上海 201210；②耶魯大學醫(yī)學院 干細胞中心和細胞生物學系，紐黑文，康涅狄格州 06510，美國

1 PIWI/piRNA概述

PIWI蛋白是PAZ/PIWI結構域蛋白質家族（PPD家族）的兩個亞家族之一，常與另一亞家族（Argonaute亞家族）統(tǒng)稱為Argonaute（Ago）蛋白。所有PPD家族蛋白都高度保守，它們包含一個相對可變的N端結構域、位于中部的PAZ與MID結構域及位于C端的PIWI結構域。PAZ與MID結構域一起結合一個小RNA[1-2]（圖1a和1b）[3]，而C端的PIWI結構域類似于RNase H，有一些PPD蛋白的PIWI結構域可以切割目標RNA[4-6]。Ago亞家族蛋白在大多數(shù)細胞中廣泛存在，它們結合microRNAs （miRNAs）和小干擾RNA（siRNA）。這兩種RNA都是以依賴Dicer的方式由雙鏈RNA前體加工而成的長度為20～22個核苷酸的成熟小RNA[7]。相比之下，PIWI亞家族蛋白主要在生殖系中表達，盡管在大多數(shù)節(jié)肢動物中，PIWI蛋白也在體細胞系中表達[8-10]。PIWI蛋白結合一類特定的小RNA——piRNA（PIWI-interacting RNA），這類小RNA的長度一般在24～32個核苷酸，也主要在生殖系中表達[11-14]。

在大多數(shù)生物體中，piRNA是由長單鏈前體以非依賴Dicer方式加工而成的（圖1c），但線蟲除外。在線蟲中，piRNA （21 U-RNA）是由短單鏈前體（約26個核苷酸長度的加帽的轉錄本）以非依賴Dicer的方式加工而成的[15-16]（圖1d）[3]。長單鏈前體RNA是由基因組上稱為piRNA簇的位點區(qū)域轉錄并通過乒乓循環(huán)路徑加工而來的。乒乓循環(huán)路徑可通過不斷促進前體產生，從而以轉錄后調控的方式擴增有重疊互補的piRNA。前體RNA通過與其結合的PIWI蛋白交替作用從而加速前體的生產[4,11-14,17]（圖1c）[3]。當PIWI蛋白在起始piRNA的引導下切割互補的靶標轉錄本，生成具有單磷酸化5'末端的前前體piRNA（prepre-piRNA）時，這一乒乓循環(huán)路徑就開始了。許多動物的起始piRNA是母源遺傳繼承來的。由PIWI蛋白和起始piRNA催化切割得到的前前體piRNA的5'端與起始piRNA的5'端序列互補，得到的前前體piRNA會結合到一個新的PIWI蛋白。這個PIWI蛋白會發(fā)揮其內切酶的功能切割前前體piRNA，并進一步在3'到5'外切酶的作用下得到應答前體piRNA（responder pre-piRNA）。應答前體piRNA再進一步在3'端發(fā)生2'-O-甲基化修飾得到成熟的應答piRNA。應答piRNA的5'端序列與起始piRNA的5'端序列互補。這個應答piRNA再作為新的起始piRNA，引導PIWI蛋白結合到與應答piRNA序列互補的長前體轉錄本上，PIWI蛋白切割長前體轉錄本得到新的前前體piRNA。新的前前體piRNA與一個新的PIWI蛋白結合并切割前前體piRNA得到新的前體piRNA，新的前體piRNA在3'端發(fā)生外切酶修剪并被2'-O-甲基化修飾后得到新的成熟的piRNA。這個piRNA的序列與乒乓循環(huán)通路一開始時的起始piRNA序列一致，這樣完成了一輪乒乓循環(huán)可以進行再一輪piRNA生產的乒乓循環(huán)[18-21]。單磷酸化5'端的前前體piRNA在被加工成應答前體piRNA的同時，也會被PIWI蛋白和線粒體外膜上的PIWI結合蛋白一起分階段片段化，PIWI蛋白不斷上去切割又再上去切割，這樣得到一系列連續(xù)尾隨的piRNA前體（phased trailing pre-RNA）。這些尾隨的piRNA前體緊接著被3'端截短和2'-O-甲基化修飾，最終得到一系列多樣的尾隨的成熟piRNA[22-24]（圖1c）[3]。很重要的一點是，腺苷蛋氨酸依賴的甲基轉移酶會使得piRNA的3'端發(fā)生2'-O-甲基化的修飾，這一修飾是piRNA這種小RNA的典型特征[17,25-29]。

