張 偉 溫珍平

1 內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)，內(nèi)蒙古呼和浩特市 010059； 2 內(nèi)蒙古自治區(qū)腫瘤醫(yī)院腫瘤內(nèi)科

結(jié)直腸癌在全球發(fā)病率和死亡率都很高，嚴(yán)重威脅著人類的生命健康,在我國(guó)結(jié)直腸癌是臨床常見(jiàn)的消化道惡性腫瘤，發(fā)病率呈上升趨勢(shì)，患者初診時(shí)多處于進(jìn)展期[1]，因此，亟待尋求適宜結(jié)直腸癌早期診斷的標(biāo)志物。piRNA于多種人類組織中以組織特異性的方式表達(dá)，在轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)節(jié)關(guān)鍵的信號(hào)通路，已經(jīng)有研究證明piRNA與多種消化道腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，并在這些腫瘤類型中發(fā)揮著不同的作用，包括促進(jìn)和抑制腫瘤。 piRNA是一類小非編碼RNA，可與PIWI蛋白結(jié)合從而調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄沉默過(guò)程、修飾異染色質(zhì)和維持生殖系和干細(xì)胞功能等[2]。此外，腫瘤中piRNA的潛在機(jī)制也是多種多樣的，包括表觀遺傳調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控和翻譯后調(diào)控。本文闡述piRNA相關(guān)作用機(jī)制，尤其是piRNA在結(jié)直腸癌中的作用及機(jī)制的最新研究進(jìn)展，為結(jié)直腸癌的診斷治療提供參考依據(jù)。

1 piRNA簡(jiǎn)介

在人類基因組中很少的基因(約2%)參與編碼蛋白質(zhì), 而其余近98%的基因不可編碼蛋白質(zhì)[3]。所以根據(jù)其是否可編碼蛋白質(zhì)，RNA被分成編碼 RNA和非編碼RNA兩大類。非編碼RNA(non-coding RNA, ncRNA)是基因產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄本，直接起到結(jié)構(gòu)、催化或調(diào)控RNA的作用，其占轉(zhuǎn)錄組90%以上[4]，根據(jù)生物學(xué)功能分為調(diào)控性非編碼RNA和管家非編碼RNA。前者包括微小RNA(microRNA)、長(zhǎng)鏈非編碼RNA(lncRNA)、小干擾RNA(siRNA)和與PIWI蛋白相互作用的piRNA；后者包括轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)、核糖體RNA(rRNA)等。piRNA主要在生殖細(xì)胞表達(dá)，是在性腺中觸發(fā)RNA沉默的一類小非編碼RNA，piRNA的5，端首位常為單磷酸的尿嘧啶核糖核酸，3’末端被甲基化修飾，通常長(zhǎng)23～30nt，與PIWI亞家族的生殖系特異性Argonaute蛋白形成piRNA沉默復(fù)合物[5-6]。

真核生物的Argonaute蛋白在進(jìn)化過(guò)程中漸演變成三種蛋白質(zhì)亞家族：ago蛋白、wago蛋白和PIWI蛋白，前兩者主要參與由siRNA和miRNA引起的轉(zhuǎn)錄后基因沉默；PIWI蛋白主要與piRNA相互作用，在生殖細(xì)胞的轉(zhuǎn)座沉默過(guò)程中通過(guò)轉(zhuǎn)錄后基因沉默和轉(zhuǎn)錄基因沉默發(fā)揮重要功能[7-8]。在PIWI蛋白含有由paz和PIWI組成的結(jié)構(gòu)域，當(dāng)piRNA與PIWI蛋白結(jié)合時(shí)，paz優(yōu)先結(jié)合piRNA中間體和5’尿嘧啶，piRNA通過(guò)3’端可被核糖核酸酶切割成熟，隨后由Hen1甲基化而產(chǎn)生成熟的piRNA-PIWI復(fù)合體，從而影響轉(zhuǎn)座子沉默、精子發(fā)生、基因組重排、表觀遺傳調(diào)控、蛋白質(zhì)調(diào)控和生殖細(xì)胞維持[9]。

