趙 敏，叢 珊，田 暢，劉伽瑩，周佳琪，苑靜怡，李 倩，王 珂

(吉林大學(xué)第二醫(yī)院 呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，吉林 長(zhǎng)春130041)

近年來隨著對(duì)非編碼RNA(noncoding RNAs，ncRNAs)研究的深入，發(fā)現(xiàn)非編碼RNA，比如miRNAs、piRNAs以及circRNAs，在各類疾病發(fā)生、進(jìn)展以及治療等方面都有重要作用[1]。最近，一類來源于tRNA的小的非編碼RNA逐漸引起廣泛關(guān)注[2]。在真核細(xì)胞的細(xì)胞核中，tRNA被RNA聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄在tRNA成熟序列3′端下游10-60 nt處延伸了四個(gè)或多個(gè)Ts后終止[3]。前tRNA和成熟tRNA在輸出到細(xì)胞質(zhì)過程中經(jīng)歷了廣泛的修飾，從而產(chǎn)生了2種tRNA來源的小RNA(tRNA-derived small RNAs ，tsRNAs)：(1)tRNA的一半(tRNA halves，tRHs)(2)tRNA衍生片段(tRFs或者tDRs)[4]。大多數(shù)tRNA halves由應(yīng)激激活的血管生成素(Angiogenin，ANG)介導(dǎo)tRNA裂解所產(chǎn)生，故tRNA halves也被稱作 tRNA衍生的應(yīng)激誘導(dǎo)RNA(tRNA-derived stress-induced RNAs，tiRNA)[5]。實(shí)驗(yàn)研究證明，tRFs參與轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，同時(shí)tRFs可能是某些疾病的治療靶點(diǎn)[6]。

隨著第二代基因測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，越來越多的實(shí)驗(yàn)研究可以提供給我們更多關(guān)于非編碼RNA信息，這其中包括tRFs，在這篇綜述中我們著重描述tRF的生物特性以及其在癌癥中的作用。

1 tRFs生物學(xué)功能

在早期研究中，部分tRFs經(jīng)常被認(rèn)為是miRNAs，實(shí)驗(yàn)研究得出，在應(yīng)激條件下人體可以新合成一些tRF和miRNA，其中miR-1280，miR-1274a/b和miR-886-5的序列分別與tRNALeu的3′末端，tRNALys的3′-端和tRNAAla的5′-端一致，后期研究表明，miR-1280實(shí)際上來源于tRNALeu。使用生物信息學(xué)分析，miR-1274-a/b與tRNALys3′末端/tRNALys5′末端之間存在明顯的正相關(guān)，表明這兩個(gè)miRNA本質(zhì)上是tRF[7，8]。盡管大多數(shù)tRF的詳細(xì)機(jī)制仍不清楚，但以上研究已證實(shí)，某些tRF可以抑制靶基因的翻譯并調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)，類似于miRNA。但是，最近的一項(xiàng)研究表明，某些tRF3以不依賴于Dicer酶而與Argonaute蛋白質(zhì)直接結(jié)合的方式發(fā)揮其抑制作用[9]。

1.1 調(diào)控靶基因表達(dá)

tRFs與基因表達(dá)調(diào)控和基因沉默有關(guān)。Yeung[10]等人發(fā)現(xiàn)人類免疫缺陷病毒(HIV)中某個(gè)長(zhǎng)度為18nt的tRF豐度很高。實(shí)驗(yàn)證明，此18nt的tRF 來源于tRNALys。HIV RNA與人tRNALys的3′末端形成了雙鏈RNA雜交體，使用病毒逆轉(zhuǎn)錄酶將其逆轉(zhuǎn)錄為cDNA后發(fā)現(xiàn)由tRNALys產(chǎn)生的3′-tRF與AGO2和Dicer的結(jié)合促進(jìn)細(xì)胞抑制HIV逆轉(zhuǎn)錄作用，進(jìn)一步證明了哺乳動(dòng)物細(xì)胞可以利用RNAi防御外源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的感染[10]。 Sharma[11]等人發(fā)現(xiàn)精子中存在的tRF抑制了胚胎干(ES)細(xì)胞和胚胎中與內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄相關(guān)基因的表達(dá)。從功能上講，在ES細(xì)胞和胚胎中，從tRNAGly-GCC產(chǎn)生的tRF-5都抑制了與內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)的基因表達(dá)。