圖1 PIWI-piRNA通路概述[3]。（a）果蠅Piwi和蠶Siwi的結構[2,22,79]。Piwi和Siwi高度保守，Piwi和Siwi的氨基酸序列都包含ID、L0、N、L1、PAZ、L2、MID和PIWI這8個區(qū)域，其中4個結構域為兩者皆有。這4個結構域包括N、PAZ、MID和PIWI結構域，結構域之間被L0、L1、L2序列間隔開。核定位信號（NLS）在PIWI的N端結構域中，使PIWI核定位成為可能。Siwi不含核定位序列NLS，是一種細胞質蛋白。（b）Matsumoto等人解析了第一個Piwi蛋白——Siwi的3D結構[2]。Siwi分為兩葉：L0、N、L1、PAZ和L2結構域構成N-PAZ葉，而L0、L2、MID和PIWI結構域構成MID-PIWI葉。這兩葉產生一個核酸結合通道。（c）果蠅中piRNA的生成。piRNA前體由piRNA簇轉錄并從細胞核輸出。5'端單磷酸化的piRNA前體被載著起始piRNA的PIWI蛋白所結合，加工成pre-piRNA和pre-pre-piRNA。pre-pre-piRNA由Zucchini內切酶（zucc）進行分階段切割[22-24]，而pre-piRNA由Nibbler蛋白進行修剪[80-81]，并經Hen1甲基轉移酶對piRNA的3'末端進行2'-O-甲基化的修飾得到成熟的piRNA[25-28]。經過2'-O-甲基化修飾后，成熟的piRNA-Piwi復合物進一步啟動由另外兩個Piwi蛋白Ago3和Aub促進的乒乓循環(huán)式piRNA生成途徑[17,29]。（d）線蟲piRNA的生成途徑[15]。線蟲的piRNA前體是長度為25～27 nt的短RNA，經過處理的piRNA前體也被相應的核酸酶修剪和2'-O-甲基化修飾，生成成熟的piRNA（此圖來自文獻[3]）

2 PIWI/piRNA在生殖系中的多面功能

PIWI蛋白最為人熟知和經典的功能就是與piRNA一起參與轉座子沉默的調控和生殖發(fā)育的調控。在這里我們將簡單概述PIWI對轉座子沉默的調控。轉座子沉默一般通過在轉錄水平和轉錄后水平上抑制逆轉座子RNA的表達來實現(xiàn)[30]。轉錄水平上的轉座子沉默一般由核內PIWI蛋白來執(zhí)行，例如果蠅的PIWI和小鼠的MIWI2（即PIWIL4）。轉錄后水平上調控轉座子沉默則一般由細胞質中的PIWI蛋白來執(zhí)行，例如果蠅中的Aubergine （Aub）和Ago3或小鼠中的MIWI（即PIWIL1）和MILI（即PIWIL2）。已有研究提出了幾種關于轉錄水平上調控轉座子沉默的模式，但所有這些調控模式都有兩個共同點：一是轉錄抑制需要PIWI-piRNA復合物與靶點的新生RNA特異性結合，以招募表觀遺傳/染色質因子，但不需要PIWI的內切酶活性[31-32]；二是轉錄抑制需通過修改染色質結構發(fā)生。轉錄后水平調控的轉座子沉默則發(fā)生在細胞質中，PIWI-piRNA復合物結合到與piRNA序列互補的轉座子RNA上，并通過PIWI蛋白的內切酶活性切割靶向的RNA。這種轉座子沉默同時實現(xiàn)了piRNA的生成。

