tRNA衍生的小RNA在肿瘤中作用机制的研究进展

【摘要】随着高通量测序技术和生物信息学的快速发展，转运RNA（tRNAs）衍生的小RNA（tsRNAs）的生物学功能及其在肿瘤中的作用引起了广泛的关注。在氧化损伤、缺氧、葡萄糖饥饿等应激条件下，tRNAs前体或成熟tRNA可被特定的核酸内切酶剪切成tsRNAs，根据其不同来源和剪切位点主要分为tRNA衍生片段（tRFs）和tRNA半分子（tiRNAs）。tsRNAs能够通过调节信使RNA（mRNA）的稳定性、调控翻译过程等多种方式调控基因表达，进而影响肿瘤的发生和发展，因此可成为肿瘤潜在的生物标志物和治疗靶点。现对tsRNAs的来源与分类，生物学功能，以及其在肿瘤中的作用机制等展开综述，以期为tsRNAs的研究提供参考依据。

【关键词】肿瘤 ; 转运RNA衍生的小RNA ; 转运RNA衍生片段 ; 转运RNA半分子 ; 生物学功能

【中图分类号】R73 【文献标识码】A 【文章编号】2096-3718.2024.17.0126.04

DOI：10.3969/j.issn.2096-3718.2024.17.040

转运RNA（tRNAs）是细胞核内种类最丰富的小分子非编码RNA，大约占细胞总RNA的10%～15% [1]。tRNAs也是细胞内RNA修饰数量最多的一类RNA，平均每个tRNA分子含有8～13个修饰碱基，这些RNA修饰碱基在形成tRNAs二级结构和维持tRNAs结构稳定方面发挥着重要作用[2]。tRNAs的修饰异常不仅会影响其结构的稳定，还会影响其生物学功能的发挥，甚至影响细胞的正常生理活动，因此tRNAs的合成与修饰在细胞内受到了严格的调控[3]。成熟tRNAs序列高度保守，长度通常为70～90个核苷酸（nts），有三个茎环结构，分别为二氢尿嘧啶环（D环）、假尿嘧啶环（TψC环）及反密码子环。tRNAs的二级结构在氢键的作用下进一步折叠形成“倒L型”的三级结构，然后被氨基酰-tRNA合成酶识别，在3’端连接特定的氨基酸。

研究表明，当细胞处于缺氧、氧化损伤、高温等应激状态下，成熟tRNAs或tRNAs前体可被特定的核酸内切酶识别，剪切成不同类型、不同长度的tRNA衍生的小RNAs（tsRNAs） [4-5]。tsRNAs种类繁多，目前尚未有统一的命名标准，但可根据其生物学来源和剪切位点主要分为tRNA衍生片段（tRFs）和tRNA半分子（tiRNAs）[6]。随着高通量测序技术和生物信息学的快速发展，研究发现tsRNAs具有多种生物学功能，如调控基因表达、调节细胞周期、促进癌细胞增殖等[7]。tsRNAs还参与了动物生长发育和肿瘤疾病的发生发展过程，其异常表达可以作为判断肿瘤发生发展的标志[8]。但tsRNAs在肿瘤发展过程中的作用机制研究正处于起步阶段，其生物学功能还有待进一步深入分析。基于此，本文旨在探讨tsRNAs的来源与分类，生物学功能，在肿瘤发展过程中作用机制的研究进展，以期为tsRNAs的研究提供更多参考依据。

1 tsRNAs的来源与分类

1.1 tRFs tRFs长度多为14～30 nts，根据核酸内切酶的作用位点主要分为5种类型：tRF-5、tRF-3、tRF-2、tRF-1及内源性tRF [9-10]。其中tRF-5来源于成熟tRNA的5’端序列，是由Dicer酶（属于核糖核酸酶Ⅲ家族）切割产生，依据不同长度可进一步分为tRF-5a，tRF-5b及tRF-5c。tRF-3是由Dicer酶或血管生成素（ANG）在成熟tRNA的TψC环处切割产生，依据不同长度可将其分为tRF-3a和tRF-3b。tRF-1来源于tRNA前体的3’非翻译区（3’UTR），是由核糖核酸酶Z（RNaseZ）或ELAC2（一种核糖核酸酶）在tRNA前体的3’端切割产生 [11]。

