核仁小RNA在肿瘤发生发展中的研究进展

胡江平，贺更生

南华大学附属第一医院肝胆脾胰外科，湖南 衡阳421001

根据生物学遗传信息的中心法则：DNA→mRNA→蛋白质，普遍认为蛋白质的编码基因在肿瘤的分子生物学过程中起关键作用[1]，但是随着基因芯片技术和高通量（high throughput，HT）测序技术的发展，人们对基因功能的理解发生了改变，该项技术为研究人员提供了人类基因组复杂性扩展图谱，可以鉴定不同类型的RNA。基因组的非编码部分在人体生物学中变得更加重要，具有蛋白质编码特性的基因序列占1%～3%，而其余基因组在控制编码脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）表达和基因组空间组织中发挥着重要的作用，其中最关键的证据之一是全基因组关联分析（genome-wide association study，GWAS）结果。基于2011年6月GWAS目录，疾病相关单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）中仅有3.56%位于蛋白质编码区，96.44%位于基因间区与内含子区之间的非编码区[2]。

非编码RNA（non-coding RNA，ncRNA）是指可以从DNA转录而来，但不编码蛋白质的RNA分子，ncRNA包括相对分子量较小的ncRNA和相对分子量较大的长ncRNA（long non-coding RNA，lncRNA）。相对分子量较小的ncRNA主要包括微RNA（microRNA，miRNA）、核仁小RNA（small nucleolar RNA，snoRNA）、干扰短RNA（short interfering RNA，siRNA）、piwi-associated RNA、小Cajal体RNA（small Cajal bodyspecific RNA，scaRNA）、核小RNA（small nuclear RNA，snRNA）[3]。研究最多的ncRNA是miRNA，PubMed上已发表文章超过10 000篇。miRNA在肿瘤的发生发展过程中起着重要的作用，根据作用靶点不同，miRNA可以分为抑癌基因和致癌基因。miRNA已被证实可以作为包括肿瘤在内的人类疾病的生物标志物或潜在的治疗靶点[4-11]。这表明相对分子量较小的ncRNA在肿瘤的增殖、分化、侵袭、转移中具有很强的生物学功能。相关文献报道，肿瘤的发生发展与snoRNA的调节异常有关，snoRNA在肿瘤的分子生物学行为中的作用研究为肿瘤新的生物标志物和治疗靶点提供了新的方向[12-15]。本文主要讨论snoRNA在肿瘤发生发展过程中的新功能及在未来肿瘤诊断和治疗中的可能应用。

1 snoRN A的结构与功能

snoRNA位于核仁，根据三维结构可分为C/D box和H/ACA box snoRNA，与核糖核蛋白（ribonucleoprotein，RNP）形成复合物，指导其他RNA的修饰，主要是核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）。另一类比较特殊的snoRNA为scaRNA，虽然其不在核仁，位于Cajal主体中，但其兼具C/D box和（或）H/ACA box，因此可以指导一种或两种类型的相应RNA修饰[16-17]。snoRNA的作用形式可分为3种类型：碱基甲基化、核糖甲基化和假尿苷化。C/D box snoRNA的命名取自其所含的保守序列元件，即C/C'（RUGAUGA，R=嘌呤）和D/D'（CUGA）box，分别位于snoRNA5'和3'末端附近。C/D box snoRNA与2'-O-纤维蛋白甲基转移酶形成RNP复合体，定位于靶RNA特定部位，催化甲基化反应。D/D'box上游10～21个核苷酸的保守区域与靶RNA的甲基化位点互补，使snoRNA与RNA形成RNA双链体。H/ACA box snoRNA包含两个保守序列元件：H box（ANANNA）和ACA box，分别位于铰链区和3'末端尾部，其与假尿苷合酶dyskerin形成复合物，并与靶rRNA结合，促进假尿苷化[18-19]。