piRNA根據(jù)其來(lái)源，也可分為3類：轉(zhuǎn)座子來(lái)源的piRNA、mRNA來(lái)源的piRNA和lncRNA來(lái)源的piRNA[10]。轉(zhuǎn)座子派生的piRNA是從兩條基因組鏈上轉(zhuǎn)錄而來(lái)，同時(shí)產(chǎn)生正義和反義的piRNA；mRNA派生的piRNA經(jīng)過(guò)加工，通常來(lái)自3’非翻譯區(qū)；lncRNA派生的piRNA來(lái)自整個(gè)轉(zhuǎn)錄本。自piRNA被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，已有了長(zhǎng)足進(jìn)展，但人們對(duì)piRNA生物學(xué)的許多方面仍然知之甚少，可能歸于兩個(gè)主要原因：第一，piRNA的生物發(fā)生和沉默機(jī)制較其他的小RNA途徑(如miRNA和siRNA)更復(fù)雜；第二，piRNA系統(tǒng)對(duì)性腺組織的限制長(zhǎng)期以來(lái)阻礙了體外系統(tǒng)分析[11]。根據(jù)目前研究，產(chǎn)生成熟的piRNA主要靠?jī)煞N機(jī)制：初級(jí)合成機(jī)制和‘乒乓’擴(kuò)增機(jī)制。依據(jù)生物發(fā)生途徑，piRNA可以分為初級(jí)piRNA和次級(jí)piRNA。初級(jí)piRNA的生物發(fā)生必須生成轉(zhuǎn)錄本，然后產(chǎn)生piRNA分子，并將其輸出到細(xì)胞質(zhì)中的加工位點(diǎn)。轉(zhuǎn)錄物被裂解成piRNA中間體，然后被加載到PIWI蛋白中，隨后被修剪和甲基化以產(chǎn)生成熟的piRNA-PIWI復(fù)合物。初級(jí)piRNA和PIWI在細(xì)胞質(zhì)中由piRNA引導(dǎo)啟動(dòng)靶切割，切斷它們的目標(biāo)轉(zhuǎn)錄本，被切割的轉(zhuǎn)錄本就被處理成次級(jí)piRNA。這種目標(biāo)降解和piRNA擴(kuò)增反應(yīng)稱為“乒乓循環(huán)”。實(shí)際上到目前為止，piRNA的功能仍不十分清楚。

2 piRNA與腫瘤

現(xiàn)有研究已證明piRNA在轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后水平的生理和病理過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，越來(lái)越多的證據(jù)也表明，piRNA與腫瘤細(xì)胞的惡性表型和臨床分期密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)piRNA可于腫瘤組織中異常表達(dá)，如piR-651在非小細(xì)胞肺癌高表達(dá)，通過(guò)誘導(dǎo)cyclinD1和CDK4的表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖，從而促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移[12]；piR-823在多發(fā)性骨髓瘤患者中表達(dá)上調(diào)，其過(guò)表達(dá)與多發(fā)性骨髓瘤的臨床分期呈正相關(guān)，抑制piR-823使得整體DNA甲基化減弱，導(dǎo)致甲基化沉默的p16INK4A抑癌基因被重新激活[13]；腫瘤中不只表達(dá)一類piRNA，各類piRNA在不同腫瘤中表達(dá)類型、水平不一，如胃癌中piR-32105、piR-58099和piR-59056表達(dá)增加，piR-823表達(dá)降低；肺癌中piR-55490表達(dá)下調(diào)，piR-651表達(dá)上調(diào)；在腎癌細(xì)胞中piR-43607、piR-32051和piR-39894的表達(dá)會(huì)上調(diào)[10]；piR-651在胃癌、肺癌、間皮細(xì)胞、乳腺癌細(xì)胞、肝癌細(xì)胞和宮頸癌細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，其水平與胃癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移(TNM)分期相關(guān)，piR-651抑制劑能抑制胃癌細(xì)胞生長(zhǎng)，使其阻滯于G2/M期，是癌癥診斷的潛在標(biāo)記物[14]；乳腺癌中piR-4987高表達(dá)與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)[15]，表明piRNA在腫瘤細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移甚至治療中起重要作用。此外，piRNA為26～32nt的短RNA片段，意味著piRNA不容易被降解，也意味著piRNA可穿過(guò)細(xì)胞膜，可能在體液中易被分離獲得[16]。這些特征使得piRNA可以在患者樣本中被檢測(cè)到，因此可能成為腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中潛在的診斷和預(yù)后生物標(biāo)志物。