与上述类型不同，tRF-2和内源性tRF是由相关核酸内切酶在成熟tRNAs或tRNAs前体的其他区域切割产生。tRF-2是由tRNAs的反密码子环在缺氧条件下切割产生的，包含tRNA的反密码子环及其两端的序列[12]。内源性tRF主要来源于成熟tRNAs内部的片段，依据其来源区域可分为由D环断裂后形成的D-tRF、由反密码子环断裂后形成的A-tRF及由可变区断裂后形成的V-tRF [13]。

1.2 tiRNAs tiRNAs的长度为30～45 nts，几乎是成熟tRNAs长度的一半。tiRNAs是由哺乳动物ANG在成熟tRNAs的反密码子环处剪切生成，通常是被缺氧、紫外线照射、葡萄糖饥饿等应激反应诱导产生[14]。tiRNAs根据不同切割位点可分为5’-tiRNAs和3’-tiRNAs。

2 tsRNAs的生物学功能

2.1 tsRNAs在转录水平调控基因的表达 P-element- induced wimpy testis（Piwi）相互作用RNA（piRNAs）是一类小分子非编码RNA，tsRNAs与其长度相似，也可以和PIWI蛋白相互作用参与表观遗传的调控[15]。研究表明，成熟谷氨酸tRNA（tRNAGlu）的5’端生成的tRF-5可以与树突状细胞中的PIWIL4蛋白相互作用形成复合物，促进白细胞分化抗原1a（CD1a）基因启动子区域的组蛋白H3第9位赖氨酸（H3K9）的甲基化，进而抑制CD1a转录；而白细胞介素-4（IL-4）抑制tRNAGlu的生物合成，导致tRNAGlu衍生的tRF-5的表达水平降低，进而抑制H3K9甲基化，加快CD1a转录[16]。tsRNAs还能够靶向结合转座子，抑制其转录活性，保护基因组结构的完整性。转座子的活性通常受到DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传的抑制，但大多数表观遗传修饰会在胚胎发育过程中丢失，因此，tsRNAs可通过靶向结合转座子，抑制其转录活性[17]。

2.2 tsRNAs在转录后水平调控基因的表达 tsRNAs含有与mRNAs结合的靶向互补序列，与微小RNA的调控机制类似，可以抑制信使核糖核酸（mRNA）翻译[18]。tsRNAs通过与AGO蛋白相互作用形成RNA诱导沉默复合物（RISC），靶向结合mRNA的3’UTR区，调节mRNA的稳定性[19]。KUSCU等[20]研究发现，HEK293T细胞中的tRF-3（长度为18 nts）与mRNA靶序列形成复合物，并与RISC相互作用，抑制mRNA翻译并促进其降解。经实时荧光定量聚合酶链反应（qRT-PCR）检测，tRF-3009a的表达水平上升，其靶向结合的mRNA的含量显著下降。Y-盒结合蛋白-1（YBX-1）是一种RNA结合蛋白，促进了多种致癌基因的表达。GOODARZI等[21]研究发现由tRNAGlu、天冬氨酸tRNA（tRNAAsp）、甘氨酸tRNA（tRNAGly）及酪氨酸tRNA（tRNATyr）切割而成的tRFs通过与YBX-1的3’UTRs竞争性结合，引起多种致癌基因的mRNA不稳定而降解，进而抑制肿瘤细胞增殖、侵袭及迁移。胰岛素样生长因子2 mRNA结合蛋白1（IGF2BP1）能够调节多种mRNAs的稳定性并促进其翻译。一些tsRNAs能够通过与IGF2BP1竞争性结合，从而抑制髓细胞增生原癌基因（c-Myc）的mRNA与IGF2BP1相互作用，并降低其mRNA的稳定性，抑制肿瘤的发生[22]。