研究發(fā)現(xiàn)在人單核細(xì)胞中，PIWI相互作用RNA(PIWI-interacting RNA，piRNA)，tRNAGlu衍生的piRNA[tRNAGlu-derived piRNA,td-piR(Glu)]的表達(dá)要比樹突狀細(xì)胞豐富得多[12]。RNA聚合酶III調(diào)節(jié)tRNAGlu和隨后的td-piR(Glu)的生物發(fā)生。在與piRNA相互作用后，td-piR(Glu)/ PIWIL4復(fù)合物募集了SET結(jié)構(gòu)分支1(SET domain bifurcated 1，SETDB1)、雜色抑制物3-9同源物1(suppressor of variegation 3-9 homolog 1 ，SUV39H1)和雜染色質(zhì)蛋白1β到CD1a分子(CD1a molecule，CD1A)啟動(dòng)子區(qū)域，并且促進(jìn)了H3K9甲基化，從而顯著抑制CD1A轉(zhuǎn)錄[12]。

1.2 調(diào)節(jié)翻譯

實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，多種小的非編碼RNA(small non-coding RNAs,sncRNAs)具有調(diào)節(jié)翻譯功能，包括tRFs和tiRNA[13]。Yamasaki[10]等人將天然存在的5′-tiRNA轉(zhuǎn)染到人成骨細(xì)胞系U2OS中，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞系翻譯受到抑制。而在體外進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明，5′-tiRNA的5′端有四個(gè)或更多的末端寡鳥嘌呤基序(terminal oligoguanine motifs，TOGs)是抑制翻譯的關(guān)鍵序列。由于該RNA序列包含在5′-tRF中，因此tRFGln也能夠抑制翻譯。Sobala和Hutvagner發(fā)現(xiàn)翻譯抑制作用僅限于5′-tRF序列，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)涉及的所有5′-tRFs都包含序列“GG”，而該序列對(duì)于翻譯抑制是必需的，所有的“GG”序列位置根據(jù)親本tRNA不同而不同，但都位于5′-tRFs 的17-18或18-19位[5]。

1.3 調(diào)節(jié)細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)

研究表明，tiRNA在應(yīng)激狀態(tài)下表達(dá)增加，尤其是在饑餓和氧化條件下[14]。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，ANG作為一種分泌的核糖核酸酶，可以抑制蛋白質(zhì)合成，并促進(jìn)砷和多胺誘導(dǎo)的應(yīng)激顆粒(stress granules，SGs??)生成，同時(shí)也可剪切tRNA形成tiRNA來啟動(dòng)應(yīng)激反應(yīng)。SGs與細(xì)胞凋亡，病毒感染，免疫反應(yīng)以及蛋白質(zhì)折疊和轉(zhuǎn)移有關(guān)。 Emara[15]等人發(fā)現(xiàn)tiRNA的轉(zhuǎn)染誘導(dǎo)了SGs的磷酸化-真核翻譯起始因子2α獨(dú)立裝配。SGs的形成可以暫時(shí)沉默mRNA，從而影響轉(zhuǎn)錄，故可以幫助細(xì)胞在應(yīng)激情況下存活[16]。在小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中，線粒體中細(xì)胞色素c(Cyt-c)的釋放致細(xì)胞滲透壓發(fā)生變化，ANG剪切的tiRNA競(jìng)爭(zhēng)性地與Cyt c結(jié)合，以保護(hù)細(xì)胞免受滲透壓急劇變化導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡。用ANG處理細(xì)胞可抑制應(yīng)激誘導(dǎo)的凋亡小體形成，并增加sRNAs與核糖核蛋白(Cyt c-RNP)復(fù)合物中釋放的Cyt c的相互作用。這意味著tRF在防止細(xì)胞凋亡中起重要作用[17]。