除了研究比較清楚的轉座子沉默的調控外，近期有不少出色的研究發(fā)現(xiàn)PIWI蛋白還擁有多方面的功能。例如，PIWI-piRNA通路可參與調控生殖系中其他主要類型的RNA的表達，如信使RNA（mRNA）和長鏈非編碼RNA（lncRNA）。此外，PIWI-piRNA通路還調控假基因、亞端粒以及中心粒周圍轉錄本的表達。PIWI-piRNA對mRNA的調控是通過轉座子來實現(xiàn)的。已知27.7%的小鼠和28.5%的人類mRNA中包含至少一個逆轉錄轉座子片段。這些片段通常是SINE（short interspersed nuclear element），主要在mRNA的3'UTR中[33]，而其他少數(shù)片段則在5'UTR中，更少的在蛋白質編碼序列CDS（protein-coding sequences）中[34]。最近的研究表明，mRNA中的轉座子序列是轉座子衍生的piRNA靶向的位點，PIWI-piRNA可通過這些位點結合并降解mRNA。潛藏在mRNA中的轉座子序列就像潛藏在特洛伊城中的特洛伊木馬一樣，最終導致mRNA降解[3,35]（圖2a）。

以piRNA為靶點的mRNA的切割大多發(fā)生在距離靶向piRNA的5'端的第10和第11個核苷酸之間[13,68]。深入分析Tdrd1信使RNA的3'UTR上piRNA靶向的切割位點會發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)piRNA反義對齊mRNA序列，并且mRNA上的切割位點距離piRNA的5'端有10個核苷酸的距離。但也有一些切割位點在距離piRNA的5'端11～20個核苷酸處[35]。在線蟲和小鼠中，piRNA與目標RNA的結合依賴于序列，但并不具有完全的序列特異性，2～8位核苷酸為至關重要的種子序列，14～22位核苷酸對piRNA的靶向也很重要[35-38]（圖2b）。這種識別方式不禁讓人想起miRNA的種子序列對靶點的識別。不僅piRNA調控mRNA的表達，研究發(fā)現(xiàn)mRNA有時候也可以是產生piRNA的來源。比如在果蠅的卵巢中，整合在活躍轉錄基因的3'UTR中的轉座子可誘導產生piRNA，而產生出來的piRNA又進而抑制相應基因的表達[39-40]。除了比較常見的3'UTR是piRNA經常靶向mRNA的區(qū)域之外，也有少量文獻報道m(xù)RNA的蛋白編碼序列CDS也可被piRNA靶向，從而降解被靶向的mRNA。例如，在果蠅胚胎中，Aub以依賴piRNA的方式直接與母源mRNA的CDS和3'UTR結合，從而促進這些母源的mRNA的降解[41-42]。PIWI-piRNA對mRNA的降解除了利用PIWI自身內切酶活性直接參與的方式外，也有研究發(fā)現(xiàn)一些別的蛋白復合體也參與轉座子衍生的piRNA所介導的mRNA的降解。這些蛋白復合體包括果蠅生殖系中的mRNA去帽復合體（包括DCP1/2、Me31B和PCM蛋白）[43]，果蠅胚胎中的Armi、Spn-E、Smg和CCR4這些參與去腺苷化（deadenylation）的蛋白組成的復合體[42]，以及小鼠精母細胞中的CCR4-NOT 去腺苷化酶復合體[36]。這些都表明piRNA介導的mRNA降解不僅可以通過MIWI對靶mRNA進行切割，還可以通過對mRNA的同時去腺苷化并可能去帽（decap）來實現(xiàn)。除了對mRNA的降解，PIWI-piRNA復合體還可以對靶向的mRNA進行轉錄激活[44-48]以及調控靶mRNA在亞細胞中的定位[49]。

圖2 piRNA通過轉座子介導mRNA調控[3]。（a）piRNA前體是由包含逆轉錄轉座子序列（綠色框）的piRNA簇轉錄而來。與Piwi蛋白相結合的成熟的piRNA（綠色短線）將Piwi-piRNA復合物引導到互補轉座子序列，該序列主要位于特定的mRNA的3'UTR，偶爾也在mRNA的5'UTR或CDS區(qū)域[33-35]。被靶向的mRNA通過PIWI剪切機制和其他調控機制來降解。另外，piRNA由3'UTR中包含轉座子序列（橙色框）的mRNA生成。這些piRNA（橙色短線）反過來會靶向相應的mRNA并介導其降解[39-40,82]。（b）以線蟲研究為例的piRNA靶向RNA的配對規(guī)則。其他生物似乎也遵循類似的規(guī)律（此圖來自文獻[3]）