2.3 tsRNAs在翻译水平调控基因的表达 tsRNAs可通过影响翻译的起始、延伸过程及核糖体的生物合成等多种机制调控翻译过程，影响蛋白质的合成。丙氨酸tRNA（tRNAAla）、半胱氨酸tRNA（tRNACys）等衍生的tiRNAs长度约为30 nts，其5’端具有一段含鸟嘌呤残基的序列，能够促进分子间RNA G-四链体（rG4）结构的形成。其中5’tiRNAAla的rG4能够与YBX-1蛋白相互作用，并竞争性结合翻译起始因子4F（eIF4F），抑制mRNAs的翻译起始过程，进而抑制蛋白质的合成[23]。缬氨酸tsRNA（tsRNAVal）衍生的tiRNAs在应激状态下能够与小核糖体亚基结合，抑制翻译起始复合物形成，影响蛋白质翻译的起始过程，还能够抑制肽键的形成，影响肽链的延伸过程[24]。亮氨酸tRNA（tRNALeu）衍生的tRF可以与核糖体蛋白S28的mRNA相互作用，增强核糖体蛋白S28翻译，促进小核糖体亚基的合成[25]。

2.4 tsRNAs在其他水平调控基因的表达 tsRNAs在病毒逆转录过程中也发挥着重要作用。RUGGERO等[26]研究发现人T细胞白血病病毒1型（HTLV-1）中的tRNA片段（tRF-3019）与HTLV-1的引物结合位点序列互补，可以作为HTLV-1的逆转录引物，激活HTLV-1逆转录酶并启动逆转录。经qRT-PCR检测发现，tRF-3019在HTLV-1感染细胞与其释放的病毒颗粒中的表达水平一致，这表明tRF-3019参与HTLV-1的逆转录，在调控HTLV-1的生命周期中发挥重要作用，可能成为治疗HTLV-1的新靶点。赖氨酸tRNA（tRNALys）的3’端衍生的tiRNA（长度约为18 nts）可以与人类免疫缺陷病毒1型（HIV-1）的引物结合位点结合，并与RISC共同作用，靶向结合HIV-1的mRNA，调节其稳定性，影响HIV-1在细胞中的复制[27]。

3 tsRNAs在肿瘤中的作用机制

3.1 tsRNAs与乳腺癌 乳腺癌是影响女性健康和生命的主要因素，是女性发病率最高的恶性肿瘤[28]。tsRNAs的异常表达与乳腺癌疾病的发生发展有关，当乳腺癌细胞处于缺氧状态时，tRNAGlu、tRNAAsp等生成的tRFs会竞争性结合YBX-1的3’UTR，并抑制乳腺癌细胞的增殖。研究表明tRF的表达与肿瘤细胞的增殖有关，tRF-17-79MP9PP是来源于乳腺癌细胞的tRF片段，其在乳腺癌组织和血清中的表达水平低于正常组织，且提高tRF-17-79MP9PP的表达水平，会减弱乳腺癌细胞的侵袭和迁移能力[29]。江盼等[30]研究结果表明tRF-31表达对于预测乳腺癌具有高敏感性，且抑制tRF-31表达，会降低乳腺癌细胞的增殖能力。tsRNAs还可以通过调控乳腺癌信号通路上游或下游因子的表达，抑制乳腺癌细胞的增殖或迁移。tRF-17可以抑制下游凝血酶敏感蛋白-1（THBS1）的表达，tRF-17的表达水平下降则会促进THBS1的表达，进而促进乳腺癌细胞的迁移和侵袭，加快病情发展[31]。