3 piRNA 與結(jié)直腸癌

piRNA在結(jié)直腸癌中的生物學(xué)功能和相關(guān)的臨床研究仍處于起步階段。但現(xiàn)有的諸多證據(jù)表明piRNA在結(jié)直腸癌組織的研究極富潛力。結(jié)直腸癌組織中piRNA異常表達(dá)，但作用不同，其中一些piRNA，如piR-823、piR-54265、piR-1245、piR-18849、piR-19521和piR-17724促進(jìn)腫瘤的形成，而例如piR-017724、piR-015551、piR-5937、piR-28876、piR-001311、piR-004153、piR-017723和piR-020365具有抑制作用[17]，其中piR-015551序列屬于LNC00964-3，piR-015551在結(jié)直腸癌細(xì)胞中會(huì)顯著升高且與LNC00964-3呈正相關(guān)，表明piR-015551可能是由LNC00964-3產(chǎn)生并參與了結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展過(guò)程[18]。除此之外piR59056、piR-54878和piR-62701在結(jié)直腸癌組織中也高表達(dá)，并與預(yù)后有關(guān)[11]。由此可知piRNA在結(jié)腸癌的作用不甚相同，循其特性進(jìn)行研究、分類。

3.1 piRNA與結(jié)腸癌的早期診斷 結(jié)直腸癌在早期通常缺乏典型癥狀，大多數(shù)患者被診斷為晚期，因此，早期發(fā)現(xiàn)是預(yù)防和改善結(jié)直腸癌患者生存質(zhì)量的關(guān)鍵。 目前研究證明piRNA有機(jī)會(huì)作為結(jié)直腸癌早期檢測(cè)的非侵入性生物標(biāo)志物。2018年歐洲學(xué)者研究指出：piRNA在癌癥患者的血清中被發(fā)現(xiàn)與健康人群相比顯著降低。根據(jù)piR-5937和piR-28876的水平，可以高度敏感和特異地區(qū)分癌癥患者和健康人群。此外，這兩種piRNA在Ⅰ期疾病患者中具有不錯(cuò)的診斷性能，并且比結(jié)腸癌目前使用的生物標(biāo)記物CEA和CA19-9表現(xiàn)出更高的靈敏度。在手術(shù)切除后1個(gè)月，血液中的piRNA的表達(dá)也明顯恢復(fù)[19]。piR-5937和piR-28876對(duì)結(jié)直腸早期診斷和預(yù)后評(píng)價(jià)作用也證明了piRNA研究的必要性。有研究表明：結(jié)直腸癌患者血清中的piR-020619和piR-020450會(huì)持續(xù)升高，但二者在肺癌、乳腺癌和胃癌患者血清的表達(dá)無(wú)明顯變化，而且它們聯(lián)合應(yīng)用有顯著的診斷價(jià)值，敏感性達(dá)72.50%，因此，這兩種piRNA可能作為結(jié)直腸癌特異性循環(huán)腫瘤標(biāo)志物，適用于癌前病變的早期發(fā)現(xiàn)，有助于降低結(jié)直腸癌的發(fā)病率和死亡率。而且多種piRNA如piR-57125可在血清和血漿樣本中保持穩(wěn)定，可以作為極具潛力的結(jié)腸癌早期檢測(cè)生物標(biāo)志物，以及可用于治療后患者的潛在監(jiān)測(cè)標(biāo)志物。

3.2 piRNA與結(jié)腸癌的發(fā)生發(fā)展 研究表明，在多種腫瘤組織中檢測(cè)到異常的piRNA表達(dá)，有助于腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲、干性維持和耐藥性。piR-015551序列在結(jié)直腸癌組織中高表達(dá)，是因?yàn)閜iR-015551能改變piRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)[18]。發(fā)現(xiàn)piR-823在結(jié)直腸癌組織中表達(dá)上調(diào)，其可使細(xì)胞周期阻滯在G1期，并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，這樣piR-823通過(guò)上調(diào)HSF1的磷酸化及其轉(zhuǎn)錄后的活性來(lái)促進(jìn)癌癥的形成。而piR-54265通過(guò)激活STAT3信號(hào)通路促進(jìn)細(xì)胞增殖，促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲，從而發(fā)揮致癌作用。此外，piRNA的表達(dá)水平與結(jié)直腸癌的臨床分期和預(yù)后密切相關(guān),如：piR-1245的高表達(dá)可能與晚期結(jié)直腸癌和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)。最近的研究發(fā)現(xiàn)，多種癌癥中piRNA的表達(dá)經(jīng)常被解除調(diào)控，因此，在結(jié)直腸癌中被鑒定為過(guò)表達(dá)的piR-24000，可能是一種未被發(fā)現(xiàn)的潛在致癌的piRNA，并與侵襲性表型相關(guān)[20]，實(shí)際上，許多piRNA在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展過(guò)程中如何發(fā)揮功能我們尚不得而知。

