核仁小RNA在腫瘤發生發展中的研究進展

胡江平，賀更生

南華大學附屬第一醫院肝膽脾胰外科，湖南 衡陽421001

根據生物學遺傳信息的中心法則：DNA→mRNA→蛋白質，普遍認為蛋白質的編碼基因在腫瘤的分子生物學過程中起關鍵作用[1]，但是隨著基因芯片技術和高通量（high throughput，HT）測序技術的發展，人們對基因功能的理解發生了改變，該項技術為研究人員提供了人類基因組復雜性擴展圖譜，可以鑒定不同類型的RNA。基因組的非編碼部分在人體生物學中變得更加重要，具有蛋白質編碼特性的基因序列占1%～3%，而其余基因組在控制編碼脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）表達和基因組空間組織中發揮著重要的作用，其中最關鍵的證據之一是全基因組關聯分析（genome-wide association study，GWAS）結果。基于2011年6月GWAS目錄，疾病相關單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）中僅有3.56%位于蛋白質編碼區，96.44%位于基因間區與內含子區之間的非編碼區[2]。

非編碼RNA（non-coding RNA，ncRNA）是指可以從DNA轉錄而來，但不編碼蛋白質的RNA分子，ncRNA包括相對分子量較小的ncRNA和相對分子量較大的長ncRNA（long non-coding RNA，lncRNA）。相對分子量較小的ncRNA主要包括微RNA（microRNA，miRNA）、核仁小RNA（small nucleolar RNA，snoRNA）、干擾短RNA（short interfering RNA，siRNA）、piwi-associated RNA、小Cajal體RNA（small Cajal bodyspecific RNA，scaRNA）、核小RNA（small nuclear RNA，snRNA）[3]。研究最多的ncRNA是miRNA，PubMed上已發表文章超過10 000篇。miRNA在腫瘤的發生發展過程中起著重要的作用，根據作用靶點不同，miRNA可以分為抑癌基因和致癌基因。miRNA已被證實可以作為包括腫瘤在內的人類疾病的生物標志物或潛在的治療靶點[4-11]。這表明相對分子量較小的ncRNA在腫瘤的增殖、分化、侵襲、轉移中具有很強的生物學功能。相關文獻報道，腫瘤的發生發展與snoRNA的調節異常有關，snoRNA在腫瘤的分子生物學行為中的作用研究為腫瘤新的生物標志物和治療靶點提供了新的方向[12-15]。本文主要討論snoRNA在腫瘤發生發展過程中的新功能及在未來腫瘤診斷和治療中的可能應用。

1 snoRN A的結構與功能

snoRNA位于核仁，根據三維結構可分為C/D box和H/ACA box snoRNA，與核糖核蛋白（ribonucleoprotein，RNP）形成復合物，指導其他RNA的修飾，主要是核糖體RNA（ribosomal RNA，rRNA）。另一類比較特殊的snoRNA為scaRNA，雖然其不在核仁，位于Cajal主體中，但其兼具C/D box和（或）H/ACA box，因此可以指導一種或兩種類型的相應RNA修飾[16-17]。snoRNA的作用形式可分為3種類型：堿基甲基化、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，分別位于snoRNA5'和3'末端附近。C/D box snoRNA與2'-O-纖維蛋白甲基轉移酶形成RNP復合體，定位于靶RNA特定部位，催化甲基化反應。D/D'box上游10～21個核苷酸的保守區域與靶RNA的甲基化位點互補，使snoRNA與RNA形成RNA雙鏈體。H/ACA box snoRNA包含兩個保守序列元件：H box（ANANNA）和ACA box，分別位于鉸鏈區和3'末端尾部，其與假尿苷合酶dyskerin形成復合物，并與靶rRNA結合，促進假尿苷化[18-19]。