3.2 tsRNAs与肺癌 肺癌是全球癌症发病率最高的恶性肿瘤，是肿瘤相关死亡最主要的原因[32]。As-tDR-007333是来源于tRNAGly的D环的tiRNA，其表达水平会影响患者的预后。As-tDR-007333可与热休克蛋白B1（HSBP1）相互作用，促进中介体复合物亚基29（MED29）启动子中H3K4的甲基化和H3K27的乙酰化，进而诱导MED29的表达；还可以与转录因子ELK4相互作用，进一步激活MED29启动子，促进致癌基因MED29的转录，表明AS-tDR-007333可通过两种机制（HSPB1/MED29和ELK4/MED29）促进非小细胞肺癌的进展[33]。翁志华等[34]研究者经qRT-PCR检测后发现tRFLeu在肺腺癌组织中的表达水平高于癌旁组织，且抑制tRFLeu的表达水平会影响肺腺癌细胞的细胞周期，进而抑制其增殖。tRFLeu的表达水平还影响肺腺癌的分化和淋巴结的转移，其表达水平升高会促进肺腺癌细胞的迁移。

3.3 tsRNAs与胃癌 胃癌是全球癌症死亡的主要原因之一，严重威胁着人们的健康和生命安全。在一项研究中，研究者发现一种tRF-3a型的tRFVal在胃癌组织中表达水平显著上升，且表达水平与肿瘤大小、浸润深度呈正相关，并可以促进胃癌细胞的增殖和侵袭，抑制胃癌细胞凋亡[35]。tRFVal可直接与真核翻译延伸因子1a1（EEF1A1）结合，介导其转运进入细胞核，并促进其与双微体同源基因2（MDM2）的相互作用，从而抑制p53（一种肿瘤抑制因子）的下游信号，促进胃癌的进展。研究发现tRF-3017A在胃癌组织中异常表达，其表达水平较高的患者淋巴结转移的可能性更大，并经体外功能实验证实tRF-3017A能够促进胃癌细胞的侵袭和迁移[36]。NEL2型分子（NELL2）在正常细胞中表达水平较高，能够抑制肿瘤细胞的迁移。tRF-3017A通过与AGO蛋白形成RISC，进而抑制NELL2的表达，促进胃癌细胞的迁移和侵袭，加快胃癌的发展。

3.4 tsRNAs与结直肠癌 随着对结直肠癌发展的进一步认识，一些防治经验表明，筛查和早期诊断的普及及营养、生活方式和环境因素的改变，有助于结直肠癌发病率和病死率的下降。但结直肠癌的发病率和病死率仍居高不下。因此，在加强治疗和筛查的同时，探索新的预防措施和治疗方法仍很重要[37]。研究表明tRF-3022b、tRF-3030b和tRF-5008b在结直肠癌组织和血清中的表达水平高于正常组织，且抑制tRF-3022b、tRF-3030b和tRF-5008b的表达能够影响结直肠癌细胞周期，并诱导其凋亡[38]。翟晨等[39]研究者筛选出异常表达的tiRNA-1-33-Gly-GCC-1进行研究，结果表明其能够促进结直肠癌细胞的增殖，且与肿瘤直径和分化程度密切相关，这表明tiRNA-1-33-Gly-GCC-1可能是一个新的促癌基因。

4 小结与展望

恶性肿瘤的发展过程主要为癌细胞迁移进入淋巴管或血流，并定植于远端器官。在临床工作中，患者的死亡原因多为恶性肿瘤的转移或复发，早发现、早治疗可以延长其生存时间，改善预后结局。但目前并没有准确的方法可以提前检测到肿瘤的转移和复发，阻止其发展。随着高通量测序技术和生物信息学的快速发展，越来越多的研究表明tsRNAs是一类具有重要生物学功能的新型非编码小RNA。tsRNAs在恶性肿瘤的发生发展中发挥着重要的调控作用。但目前对tsRNAs在肿瘤发展过程中具体作用机制的研究仍较少，期待后续有更多的研究发现其在肿瘤发展过程中的生物学功能，为肿瘤的诊断和治疗提供新方案。

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基金项目：常州市卫健委科技项目（编号：QN202226）

作者简介：王竞翊，硕士研究生，医师，研究方向：乳腺疾病的诊治。

通信作者：许凌云，博士研究生，主任医师，研究方向：乳腺疾病的诊治。E-mail：xulingyun1490@163.com