PIWI-piRNA通路還調控長鏈非編碼RNA。近期研究表明，lncRNA中的轉座子序列是轉座子衍生的piRNA的靶向位點，這些piRNA識別出這些靶向位點從而對lncRNA進行降解。大概而言，PIWI-piRNA復合體切割靶標lncRNA的方式與切割mRNA的方式類似。PIWI-piRNA通路還參與假基因對mRNA的調控。PIWI蛋白通過假基因衍生的piRNA調控與假基因同源的mRNA的表達[34]。衛(wèi)星重復序列衍生的piRNA可介導PIWI-piRNA通路負向調控mRNA的穩(wěn)定性，并且這可能是進化上非常保守的一種轉錄后調控機制。引人注意的是，piRNA甚至參與了調節(jié)端粒和著絲粒。端粒和著絲粒的piRNA在多種生物中已有報道。有研究表明piRNA序列可匹配到果蠅基因組的亞端粒區(qū)域。從果蠅到哺乳動物，亞端粒區(qū)的序列和結構都是高度保守的。亞端粒有許多重要的生物功能，比如抑制和調節(jié)鄰近常染色質基因的表達等。從亞端粒衍生出的piRNA對端粒的正常功能非常重要。除了端粒區(qū)的重復序列可衍生出piRNA外，在果蠅中，著絲粒外周的衛(wèi)星重復序列也可產生piRNA，并對著絲粒的功能至關重要。比如一項最新的在小鼠中的研究表明，MIWI可通過piRNA引導剪切多余的主要和次要衛(wèi)星RNA來阻止減數(shù)分裂過程中的非整倍體產生[50]。這一調控確保了同源著絲點對的正常組裝。如果將這些被MIWI-piRNA剪去的多余的衛(wèi)星RNA在野生型減數(shù)分裂細胞中過表達也會導致非整倍體。這些發(fā)現(xiàn)都表明了PIWI蛋白和衛(wèi)星RNA在減數(shù)分裂期間染色體分離中的直接作用。

3 PIWI與piRNA在腫瘤中的表達

充分的研究表明PIWI-piRNA在生殖系中具有非常重要的作用，并展現(xiàn)出“多面手”的網絡調控能力。2002年，PIWI蛋白（HIWI：人類PIWI蛋白之一）第一次被發(fā)現(xiàn)在人的睪丸精原細胞瘤中異常高表達[51]。至此之后，PIWI的功能研究繼發(fā)現(xiàn)其在生殖系中強大的功能之后又打開了一扇新的大門。近年來，大量的研究發(fā)現(xiàn)在多種不同的腫瘤中PIWI蛋白表現(xiàn)出異常表達。一直以來精準醫(yī)療的目標是在不影響正常組織的情況下治愈癌癥。人類的PIWI蛋白通常只在生殖細胞中表達，用于生育，而在正常體細胞中幾乎不表達，因此，在不同類型的癌癥中異常表達的PIWI蛋白為精準醫(yī)療提供了一個很有前途的機會。抑制PIWI的表達有望阻止癌癥但不影響正常的身體功能。關于PIWI在腫瘤中的表達已有不少綜述，這里我們將簡單概述PIWI蛋白在不同腫瘤中的表達情況。