2 snoRNA在腫瘤中的異常表達

腫瘤是人類死亡的主要原因之一，而核糖體功能缺陷可能導致正常細胞轉化為腫瘤細胞，因此研究不同類型腫瘤的遺傳變異非常重要。已知腫瘤細胞中rRNA表達比正常細胞更明顯[20]。由于snoRNA參與rRNA修飾的調節，因此其在腫瘤的發展中可能發揮作用，snoRNA水平的升高可能促進rRNA加速成熟、核糖體組裝和蛋白質合成，是腫瘤發生發展所需要的。2002年，Chang等[21]首次發現snoRNA參與了腫瘤的發展，屬于H/ACA box系列的h5sn2 snoRNA在正常的腦組織中高度表達，但在腦腫瘤組織中表達水平降低，提示h5sn2 snoRNA參與了腦腫瘤的發生。snoRNA可作為非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）的標志物。Liao等[22]通過GeneChip陣列成功鑒定NSCLC患者中snoRNA表達改變的3種基因，可以區分NSCLC患者與具有81.1%和95.8%特異性的健康個體和慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）患者。所以，snoRNA在臨床上可以提高早期腫瘤的檢出率，進而有望降低腫瘤患者的病死率，具有較好的臨床應用前景。Chen等[23]的研究發現，膠質母細胞瘤中GAS5編碼的SNORD76表達下調與侵襲性表型相關，通過體外腫瘤細胞S期阻滯，SNORD76異位表達，進而抑制體內原位腫瘤的生長。2015年，Zheng等[24]發現NSCLC組織中SNORD78（U78）表達水平明顯升高，SNORD78沉默可以通過誘導G0/G1期阻滯和細胞凋亡抑制腫瘤細胞增殖。

snoRNA表達圖譜可以用于診斷T細胞淋巴瘤，一些亞型可以作為T細胞淋巴瘤患者化療后的預后指標。Valleron等[25]的研究表明，與正常組織比較，多個snoRNA表達在T細胞淋巴瘤組織中明顯下調。更引人關注的是，Valleron等[25]發現了SNORD71（HBII-239）snoRNA，SNORD71片段在外周T細胞淋巴瘤預后良好的患者中過表達，提示snoRNA可以作為該腫瘤的預后指標。

Xu等[26]的研究顯示，SNORD113-1低表達與腫瘤的發生發展及患者的預后有關。肝癌組織中SNORD113-1表達明顯低于癌旁組織，此外，肝癌組織中SNORD113-1基因的啟動子區域的CpG甲基化水平高于癌旁組織。功能上，SNORD113-1可以抑制HepG2、Huh7細胞和異種移植裸鼠模型中的腫瘤細胞生長，同時抑制MAPK/ERK和TGF-β通路中ERK1/2和SMAD2/3的磷酸化，因此SNORD113-1可以作為肝癌潛在的診斷、治療靶點。導致不同類型人類腫瘤（包括乳腺癌和前列腺癌）的最常見的基因突變之一是染色體6及其q14～q22片段的缺失[27]。Dong 等[28]的研究顯示，SNORD50a（U50）基因為6q腫瘤抑制基因，SNORD50a的2 bp純合性缺失與前列腺癌有關。更重要的是，Dong等[29]發現敲除SNORD50a可以促進乳腺癌細胞的增殖與轉移，純合性缺失在乳腺癌患者和對照組患者中都是罕見的。前列腺癌和乳腺癌的這種差異，可能表明，與前列腺癌細胞比較時，乳腺細胞更易受SNORD50a突變影響。

相關數據顯示，頭頸鱗狀細胞癌（head and neck squamous cell carcinom，HNSCC）是世界上最常見的6種腫瘤之一[30]。最近的RNA測序分析顯示，HNSCC組織的轉錄組中有33種snoRNA失調，其中SNORD60和SNORD116-20顯著失調；HNSCC中SNORD35B（U35B）呈較低表達，可以作為患者不良預后的生物標志物[31]。

3 snoRNA在腫瘤中的基因印記

Prader-Willi綜合征是一種罕見的遺傳性疾病，表現為精神發育遲滯、肌張力差、性發育不全和認知障礙等。Prader-Willi綜合征的發生原因主要是染色體15上的母體印記區域15q11～q13丟失了父系基因表達。該基因座包含大量的snoRNA拷貝，并且de los Santos等[32]報道了腦組織中3種snoRNA表達映射到Prader-Willi綜合征病灶區域。Duker等[33]的研究證實，SNORD116簇（HBII-85）的15q11.2臨界區域的一個微小缺失，也可導致Prader-Willi綜合征。

