胡江平，賀更生

南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院肝膽脾胰外科，湖南 衡陽421001

根據(jù)生物學(xué)遺傳信息的中心法則：DNA→mRNA→蛋白質(zhì)，普遍認(rèn)為蛋白質(zhì)的編碼基因在腫瘤的分子生物學(xué)過程中起關(guān)鍵作用[1]，但是隨著基因芯片技術(shù)和高通量（high throughput，HT）測序技術(shù)的發(fā)展，人們對基因功能的理解發(fā)生了改變，該項技術(shù)為研究人員提供了人類基因組復(fù)雜性擴(kuò)展圖譜，可以鑒定不同類型的RNA?；蚪M的非編碼部分在人體生物學(xué)中變得更加重要，具有蛋白質(zhì)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(dá)和基因組空間組織中發(fā)揮著重要的作用，其中最關(guān)鍵的證據(jù)之一是全基因組關(guān)聯(lián)分析（genome-wide association study，GWAS）結(jié)果?；?011年6月GWAS目錄，疾病相關(guān)單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）中僅有3.56%位于蛋白質(zhì)編碼區(qū)，96.44%位于基因間區(qū)與內(nèi)含子區(qū)之間的非編碼區(qū)[2]。

非編碼RNA（non-coding RNA，ncRNA）是指可以從DNA轉(zhuǎn)錄而來，但不編碼蛋白質(zhì)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(fā)表文章超過10 000篇。miRNA在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中起著重要的作用，根據(jù)作用靶點(diǎn)不同，miRNA可以分為抑癌基因和致癌基因。miRNA已被證實(shí)可以作為包括腫瘤在內(nèi)的人類疾病的生物標(biāo)志物或潛在的治療靶點(diǎn)[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(zhuǎn)移中具有很強(qiáng)的生物學(xué)功能。相關(guān)文獻(xiàn)報道，腫瘤的發(fā)生發(fā)展與snoRNA的調(diào)節(jié)異常有關(guān)，snoRNA在腫瘤的分子生物學(xué)行為中的作用研究為腫瘤新的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)提供了新的方向[12-15]。本文主要討論snoRNA在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中的新功能及在未來腫瘤診斷和治療中的可能應(yīng)用。

1 snoRN A的結(jié)構(gòu)與功能

snoRNA位于核仁，根據(jù)三維結(jié)構(gòu)可分為C/D box和H/ACA box snoRNA，與核糖核蛋白（ribonucleoprotein，RNP）形成復(fù)合物，指導(dǎo)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(dǎo)一種或兩種類型的相應(yīng)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(zhuǎn)移酶形成RNP復(fù)合體，定位于靶RNA特定部位，催化甲基化反應(yīng)。D/D'box上游10～21個核苷酸的保守區(qū)域與靶RNA的甲基化位點(diǎn)互補(bǔ)，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(qū)和3'末端尾部，其與假尿苷合酶dyskerin形成復(fù)合物，并與靶rRNA結(jié)合，促進(jìn)假尿苷化[18-19]。

2 snoRNA在腫瘤中的異常表達(dá)

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(dǎo)致正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為腫瘤細(xì)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(xì)胞中rRNA表達(dá)比正常細(xì)胞更明顯[20]。由于snoRNA參與rRNA修飾的調(diào)節(jié)，因此其在腫瘤的發(fā)展中可能發(fā)揮作用，snoRNA水平的升高可能促進(jìn)rRNA加速成熟、核糖體組裝和蛋白質(zhì)合成，是腫瘤發(fā)生發(fā)展所需要的。2002年，Chang等[21]首次發(fā)現(xiàn)snoRNA參與了腫瘤的發(fā)展，屬于H/ACA box系列的h5sn2 snoRNA在正常的腦組織中高度表達(dá)，但在腦腫瘤組織中表達(dá)水平降低，提示h5sn2 snoRNA參與了腦腫瘤的發(fā)生。snoRNA可作為非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）的標(biāo)志物。Liao等[22]通過GeneChip陣列成功鑒定NSCLC患者中snoRNA表達(dá)改變的3種基因，可以區(qū)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(jìn)而有望降低腫瘤患者的病死率，具有較好的臨床應(yīng)用前景。Chen等[23]的研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中GAS5編碼的SNORD76表達(dá)下調(diào)與侵襲性表型相關(guān)，通過體外腫瘤細(xì)胞S期阻滯，SNORD76異位表達(dá)，進(jìn)而抑制體內(nèi)原位腫瘤的生長。2015年，Zheng等[24]發(fā)現(xiàn)NSCLC組織中SNORD78（U78）表達(dá)水平明顯升高，SNORD78沉默可以通過誘導(dǎo)G0/G1期阻滯和細(xì)胞凋亡抑制腫瘤細(xì)胞增殖。

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

Xu等[26]的研究顯示，SNORD113-1低表達(dá)與腫瘤的發(fā)生發(fā)展及患者的預(yù)后有關(guān)。肝癌組織中SNORD113-1表達(dá)明顯低于癌旁組織，此外，肝癌組織中SNORD113-1基因的啟動子區(qū)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(xì)胞和異種移植裸鼠模型中的腫瘤細(xì)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(diǎn)。導(dǎo)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(guān)。更重要的是，Dong等[29]發(fā)現(xiàn)敲除SNORD50a可以促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的增殖與轉(zhuǎn)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(xì)胞比較時，乳腺細(xì)胞更易受SNORD50a突變影響。