人類的PIWI蛋白家族共有4個成員，分別是PIWIL1（HIWI）、PIWIL2（HILI）、PIWIL3和PIWIL4（HIWI2）。人類PIWI蛋白之一的PIWIL1（HIWI）被報道在胃癌、結腸癌、食管癌、軟肉瘤、宮頸癌、子宮內膜癌、肝癌、神經膠質瘤、卵巢癌、膀胱癌和腎細胞癌等多種不同類型的癌癥中高度表達[52]。在不同癌癥中，比如在結腸癌、胃癌、神經膠質瘤、乳腺癌和腎細胞癌中，PIWIL1的表達與病理分期、腫瘤分化程度和腫瘤表型的進展程度密切相關。在食管癌、結腸癌、胃癌、宮頸癌、子宮內膜癌和腎細胞癌中晚期病人腫瘤樣本中的PIWIL1的表達要顯著高于早期的腫瘤樣本。此外，在胃癌、結腸癌、肝癌、乳腺癌、膀胱癌、子宮內膜癌和腎細胞癌中有報道PIWIL1的異常表達與淋巴轉移程度呈正相關[10,52-53]。這些發(fā)現(xiàn)提示PIWIL1高表達有可能成為多種惡性腫瘤進展程度加劇的標志物。KMplotter數(shù)據庫的Kaplan-Meier分析也展現(xiàn)出PIWIL1的高表達與乳腺癌、腎細胞癌、直腸腺癌、肉瘤患者以及低分化的胃癌患者的總生存惡化顯著相關，提示腫瘤組織中PIWIL1異常表達的鑒定可能有助于癌癥診斷和預后評估。PIWIL2（HILI）被報道在神經膠質瘤、宮頸癌、非小細胞肺癌、腎細胞癌、卵巢癌[54]和精原細胞瘤[55]等多種不同類型的癌癥中高度表達。其中PIWIL2的高表達與神經膠質瘤和腎細胞癌的預后和生存密切相關。PIWIL3則是在癌癥中被報道最少的PIWI蛋白。PIWIL3在胰腺癌[56]、胃癌和多發(fā)性骨髓瘤中高表達，但也有一篇文章報道PIWIL3在神經膠質瘤組織中低水平表達，并與膠質瘤的病理分級呈負相關。PIWIL4（HIWI2）被報道在胰腺癌[56]、三陰性乳腺癌[57]、宮頸癌[58]中高表達，并且在肝癌中被報道PIWIL4和PIWIL2共表達的病人預后更差[59]。雖然PIWI蛋白在癌癥中的表達被長時間廣泛研究且研究的結果令我們歡欣鼓舞，但在一片喝彩的樂觀中我們更應該保持謹慎和嚴謹。不少PIWI在癌癥中表達的檢測都是基于免疫組化方法。免疫組化的成功與否最重要一點就是取決于抗體的特異性，然而幾乎沒有文章嚴格地論證抗體特異性的好壞，缺乏嚴謹?shù)年栃詫φ眨ㄐ∈蟛G丸組織）和陰性對照（PIWI敲除細胞）來考察抗體的特異性。事實上很多被廣泛使用的商品化抗體，在產品說明書中展示的蛋白免疫印跡圖中顯示的抗體特異性并不好。這就讓我們在使用它們時更需要小心論證得出結論。還有，PIWI在癌癥中的高表達的結論是基于qPCR結果，雖然看到qPCR上有相對升高，但是否真的有完整的能被翻譯的PIWI的mRNA高表達或者有PIWI蛋白被高表達還需要進一步考證。

除了PIWI蛋白，piRNA也被大量研究和報道其表達和腫瘤的相關性。比如piR-36712、piR-021285和piR-DQ598677這些序列被報道在乳腺癌中高表達，而piR-932被報道在乳腺癌中低表達[60-63]。piR-34871、piR-651和piR-52200被報道在肺癌中高表達，而piR-35127、piR-55490和piR-46545被報道在肺癌中低表達[64-67]。piRFR222326、piR-FR290353、piR-FR064000和piR-FR387750被報道在胃癌中高表達，而piR-823被報道在胃癌中低表達[68-70]。piR-1245、piR-54265、piR-823和piR-015551被報道在結腸癌中高表達[71-73]。除此之外，piRNA還在肝癌、惡性膠質瘤、惡性血液瘤、腎癌、纖維肉瘤、卵巢癌和胰腺等多種癌癥中異常高或低表達[53,74]。雖然這么多不同的piRNA序列在不同的癌癥中被檢查到表達，有的甚至有功能方面的報道，但是這些小RNA序列幾乎都是單一的一條一條地被報道表達，沒有群體檢測這些癌癥中piRNA的表達情況，也很少有文章詳細地考察生成這些piRNA所必需的蛋白機器的表達情況，如PIWI、TDRD、MEAL、MYB和DDX等經典的piRNA生成通路中的蛋白的表達。此外，在不少腫瘤中報道過的piRNA序列和tRNA來源的小RNA（tRF）的序列非常相似，如有文章回顧了大量已發(fā)布的數(shù)據庫和文獻中的各種癌細胞和組織中的小RNA測序，發(fā)現(xiàn)精子中tRNA （tRNAGly或tRNA-Glu）衍生出的tRNA小片段和不少已經注釋的piRNA的序列幾乎一致[75]，所以那些被大量報道的體細胞腫瘤中的piRNA的可信度和功能有待進一步好好考證。