SNORD115（HBII-52）的遺傳缺失同樣可以導致Prader-Willi綜合征[34]。Prader-Willi綜合征中缺失的snoRNA十分重要，因為其改變了剪接位置。HBII-52保持與血清素受體5-HT2CR的可變剪接外顯子Vb形成互補序列，因此通過結合外顯子Vb中的沉默元件調節5-HT2CR的選擇性剪接。HBII-52缺失導致mRNA前體加工缺陷，因此Prader-Willi綜合征患者的父母有HBII-52不同基因亞型的缺失。后續研究顯示，HBII-52的5個pre-mRNA（DPM2、TAF1、RALGPS1、PBRM1和 CRHR1），含有HBII-52小鼠同源物MBII-52替代的外顯子[35]。值得注意的是，MBII-52簇的單個成員分析表明，MBII-52 snoRNA在剪接形成MBII-52的過程中會產生較短的RNA，這些新型RNA與hn-RNP相互作用，而不是與C/D box snoRNA相關的蛋白質相互作用。這些數據表明，Prader-Willi綜合征患者主要缺失MBII-52 RNA，而不是傳統的C/D box MBII-52 snoRNA。5'末端MBII-52 snoRNA比全長的snoRNA短幾個核苷酸，主要是在替代剪接位點選擇中起作用[36]。

4 snoRNA參與細胞應激反應

Michel等[37]發現，在倉鼠卵巢細胞中利用逆轉錄病毒啟動子誘變、分離耐脂毒性和氧化應激的細胞系，核糖體蛋白L13a（rpL13a）位點編碼的3個C/D box RNA的缺失足以在體外抵抗脂毒性和氧化應激反應，并且可以防止體內氧化應激的擴散。研究表明，snoRNA除在rRNA的修飾中起作用外，還可以成為代謝應激反應的調節因子。

核仁是細胞應激反應的關鍵參與部位之一，各種應激反應可能導致核仁變性甚至破壞。許多核仁蛋白質被轉移至細胞的其他區域，促進細胞應激反應。因此，在應激條件下，哺乳動物細胞的一些核糖體蛋白被移入細胞質，與泛素連接酶MDM2相互作用。在正常條件下，MDM2泛素化轉錄因子導致p53降解，與核糖體蛋白相互作用后MDM2穩定性增加，p53降解能力下降，最終導致腫瘤細胞停止分裂甚至凋亡[38]。

2012年，snoRNA被證實可以促進細胞應激反應，缺氧條件下神經元干細胞中SNORD14A和SNORD83B表達明顯上調，SNORD14A參與prerRNA裂解，而SNORD83B的作用未知[39]。有研究顯示，3種 snoRNA（SNORD32A、SNORD33和SNORD35A）的表達水平在氧化應激條件和過量脂肪酸（棕櫚酸酯）處理的細胞中明顯升高[40]。所有這些snoRNA均由核糖體RPL13A基因的內含子編碼，rRNA核苷酸為其作用靶點，但是這些snoRNA在rRNA甲基化中的參與并沒有直接顯示[41]。這些snoRNA的缺失導致細胞對代謝應激反應產生抵抗，snoRNA是應激反應的關鍵參與者，可以誘導細胞凋亡。應激條件下，snoRNA的存在形式不是積聚在細胞核中，而是積聚在細胞質中，不隨著rRNA甲基化程度的增加而增加，因此snoRNA似乎與rRNA的修飾無關。snoRNA位于細胞質中，僅在處理階段才被發現，其早期僅用于獨立轉錄 snoRNA（SNORD3、SNORD13和 SNORD118），而內含子snoRNA的存在是首次發現[42]。除rRNA外，snoRNA在mRNA中可能也有作用靶點，在代謝應激條件下snoRNA進入細胞質后與這些靶點相互作用，調節其下游翻譯。有研究表明，H/ACA ACA11 snoRNA在氧化應激條件下可以抑制細胞應答[43]。以上研究說明，snoRNA調控腫瘤細胞發生發展的途徑可能是多樣化的。

5 小結與展望

snoRNA是細胞新陳代謝過程中的關鍵調節因子。snoRNA功能障礙與腫瘤的發生發展密切相關。隨著對snoRNA新功能的深入了解，基于snoRNA的研究可能會改變腫瘤生物學和遺傳學的研究方向，揭示驅動腫瘤發生的新途徑。此外，snoRNA特異性表達模式特定于不同類型腫瘤，這不僅可以為腫瘤的診斷和預后提供新的生物標志物，還可以為腫瘤新的治療方法提供有利依據。然而，絕大多數文獻中涉及的獨特基因在腫瘤發生發展中的作用機制尚不明確，仍然需要進一步研究。