tRNA衍生的小RNA在肿瘤中的研究进展.pdf

医学分子生物学杂志,2023,20(5):462-466 J Med Mol Biol,2023,20(5):462-466DOI:10.3870/j.issn.1672-8009.2023.05.014通讯作者:傅中明(电话:13486086970,E-mail:)Corresponding author:FU Zhongming(Tel:86-13486086970,E-mail:)tRNA 衍生的小 RNA 在肿瘤中的研究进展王鑫,李纪鹏,俞万钧,傅中明宁波大学附属人民医院呼吸与危重症医学科 浙江省宁波市,315040【摘要】tRNA 衍生的小 RNA(transfer RNA-derived small RNA,tsRNA)是一种在人体组织中稳定表达的新型非编码 RNA。目前已知两种 tsRNA 亚型:tRNA 半分子和 tRNA 衍生片段。高通量测序技术的发展和应用为肿瘤中 tsRNA 的失调提供了越来越多的证据。tsRNA 在肿瘤组织中的异常表达已经被发现与肿瘤的增殖、侵袭和进展有关。这些新发现的 tsRNA 有很大的潜力作为新的生物标志物和肿瘤治疗的靶点。综述就tsRNA 在肿瘤中的最新研究进展进行论述并讨论其潜在临床价值。【关键词】tRNA;非编码 RNA;tRNA 衍生小 RNA;肿瘤【中图分类号】R73Advances in Research on tRNA-derived Small RNA in TumorsWANG Xin,LI Jipeng,YU Wanjun,FU ZhongmingDepartment of Respiratory Disease,the Affiliated Peoples Hospital of Ningbo University,Ningbo,Zhejiang,315000,China【Abstract】Transfer RNA-derived small RNA(tsRNA)is a novel non-coding RNA stably ex-pressed in human tissues.The tRNA halves and the tRNA-derived RNA fragment are known as thetwo tsRNA subtypes.The development and application of high-throughput sequencing technologyhave provided more and more evidence for tsRNA dysregulation in tumors.Abnormal expression oftsRNA in tumor tissues has been found to be related to the tumor proliferation,invasion and progres-sion.Therefore,these newly discovered tsRNAs have great potential as novel biomarkers and targetsfor the treatment of cancer.This article reviews the latest research progress of tsRNA in tumors anddiscusses its potential clinical values.【Key words】tRNA;non-coding RNA;tRNA-derived small RNA;cancer 人类基因组中只有约 1%的基因编码蛋白质,其余部分均为非编码基因。