4 PIWI與piRNA在腫瘤中的功能

PIWI蛋白在腫瘤中的功能也在多種腫瘤中有過描述，并有報道提出了一些相應的調控機制。PIWI被報道過有促進腫瘤細胞增殖、細胞周期運行、細胞遷移、小鼠體內成瘤和體內轉移等促癌的生物學功能，在調控機制方面涉及PIWI的經典功能，主要是表觀遺傳甲基化調控以及上調一些已知的促癌基因或抑制一些抑癌基因的表達[53,76]。雖然已有的文獻向我們展現(xiàn)了PIWI蛋白家族在癌癥中強大而多面的促癌生物學功能，但PIWI在癌癥表觀遺傳方面的調控的研究并沒有解釋PIWI是如何在癌細胞中發(fā)揮表觀遺傳調控的，是否如生殖系一樣需要piRNA的介導，轉座子的情況是怎么樣的也未考察，主要在細胞質中表達分布的PIWIL1蛋白是否也在細胞核中表達，以及如何在細胞核中發(fā)揮功能的，這些問題都沒有很好地闡明。已有的研究大多并沒有確定PIWI是間接還是直接調控了PIWI下游的促癌基因和抑癌基因的表達，或這其中的調節(jié)是否有piRNA的介導?？偠灾?，大多關于PIWI功能和機制的研究論述都未提及piRNA，并沒有把PIWI-piRNA作為一個整體去考察，而更多的是將兩者割裂開來分別論述其各自的功能，沒有明確回答PIWI是通過依賴piRNA還是非依賴piRNA的調控方式來實現(xiàn)這些生物學功能的。直到近期，不約而同地，兩個實驗室分別在胰腺癌和胃癌中明確了piRNA幾乎不表達以及PIWI蛋白的非依賴于piRNA的促癌功能。劉默芳實驗室[77]發(fā)現(xiàn)PIWIL1在沒有piRNA負載的情況下，作為APC/C復合物的共激活物，靶向細胞黏附蛋白Pinin進行降解，部分解釋了PIWIL1作為促癌基因促進胰腺導管腺癌（PDAC）轉移的作用，并提出了不同于生殖系精子細胞中的PIWI調控機制。在晚期精子細胞中，PIWI蛋白被E3復合體APC/C泛素化和降解，并發(fā)現(xiàn)這種PIWI-piRNA機制的適當去除對精子成熟至關重要。在生殖系外的胰腺癌細胞中，PIWIL1的作用從一個底物轉變?yōu)锳PC/C復合物的共激活物，進而促進細胞-細胞黏附蛋白Pinin的蛋白水解泛素化，并促進腫瘤轉移。林海帆實驗室[78]發(fā)現(xiàn)在PIWIL1高表達的胃癌細胞中幾乎檢測不到piRNA的表達，但在此情況下PIWIL1仍可以發(fā)揮促進癌細胞生長、周期運行、細胞遷移、癌細胞成瘤和轉移等促癌的生物學功能。在胃癌細胞中，PIWIL1很可能通過與UPF1蛋白相結合協(xié)同無義mRNA降解通路（NMD）負向調控一些PIWIL1直接結合的抑癌基因的mRNA的表達，從而部分解釋了PIWIL1促進胃癌細胞遷移的促癌功能（圖3）。該工作從多角度論證了胃癌細胞中是否有piRNA的表達，而且通過結合piRNA能力缺失的PIWIL1突變體在PIWIL1敲除細胞中的一系列回補實驗，有力地闡明PIWIL1并不依賴piRNA來調控其下游的促癌和抑癌的靶基因的表達以及調控細胞周期和細胞遷移的運行。在沒有piRNA的胃癌細胞中，PIWIL1卻依然可以直接結合一些mRNA、lncRNA和假基因轉錄本并對它們的表達進行調控，這就非常耐人尋味了。同時，該工作也是第一次將PIWI通路和細胞中最重要的RNA調控通路之一的NMD通路進行關聯(lián)研究，為其他PIWI蛋白在癌癥中的調控，也為NMD通路在癌癥中的調控機制提供了新的思路。總而言之，近期的這兩個工作不約而同地指出了PIWI蛋白不依賴piRNA的調控方式和生物學功能，給一直以來平靜的PIWI-piRNA的“湖面”投入一塊石子，掀起了一陣波瀾。