2 tRFs與癌癥

近年來，tRFs調(diào)節(jié)人類疾病的機(jī)制，例如癌癥，病毒感染，病理性應(yīng)激損傷，代謝性疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病引起了廣泛關(guān)注。這其中與癌癥相關(guān)的tRFs研究?jī)?nèi)容更加廣泛。我們已經(jīng)研究了大腸癌、乳腺癌、B細(xì)胞淋巴瘤、前列腺癌、肝細(xì)胞癌、肺癌等癌癥相關(guān)的tRFs。但是對(duì)tRF介導(dǎo)的癌癥進(jìn)展的了解仍處于起步階段。在各種不同的細(xì)胞階段，諸如分化，增殖，分裂，衰老和凋亡，RNA聚合酶裝配的分子破壞，染色質(zhì)重塑，轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，RNA編輯，RNA剪接和核糖體掃描等不同的細(xì)胞階段，tRF都有可能導(dǎo)致癌癥[18，19]。

2.1 影響癌癥發(fā)生

Yang[20]等人發(fā)現(xiàn)NSCLC腫瘤組織中的tRF-Leu-CAG 水平高于正常組織，并且在NSCLC細(xì)胞系中也上調(diào)。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人為控制tRF-Leu-CAG的表達(dá)量降低時(shí)，Aurora激酶A (Aurora kinase A，AURKA)的表達(dá)也被抑制，而AURKA為致癌基因。研究證實(shí)，miR-137和miR-32可以直接靶向AURKA并影響NSCLC的進(jìn)展[21]。但具體基因AURUK是否為tRF-Leu-CAG的直接靶標(biāo)，而tRF-Leu-CAG能否與miR-137或miR-32相互作用，目前尚無定論。在關(guān)于CLL實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)ts-101和ts-53在17p-CLL中缺失，而ts-53以miRNA方式靶向TCL1[22]。同時(shí)發(fā)現(xiàn)ts-46和ts-47在CLL和肺癌中被下調(diào)，表明ts-53，ts-46和ts-47的特異表達(dá)可抑制細(xì)胞集落形成，該實(shí)驗(yàn)可以證明tRF可被視為腫瘤抑制器，從而干擾基因的表觀遺傳調(diào)控[2]。

2.2 影響癌癥增殖、轉(zhuǎn)移

在大腸癌(colorectal cancer，CRC)中，Huang B[23]等人發(fā)現(xiàn)，來源于tRFLeu和pre-miRNA衍生的17nt片段的tRF/miR-1280通過抑制Notch信號(hào)通路抑制了CRC的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。作為tRF/miR-1280的直接靶標(biāo)，Notch配體鋸齒2(JAG2)減少了腫瘤的形成和轉(zhuǎn)移。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，tRF/miR-1280介導(dǎo)的Notch信號(hào)傳導(dǎo)失活通過直接抑制基因Gata1/3和miR-200b的轉(zhuǎn)錄來抑制癌癥干細(xì)胞(CSC)表型。

通過與RNA結(jié)合蛋白(RNA-binding proteins，RBPs)結(jié)合，一些tRFs可能起著腫瘤抑制因子的作用[24]。Y盒結(jié)合蛋白1(Y box binding protein 1，YBX1)是一種多功能的RNA結(jié)合蛋白，已經(jīng)參與了許多關(guān)鍵的細(xì)胞途徑，并在各種癌癥類型中高度表達(dá)。一類來自tRNAGlu，tRNAAsp，tRNAGly和tRNATyr的新型tRF，通過從RNA結(jié)合蛋白YBX1置換其3′-UTRs來抑制乳腺癌中多種致癌轉(zhuǎn)錄物的穩(wěn)定性[16]。另外，在B細(xì)胞淋巴瘤細(xì)胞中，tRF-3027通過抑制復(fù)制蛋白A1(RPA1)(一種內(nèi)源性單鏈DNA結(jié)合蛋白)來抑制細(xì)胞增殖并調(diào)節(jié)DNA損傷[25]。

近年來，ANG誘導(dǎo)的tRF在癌癥中的調(diào)控引起了更多關(guān)注。 ANG誘導(dǎo)的tRFs誘導(dǎo)應(yīng)激顆粒的重新翻譯和組裝，提示tRFs對(duì)ANG介導(dǎo)的細(xì)胞增殖和血管生成具有直接作用[26]。其他研究表明，tRFs通過與Cyt c結(jié)合抑制細(xì)胞凋亡[5]。

2.3 與耐藥性相關(guān)