高通量测序技术的发展和应用使数万种非编码 RNA(non-coding RNA,ncRNA)陆续被发现,改变了人们对包括肿瘤在内的多种疾病的认知1。近年来,陆续发现了一类由转运 RNA(transfer RNA,tRNA)衍生而来的ncRNA2。这些由 tRNA 经过特殊剪切产生 的ncRNA 称为 tRNA 衍生的小 RNA(transfer RNA-de-rived small RNA,tsRNA)。大量研究表明,tsRNA可调控细胞增殖、侵袭、转移和基因表达,并在人类肿瘤中发挥重要作用3,有望作为新的肿瘤标志物和肿瘤治疗的靶点。本文就 tsRNA 在肿瘤中的生物学功能及最新研究进展进行综述。1 tsRNA 的来源及分类tsRNA 可分为两大类:tRNA 衍生的片段(tR-NA-derived RNA fragment,tRF)和 tRNA 半分子(tRNA halves,tiRNA)。二者并不是 tRNA 的随机降解产物,而是由一套高度保守和精确的位点特异性剪切机制控制的4。1.1 tRFtRF 是一种小的 tRNA 片段,来源于成熟 tRNA或前体 tRNA(pre-tRNA),长度为 14 30 个核苷酸。根据 tRNA 的裂解位置可以将 tRF 分为 5 种类型:tRF-1、tRF-2、tRF-3、tRF-5 和 i-tRF5。tRF-1由前体 tRNA 的 3末端裂解产生,含有特征性的 3端多聚 残基。tRF-2 仅包含反密码子茎和环,通常在低氧条件下产生。tRF-3 是在成熟 tRNA 的TC 环上裂解而成,其末端均含有特异性的 CCA结构。tRF-5 由成熟 tRNA 的 D 环或 D 环与反密码子环中间区域裂解产生。i-tRF 来自成熟 tRNA 的内部区域,包括反密码子环和部分 D 环及 T 环。1.2 tiRNAtiRNA 是在缺氧、饥饿等应激环境下由核糖核酸酶血管生成素(angiogenin,ANG)在成熟 tRNA反密码子中间位置切割产生的6,其长度为 31 40 个核苷酸,具有 5羟基。根据是否包括反密码子裂解位置的5或3序列,进一步将 tiRNA 分为两种基本类型:5tiRNA 和 3tiRNA7。前者序列从成熟 tRNA 的 5端开始至反密码环结束,而后者序列则从反密码环末端开始至成熟 tRNA 的 3端结束。2 tsRNA 与肿瘤发生的关系2.1 影响细胞凋亡大量研究表明,tsRNA 在调节肿瘤细胞的凋亡中起到了关键的作用。蛋白磷酸酶 Mg2+/Mn2+依赖性 1F(protein phosphatase Mg2+/Mn2+dependent1F,PPM1F)是丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶 PP2C家族的成员,可以通过灭活 P53 信号来促进肿瘤细胞的凋亡,在多种肿瘤细胞系中均有表达。Elbar-bary 等8发现,5-tiRNA-Glu 可诱导核酸内切酶tRNase ZL 在体内切割 PPM1F 信使 RNA,从而抑制细胞凋亡。含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase,Caspase)是近年来发现的一组存在于胞质溶胶中的结构上相关的半胱氨酸蛋白酶,与真核细胞凋亡密切相关,并参与细胞的生长、分化与凋亡调节,能被凋亡酶激活因子(apoptotic protease activating factor-1,Apaf-1)激活从而启动凋亡。另外有研究发现 tiRNA 可以直接与线粒体破坏所释放的细胞色素 C 结合形成核糖核蛋白复合物,阻断 Apaf-1 的寡聚作用,从而抑制 Caspase 激活,减少凋亡小体的形成或活性9。