2 snoRNA在肿瘤中的异常表达

肿瘤是人类死亡的主要原因之一，而核糖体功能缺陷可能导致正常细胞转化为肿瘤细胞，因此研究不同类型肿瘤的遗传变异非常重要。已知肿瘤细胞中rRNA表达比正常细胞更明显[20]。由于snoRNA参与rRNA修饰的调节，因此其在肿瘤的发展中可能发挥作用，snoRNA水平的升高可能促进rRNA加速成熟、核糖体组装和蛋白质合成，是肿瘤发生发展所需要的。2002年，Chang等[21]首次发现snoRNA参与了肿瘤的发展，属于H/ACA box系列的h5sn2 snoRNA在正常的脑组织中高度表达，但在脑肿瘤组织中表达水平降低，提示h5sn2 snoRNA参与了脑肿瘤的发生。snoRNA可作为非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）的标志物。Liao等[22]通过GeneChip阵列成功鉴定NSCLC患者中snoRNA表达改变的3种基因，可以区分NSCLC患者与具有81.1%和95.8%特异性的健康个体和慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）患者。所以，snoRNA在临床上可以提高早期肿瘤的检出率，进而有望降低肿瘤患者的病死率，具有较好的临床应用前景。Chen等[23]的研究发现，胶质母细胞瘤中GAS5编码的SNORD76表达下调与侵袭性表型相关，通过体外肿瘤细胞S期阻滞，SNORD76异位表达，进而抑制体内原位肿瘤的生长。2015年，Zheng等[24]发现NSCLC组织中SNORD78（U78）表达水平明显升高，SNORD78沉默可以通过诱导G0/G1期阻滞和细胞凋亡抑制肿瘤细胞增殖。

snoRNA表达图谱可以用于诊断T细胞淋巴瘤，一些亚型可以作为T细胞淋巴瘤患者化疗后的预后指标。Valleron等[25]的研究表明，与正常组织比较，多个snoRNA表达在T细胞淋巴瘤组织中明显下调。更引人关注的是，Valleron等[25]发现了SNORD71（HBII-239）snoRNA，SNORD71片段在外周T细胞淋巴瘤预后良好的患者中过表达，提示snoRNA可以作为该肿瘤的预后指标。

Xu等[26]的研究显示，SNORD113-1低表达与肿瘤的发生发展及患者的预后有关。肝癌组织中SNORD113-1表达明显低于癌旁组织，此外，肝癌组织中SNORD113-1基因的启动子区域的CpG甲基化水平高于癌旁组织。功能上，SNORD113-1可以抑制HepG2、Huh7细胞和异种移植裸鼠模型中的肿瘤细胞生长，同时抑制MAPK/ERK和TGF-β通路中ERK1/2和SMAD2/3的磷酸化，因此SNORD113-1可以作为肝癌潜在的诊断、治疗靶点。导致不同类型人类肿瘤（包括乳腺癌和前列腺癌）的最常见的基因突变之一是染色体6及其q14～q22片段的缺失[27]。Dong 等[28]的研究显示，SNORD50a（U50）基因为6q肿瘤抑制基因，SNORD50a的2 bp纯合性缺失与前列腺癌有关。更重要的是，Dong等[29]发现敲除SNORD50a可以促进乳腺癌细胞的增殖与转移，纯合性缺失在乳腺癌患者和对照组患者中都是罕见的。前列腺癌和乳腺癌的这种差异，可能表明，与前列腺癌细胞比较时，乳腺细胞更易受SNORD50a突变影响。

相关数据显示，头颈鳞状细胞癌（head and neck squamous cell carcinom，HNSCC）是世界上最常见的6种肿瘤之一[30]。最近的RNA测序分析显示，HNSCC组织的转录组中有33种snoRNA失调，其中SNORD60和SNORD116-20显著失调；HNSCC中SNORD35B（U35B）呈较低表达，可以作为患者不良预后的生物标志物[31]。

3 snoRNA在肿瘤中的基因印记

Prader-Willi综合征是一种罕见的遗传性疾病，表现为精神发育迟滞、肌张力差、性发育不全和认知障碍等。Prader-Willi综合征的发生原因主要是染色体15上的母体印记区域15q11～q13丢失了父系基因表达。该基因座包含大量的snoRNA拷贝，并且de los Santos等[32]报道了脑组织中3种snoRNA表达映射到Prader-Willi综合征病灶区域。Duker等[33]的研究证实，SNORD116簇（HBII-85）的15q11.2临界区域的一个微小缺失，也可导致Prader-Willi综合征。