3.3 piRNA與結(jié)腸癌預(yù)后治療 與鄰近的健康組織相比，結(jié)直腸癌患者腫瘤組織中piRNA的表達(dá)會(huì)顯著下調(diào)。因此，piRNA有可能會(huì)作為腫瘤抑制因子發(fā)揮作用。在一些研究也表明，高水平的piRNA表達(dá)與多種癌癥有關(guān)，抑制piRNA表達(dá)可以抑制癌癥的發(fā)展[16]，但還需要通過(guò)詳細(xì)的體外和體內(nèi)研究來(lái)證實(shí)。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)：piR-54265在結(jié)直腸癌組織中的表達(dá)高于非腫瘤組織，且腫瘤或血清中的高水平與患者的生存不良顯著相關(guān)，而用piR-54265抑制劑治療可顯著抑制小鼠移植性腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。在該研究中發(fā)現(xiàn)：過(guò)表達(dá)的piR-54265可以防止結(jié)直腸癌細(xì)胞發(fā)生凋亡，并且與結(jié)直腸癌患者對(duì)抗癌藥的耐藥性和不良預(yù)后有關(guān)，但piR-54265水平是否能真正明顯影響患者生存期仍待考究[21]。不過(guò)所有這些發(fā)現(xiàn)表明，piRNA可能是一個(gè)治療靶點(diǎn)，可以作為一種腫瘤RNA來(lái)預(yù)測(cè)結(jié)直腸癌的臨床轉(zhuǎn)歸。Weng等[22]發(fā)現(xiàn)piR-1245可作為結(jié)直腸癌潛在的預(yù)后生物標(biāo)志物。piR-1245的功能被證明是一個(gè)癌基因，并促進(jìn)了腫瘤的發(fā)展。由于piRNA可以誘導(dǎo)靶基因的表觀遺傳沉默，這些基因在未來(lái)也可能成為潛在的治療工具。2019年有研究指出piR-19521的表達(dá)僅與腫瘤分化程度呈負(fù)相關(guān)，但piR-18849的表達(dá)與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移潛能呈正相關(guān)，而且與腫瘤的分化程度呈負(fù)相關(guān)[23]。這表明piRNA不僅可以作為潛在的治療靶點(diǎn)，還可以作為判斷結(jié)直腸癌患者預(yù)后的指標(biāo)。此外，piRNA還可能參與免疫過(guò)程，piRNA的生物合成及其在增強(qiáng)防御中的作用與適應(yīng)性免疫系統(tǒng)對(duì)病原體的防御有一些相似之處。piRNA與表觀遺傳變化、基因和蛋白質(zhì)調(diào)控、基因組重排和其他調(diào)控過(guò)程密切相關(guān)。雖然這些研究表明piRNA和T細(xì)胞調(diào)節(jié)之間可能存在聯(lián)系，但piRNA如何通過(guò)改變其表觀遺傳狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)T細(xì)胞參與免疫過(guò)程仍有待探索。piRNA具有結(jié)合能力的優(yōu)勢(shì)為結(jié)直腸癌提供了一種治療干預(yù)的手段，但遠(yuǎn)未成熟，這對(duì)結(jié)直腸癌實(shí)現(xiàn)精確的靶向治療和改善預(yù)后提出了挑戰(zhàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

除了有數(shù)量巨大的piRNA，在大鼠中也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可與 piRNA 相結(jié)合的被廣泛表達(dá)的 rRecQ1 蛋白， 并且與翻譯抑制相關(guān)聯(lián)[24]，且piRNA不僅局限于生殖系細(xì)胞組織，在腫瘤組織、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和其他體細(xì)胞組織中也都有表達(dá)，與癌癥類型、臨床分期和淋巴轉(zhuǎn)移相關(guān)的piRNA表達(dá)水平還存在個(gè)體差異[25]，這使得piRNA的研究面臨著巨大的工程量。雖然piRNA無(wú)論在結(jié)直腸癌作用機(jī)制還是臨床應(yīng)用都極具潛力，但面臨的挑戰(zhàn)也同樣艱巨，亟待探索研究。