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，頭頸鱗狀細(xì)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(zhuǎn)錄組中有33種snoRNA失調(diào)，其中SNORD60和SNORD116-20顯著失調(diào)；HNSCC中SNORD35B（U35B）呈較低表達(dá)，可以作為患者不良預(yù)后的生物標(biāo)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(xiàn)為精神發(fā)育遲滯、肌張力差、性發(fā)育不全和認(rèn)知障礙等。Prader-Willi綜合征的發(fā)生原因主要是染色體15上的母體印記區(qū)域15q11～q13丟失了父系基因表達(dá)。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(dá)映射到Prader-Willi綜合征病灶區(qū)域。Duker等[33]的研究證實(shí)，SNORD116簇（HBII-85）的15q11.2臨界區(qū)域的一個微小缺失，也可導(dǎo)致Prader-Willi綜合征。

SNORD115（HBII-52）的遺傳缺失同樣可以導(dǎo)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(bǔ)序列，因此通過結(jié)合外顯子Vb中的沉默元件調(diào)節(jié)5-HT2CR的選擇性剪接。HBII-52缺失導(dǎo)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(xù)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(chǎn)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(guān)的蛋白質(zhì)相互作用。這些數(shù)據(jù)表明，Prader-Willi綜合征患者主要缺失MBII-52 RNA，而不是傳統(tǒng)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(diǎn)選擇中起作用[36]。

4 snoRNA參與細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)

Michel等[37]發(fā)現(xiàn)，在倉鼠卵巢細(xì)胞中利用逆轉(zhuǎn)錄病毒啟動子誘變、分離耐脂毒性和氧化應(yīng)激的細(xì)胞系，核糖體蛋白L13a（rpL13a）位點(diǎn)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(yīng)激反應(yīng)，并且可以防止體內(nèi)氧化應(yīng)激的擴(kuò)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(yīng)激反應(yīng)的調(diào)節(jié)因子。

核仁是細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的關(guān)鍵參與部位之一，各種應(yīng)激反應(yīng)可能導(dǎo)致核仁變性甚至破壞。許多核仁蛋白質(zhì)被轉(zhuǎn)移至細(xì)胞的其他區(qū)域，促進(jìn)細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)。因此，在應(yīng)激條件下，哺乳動物細(xì)胞的一些核糖體蛋白被移入細(xì)胞質(zhì)，與泛素連接酶MDM2相互作用。在正常條件下，MDM2泛素化轉(zhuǎn)錄因子導(dǎo)致p53降解，與核糖體蛋白相互作用后MDM2穩(wěn)定性增加，p53降解能力下降，最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞停止分裂甚至凋亡[38]。

2012年，snoRNA被證實(shí)可以促進(jìn)細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)，缺氧條件下神經(jīng)元干細(xì)胞中SNORD14A和SNORD83B表達(dá)明顯上調(diào)，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(dá)水平在氧化應(yīng)激條件和過量脂肪酸（棕櫚酸酯）處理的細(xì)胞中明顯升高[40]。所有這些snoRNA均由核糖體RPL13A基因的內(nèi)含子編碼，rRNA核苷酸為其作用靶點(diǎn)，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(dǎo)致細(xì)胞對代謝應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生抵抗，snoRNA是應(yīng)激反應(yīng)的關(guān)鍵參與者，可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。應(yīng)激條件下，snoRNA的存在形式不是積聚在細(xì)胞核中，而是積聚在細(xì)胞質(zhì)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(guān)。snoRNA位于細(xì)胞質(zhì)中，僅在處理階段才被發(fā)現(xiàn)，其早期僅用于獨(dú)立轉(zhuǎn)錄 snoRNA（SNORD3、SNORD13和 SNORD118），而內(nèi)含子snoRNA的存在是首次發(fā)現(xiàn)[42]。除rRNA外，snoRNA在mRNA中可能也有作用靶點(diǎn)，在代謝應(yīng)激條件下snoRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后與這些靶點(diǎn)相互作用，調(diào)節(jié)其下游翻譯。有研究表明，H/ACA ACA11 snoRNA在氧化應(yīng)激條件下可以抑制細(xì)胞應(yīng)答[43]。以上研究說明，snoRNA調(diào)控腫瘤細(xì)胞發(fā)生發(fā)展的途徑可能是多樣化的。

5 小結(jié)與展望

snoRNA是細(xì)胞新陳代謝過程中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。snoRNA功能障礙與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。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(xué)和遺傳學(xué)的研究方向，揭示驅(qū)動腫瘤發(fā)生的新途徑。此外，snoRNA特異性表達(dá)模式特定于不同類型腫瘤，這不僅可以為腫瘤的診斷和預(yù)后提供新的生物標(biāo)志物，還可以為腫瘤新的治療方法提供有利依據(jù)。然而，絕大多數(shù)文獻(xiàn)中涉及的獨(dú)特基因在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制尚不明確，仍然需要進(jìn)一步研究。