圖3 PIWIL1通過不依賴piRNA的調控方式調節(jié)胃癌細胞中mRNA的周轉（右），與經典的PIWIL1在生殖系細胞質中的作用機制相反，在生殖系細胞質中PIWIL1的靶向作用是由與mRNA序列互補的piRNA引導的（此圖來自文獻[76]）

piRNA在多種腫瘤中的功能也已被提出。piRNA被報道過有調節(jié)腫瘤細胞增殖、細胞周期運行、細胞凋亡、細胞遷移和細胞浸潤等重要的生物功能。比如在肺癌細胞中piRNA可通過p-ERM、caspase-3、Akt/mTOR等去調控癌細胞的生長、凋亡、遷移和浸潤。在結腸癌細胞中，piRNA通過HSF1、BTG1和FAS去調控癌細胞的生長、凋亡和細胞周期運行。在肝癌細胞中，piRNA可通過靶向p-AKT和VEGF通路去調節(jié)癌細胞的生長和浸潤以及小鼠體內成瘤和體內轉移等促癌的生物學功能。正如之前那些關于PIWI在癌癥中的研究一樣，這些piRNA在腫瘤中的功能和機制的研究也多是把piRNA就簡單地當成一條小RNA來研究，而不把PIWI和piRNA綜合在一起來考慮。那些研究piRNA的腫瘤細胞有不少在TCGA數(shù)據庫中可以看到，它們本身PIWI的表達就很低，而且這些被研究的piRNA也沒有被證明是真的能結合PIWI，所以很難說這是真的piRNA還是被錯誤注釋的別的小RNA。在探究piRNA如何通過下游靶基因發(fā)揮其癌癥中的生物學功能時，也很少有研究通過突變piRNA對靶基因的識別序列或是突變PIWI對piRNA的結合序列來論證，的確是piRNA直接參與了這些下游靶基因的調控從而發(fā)揮生物學功能。

5 總結和展望

癌癥的靶向治療一直備受關注，尋找到一個好的特異性靶點也一直是大家努力的方向。正因為如此，才使得PIWI，這個生殖系中的“明星分子”成為腫瘤研究的新星。在生殖系中，PIWI向我們展示了它復雜多面的網絡調控能力和進化保守的不可或缺的生物學功能。在癌癥中，PIWI向我們展示了它在癌組織中特異性表達而在正常組織中幾乎不表達的令人振奮的特點，并且隨著近年來的不懈研究，PIWI在癌癥中的調控機制也越來越清晰，特別是關于非piRNA依賴的PIWI的功能和機制的研究給人意外的驚喜，打開了我們認識PIWI在生殖系外體細胞系統(tǒng)中的功能和機制的新大門。我們需要進一步深入研究PIWI如何通過不依賴piRNA的方式去調控和發(fā)揮功能；我們也需要進一步探究是否有新的、不同于傳統(tǒng)意義的piRNA的小RNA參與到PIWI在癌癥中的調控和功能中；或是有新的PIWI功能拍檔蛋白參與到PIWI的調控和功能中去。這些對PIWI在癌癥中功能和機制的不斷深入的研究最終將為PIWI在癌癥精準治療中的運用提供扎實的理論基礎，并為未來的癌癥治療帶去希望。