Kim 等10通过动物实验观察到,tsRNA-Leu-CAG 3在小鼠肝脏肿瘤中高度表达,进一步研究发现抑制 tsRNA-Leu-CAG 3的表达显著抑制了肿瘤生长,Tunel 细胞凋亡检测表明 tsRNA-Leu-CAG3低表达的肝癌组织存在大量凋亡。这些结果表明,抑制 tsRNA-Leu-CAG 3可诱导肿瘤细胞凋亡。这些证据都提示 tsRNA 能参与细胞凋亡,而在肿瘤环境中 tsRNA 表达异常,进而影响肿瘤预后。2.2 影响肿瘤侵袭性高侵袭性是恶性肿瘤的主要特征,是肿瘤进展和预后不良的重要标志。研究发现 tRF-3017A(源自 tRNA-Val-TAC)在胃癌组织和细胞系中异常表达,并能促进胃癌细胞侵袭迁移11。进一步对机制研究表明,tRF-3017A 通过与 Argonaute(AGO)蛋白形成 RNA 诱导的沉默复合体(RNA-inducedsilencing complex,RISC)来沉默肿瘤抑制基因NELL2,从而促进胃癌细胞的迁移和侵袭。另外有学者发现 tRF-17 在乳腺癌组织和血清中显著低表达12。进一步证实 tRF-17 在乳腺癌中作为一种新的肿瘤抑制因子通过 THBS1/TGF-b1/Smad3 轴显著抑制肿瘤细胞的侵袭性。过表达的 tRF-17 能显著下调神经钙黏附蛋白、基质金属蛋白酶 3、基质金属蛋白酶 9 等上皮-间质转化(epithelial-mesen-chymal transition,EMT)相关基因的表达。先前的研究表明,紧密连接蛋白 1 是一种 EMT 相关的标记物,与肿瘤转移和侵袭相关13。紧密连接蛋白1 能在结肠癌细胞中过表达,并促进肿瘤细胞侵袭转移14。Luan 等15进一步研究证实紧密连接蛋白1 是 tRF-20-M0NK5Y93 的 直 接 靶 点。tRF-20-M0NK5Y93 通过下调紧密连接蛋白 1 来抑制肿瘤细胞侵袭和转移,从而抑制结肠癌进展。但在肿瘤细胞低氧环境中 tRF-20-M0NK5Y93 表达下降,对紧密连接蛋白 1 的抑制作用减弱。2.3 影响肿瘤细胞增殖tRF-1001 是第一个被发现与肿瘤增殖相关的tsRNA。tRF-1001 来源于自丝氨酸转运 RNA 前体,在前列腺癌细胞中高度表达,通过调节细胞周期促进细胞增殖16。tsRNA 在卵巢癌细胞的增殖中也发挥了重要作用。研究显示,tRF 在高级别浆液性卵巢癌(HGSOC)患者与健康对照组之间存在差异表达17。其中,tRF-03357 在高级别浆液性卵巢癌患者血清样本中表达上调,并通过调节转录因子HMBOX1 促进卵巢癌细胞的增殖。极光激酶 A(aurora kinases A,AURKA)基因编码一种高度保守的丝氨酸-苏氨酸激酶,参与细胞周期的控制。AURKA 在肿瘤中常异常表达,能直接或间接的激活多种致癌蛋白,从而推动肿瘤的发生发展18。Shao 等19研究发现 tRF-Leu-CAG 在非小细胞肺癌中高表达,并促进非小细胞肺癌细胞增殖,影响细胞周期,其机制可能与促进 AURKA 的表达相关。3 在不同肿瘤中的研究进展3.1 肺癌肺癌是世界上死亡率最高的恶性肿瘤,一旦转移,5 年生存率将低于 5%20。目前已有大量研364医学分子生物学杂志,2023,20(5):462-466 J Med Mol Biol,2023,20(5):462-466究表明 tsRNA 在肺癌中失调。Pekarsky 等21发现ts-4521 和 ts-3676 这两种新的 tiRNA 在肺癌组织中被显著下调。进一步研究显示,这两种 tiRNAs 都参与肿瘤凋亡,其机制不仅与 AGO 蛋白相互作用有关,还与参与转座子沉默的蛋白质 PIWIL2 相互作用有关,能显著抑制肿瘤细胞生长和肺癌细胞存活,有潜力成为治疗肺恶性肿瘤的新型靶向药物。另一项研究发现,tRF-Leu-CAG(来源于 tRNAL-eu)能调控非小细胞肺癌中的极光激酶 A(AUR-KA)活性,从而介导细胞细胞周期进展19。