tsRNAs與腫瘤關系的研究進展*

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生、發展分子機制開展深入的研究。自從在秀麗隱桿線蟲中發現第一個小RNA（lin-4）后，非編碼RNAs的研究不斷涌現［2］，特別是其在多種癌癥中的差異性表達受到廣泛關注。轉運RNA 衍生的小RNAs（transfer RNA-derived small RNAs，tsRNAs）為來源于轉運RNA（transfer RNA，tRNA）的一類新興的非編碼單鏈RNAs，目前已有研究發現，tsRNAs 的表達變化與腫瘤的發生、發展、轉移以及預防密切相關［3］。本文旨在對tsRNAs與常見腫瘤發生發展關系問題進行綜述。

1 tsRNAs的來源、類型及生物學作用

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一級結構的關鍵性生物大分子化合物，具有典型的三葉草型二級結構，包括氨基酸接受臂、D 環、TψC 環、反密碼子環與可變環。tRNA 在不同內切酶的作用下，產生不同類型的tsRNAs。根據來源不同，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 和內源性tRF（inter tRF，i-tRF）5類［4-6］。tRF-1由前體-tRNA的3'末端經核酸內切酶RNase Z或ELAC2切割產生，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 中新發現的，僅包含反密碼子莖和環，通常在低氧條件下產生［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環上切割而成，其末端均含有特異性的CCA 結構［3，8］；tRF-5 由成熟tRNA 的D環或D 環與反密碼子環之間裂解產生［9］；i-tRF 來自成熟tRNA的內部區域，包括反密碼子環和部分D-環和T-環［3］。tiRNA一般是低氧、饑餓等應激條件下產生的，哺乳動物中由成熟tRNA的反密碼子環經ANG剪切形成，酵母細胞中由Rny1p 剪切形成，約31～40 nts，分為5'tiRNA和3'tiRNA［10］。

1.2 tsRNAs的生物學作用

tsRNAs來源于非編碼RNA家族，在生物界中廣泛存在，參與調節細胞周期、轉錄及翻譯、病毒復制、細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。調控細胞增殖和細胞周期進展方面：有研究發現tRFLeuCAG可通過調節激酶的活性，從而促進癌細胞G0/G1期細胞周期的進展［12］；tRF-1001參與誘導細胞周期從G2期細胞轉變為M期，從而促進癌細胞增殖［13］。基因表達調控方面：依賴Dincer 的tRFs，尤其是與AGO 蛋白（argonaute proteins，AGO）結合較弱的5'tRF可通過3'末端保守的“GG”二核苷酸相互作用，抑制起始復合物從而抑制蛋白質的整體合成［14］；也有研究發現，部分tsRNA可通過競爭性與RNA結合蛋白YBX1（Y-box binding protein 1，YBX1）結合取代致癌轉錄物，抑制癌基因的表達［15］；此外，tsRNAs還可以通過miRNA的方式調控基因表達。CU1276可作為一種miRNA參與抑制B淋巴瘤細胞增殖，并調節DNA損傷反應［16］；不依賴Dincer的tRF-5和tRF-3能與RNA沉默復合物（RNA-induced silencing complex，RISC）的效應分子AGO蛋白（GW182/TNRC6蛋白）結合，通過與3'非翻譯區（3'untranslated region，3'UTR）互補結合，在轉錄后水平調控基因表達。tRFs這種能以類似miRNA的序列特異性方式調節生物學進程，進一步擴展了tRFs的調控譜，增加影響腫瘤細胞增殖和細胞周期的能力［17-18］。病毒復制方面，tsRNAs可以作為病毒RNA逆轉錄的指導RNA。如宿主細胞中的tRF-3019 可與人T 細胞白血病病毒1 型（human T-cell leukemia virus type 1，HTLV-1）的RNA 引物結合位點（primer binding site，PBS）結合，從而啟動逆轉錄，促進病毒的合成［19］。此外，應激狀態下ANG 誘導產生的tiRNAs，不僅可刺激血管內皮細胞參與腫瘤血管生成，還參與核糖體RNA的生物發生，滿足癌細胞持續生長所需的高代謝要求。目前，已在在多種動物模型中發現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與非小細胞肺癌的關系