SNORD115（HBII-52）的遗传缺失同样可以导致Prader-Willi综合征[34]。Prader-Willi综合征中缺失的snoRNA十分重要，因为其改变了剪接位置。HBII-52保持与血清素受体5-HT2CR的可变剪接外显子Vb形成互补序列，因此通过结合外显子Vb中的沉默元件调节5-HT2CR的选择性剪接。HBII-52缺失导致mRNA前体加工缺陷，因此Prader-Willi综合征患者的父母有HBII-52不同基因亚型的缺失。后续研究显示，HBII-52的5个pre-mRNA（DPM2、TAF1、RALGPS1、PBRM1和 CRHR1），含有HBII-52小鼠同源物MBII-52替代的外显子[35]。值得注意的是，MBII-52簇的单个成员分析表明，MBII-52 snoRNA在剪接形成MBII-52的过程中会产生较短的RNA，这些新型RNA与hn-RNP相互作用，而不是与C/D box snoRNA相关的蛋白质相互作用。这些数据表明，Prader-Willi综合征患者主要缺失MBII-52 RNA，而不是传统的C/D box MBII-52 snoRNA。5'末端MBII-52 snoRNA比全长的snoRNA短几个核苷酸，主要是在替代剪接位点选择中起作用[36]。

4 snoRNA参与细胞应激反应

Michel等[37]发现，在仓鼠卵巢细胞中利用逆转录病毒启动子诱变、分离耐脂毒性和氧化应激的细胞系，核糖体蛋白L13a（rpL13a）位点编码的3个C/D box RNA的缺失足以在体外抵抗脂毒性和氧化应激反应，并且可以防止体内氧化应激的扩散。研究表明，snoRNA除在rRNA的修饰中起作用外，还可以成为代谢应激反应的调节因子。

核仁是细胞应激反应的关键参与部位之一，各种应激反应可能导致核仁变性甚至破坏。许多核仁蛋白质被转移至细胞的其他区域，促进细胞应激反应。因此，在应激条件下，哺乳动物细胞的一些核糖体蛋白被移入细胞质，与泛素连接酶MDM2相互作用。在正常条件下，MDM2泛素化转录因子导致p53降解，与核糖体蛋白相互作用后MDM2稳定性增加，p53降解能力下降，最终导致肿瘤细胞停止分裂甚至凋亡[38]。

2012年，snoRNA被证实可以促进细胞应激反应，缺氧条件下神经元干细胞中SNORD14A和SNORD83B表达明显上调，SNORD14A参与prerRNA裂解，而SNORD83B的作用未知[39]。有研究显示，3种 snoRNA（SNORD32A、SNORD33和SNORD35A）的表达水平在氧化应激条件和过量脂肪酸（棕榈酸酯）处理的细胞中明显升高[40]。所有这些snoRNA均由核糖体RPL13A基因的内含子编码，rRNA核苷酸为其作用靶点，但是这些snoRNA在rRNA甲基化中的参与并没有直接显示[41]。这些snoRNA的缺失导致细胞对代谢应激反应产生抵抗，snoRNA是应激反应的关键参与者，可以诱导细胞凋亡。应激条件下，snoRNA的存在形式不是积聚在细胞核中，而是积聚在细胞质中，不随着rRNA甲基化程度的增加而增加，因此snoRNA似乎与rRNA的修饰无关。snoRNA位于细胞质中，仅在处理阶段才被发现，其早期仅用于独立转录 snoRNA（SNORD3、SNORD13和 SNORD118），而内含子snoRNA的存在是首次发现[42]。除rRNA外，snoRNA在mRNA中可能也有作用靶点，在代谢应激条件下snoRNA进入细胞质后与这些靶点相互作用，调节其下游翻译。有研究表明，H/ACA ACA11 snoRNA在氧化应激条件下可以抑制细胞应答[43]。以上研究说明，snoRNA调控肿瘤细胞发生发展的途径可能是多样化的。

5 小结与展望

snoRNA是细胞新陈代谢过程中的关键调节因子。snoRNA功能障碍与肿瘤的发生发展密切相关。随着对snoRNA新功能的深入了解，基于snoRNA的研究可能会改变肿瘤生物学和遗传学的研究方向，揭示驱动肿瘤发生的新途径。此外，snoRNA特异性表达模式特定于不同类型肿瘤，这不仅可以为肿瘤的诊断和预后提供新的生物标志物，还可以为肿瘤新的治疗方法提供有利依据。然而，绝大多数文献中涉及的独特基因在肿瘤发生发展中的作用机制尚不明确，仍然需要进一步研究。