Cui[27]等人的研究發(fā)現(xiàn)，tDR-0009(源自tRNAGly-GCC-1-1)可能與三陰性乳腺癌(triplenegative breast cancer，TNBC)的化學(xué)耐藥性(對(duì)阿霉素的抗性)有關(guān)。Sun[28]等人還報(bào)道了tRF-30-JZOYJE22RR33和tRF-27-ZDXPHO53KSN在乳腺癌的曲妥珠單抗耐藥中具有重要作用。最近一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究可以說明，tRF-Leu-CAG可能引起NSCLC的化學(xué)耐藥性并誘導(dǎo)自噬。

2.4 作為診斷標(biāo)志物

源自前體tRNASer的tRF-1001在許多癌細(xì)胞系中高度表達(dá)。tRF-1001的敲除導(dǎo)致DNA生物合成和細(xì)胞增殖的抑制[29]。通過檢測(cè)前列腺癌樣品中不同階段tRF的組成和表達(dá)，Olvedy等人發(fā)現(xiàn)598個(gè)差異表達(dá)的tRF[30]。其中大多數(shù)上調(diào)的tRF是從tRF-5產(chǎn)生的，而下調(diào)的tRF是從tRF-3產(chǎn)生的。該證據(jù)表明，tRF可用作前列腺癌的潛在生物標(biāo)志物。Yang等人發(fā)現(xiàn)不僅可以在NSCLC細(xì)胞系中檢測(cè)到tRF-Leu-CAG表達(dá)水平上調(diào)，NSCLC腫瘤組織和血清中也可以檢測(cè)到tRF-Leu-CAG的表達(dá)水平高于正常組織。這表明NSCLC血清中的tRFLeu-CAG可被視為診斷生物標(biāo)志物。

總之，隨著各項(xiàng)研究深入，我們發(fā)現(xiàn)tRFs與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、診斷以及治療等方面關(guān)系密切，但是一方面研究發(fā)現(xiàn)在癌癥發(fā)生階段tRFs較正常組織表達(dá)含量有所增加，似乎tRFs可以被當(dāng)作致癌因子，但另一方面，在腫瘤進(jìn)展期時(shí)，當(dāng)敲除tRFs基因時(shí)，可以加速腫瘤的進(jìn)展以及轉(zhuǎn)移，從這一方面來看，tRFs可以被看作抑癌因子。造成上述結(jié)果可能的原因是在癌癥發(fā)生初期致癌物質(zhì)或者體內(nèi)環(huán)境變化致細(xì)胞應(yīng)激，導(dǎo)致tRFs在細(xì)胞、組織以及血清中檢測(cè)到表達(dá)水平升高，而在后期腫瘤發(fā)展階段，tRFs本身以抑癌因子身份出現(xiàn)，可以抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。從抑制腫瘤轉(zhuǎn)移這一點(diǎn)來看，tRF的生物學(xué)機(jī)制與miRNA的生物學(xué)機(jī)制非常相似[16]。但上述結(jié)果仍需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)加以論證。

3 結(jié)論與展望

綜上所述，tRFs存在干擾作用，且與miRNA或lncRNAs作用機(jī)制相似。同時(shí)在應(yīng)對(duì)氧化應(yīng)激等細(xì)胞環(huán)境變化的情況，tRFs也能相應(yīng)的做出調(diào)控反應(yīng)，使細(xì)胞免受傷害或降低傷害造成的后果。隨著轉(zhuǎn)錄組學(xué)高通量技術(shù)與第二代基因測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，我們發(fā)現(xiàn)一些曾經(jīng)被認(rèn)為是其他sncRNA，其實(shí)是從tRNA生成的，并被重新定義為tsRNA。比如說，MiR-4521和miR-3676可以與tRNA序列結(jié)合，稱為ts-4521和ts-3676，MiR-1280也可以從tRNALeu生成，這些tsRNA已被證明與Piwi蛋白相互作用，并在癌癥中發(fā)揮作用。

總之，盡管tRFs需要進(jìn)行更多的研究，但根據(jù)最近發(fā)表的論文，我們可以了解到不管在細(xì)胞生命還是腫瘤發(fā)生過程中，tRFs起關(guān)鍵作用。尤其在與腫瘤相關(guān)的研究中我們可以看到，tRFs不僅可以在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起重要作用，而且能夠作為癌癥診斷的新的潛在生物標(biāo)志物，同時(shí)也有可能成為今后癌癥治療的新靶點(diǎn)。