非小細胞肺癌（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組織細胞中的表達明顯高于正常組織，并與癌癥分期呈正相關，尤其在NSCLCⅣ期特異性極高，具有作為NSCLC Ⅳ期患者的診斷標志物的潛力。用tRFLeuCAG抑制劑轉染H1299細胞，H1299細胞停留在G0/G1期，細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，通過培養轉染tRFLeuCAG抑制劑的H1299細胞發現，極光激酶A（aurora kinases A，AURKA）的表達也顯著下調，AURKA是一種蛋白激酶，在有絲分裂中發揮重要作用［12］。由此可見，tRFLeuCAG 可能是通過激活AURKA的活性，從而加速癌細胞的G0/G1細胞周期的進展，進一步說明了tRFLeuCAG很有可能成為NSCLC新的診斷標記物和潛在治療靶點。

2.2 tsRNAs與乳腺癌的關系

乳腺癌（brest cancer，BC）是女性常見的惡性腫瘤。有研究發現，缺氧時誘導產生的tRFs 通過轉錄后調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，其在應激條件下通過與致癌轉錄本競爭性結合YBX1，取代內源性致癌基因，拮抗YBX1 的活性，從而抑制腫瘤的轉移［15］。YBX1 是一種多功能RNA結合蛋白，在多種腫瘤中高表達，可結合體內多種轉錄本，穩定致癌基因并介導其表達增強，加快腫瘤發展進程［23］。其與tRFs 的相互作用具有特異性，在缺氧條件下增強，而高轉移性的乳腺癌細胞通過減弱該類tRFs的誘導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］研究發現，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指標，導致腫瘤相關蛋白顯著上調；此外，tRFs還可通過誘捕RNA 結合蛋白直接調控mRNA 豐度，破壞mRNA與tRFs的協同關聯，從而影響了轉移相關性MAPK和Wnt/β-catenin信號通路，增加了腫瘤轉移的可能性，有成為TNBC潛在的診斷標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］，但其臨床應用價值尚待進一步研究證實。

2.3 tsRNAs與結直腸癌的關系

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

2.4 tsRNAs與前列腺癌的關系

前列腺癌（prostate cancer，PCa）為常見的男性泌尿系統惡性腫瘤。有研究表明，tRFs 與PCa 的發生、發展有關［29］。在饑餓、氧化等應激條件下，tRFs 顯著上調，促進應激顆粒組裝，通過負調控mTORC1 過度活化誘導的細胞凋亡而在PCa 發展中發揮重要作用［30］。通過分析不同級別PCa 中tRFs 的差異性表達發現，tRF-544在高級別（格里森評分≥7）腫瘤組中表達較低，復發性患者tRF-544 持續下調，而tRF-315在復發性疾病中有明顯的上調趨勢，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分高、低級別前列腺癌，并可為復發性侵襲性前列腺癌的早期檢測提供了新的候選生物標志物［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，而在無雄激素培養的PCa細胞系中，5'tiRNAs的含量降低，同時，敲除5'tiRNAs 會阻礙癌細胞的生長，這說明5'tiRNAs 是激素依賴性前列腺癌細胞增殖的一大重要影響因素。

2.5 tsRNAs與肝癌的關系

眾所周知，病毒感染在肝癌發病中起重要作用，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）介導的翻譯作用，降低HCV-RNA 的滴度，調控病毒基因表達［32］。此外，有研究發現，LeuCAG3'tsRNA 在肝癌中表達上調，在體外和小鼠原位肝細胞癌模型中，抑制LeuCAG3'tsRNA 的表達可以誘導癌細胞凋亡［21］；Kim 等［21］進一步研究顯示，LeuCAG3'tsRNA 敲低的表型效應是由于特異性小核糖體蛋白RPS28 表達降低，進而破壞18S rRNA 成熟并最終誘導細胞凋亡，從而抑制腫瘤細胞的生長，在肝癌進程中發揮重要作用。

2.6 tsRNAs與胃癌的關系

近期一項研究發現，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報道，進一步探索特異性胃癌相關的tsRNAs，完善其影響胃癌發生發展的作用機制，將給胃癌的診療帶來重大突破。

3 展望

tsRNAs 是在特定條件下產生的功能性調控分子，在肺癌、乳腺癌、結直腸癌、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展進程。目前，其生物發生機制及臨床價值尚未明確：tsRNAs是在特定條件下產生的，其具體的機制尚未清晰，關于tsRNAs分類尚無統一標準，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記物或治療靶點還需深入研究其靶標、上游分子及下游分子之間的調控網絡，并對其進行技術干預或藥物干預等相關研究；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聯尚待進一步研究確認。綜上所述，tsRNAs在腫瘤中的異常表達，使其在腫瘤的發生發展中發揮重要的調節作用，為腫瘤的診斷、治療及預防開辟新方向。