AU-RKA 与中心体的成熟和分离有关,并调控纺锤体的组装和稳定性,在有丝分裂中发挥重要作用。tRF-Leu-CAG 的过表达大大增加了非小细胞肺癌中AURKA 的活性,通过 Wnt/-catenin 和 PI3K/Akt信号通路促进 G0/G1细胞周期进展、诱导上皮间充质转化,最终促进肿瘤的恶化,是一种新的分子标志物和潜在的治疗靶点。Hu 等22研究表明,tsR-NA-5001a 可促进肺腺癌细胞增殖,其高表达可增加肺腺癌患者术后复发的风险。RNA 测序结果和癌症基因组图谱数据库分析显示,GADD45G 可能是 tsRNA-5001a 的靶基因,靶向 tsRNA-5001a 可能是一种治疗肺癌的新方法。总之,tsRNA 的失调与肺癌的发病机制密切相关。3.2 乳腺癌近年来 tsRNA 在乳腺癌中发挥的重要功能越来越被人们所重视,对于 tsRNAs 在乳腺癌的研究有望为临床治疗提供指导。大量研究表明 tsRNA在血液中高度富集23-24,有潜力成为具有乳腺癌早期诊断和预后价值的肿瘤标志物。在对大量乳腺癌患者血清中的 tsRNA 研究发现:tRF-Arg-CCT-017、RNA-Phe-GAA-003、tRF-Gly-CCC-046、tRF-Tyr-GTA-010 和 tRF-Pro-TGG-001 在肿瘤细胞的表达与正常人相比具有明显的差异,且与乳腺癌的预后相关25-26。这表明血清中特定的 tsRNA 在作为乳腺癌诊断和预后的肿瘤标志物应用于临床上具有巨大 潜 力。另 外 有 学 者 提 出,tRF-30-JZOYJE-22RR33 和 tRF-27-ZDXPHO53KSN 可能通过调节靶基因的表达产物参与曲妥珠单抗耐药27,为乳腺的个体治疗提供了新思路。值得一提的是,三阴性乳腺癌因其分子结构特殊、恶性程度高、缺乏靶向及内分泌治疗等特点导致患者的总体生存期缩短及复发率高。尽管三阴性乳腺癌对化疗有良好的初始反应,但治疗的主要障碍是其化疗耐药性。目前有研究发现 tRF-0009 可能在缺氧诱导化疗耐药中发挥关键调控作用28,具体的机制及临床价值有待进一步研究。3.3 结肠癌结直肠癌是世界范围内最常见的癌症相关死亡原因之一,严重威胁着公众健康,其发病率和死亡率逐年上升29。Dicer1 是一种核糖核酸酶,是一些非编码 RNA 生物生成所必需的关键酶,也是哺乳动物发育和细胞分化所必需的催化酶,它与癌症的发展密切相关30。最近的研究表明,tRF 的生物发生需要 Dicer1,缺氧可诱导结肠癌细胞过表达Dicer1,并进而通过调节 tRF-20-MEJB5Y13 的表达,在结肠癌进展中发挥关键作用31,从而促进结肠癌细胞的侵袭和迁移。tRF-20-MEJB5Y13 可作为一种新型的肿瘤标志物和药物的新靶点。另外,5tiRNA-His-GTG 作为一种 tRNA 半分子在结肠癌组织中上调32。体外和体内实验揭示了 5tiRNA-His-GTG 在结直肠癌中通过抑制癌细胞凋亡从而发挥致癌作用。深入研究发现,在肿瘤缺氧微环境下通过激活 HIF1/血管生成素(ANG)轴来诱导 5tiRNA-His-GTG 产生,进而缺氧诱导的 5tiRNA-HisGTG 通过抑制 LATS2 来促进结肠癌进展,这为结肠癌的治疗提供了新的靶点。另外 Li 等33的研究显示,结肠癌组织中 5-tiRNA-Val 的表达水平显著高于癌旁组织,细胞功能和动物实验显示 5-tiR-NA-Val 能促进肿瘤细胞的迁移和侵袭,但对促进细胞增殖无显著影响,进一步研究发现结肠癌转移组织中 5-tiRNA-Val 的相对平均水平明显高于无转移的结肠癌组织,这些结果表明 5-tiRNA-Val 具有作为评估结肠癌进展和转移的肿瘤标志物的潜力。结肠癌患者血清中 5-tRF-GlyGCC 水平显著增加,与结肠癌的转移和进展呈正相关34。此外受试者工作特性(receiver operating characteristic,ROC)曲线表明,血清 5-tRF-GlyGCC 在区分结肠癌患者和健康人群方面具有远高于 CEA 或 CA199 的诊断价值,是筛查结肠癌的一种新的肿瘤标志物。此外,与目前的肿瘤标志物 CEA 和 CA199 的组合可以进一步提高其诊断价值。3.4 胃癌tsRNA 在肿瘤细胞和血液中含量丰富,有作为胃癌肿瘤标志物的潜力。最新研究表明 hsa _tsr016141 在胃癌组织和血清中的表达水平显著升高35。血清表达水平与淋巴结转移程度和肿瘤分级呈正相关。ROC 分析显示,hsa_ tsr016141 的血清表达水平可明显区分胃癌患者、健康人群和胃炎患者,且胃癌患者术后 hsa_ tsr016141 表达水平明显下降(P0.0001),但是目前 hsa_ tsr016141 的464王鑫,等.tRNA 衍生的小 RNA 在肿瘤中的研究进展具体机制尚不清楚,需要进一步研究和验证。另外tiRNA-5034-Glu-TTC-2 作为新发现的 tsRNA 在胃癌组织和血清中明显下调36。其表达水平与肿瘤大小显著相关。组织与血清联合使用的敏感性、特异性、AUC 分别为 84.7%、92.8%、0.915,是胃癌诊断的一种新的肿瘤标志物。另外有文献表明胃癌 患 者 血 浆 样 本 中 tRF-19-3L7L73JD、tRF-33-P4R8YP9LON4VDP 表达水平下降37-38,进一步通过 细 胞 实 验 发 现tRF-19-3L7L73JD、tRF-33-P4R8YP9LON4VDP 的表达水平增加能抑制肿瘤细胞增殖、迁移并促进凋亡,证明 tRF-19-3L7L73JD、tRF-33-P4R8YP9LON4VDP 在胃癌中发挥抑癌作用,是潜在的肿瘤标志物和治疗靶点。Dong 等39发现tRF-24-V29K9UV3IU 在胃癌组织中的表达水平显著降低,进一步的研究表明,tRF-24-V29K9UV3IU 显著抑制胃癌细胞的增殖、迁移和侵袭,并促进细胞凋亡,其机制与通过靶向 Wnt/-catenin 和 MAPK信号通路来抑制胃癌细胞的转移有关。有潜力成为肿瘤抑制剂,是胃癌治疗的新靶点。另外有研究观察到 tRF-Glu-TTC-027 在胃癌标本中明显下调40,进一步研究发现 tRF-Glu-TTC-027 在胃癌组织中的表达与胃癌的病理分级和肿瘤大小负相关,tRF-Glu-TTC-027 可通过抑制 MAPK 信号通路抑制胃癌的进展,有望成为胃癌分子靶向治疗的潜在靶点。4 结论和展望tRNA 分解产物作为肿瘤标志物的存在早在 20世纪 70 年代就已被发现,但对于 tsRNA 在肿瘤中的研究直到最近才兴起。随着高通量测序技术的应用,发现了多种类型的肿瘤中 tsRNA 的异常表达。特别是最近几年,有关 tsRNA 在肿瘤中的研究成果大量出现。一方面,与传统的肿瘤标记物相比tsRNA 因具有良好的组织特异性、高度丰富而稳定、高度灵敏且在肿瘤中广泛存在等特点,具有作为新型肿瘤标志物的巨大优势。有望在将来取代传统的肿瘤标记物,这对肿瘤的早期发现意义重大。另一方面,tsRNA 在调节肿瘤细胞的增殖、转移和耐药中发挥着重要作用,正在成为基因及靶向治疗新风口,在恶性肿瘤治疗领域开辟出一条新的道路。然而,在目前 tsRNA 研究仍处于早期阶段,并存在许多需要解决的问题。要进一步认清 tsRNA的生成和功能,还有诸多工作亟待开展。参考文献1 YAN H,BU P.Non-coding RNA in cancerJ.Essays 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